专题2《原子结构与元素性质》强化基础练习
一、单选题
1．按照量子力学对原子核外电子运动状态的描述，下列说法不正确的是
A．p能级有3个轨道
B．s电子云轮廓图为球形
C．电子跃迁所得原子光谱可用于元素鉴定
D．基态Si原子的2p能级与3p能级中的电子能量相同
2．短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大，X与Z同主族且Z的某种氧化物是主要的大气污染物之一，Y是短周期中金属性最强的元素。下列叙述正确的是
A．Z在自然界中的存在形式既有游离态又有化合态
B．简单氢化物的沸点：
C．Y与另外三种元素形成的二元化合物中一定只有离子键
D．简单离子半径：
3．下列叙述正确的是
A．如图所示为面心立方体银的晶胞，其晶胞中有14个银原子
B．11号到18号元素位于元素周期表中同一周期，所以元素的电负性逐渐增大
C．固态时能导电的晶体一定是金属晶体
D．在同一能级上运动的电子，其运动状态肯定不同
4．一种由短周期主族元素组成的新型电池离子导体的结构如图所示，X、Y、Z原子序数依次增大，三者的核外电子数之和等于35，Y与Z位于同一周期。下列说法错误的是
A．简单离子的半径：X>Y
B．工业上常通过电解Y的熔融氯化物获得单质Y
C．同主族元素形成的简单氢化物中X的稳定性最强
D．同周期主族元素中第一电离能大于Z的元素有2种
5．已知元素的原子序数，可以推知原子的①中子数 ②核电荷数 ③核外电子数 ④在周期表中的位置，其中正确的是
A．①③ B．②③ C．①②③ D．②③④
6．W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素。W的简单氢化物与Z的单质相遇可产生白烟；W与X的最外层电子数之和为Y与Z最外层电子数之和的一半。下列叙述正确的是
A．简单离子半径：Z>X>W
B．含氧酸的酸性：Z>W>Y
C．W、X形成的化合物是离子化合物
D．Y、Z形成的化合物中各原子均满足8电子稳定结构
7．Na和Na+比较，相同的是（ ）
A．化学性质 B．质子数 C．核外电子数 D．物理性质
8． 下列有关碱土金属锶（Sr）元素单质及其化合物的叙述中，正确的是
A．锶能与水反应，但反应缓慢
B．硝酸锶是离子化合物，不溶于水
C．氢氧化锶碱性弱于氢氧化镁的碱性
D．金属锶单质银白色，导电性良好
9．部分短周期元素原子半径的相对大小、最高正价或最低负价随原子序数的变化关系如图所示，下列说法正确的是
A．离子半径的大小顺序：e>f>g>h
B．与x形成共价键的键长：y>z>d
C．y、z、d三种元素第一电离能和电负性的大小顺序一致
D．e、f、g、h四种元素对应最高价氧化物的水化物相互之间均能发生反应
10．X+中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3-形成的晶体结构如图所示，该晶体的化学式为
A．Na3N B．AlN C．Mg3N2 D．Cu3N
11．Li4Ti5O12、Na2Ti2O7、K2Ti3O7均是原电池中的正极材料，其制备方法为：在三乙烯四胺(分子式为C6H18N4，作为助溶剂)中水热法合成TiO2，然后控温160℃分别在LiOH溶液、NaOH溶液、KOH溶液中反应6小时。该过程中涉及的元素属于短周期元素的有
A．6种 B．7种 C．8种 D．9种
12．依诺沙星(结构简式如图)具有广谱的抗菌作用，尤其是对需氧的革兰氏阴性杆菌抗菌活性好，用于敏感细菌引起的感染。下列关于依诺沙星涉及的元素C、N、O、F的说法错误的是
A．最高正价： B．电负性：
C．稳定性： D．酸性：
13．已知短周期元素的离子A2+、B+、C2-、D- 都具有相同的电子层结构，则下列叙述中正确的是
A．原子序数d > c > b > a B．离子半径：C2->D-> B+ > A2+
C．单质的还原性：A > B D．非金属性：D < C
14．高电压水系锌-有机混合液流电池的装置及充、放电原理如图所示。下列说法正确的是
A．锌元素位于元素周期表的d区
B．充电时，每转移，阴极增重
