- 原子结构与性质
- 共16061题
钛和钛的合金已被广泛用于制造电讯器材、人造骨骼、化工设备、飞机等航天航空材料,被誉为“未来世界的金属”.试回答下列问题:
(1)钛有2248Ti和2250Ti两种原子,它们互称为______.元素在元素周期表中的位置是第______周期,第______族;基态原子的电子排布式为______;按电子排布Ti元素在元素周期表分区中属于______区元素.
(2)偏钛酸钡在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用.偏钛酸钡晶体中晶胞的结构如图1所示,它的化学式是______,
(3)氮化钛(Ti3N4)为金黄色晶体,由于具有令人满意的仿金效果,越来越多地成为黄金装饰的替代品.以TiCl4为原料,经过一系列反应,如图3.可以制得Ti3N4和纳米TiO2.
①Ti3N4中Ti元素的化合价为______.TiCl4分子中4个氯原子不在同一平面上,则TiCl4的空间构型为______.
②反应①为置换反应,该反应的化学方程式为______.
③纳米TiO2是一种应用广泛的催化剂,纳米TiO2催化的一个实例如下:
化合物甲的分子中采取sp2杂化的碳原子个数为______,化合物乙中采取sp3杂化的原子的第一电离能由大到小的顺序为______.
④有一种氮化钛晶体的晶胞如图2所示,该氮化钛晶胞中含有______个N原子,晶胞中N、Ti之间的最近距离为a pm,则该氮化钛的密度为______g.cm-3 (NA为阿伏加德罗常数的数值,只列算式).
正确答案
解:(1)2248Ti和2250Ti为质子数相同中子数不同的钛元素的不同原子,互称同位素;Ti元素核外有22个电子,根据构造原理知其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63S23p63d24s2(或[Ar]3d24s2),该元素的能层数为4、价电子数为4,所以钛元素位于第四周期第IVB族,钛元素最后排列电子是d电子,所以钛元素属于d区,
故答案为:同位素;1s22s22p63S23p63d24s2(或[Ar]3d24s2);四;IVB;d;
(2)该化合物中,O原子个数=12×,Ti原子个数=8×
,Ba原子个数为1,所以其化学式为:BaTiO3,故答案为:BaTiO3;
(3)①该化合物中氮元素化合价为-3价,根据化合价代数和为0知,Ti元素化合价为+4价,TiCl4分子中4个氯原子不在同一平面上,说明TiCl4分子结构和甲烷相同,为正四面体结构,故答案为:+4;正四面体;
②根据反应物、生成物和反应条件知,该反应方程式为:2Mg+TiCl4Ti+2MgCl2,故答案为:2Mg+TiCl4
Ti+2MgCl2;
③采取sp2杂化的碳原子价层电子对数是3,该分子中碳原子价层电子对数为3的有:苯环上的碳原子、连接羰基的碳原子,所以一共有7个;采取sp3杂化的原子价层电子对数是4,价层电子对个数是4的原子有:连接甲基和羟基的碳原子、氧原子和氮原子,同一周期元素中,元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但第VA族元素大于相邻元素,所以这三种元素第一电离能从大到小顺序是:N>O>C,
故答案为:7;N>O>C;
④该晶胞中N原子个数=8×=4,Ti原子个数=1+12×
=4,该晶胞的ρ=
=
g.cm-3=
g.cm-3,
故答案为:4;.
解析
解:(1)2248Ti和2250Ti为质子数相同中子数不同的钛元素的不同原子,互称同位素;Ti元素核外有22个电子,根据构造原理知其基态原子核外电子排布式为1s22s22p63S23p63d24s2(或[Ar]3d24s2),该元素的能层数为4、价电子数为4,所以钛元素位于第四周期第IVB族,钛元素最后排列电子是d电子,所以钛元素属于d区,
故答案为:同位素;1s22s22p63S23p63d24s2(或[Ar]3d24s2);四;IVB;d;
(2)该化合物中,O原子个数=12×,Ti原子个数=8×
,Ba原子个数为1,所以其化学式为:BaTiO3,故答案为:BaTiO3;
(3)①该化合物中氮元素化合价为-3价,根据化合价代数和为0知,Ti元素化合价为+4价,TiCl4分子中4个氯原子不在同一平面上,说明TiCl4分子结构和甲烷相同,为正四面体结构,故答案为:+4;正四面体;
②根据反应物、生成物和反应条件知,该反应方程式为:2Mg+TiCl4Ti+2MgCl2,故答案为:2Mg+TiCl4
Ti+2MgCl2;
③采取sp2杂化的碳原子价层电子对数是3,该分子中碳原子价层电子对数为3的有:苯环上的碳原子、连接羰基的碳原子,所以一共有7个;采取sp3杂化的原子价层电子对数是4,价层电子对个数是4的原子有:连接甲基和羟基的碳原子、氧原子和氮原子,同一周期元素中,元素的第一电离能随着原子序数的增大而呈增大趋势,但第VA族元素大于相邻元素,所以这三种元素第一电离能从大到小顺序是:N>O>C,
故答案为:7;N>O>C;
④该晶胞中N原子个数=8×=4,Ti原子个数=1+12×
=4,该晶胞的ρ=
=
g.cm-3=
g.cm-3,
故答案为:4;.
