化学 原子结构与元素周期表的专项 培优 易错 难题练习题附答案解析

化学原子结构与元素周期表的专项培优易错难题练习题附答案

解析

一、原子结构与元素周期表练习题（含详细答案解析）

1．南京理工教授制出了一种新的全氮阴离子盐—AgN5，目前已经合成出钠、锰、铁、钴、镍、镁等几种金属的全氮阴离子盐。

(1)基态Mn2+的价电子排布式为____；银与铜位于同一族，银元素位于元素周期表的___区。

(2)[Mg(H2O)6]2+[(N5)2(H2O)4]2-的晶体的部分结构如图1所示：

N、O、Mg元素的前3级电离能如下表所示：

元素I1/kJ∙mol-1I2/kJ∙mol-1I3/kJ∙mol-1

X737.71450.77732.7

Y1313.93388.35300.5

Z1402.32856.04578.1

①X、Y、Z中为N元素的是____，判断理由是__________。

②从作用力类型看，Mg2+与H2O之间是________、N5与H2O之间是________。

③N5-为平面正五边形，N原子的杂化类型是_______。科学家预测将来还会制出含N4-、N6-

表示，其中m代表等平面环状结构离子的盐，这一类离子中都存在大π键，可用符号πn

m

参与形成大π键的原子数，n代表参与形成大π键的电子数(如苯分子中的大π键可表示为π66)，则N4-中的大π键应表示为_________。

(3)AgN5的立方晶胞结构如图2所示，Ag+周围距离最近的Ag+有_______个。若晶体中紧邻的N5-与Ag+的平均距离为a nm，N A表示阿伏加德罗常数的值，则AgN5的密度可表示为

_____g∙cm-3（用含a、N A的代数式表示）。

【答案】3d5 ds Z X最外层为2个电子，X为镁；N的2p轨道处于半充满的稳定状态，

其失去第一个电子较难，I1较大，则Z为氮元素配位键氢键 sp254π 12

22

3

A

8.910 N a

⨯

⨯

【解析】

【分析】

(1)根据构造原理书写出25号Mn元素的原子核外电子排布式，Mn原子失去最外层2个电子得到Mn2+；根据原子结构与元素在周期表的位置确定Ag在周期表所属区域；

(2)①根据元素的电离能大小结合原子结构确定X、Y、Z三种元素，然后判断哪种元素是N 元素；

②根据图示，判断晶体中阳离子、阴离子中含有的作用力类型；

③结合N5-为平面正五边形结构，结合原子杂化类型与微粒构型关系分析判断，结合微粒的原子结构分析大π键的形成；

(3)根据晶胞中离子的相对位置判断Ag+的配位数，利用均摊方法计算1个晶胞中含有的

AgN5的个数，结合ρ=m

V

计算密度大小。

【详解】

(1)Mn是25号元素，根据构造原理可得Mn原子的核外电子排布式为

1s22s22p63s23p63d54s2，Mn原子失去最外层2个电子得到Mn2+，其价电子排布式为3d5；Ag、Cu在周期表中位于第IB，发生变化的电子有最外层的s电子和次外层的d电子，属于ds区元素；

(2)①X的第一、第二电离能比较小且很接近，说明X原子最外层有2个电子，容易失去，则X为Mg元素，Z的第一电离能在三种元素中最大，结合N原子2p轨道处于半充满的稳定状态，其失去第一个电子较难，I1较大，可推知Z为N元素，Y是O元素；

②在该晶体中阳离子[Mg(H2O)6]2+的中心离子Mg2+含有空轨道，而配位体H2O的O原子上含有孤电子对，在结合时，Mg2+提供空轨道，H2O的O原子提供孤电子对，二者形成配位键；在阴离子[(N5)2(H2O)4]2-上N5-与H2O的H原子之间通过氢键结合在一起，形成N…H-O，故二者之间作用力为氢键；

③若原子采用sp3杂化，形成的物质结构为四面体形；若原子采用sp2杂化，形成的物质结构为平面形；若原子采用sp杂化，则形成的为直线型结构。N5-为平面正五边形，说明N 原子的杂化类型为sp2杂化；在N5-中，每个N原子的sp2杂化轨道形成2个σ键，N原子上还有1个孤电子对及1个垂直于N原子形成平面的p轨道，p轨道间形成大π键，N5-为4个N原子得到1个电子形成带有1个单位负电荷的阴离子，所以含有的电子数为5个，其中大π键是由4个原子、5个电子形成，可表示为5

4

π；

(3)根据AgN5的晶胞结构示意图可知，假设以晶胞顶点Ag+为研究对象，在晶胞中与该Ag+距离相等且最近的Ag+在晶胞面心上，通过该顶点Ag+可形成8个晶胞，每个面心上的Ag+

被重复使用了2次，所以与Ag+距离相等且最近的Ag+的数目为38

2

⨯

=12个；在一个晶胞中

含有Ag+的数目为8×1

8

+6×

1

2

=4，含有N5-的数目为1+12×

1

4

=4，晶胞体积为V=(2a×10-7)3

cm 3，则ρ=(

)22A/mol 3373A 4178?g /mol N m 8.910V N a 2a 10cm

-⨯⨯==⨯⨯ g/cm 3。 【点睛】

本题考查了物质结构，涉及电离能的应用、作用力类型的判断、大π的分析、晶胞计算，掌握物质结构知识和晶体密度计算方法是解题关键，要注意电离能变化规律及特殊性，利用均摊方法分析判断晶胞中含有微粒数目，结合密度计算公式解答。

2．著名化学家徐光宪在稀土化学等领域取得了卓越成就，被誉为“稀土界的袁隆平”。稀土元素包括钪、钇和镧系元素。请回答下列问题：

(1)写出基态二价钪离子(Sc 2+)的核外电子排布式____，其中电子占据的轨道数为 ____。

(2)在用重量法测定镧系元素和使镧系元素分离时，总是使之先转换成草酸盐，然后经过灼烧而得其氧化物，如2LnCl 3+3H 2C 2O 4+nH 2O=Ln 2(C 2O 4)3∙nH 2O+6HCl 。

①H 2C 2O 4中碳原子的杂化轨道类型为____；1 mol H 2C 2O 4分子中含σ键和π键的数目之比为 ___。

②H 2O 的VSEPR 模型为 ___；写出与H 2O 互为等电子体的一种阴离子的化学式_______。 ③HCI 和H 2O 可以形成相对稳定的水合氢离子盐晶体，如HCl∙2H 2O ，HCl∙2H 2O 中含有H 5O 2+，结构为，在该离子中，存在的作用力有___________

a.配位键

b.极性键

c.非极性键

d.离子键

e.金属键 f 氢键 g.范德华力 h.π键 i.σ键

(3)表中列出了核电荷数为21～25的元素的最高正化合价：

元素名称

钪 钛 钒 铬 锰 元素符号

Sc Ti V Cr Mn 核电荷数

21 22 23 24 25 最高正价 +3 +4 +5 +6 +7

对比上述五种元素原子的核外电子排布与元素的最高正化合价，你发现的规律是___________

(4)PrO 2(二氧化镨)的晶胞结构与CaF 2相似，晶胞中Pr(镨)原子位于面心和顶点。假设相距最近的Pr 原子与O 原子之间的距离为a pm ，则该晶体的密度为_____g ∙cm -3(用N A 表示阿伏加德罗常数的值，不必计算出结果)。

【答案】1s 22s 22p 63s 23p 63d 1 10 sp 2杂化 7:2 四面体形 NH 2- abfi 五种元素的最高正