化学原子结构与元素周期表的专项培优练习题(含答案)及答案

化学原子结构与元素周期表的专项培优练习题(含答案)及答案

一、原子结构与元素周期表练习题（含详细答案解析）

1．为探究乙烯与溴的加成反应，甲同学设计并进行如下实验：先取一定量的工业用乙烯气体(在储气瓶中)，使气体通入溴水中，发现溶液褪色，即证明乙烯与溴水发生了加成反应；乙同学发现在甲同学的实验中，褪色后的溶液里有少许淡黄色浑浊物质，推测在工业上制得的乙烯中还可能含有少量还原性气体杂质，由此他提出必须先除去杂质，再让乙烯与溴水反应。请回答下列问题：

(1)甲同学设计的实验________(填“能”或“不能”)验证乙烯与溴发生了加成反应，其理由是________(填序号)。

①使溴水褪色的反应不一定是加成反应

②使溴水褪色的反应就是加成反应

③使溴水褪色的物质不一定是乙烯

④使溴水褪色的物质就是乙烯

(2)乙同学推测此乙烯中一定含有的一种杂质气体是________，它与溴水反应的化学方程式是________________。在实验前必须全部除去，除去该杂质的试剂可用________。

(3)为验证乙烯与溴发生的反应是加成反应而不是取代反应，丙同学提出可用pH 试纸来测试反应后溶液的酸性，理由是

_____________________________________________________________________________。

【答案】不能 ①③ 2H S 22H S Br 2HBr S ++↓ NaOH 溶液(答案合理即可) 若乙烯与2Br 发生取代反应，必定生成HBr ，溶液的酸性会明显增强，若乙烯与2Br 发生加成反应，则生成22CH BrCH Br ，溶液的酸性变化不大，故可用pH 试纸予以验证

【解析】

【分析】

根据乙同学发现在甲同学的实验中，褪色后的溶液里有少许淡黄色浑浊物质，推测在工业上制得的乙烯中还可能含有少量还原性气体杂质，该淡黄色的浑浊物质应该是具有还原性的硫化氢与溴水发生氧化还原反应生成的硫单质，反应方程式为

22H S Br 2HBr S =++↓，据此分析解答。

【详解】

(1)根据乙同学发现在甲同学的实验中，褪色后的溶液里有少许淡黄色浑浊物质，推测在工业上制得的乙烯中还可能含有少量还原性气体杂质，则可能是该还原性气体与溴水发生氧化还原反应，使溴水褪色，则溴水褪色不能证明是乙烯与溴水发生了加成反应，所以①③正确，故答案为：不能；①③；

(2)淡黄色的浑浊物质是具有还原性的硫化氢与溴水发生氧化还原反应生成的硫单质，反应方程式为22H S Br 2HBr S =++↓；选用的除杂试剂能够除去硫化氢气体，但是不能与乙烯反应，也不能引入新的气体杂质，根据除杂原则，可以选用NaOH 溶液，故答案为：

2H S ；22H S Br 2HBr S =++↓；NaOH 溶液(答案合理即可)；

(3)若乙烯与2Br 发生取代反应，必定生成HBr ，溶液的酸性会明显增强，若乙烯与2Br 发生加成反应，则生成22CH BrCH Br ，溶液的酸性变化不大，故可用pH 试纸予以验证，故答案为：若乙烯与2Br 发生取代反应，必定生成HBr ，溶液的酸性会明显增强，若乙烯与2Br 发生加成反应，则生成22CH BrCH Br ，溶液的酸性变化不大，故可用pH 试纸予以验证。

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

化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s 电子和次高能层d 电子数目之和 ()

3

-10A 4141+16234a 103N ⨯⨯⎛⎫⨯⨯⨯ ⎪⎝⎭

【解析】

【分析】

(1)Sc(钪)为21号元素，1s 22s 22p 63s 23p 63d 14s 2，据此写出基态Sc 2+核外电子排布式；s 、p 、d 能级分别含有1、3、5个轨道，基态Sc 2+的核外电子3d 轨道只占了一个轨道，据此计算Sc 2+占据的轨道数；

(2)①根据杂化轨道理论进行分析；根据共价键的类型结合该分子的结构进行分析计算； ②根据价层电子对互斥理论分析H 2O 的分子空间构型；等电子体是原子数相同，电子数也相同的物质，据此写出与之为等电子体的阴离子；

③HCl ∙2H 2O 中含有H 5O 2+，结构为，据此分析该粒子存在的作用力；

(3)根据表中数据，分别写出Sc 、Ti 、V 、Cr 、Mn 的外围电子排布式为：3d 14s 2、3d 24s 2、

3d 34s 2、3d 54s 1、3d 54s 2，则有五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s 电子和次高能层d 电子数目之和；

(4)根据均摊法进行计算该晶胞中所含粒子的数目，根据密度=

m V 进行计算。 【详解】

(1)Sc(钪)为21号元素，基态Sc 2+失去两个电子，其核外电子排布式为：

1s 22s 22p 63s 23p 63d 1，s 、p 、d 能级分别含有1、3、5个轨道，但基态Sc 2+的核外电子3d 轨道只占了一个轨道，故共占据1×3+3×2+1=10个，故答案为：1s 22s 22p 63s 23p 63d 1；10；

(2)①H 2C 2O 4的结构式为，含碳氧双键，则碳原子的杂化轨道类型为sp 2杂化，分子中含有7个σ键、2个π键，所以σ键和π键数目之比为：7:2，故答案为：sp 2杂化；7:2；

②H 2O 中O 原子的价层电子对数6+2==42

，且含有两个2个孤对电子，所以H 2O 的VSPER 模型为四面体形，分子空间构型为V 形，等电子体是原子数相同，电子数也相同的物质，因此，与H 2O 互为等电子体的阴离子可以是NH 2-，故答案为：四面体形；NH 2-； ③HCl∙2H 2O 中含有H 5O 2+，结构为

，存在的作用力有：配位键、极性键、氢

键和σ键，故答案为：abfi ；

(3)根据表中数据，分别写出Sc 、Ti 、V 、Cr 、Mn 的外围电子排布式为：3d 14s 2、3d 24s 2、3d 34s 2、3d 54s 1、3d 54s 2，则有五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s 电子和次高能层d 电子数目之和，故答案为：五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s 电子和次高能层d 电子数目之和；