C．放电时，负极的电极反应式为
D．放电时，化学能全部转化为电能
二、填空题
15．(1)A元素原子次外层电子数是最外层电子数的，其最外层电子轨道表示式是______。
(2)B是1~36号元素中未成对电子数最多的元素，B元素的名称是______，其在元素周期表中的位置是______。
16．基态与激发态
(1)基态原子：处于___________状态的原子，
(2)基态原子___________，电子跃迁到___________，变为激发态原子；
(3)电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将___________；
(4)___________是电子跃迁释放能量的重要形式之一。
17．周期表前四周期的元素X、Y、Z、W。请填空：
(1)X元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为_______。
(2)Y元素的-1价离子和Z元素的+1价离子的电子层结构都与氩相同，Y的元素符号为_______，Z的元素符号为_______，Y元素最高价氧化物对应水化物和Z元素最高价氧化物对应水化物反应的离子方程式：_______。
(3)W的最外层只有1个电子，但次外层有18个电子，W的元素符号为_______，其基态原子的电子排布简式为_______。
18．(1)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最大的是___(填标号)。
A．[Ne]3s1 B．[Ne]3s2 C．[Ne]3s13p1 D．[Ne]3p1
(2)Li2O是离子晶体，其晶格能可通过如图的Born-Haber循环计算得到。Li原子的第一电离能为___kJ·mol-1，O=O键键能为__kJ·mol-1。
(3)NH4H2PO4中，电负性最高的元素是__。
19．电动汽车、燃料电池汽车等逐步进入人们的生活，其中钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂电池是目前主流的锂离子电池。
(1)①写出基态原子的价层电子表示式___________。与离子中未成对的电子数之比为___________。
②比较第四电离能大小___________(填“＞”“＜”或“=”)。(原子序数 )
(2)某公司研发的甲醇汽车，是利用甲醇——空气燃料电池，其工作原理如图：
①图中甲电极为___________(填“负极”、“正极”)，乙电极的电极反应式为：___________。
②标准状况下，通入甲醇(其中C的化合价为)蒸汽，测得电路中转移电子，则甲醇的利用率为___________。
20．NaNO2可将正常的血红蛋白中的二价铁变为高铁血红蛋白中的三价铁，失去携氧能力。完成下列填空：
（1）N元素在元素周期表中位于第____族，N原子的结构示意图______________。
（2）Na、N、O三种元素形成的简单离子中，离子半径最小的是_______（用离子符号表示）。
（3）某工厂的废液中含有2%～5%的NaNO2直接排放会造成污染。下列试剂中，能使NaNO2转化为N2的是______________（选填编号）。
a．NaCl b．NH4Cl c．HNO3 d．H2SO4
（4）已知NaNO2能发生如下反应：NaNO2 + HI → NO↑+ I2 + NaI + H2O
①配平反应物的系数并标出电子转移的方向和数目__NaNO2 +__ HI → NO↑+ I2 + NaI + H2O 。
②当有0.75mol HI被氧化时，在标准状况下产生气体的体积是_______L。
（5）NaNO2外观与食盐相似，根据上述反应，可用于鉴别NaNO2和NaCl。现有 ①白酒、②碘化钾淀粉试纸、③淀粉、④白糖、⑤白醋，其中可选用的物质至少有______（选填编号）。
21．回答下列问题
(1)基态Fe原子价层电子轨道表示式为_______。
(2)Cr原子核外电子排布式为_______。