下列各原子或离子的电子排布式错误的是( )
正确答案
解析
解:A.Al原子核外有13个电子,电子排布式为1s22s22p63s23p1,符合能量最低原理,故A正确;
B.S2-核外有18个电子,电子排布式为1s22s22p63s23p6,故B错误;
C.Na+原子核外有10个电子,核外电子排布式为1s22s22p6,故C正确;
D.F原子核外有9个电子,核外电子排布式为1s22s22p5,故D正确;
故选B.
以下有关元素性质的说法不正确的是( )
正确答案
解析
解:A..①是Si元素、②是N元素、③是C元素、④是S元素,原子的电子层数越多其原子半径越大,同一周期元素中,原子半径随着原子序数的增大而减小,所以原子半径最大的是Si元素即①,故A正确;
B.①是B元素、②是C元素、③是N元素、④是O元素,同一周期元素中,元素电负性随着原子序数的增大而呈增大趋势,但第VA族元素大于相邻元素,所以元素第一电离能最大的是N元素即③,故B错误;
C.同一周期元素中,元素电负性随着原子序数的增大而呈增大趋势,但第VA族元素大于相邻元素;同一主族元素中,元素的电负性随着原子序数的增大而减小,元素电负性随原子序数增加而递增的是④,故C正确;
D.根据元素电离能知,该元素原子核外最外层有3个电子,所以其最外层电子在化学反应中易失去而在化合物中易呈现+3价,故D正确;
故选B.
下列说法中错误的是( )
正确答案
解析
解:A.根据核外电子排布规律,每一能层最多可容纳的电子数2n2(n为能层序数),故A正确;
B.能层序数越大,s原子轨道的能量越高,轨道的半径越大,故B正确;
C.根据电子云的空间形状可知,各能级包含的原子轨道数按s、p、d、f的顺序依次为1、3、5、7,故C正确;
D.根据泡利原理:1个原子轨道里最多只能容纳2个电子,且自旋方向相反,故D错误;
故选D.
关于原子核外电子排布不正确的是( )
正确答案
解析
解:A.一个原子在第三电子层上有10个电子,排列第三电子层上电子时,排列顺序是3s、3p、3d,3s能级最多排列2个电子、3p能级最多排列6个电子、3d能级最多排列10个电子,再根据能量最低原理排列电子,所以该电子层上电子排布式为3s23p63d2,故A正确;
B.根据泡利不相容原理知,3p轨道最多排6个电子,故B正确;
C.Fe元素为26号元素,原子核外有26个电子,外围电子排布式为:3d64s2,故C错误;
D.Si元素为14号元素,原子核外有14个电子,所以核外电子排布式为:1s22s22p63s23p2,故D正确;
故选C.
下列各分子中所有原子都满足最外层为8电子结构的是( )
正确答案
解析
解:A.BeCl2中,Be原子的最外层电子为:2+2=4,Cl原子的最外层电子为:7+|-1|=8,不都满足8电子稳定结构,故
A不选;
B.PCl3中,P原子的最外层电子为:5+3=8,Cl原子的最外层电子为:7+|-1|=8,都满足8电子稳定结构,故B选;
C.PCl5中,P原子的最外层电子为:5+5=10,Cl原子的最外层电子为:7+|-1|=8,不都满足8电子稳定结构,故C不选;
D.N2中,N与N原子之间有3个共用电子对,则N原子的最外层电子为5+3=8,满足8电子稳定结构,故D选.
故选BD.
