2020-2021高考化学原子结构与元素周期表的综合题试题含详细答案一、原子结构与元素周期表练习题（含详细答案解析）1．磷化铝（AlP ）和磷化氢（PH 3）都是粮食储备常用的高效熏蒸杀虫剂。

(1)磷元素在元素周期表中的位置：________________。

AlP 遇水蒸气会发生反应放出PH 3气体，该反应的另一种产物的化学式为________。

(2)PH 3具有强还原性，能与CuSO 4溶液反应，配平该反应的化学方程式：________CuSO 4＋_____PH 3＋_____H 2O ＝_____Cu 3P ↓＋_____H 3PO 4＋_____H 2SO 4(3)工业制备PH 3的流程如图所示。

①次磷酸属于________元酸。

②白磷和烧碱溶液反应的化学方程式为：____________________________________。

③若起始时有1 mol P 4参加反应，则整个工业流程中共生成________mol PH 3。

（不考虑产物的损失）【答案】第3周期第VA 族 Al (OH )3 24 11 12 8 3 24 1 P 4 + 3NaOH + 3H 2O ＝PH 3↑+ 3NaH 2PO 2 2.5【解析】【分析】（1）原子结构中电子层数等于周期数，最外层电子数等于族序数，AlP 遇水蒸气会发生反应放出PH 3气体，根据元素守恒确定该反应的另一种产物的化学式；（2）配平化学方程式，就是通过在各物质的化学式前面添加系数，使反应中每种原子个数在反应前后相等的过程，但对于复杂的化学反应通常通过观察，找出变化的特点或规律，常使用化合价来配平，保证化合价升高与降低的数相等即可；（3）①根据物质电离出的氢离子数目确定酸的元数；②根据图示信息：白磷和烧碱溶液反应生成PH 3、NaH 2PO 2，据此书写方程式； ③根据发生反应的过程寻找关系式，进行计算即可。

【详解】(1)P 处于第3周期ⅤA 族，AlP 遇水蒸气会发生反应放出PH 3气体，根据元素守恒，确定该反应的另一种产物是Al (OH )3，故答案为：第3周期第VA 族；Al (OH )3；(2)该方程式中Cu 价态由+2下降为+1，P 价态由-3升高为+5，为保证化合价升降数相等，Cu 3P 与H 3PO 4计量数分别为8、3，CuSO 4的系数是24，H 2SO 4系数是24，根据元素守恒，得到：4323342424CuSO +11PH +12H O=8Cu P +3H PO +24H SO ，故答案为：24，11，12，8，3，24；(3)①根据氢氧化钠过量时只能生成NaH 2PO 2可知次磷酸只能电离出1个氢离子，因此次磷酸属于一元酸，故答案为：1；②根据图示信息：白磷和烧碱溶液反应生成PH 3、NaH 2PO 2，方程式为：42322P + 3NaOH + 3H O = PH + 3NaH PO ↑；故答案为：42322P + 3NaOH + 3H O = PH + 3NaH PO ↑；③P 4+3NaOH +3H 2O =PH 3↑+3NaH 2PO 2；2H 3PO 2=PH 3↑+H 3PO 4，即P 4～2.5PH 3，若起始时有1molP 4参加反应，则整个工业流程中共生成2.5molPH 3；故答案为：2.5。

2．南京理工教授制出了一种新的全氮阴离子盐—AgN 5，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Mn 2+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(H 2O)6]2+[(N 5)2(H 2O)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I 1/kJ∙mol -1 I 2/kJ∙mol -1 I 3/kJ∙mo l -1 X737.7 1450.7 7732.7 Y1313.9 3388.3 5300.5 Z 1402.3 2856.0 4578.1①X 、Y 、Z 中为N 元素的是____，判断理由是__________。

②从作用力类型看，Mg 2+与H 2O 之间是________、N 5与H 2O 之间是________。

③N 5-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N 4-、N 6-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πnm 表示，其中m 代表参与形成大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N 4-中的大π键应表示为_________。

(3)AgN 5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N 5-与Ag +的平均距离为a nm ，N A 表示阿伏加德罗常数的值，则AgN 5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 12223A8.910 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=mV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54π；(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382⨯=12个；在一个晶胞中含有Ag+的数目为8×18+6×12=4，含有N5-的数目为1+12×14=4，晶胞体积为V=(2a×10-7)3cm 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。

3．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。