(3)在BF3分子中，F-B-F的键角是_______，硼原子的杂化轨道类型为_______，BF3和过量NaF作用可生成NaBF4，的空间构型为_______。
22．传统锂电池的主要成分是LiCoO2，其晶胞结构如图所示；因结构中存在笼状空隙，可以与Ni和Mn发生位置替换，形成储电性能更加优良的化合物LiNiCoMnO2。
基态Co原子的价电子排布式为_______；化合物LiCoO2中O元素在晶胞中的位置，除了位于正六棱柱的顶点外，其他具体位置是_______。已知化合物中各原子半径依次为：Li=a，Ni=b，Mn=c，Co=d，O=e，晶胞的棱长为m，底边边长为n，该晶体的空间利用率的计算表达式为_______(用含有a、b、c、d、e、m、n的式子表示)。
23．下列Li原子轨道表示式表示的状态中，能量最低和最高的分别为______、______(填标号)。
A． B．
C． D．
24．(1)某元素原子共有3个价电子，其中一个价电子位于第三能层d能级，该能层有_______个原子轨道，该元素基态原子的价电子排布图为_______。
(2)B为第三周期金属元素。依据下表数据，写出B原子的核外电子排布式：_______。
电离能/(kJ·mol-1) I1 I2 I3 I4
B 738 1451 7733 10540
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【详解】A．spd能级的轨道数分别为1、3、5，A正确；
B．s电子云没有特定的伸展方向，轮廓图为球形，B正确；
C．不同元素的电子跃迁所得原子光谱是不同的，可用于元素鉴定，C正确；
D．相同能级，不同能层电子，能层越高，能量越高，D错误；
故选D。
2．A
【分析】短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大，X与Z同主族且Z的某种氧化物是主要的大气污染物之一，则Z为S、X为O， Y是短周期中金属性最强的元素，则Y为Na，W为Cl，以此解答。
【详解】A．根据信息判断X、Y、Z、W依次是O、Na、S、Cl。硫在自然界中既有游离态(火山喷口附近和地壳岩层里)又有化合态(黄铁矿、黄铜矿、石膏、芒硝等)，A正确；
B．分子之间存在氢键，沸点高于，B错误；
C．中含有离子键和共价键，C错误；
D．简单离子半径：，D错误；
故选A。
3．D
【详解】A．用均摊法计算可知，银的晶胞中有8×+6×=4个银原子，故A错误；
B．11号到17号元素位于元素周期表中同一周期，同周期自左向右电负性逐渐增大，所以元素的电负性逐渐增大，但稀有气体元素的电负性不满足，故B错误；
C．固态时能导电的晶体不一定是金属晶体，例如石墨能导电，但石墨不是金属晶体，故C错误；
D．在同一能级上运动的电子，其自旋状态不同，故其运动状态肯定不同，故D正确；
故选D。
4．D
【分析】一种由短周期主族元素组成的新型电池离子导体的结构如图所示，X、Y、Z原子序数依次增大，三者的核外电子数之和等于35，Y与Z位于同一周期，Z形成6个共价键，X为-1价，若X为H，Y为Li，Z为31号元素（舍弃），若X为H，Y为Na，则Z为23号元素（舍弃），若X为F，Y为Na，Z的原子序数为35-9-11=15，为P元素，满足条件，以此分析解答。
【详解】A．F-、Na+的电子层结构相同，核电荷数大的半径小，则简单离子的半径：F-＞Na+，故A正确；
B．Y的熔融氯化物为氯化钠，钠的活泼性较强，工业上通过电解熔融氯化钠获得金属钠，故B正确；
C．非金属性越强，简单氢化物的稳定性越强，元素周期表中F元素的非金属性最强，则同主族元素形成的简单氢化物中X的稳定性最强，故C正确；
D．P位于第三周期，主族元素同周期从左向右第一电离能呈增大趋势，P的3p能级处于半满稳定状态，其第一电离能大于同周期相邻元素，则同周期主族元素中第一电离能大于P的元素只有Cl元素，故D错误；
故答案选D。
5．D
【详解】原子序数＝质子数＝核外电子数＝核电荷数，根据原子序数可以推断元素在周期表中的位置，即②③④正确，答案选D。
6．C