人们常将在同一原子轨道上运动的,自旋方向相反的2个电子,称为“电子对”;将在同一原子轨道上运动的单个电子,称为“未成对电子”.以下有关主族元素原子的“未成对电子”的说法,错误的是( )
正确答案
解析
解:A.核外电子数为奇数的基态原子,则原子最外层电子数为奇数,若最外层为nsx,则x=1,含有未成对电子;若最外层为ns2npy,则y=1或3或5,np轨道一定含有未成对电子,故A正确;
B.核外电子数为偶数的基态原子,则原子最外层电子数为奇数,若最外层为nsx,则x=2,不含有未成对电子;若最外层为ns2npy,则y=2或4,np轨道一定含有未成对电子,故B错误;
C.核外电子数若最外层为nsx,x=2,不含有未成对电子,其核外电子数为偶数,若最外层为ns2npy,则y=2或4,np轨道一定含有未成对电子,其核外电子数为偶数,故C正确;
D.核外电子数为奇数的基态原子,则原子最外层电子数为奇数,若最外层为nsx,则x=1,含有未成对电子;若最外层为ns2npy,则y=1或3或5,np轨道一定含有未成对电子,原子轨道中不含“未成对电子”的基态原子,若最外层为nsx,x=2,若最外层为ns2npy,则y=2或6,其核外电子数一定为偶数,故D正确;
故选B.
(1)位于第4周期元素Q和T,在周期表中既处于同一周期又位于同一族,且原子序数T比Q多2.T的基态原子外围电子排布为______,Q2+的未成对电子数是______.
(2)Fe、Mn两元素的部分电离能数据列于下表:
比较两元素的I2、I3可知,气态Mn2+再失去一个电子比气态Fe2+再失去一个电子难.对此,你的解释是______.
正确答案
解:(1)位于第4周期元素Q和T,在周期表中既处于同一周期又位于同一族,则Q、T处于第Ⅷ族,且原子序数T比Q多2,则Q为Fe元素,T为Ni元素,Ni元素是28号元素,Ni原子价电子排布式为3d84s2,Fe2+的核外电子排布式为1s24s22p63s23d6,3d能级有4个单电子,
故答案为:3d84s2;4;
(2)Mn元素的原子序数是24号元素,其原子核外有24个电子,其基态原子核外电子排布式为[Ar]3d54s2,Mn2+转化为Mn3+时,3d能级由较稳定的3d5半充满状态转为不稳定的3d4状态需要的能量较多;铁原子序数是26,核外电子数为26,该元素原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,而Fe2+到Fe3+时,3d能级由不稳定的3d6到稳定的3d5半充满状态,需要的能量相对要少,
故答案为:由Mn2+转化为Mn3+时,3d能级由较稳定的3d5半充满状态转为不稳定的3d4状态需要的能量较多;而Fe2+到Fe3+时,3d能级由不稳定的3d6到稳定的3d5半充满状态,需要的能量相对要少.
解析
解:(1)位于第4周期元素Q和T,在周期表中既处于同一周期又位于同一族,则Q、T处于第Ⅷ族,且原子序数T比Q多2,则Q为Fe元素,T为Ni元素,Ni元素是28号元素,Ni原子价电子排布式为3d84s2,Fe2+的核外电子排布式为1s24s22p63s23d6,3d能级有4个单电子,
故答案为:3d84s2;4;
(2)Mn元素的原子序数是24号元素,其原子核外有24个电子,其基态原子核外电子排布式为[Ar]3d54s2,Mn2+转化为Mn3+时,3d能级由较稳定的3d5半充满状态转为不稳定的3d4状态需要的能量较多;铁原子序数是26,核外电子数为26,该元素原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2,而Fe2+到Fe3+时,3d能级由不稳定的3d6到稳定的3d5半充满状态,需要的能量相对要少,
故答案为:由Mn2+转化为Mn3+时,3d能级由较稳定的3d5半充满状态转为不稳定的3d4状态需要的能量较多;而Fe2+到Fe3+时,3d能级由不稳定的3d6到稳定的3d5半充满状态,需要的能量相对要少.
X2+和Y-与氩的电子层结构相同,下列判断中不正确的是( )
正确答案
解析
解:氩是18号元素,原子核外有18个电子,X2+和Y-与氩的电子层结构相同,阳离子中核外电子数=质子数-电荷数=18,所以X质子数是20,该元素是钙元素;阴离子Y核外电子数=质子数+电荷数=18,质子数=17,所以Y是氯元素.
A、钙原子半径大于氯原子半径,故A正确.
