高考化学原子结构与元素周期表的综合热点考点难点附答案解析
一、原子结构与元素周期表练习题（含详细答案解析）
1．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(Sc2+)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2LnCl3+3H2C2O4+nH2O=Ln2(C2O4)3∙nH2O+6HCl。
①H2C2O4中碳原子的杂化轨道类型为____；1 mol H2C2O4分子中含σ键和π键的数目之比为 ___。
②H2O的VSEPR模型为 ___；写出与H2O互为等电子体的一种阴离子的化学式_______。
③HCI和H2O可以形成相对稳定的水合氢离子盐晶体，如HCl∙2H2O，HCl∙2H2O中含有
H5O2+，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2122232425
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)PrO2(二氧化镨)的晶胞结构与CaF2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】1s22s22p63s23p63d1 10 sp2杂化 7:2 四面体形 NH2- 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
-10
A
4141+162
3
4a10
N
⨯⨯
⎫
⨯⨯⎪
⎝⎭
【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；
(4)由图可知，相距最近的Pr 原子和O 原子之间的距离为该立方体晶胞的体对角线的14，则该晶胞的晶胞参数-103=4a 10cm 3
⨯，每个晶胞中占有4个“PrO 2”，则该晶胞的质量
为()A 4141+16
2g N ⨯⨯，根据m =V
ρ可得，该晶体的密度为：()3-10A 4141+16234a 10N ⨯⨯⎛⎫⨯⨯⨯ ⎪⎝⎭
，故答案为：()
3
-10A 4141+16234a 103N ⨯⨯⎛⎫⨯⨯⨯ ⎪⎝⎭ 。 【点睛】
本题考查新情景下物质结构与性质的相关知识，意在考查考生对基础知识的掌握情况以及对知识的迁移能力；本题第(2)小题的第②问中H 2O 的VSEPR 模型容易习惯性写为空间构型V 形，解答时一定要仔细审题，注意细节。
2．我国科学家受中医启发，发现As 2O 3（俗称砒霜）对白血病有疗效。氮、磷、砷（As ）是VA 族、第二至第四周期的元素，这些元素的化合物在研究和生产中有许多重要用途。
完成下列填空：
（1）As 原子最外层电子的轨道表示式为_____________；砷蒸气的分子式：As 4，其分子结构与白磷（P 4）相似，也是正四面体，则As 4中砷砷键的键角是__________。
（2）P 的非金属性比As 强，从原子结构的角度解释其原因_______；如图是元素周期表的一部分，请推测砷的单质或其化合物可能具有的性质_______________（写出两条即可） （3）NH 4NO 3可做化肥，但易爆，300℃发生爆炸：2NH 4NO 3→2N 2↑+O 2↑+4H 2O 。每生成2molN 2，反应中转移的电子为_____mol ，氧化产物与还原产物的质量．．
之比为_____。 （4）发电厂常用氨气吸收烟气中的CO 2。常温下，当CO 2不断通入pH =11的氨水中时会产
生微量的新离子：NH 2COO -。
（i ）写出NH 2COO -的电子式___________。
（ii ）计算原氨水中c （NH 4+）=_______mol /L 。
【答案】 60o P 原子核外有三个电子层，As 原子核外有四个电子层，P 的原子半径＜As ，P 吸引电子的能力更强，所以P 的非金属性更强 砷是半导体，砷的氧化物是两性氧化物、砷的最高价氧化物对应水化物是两性氢氧化物等 10