【分析】W为氮元素，其简单氢化物是氨气，Z的单质是氯气，氯气可与氨气发生氧化还原反应生成氯化铵可产生白烟的现象；W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素且W与X的最外层电子数之和为Y与Z最外层电子数之和的一半，故X为钠元素，Y为磷单质；
【详解】A．简单离子半径Cl->N3->Na+，A错误；
B．元素非金属性的强弱与该元素的最高价含氧酸酸性强弱是对应的，注意最高价含氧酸，B错误；
C．氮和钠是典型的非金属元素和金属元素，氮与钠形成的叠氮化钠是离子化合物，C正确；
D．磷与氯形成的化合物有PCl3和PCl5，其中PCl5各原子不满足8电子稳定结构，D错误；
故选C。
7．B
【详解】A．Na的原子结构示意图为，最外层有1个电子，容易失去，而Na+是Na失去电子后得到的，已经达到了稳定结构，性质比较稳定，所以Na和Na+化学性质不相同，故A不选；
B．Na和Na+只是电子数不同，质子数是相同的，故B选；
C．Na和Na+的核外电子数不同，Na为11个电子，而Na+为10个电子，故C不选；
D．物质不需要经过化学变化就表现出来的性质，叫做物理性质。 物质的有些性质如：颜色、气味、味道，是否易升华、挥发等，都可以利用人们的耳、鼻、舌、身等感官感知，还有些性质如熔点、沸点、硬度、导电性、导热性、延展性等，可以利用仪器测知。物理性质属于统计物理学范畴，即物理性质是大量分子所表现出来的性质，不是单个原子或分子所具有的，所以讨论Na和Na+的物理性质没有意义，故D不选；
故选B。
8．D
【详解】A.同主族从上到下金属性增强，与水反应越剧烈，故错误；
B.同主族性质具有相似性，硝酸镁可溶，则硝酸锶也可溶，故错误；
C.金属性越强，其最高价氧化物对应水化物的碱性越强，锶的金属性强于镁，则氢氧化锶的碱性强于氢氧化镁，故错误；
D.镁、钙都是银白色金属，导电性良好，同主族性质相似，则金属锶也是，故正确。
答案选D。
9．B
【分析】部分短周期元素原子半径的相对大小、最高正价或最低负价随原子序数的变化关系如图所示，x位于第一周期，为H元素； y、z、d位于第二周期，y为C ，z为N， d为O元素；e、f、g、h位于第三周期，则e为Na，f为Al ，g为S， h为Cl元素，据此结合元素周期律、元素化合物知识解答。
【详解】A．根据电子层越多半径越大，电子层数相同时，核电荷数越大半径越小，所以离子半径关系为S2->Cl->Na+>Al3+，故A错误；
B．根据上述分析可知：氢与碳、氮、氧三种元素形成共价键的键长分别为C-H、N-H、O-H，因为C、N、O的原子半径逐渐减小，所以它们键长为C>N>O，故B正确；
C．碳、氮、氧的电负性依次增加，但是氮元素为半满结构，第一电离能大于碳，故第一电离能顺序为氮>碳>氧，二者大小顺序不一致，C错误；
D．根据上述分析可知：e、f、g、h四种元素对应最高价氧化物的水化物分别为氢氧化钠、氢氧化铝、硫酸、高氯酸，氢氧化铝和其他三种都能反应，但硫酸和高氯酸不能相互反应，故D错误；
故答案：B。
10．D
【详解】X失去1个电子后形成的X+中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，则其原子电子排布为1s22s22p63s23p63d104s1，为29号元素铜；晶胞中Cu+位于棱心，一个晶胞中数目为，N3-位于晶胞顶点，一个晶胞数目为，则其化学式为Cu3N；
11．A
【详解】在物质C6H18N4、TiO2、LiOH、NaOH、KOH中，元素H、Li、C、N、O、Na为短周期元素，共6种，故A正确；
故选A。
12．A
【详解】A．O元素最高正价是＋2，N元素最高正价是＋5，C元素最高正价是＋4，故A错误；
B．电负性大小为，故B正确；
C．电负性越大，简单氢化物稳定性越强，所以稳定性：，故C正确；
D．电负性越大，其最高价含氧酸的酸性越强，所以酸性：，故D正确；
故答案选A。
13．B
【分析】短周期元素的离子A2+、B+、C2-、D- 都具有相同的电子层结构，则A、B、C、D在周期表中的相对位置为，A、B、C、D分别是Mg、Na、O、F。