B、钙原子序数是20,氯原子序数是17,所以原子序数X>Y,故B正确.
C、钙原子最外层有2个电子,氯原子最外层有7个电子,所以最外层电子数X<Y,故C错误.
D、钙原子有4个电子层,氯原子有3个电子层,所以电子层数X>Y,故D错误.
故选CD.
有X,Y两种原子,X原子的M电子层比Y原子的M电子层少3个电子,Y原子的L电子层的电子数恰为X原子的L层电子数的2倍,则X,Y元素的元素符号分别为( )
正确答案
解析
解:X原子的M电子层比Y原子的M电子层少3个电子,说明Y原子的L层已经排满8个电子,Y原子的L电子层的电子数恰为X原子的L层电子数的2倍,则X原子L层电子数为4,故X为碳元素,碳原子的M层电子数为0,所以Y原子的M层电子数为3,故Y为铝元素.即X为:C;Y为Al.
故选:A.
X元素的价电子结构为ndn+2(n+1)sn-2,则下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:s能级最多容纳2个电子,当S能级上含有2个电子时,n-2=2,n=4,该元素的电子结构式为4d65s2,此排布在周期表中不存在(Ru为4d75s1);
当s能级上含有1个电子时,n-2=1,n=3,该元素的电子结构式为3d54s1,该元素为Cr,
A、Cr的价电子排布为3d54s1,补齐前面的能级得到原子核外电子排布式为1S22S22P63S23P63d54s1,故A错误;
B、由Cr的核外电子排布式可知,最大能层数为4,因此位于第四周期,故B错误;
C、Cr的价电子排布为3d54s1,位于第四周期VIB族,故C正确;
D、Cr的价电子排布为3d54s1,最外层只有1个电子,故D错误;
故选C.
XY2是离子化合物,X和Y的离子的电子层结构与氖原子的相同,则X、Y为( )
正确答案
解析
解:XY2是离子化合物,所以X失去的电子数是Y得到电子数的2倍,X和Y的离子的电子层结构与氖原子的相同,即均是10电子微粒,所以XY2是氟化镁,则X、Y为Mg和F.
故选D.
构造原理揭示的电子排布能级顺序,实质是各能级能量高低,若以E表示某能级的能量,下列能量高低顺序中正确的是( )
正确答案
解析
解:各能级能量高低顺序为①相同n而不同能级的能量高低顺序为:ns<np<nd<nf,②n不同时的能量高低:2s<3s<4s 2p<3p<4p;③不同层不同能级ns<(n-2)f<(n-1)d<np,绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循下列顺序:1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f…
A.不同能层相同能级的电子能量E(3s)>E(2s)>E(1s),故A正确;
B.由以上分析可知相同能层不同能级的电子能量E(3d)>E(3p)>E(3s),故B错误;
C.由以上分析可知E(4f)>E(3d)>E(4s),故C错误;
D.应为E(4f)>E(5s)>E(4s),故D错误.
故选A.
下列离子中,所带电荷数与该离子的核外电子层数相等的是( )
正确答案
解析
解:A、Mg2+核外电子数为10,有2个电子层,离子所带电荷数与电子层相等,故A符合;
B、Al3+核外电子数为10,有2个电子层,离子所带电荷数与电子层不相等,故B不符合;
C、Be2+核外电子数为2,有1个电子层,离子所带电荷数与电子层不相等,故C不符合;
D、H+核外电子数为0,离子没有电子层,离子所带电荷数与电子层不相等,故D不符合.
故选:A.
下列说法不正确的是( )
正确答案
解析
解:A.F2、Cl2、Br2、I2是组成和结构相似的分子,熔点随相对分子质量增大而升高,故A正确;
B.C2Cl6分子中,每个C与3个Cl原子形成3个共用电子对,且两个C原子之间形成了1个C-C键,所以C、Cl原子的最外层都达到了8电子稳定结构,故B正确;
C.Cl-、S2-、Ca2+、K+都含有3个电子层,离子的核电荷数越大,离子半径越小,则离子半径从大到小的顺序为:Cl-、S2-、K+、Ca2+,故C错误;
D.质量数相等的不同核素,若是同一种元素,则具有相同的质子数,而质量数=质子数+中子数,所以该两种核素具有相同的中子数,即:这两种核素具有相同的中子数和中子数,为同一种核素,所以质量数相等的不同核素,一定属于不同种核素,故D正确;
故选C.
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