【详解】A．原子序数Mg＞Na＞F＞O，所以a >b > d > c，故A错误；
B．电子层数相同，质子数越多半径越小，离子半径：O2->F-> Na+> Mg2+，故B正确；
C．同周期元素从左到右，金属性减弱，单质的还原性：Na > Mg，故C错误；
D．同周期元素从左到右，非金属性增强，非金属性：O < F，故D错误；
答案选B。
14．B
【分析】高电压水系锌-有机混合液流电池工作原理为：放电时为原电池，金属Zn发生失电子的氧化反应生成Zn2+，为负极，则FQ所在电极为正极，正极反应式为2FQ+2e-+2H+═FQH2，负极反应式为Zn-2e-+4OH-=；充电时电解池，原电池的正负极连接电源的正负极，阴阳极的电极反应与原电池的负正极的反应式相反，电解质中阳离子移向阴极、阴离子移向阳极，据此分析解答。
【详解】A．锌的价层电子排布式为3d104s2，该元素位于元素周期表的ds区，A错误；
B．因为放电时负极反应式为Zn-2e-+4OH-=，每转移2mol电子，理论上负极减小1molZn，质量为m=n M=1mol×65g/mol=65g，所以充电时，每转移，阴极增重，B正确；
C．放电时为原电池，金属Zn为负极，负极反应式为，C错误；
D．放电过程，化学能转化为电能，但同时会有热量散失，一部分能量以热能的形式转化，D错误；
故选B。
15． 铬 第四周期第ⅥB族
【详解】(1)次外层电子数是最外展电子数的元素只能是氖。最外层电子数为8，最,轨道表示式是：；
(2)1~36号元素中未成对电子数最多的元素是铬。其原子序数是24，位于元素周期表第四周期第ⅥB族。
16．(1)最低能量
(2) 吸收能量 较高能级
(3)释放能量
(4)光(辐射)
【解析】略
17．(1)N
(2) Cl K H++OH-=H2O
(3) Cu [Ar]3d104s1
【解析】（1）
X元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，说明该原子有两个电子层，最外层有5个电子，该元素为N。
（2）
Y元素的-1价离子和Z元素的+1价离子的电子层结构都与氩相同，则Y为Cl，Z为K。Y的最高价氧化为对应水化物为HClO4，Z元素最高价氧化物对应水化物为KOH，两者反应的离子方程式为H++OH-=H2O。
（3）
W的最外层只有1个电子，次外层有18个电子，则W为Cu，其基态原子的电子排布简式为[Ar]3d104s1。
18． A 520 498 O
【详解】(1)A. [Ne]3s1属于基态的Mg+，由于Mg的第二电离能高于其第一电离能，故其再失去一个电子所需能量较高；
B. [Ne]3s2属于基态Mg原子，其失去一个电子变为基态Mg+；
C. [Ne]3s13p1属于激发态Mg原子，其失去一个电子所需能量低于基态Mg原子；
D. [Ne]3p1属于激发态Mg+，其失去一个电子所需能量低于基态Mg+；
综上所述，电离最外层一个电子所需能量最大的是[Ne]3s1，A项符合题意，故答案为：A；
(2)根据图象及第一电离能的概念(气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量)，Li原子的第一电离能是520kJ·mol-1，O=O键的键能是249kJ·mol-1×2=498kJ·mol-1，故答案为：520；498；
(3)元素的非金属性越强，电负性越高，非金属性：H＜P＜N＜O，故在N、H、P、O四种元素中电负性最高的是O，故答案为：O。
19．(1) 5∶4 ＜
(2) 负极 60%
【解析】(1)
①基态原子电子排布式是1s22s2sp63s23p63d54s2，价层电子表示式，的价电子排布式是，有5个未成对电子， 价电子排布式是，有4个未成对电子，未成对的电子数之比为5:4；
②Co的价电子排布为，第四电离能是失3d6上的一个电子吸收的能量，Fe的价电子排布为，第四电离能是失3d5上的一个电子吸收的能量，原子轨道全满、全空、半满时能量低，所以<；
(2)
①原电池中阳离子向正极移动，根据图中氢离子移动方向，可知甲电极为负极，乙电极为正极，氧气在正极得电子生成水，电极反应式为；
②标准状况下，通入甲醇(其中C的化合价为)蒸汽，甲醇失电子被氧化为二氧化碳，碳元素化合价由-2升高为+4，理论上甲醇失电子的物质的量是，测得电路中转移电子，则甲醇的利用率为。
20． VA Na+ b 16.8 ②⑤
【详解】（1）N元素是7号元素，最外层电子数为5，所以氮位于元素周期表第二周期第VA族，N原子的结构示意图：；
（2）Na、N、O三种元素形成的简单离子结构相同，随核电荷数增加，离子半径逐渐减小，故离子半径最小的是Na+；
（3）NaNO2中氮元素的化合价为+3价，使NaNO2中的氮转化为对空气无害的氮气，需要另一种反应物具有强氧化性，而且还有氮元素，二者发生氧化还原反应生成氮气，A、氯离子只有弱还原性，故A错误；B、铵根离子中的氮为-3价，具有强还原性，能够与+3价的氮元素发生氧化还原反应生成氮气，故B正确；C、硝酸中的氮为+5价，具有强氧化性，故C错误；D、浓硫酸具有强氧化性，故D错误；故选B；
（4）①2I- I2,失去2个电子，NaNO2 NO，得到1个电子，根据电子守恒和原子守恒可得目；②根据方程式2NaNO2 +4HI = 2NO↑+ I2 +2NaI +2H2O可知4mol HI参加反应，有2mol被氧化，生成2mol NO气体，所以当有0.75mol HI被氧化时，有0.75mol NO气体生成V(NO)= 0.75mol×22.4L/mol=16.8L；
（5）鉴别亚硝酸钠和氯化钠固体，根据题干中的信息：NaNO2能够将HI氧化为I2，I2遇淀粉溶液变蓝，而氯化钠没有该性质，故选②⑤。
【点睛】本题重点考查氮元素的性质。（1）根据N元素的原子序数分析；（2）离子半径大小判断，电子层数越多，半径越大，电子层数相同，核电荷数越大半径越小；（3）根据氧化还原反应中得失电子守恒和原子守恒可配平方程式；（4）氧化还原反应中的相关计算可根据得失电子守恒解题。
21．(1)
(2)1s22s22p63s23p63d54s1
(3) 120° sp2 正四面体
【详解】（1）基态铁原子的价层电子排布式为3d64s2，按照泡利原理和洪特规则，其价层电子轨道排布为：；
（2）Cr为24号原子，核外一共有24个电子，按照能量最低原理，其3d轨道和4s轨道均处于半充满状态，故电子排布式为：1s22s22p63s23p63d54s1；
（3）BF3分子中有3个键，0个孤电子对，属于sp2杂化，分子构型为平面三角形，故键角为120°；的电子式为，中心B原子为sp3杂化，离子的空间构型为正四面体。
22． 3d74s2 O位于上下两个面心、六棱柱的侧面
【详解】基态Co是27号元素，其原子的价电子排布式为3d74s2；从晶胞结构图中可以清楚地看出化合物LiCoO2中O元素在晶胞中的位置，除了位于正六棱柱的顶点外，其他具体位置上下两底面的面心和六个侧面面上。由晶胞图中可以计算出分别含有Li的个数为：6×=3，结合化学式化合物LiNiCoMnO2可知，一个晶胞中含有的Li、Ni、Mn、Co、O的个数分别为：3、1、1、1、6，晶胞中所有原子的体积之和为V=(3a3+b3+c3+d3+6e3)，而一个晶胞的体积为V′=，该晶体的空间利用率的计算表达式为=。
23． D C
【详解】基态Li原子能量最低，而电子排布图中D项所示状态为基态。处于激发态的电子数越多，原子能量越高，A项中只有1个1s电子跃迁到2s轨道；B项中1s轨道中的两个电子一个跃迁到2s轨道，另一个跃迁到2p轨道；C项图中1s轨道的两个电子都跃迁到2p轨道，故C项表示的原子能量最高，故答案为：D；C。
24． 9 1s22s22p63s2
【详解】(1)第三能层有s、p、d能级，其轨道数为1+3+5=9个；原子共有3个价电子可知，则其价电子排布式为3d14s2，其价电子排布图为；
(2)B的第三电离能剧增，应为第ⅡA族元素，又因为B为第三周期金属元素，则B为Mg元素，原子的电子排布式为1s22s22p63s2。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页
