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大题优练 11
以给定元素为背景的物质结构与性质
优 选 例 题
例：2019年诺贝尔化学奖由来自美、英、日的三人分获，以表彰他们在锂离子电池研究方面做出的贡献，他
们最早发明用LiCoO 作离子电池的正极，用聚乙炔作负极。回答下列问题：
2
(1)基态Co原子价电子排布图为_______。第四电离能I(Co)比I(Fe)小，是因为_______。
4 4
(2)LiCl的熔点(605℃)比LiF的熔点(848℃)低，其原因是______________________。
(3)乙炔(C H)分子中σ键与π键的数目之比为_______。
2 2
(4)锂离子电池的导电盐有LiBF 等，碳酸亚乙酯( )是一种锂离子电池电解液的添加剂。
4
①LiBF 中阴离子的空间构型是_______。
4
②碳酸亚乙酯分子中碳原子的杂化方式有_______。
(5)Li S 是目前正在开发的锂离子电池的新型固体电解质，其晶胞结构如图所示，已知晶胞参数
2
a=588pm。
①S2−的配位数为_______。
②设N 为阿伏加德罗常数的值，LiS的晶胞密度为_______g·cm−3(列出计算式)。
A 2【答案】（1） Co失去的是3d6上的一个电子，而 失去的是半充满状态
3d5上的一个电子，故 需要的能量较高
（2）LiCl和LiF均为离子晶体，Cl−半径比F−大，LiCl的晶格能比LiF的小
（3）3∶2
（4）正四面体 sp2、sp3
（5）8
【解析】(1)基态Co原子价电子排布式为3d74s2，其价电子排布图为 ；第四电离
能I(Co)比I(Fe)小，价电子排布Co3+为3d6，Fe3+为3d5，Fe3+半满，稳定，难失去电子，因此原因为Co失去
4 4
的是3d6上的一个电子，而 失去的是半充满状态3d5上的一个电子，故 需要的能量较高；(2)LiCl的熔点
(605℃)比LiF的熔点(848℃)低，它们都为离子晶体，离子晶体熔点主要比较离子半径，晶格能，因此其原因
是LiCl和LiF均为离子晶体，Cl−半径比F−大，LiCl的晶格能比LiF的小；(3)乙炔(C H)分子中有1个碳碳三
2 2
键，2个C-H因此分子总σ键与π键的数目之比为3∶2；(4)①LiBF 中阴离子 的中心原子B的价层电子对
4
数为 ，因此空间构型是正四面体形；②碳酸亚乙酯分子中碳氧双键的碳原子，σ键有3
个，没有孤对电子，因此杂化方式为sp2，另外两个碳原子，σ键有4个，没有孤对电子，因此杂化方式为
sp3，所以碳原子的杂化方式有sp2、sp3；(5)①以最右面中心S2−分析，连接左边有4个锂离子，右边的晶胞中
也应该有4个锂离子，因此配位数为8；②设N 为阿伏加德罗常数的值，根据晶胞计算锂离子有 8个，硫离
A
子个数为 ，LiS的晶胞密度 。
2模 拟 优 练
1．东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载，云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外，曾主要用于造币，亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题：
(1)镍元素基态原子的电子排布式为______，3d能级上的未成对电子数为______。
(2)硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH )]SO 蓝色溶液。
3 6 4
①[Ni(NH )]SO 中阴离子的立体构型是______。
3 6 4
②在[Ni(NH )]2+中Ni2+与NH 之间形成的化学键称为______，提供孤电子对的成键原子是__________。
3 6 3
③氨的沸点______(填“高于”或“低于”)膦(PH )，原因是__________________。氨是________分子(填
3
“极性”或“非极性”)，中心原子的轨道杂化类型为________。
(3)单质铜及镍都是由________键形成的晶体；元素铜与镍的第二电离能分别为：I =1958kJ·mol−1，
Cu
I =1753kJ·mol−1，I ＞I 的原因是__________________________。
Ni Cu Ni
(4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。
①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为______。
②若合金的密度为d g∙cm−3，晶胞参数a=______pm。
【答案】（1）1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2 2
（2）正四面体 配位键 N 高于 NH 分子间可形成氢键 极性 sp3
3
（3）金属 Cu+核外电子排布比Ni+稳定，难以失电子
（4）3∶1 ×1010
【解析】(1)镍是28号元素，位于第四周期Ⅷ族，根据核外电子排布规则，其基态原子的电子排布式为
1s22s2 2p63s23p63d84s2，3d能级有5个轨道，先占满5个自旋方向相同的电子，剩余3个电子再分别占据三个轨
道，电子自旋方向相反，所以未成对的电子数为2；(2)①根据价层电子对互斥理论，SO的σ键电子对数等于4，孤电子对数为(6+2-2×4)× =0，则阴离子的立体构型是正四面体形；②根据配位键的特点，在
[Ni(NH )]2+中Ni2+与NH 之间形成的化学键称为配位键，提供孤电子对的成键原子是N；③分子间存在氢键，
3 6 3
分子间作用力强，所以氨的沸点高于膦；根据价层电子对互斥理论，氨中心原子 N的σ键电子对数等于3，
孤电子对数为(5-3)× =1，则中心原子是sp3杂化，分子成三角锥形，正负电荷重心不重叠，氨是极性分子；
(3)铜和镍属于金属，则单质铜及镍都是由金属键形成的晶体；Cu+的外围电子排布为3d10，呈半充满状态，比
较稳定，Ni+的外围电子排布为3d84s1，Cu+的核外电子排布更稳定，失去第二个电子更难，元素铜的第二电离
能高于镍的，所以I ＞I ；(4)①根据均摊法计算，晶胞中铜原子个数为6× =3，镍原子的个数为8× =1，
Cu Ni
则铜和镍原子的数量比为3∶1；②根据上述分析，该晶胞的组成为Cu Ni，若合金的密度为d g·cm−3，根据
3
d= g·cm−3，则晶胞参数a= cm= ×1010pm。
2．2019年1月3日上午，嫦娥四号探测器翩然落月，首次实现人类飞行器在月球背面的软着陆。所搭载的
“玉兔二号”月球车，通过砷化镓(GaAs)太阳能电池提供能量进行工作。回答下列问题：
(1)基态As原子的价电子排布图为__________，基态Ga原子核外有______个未成对电子。
(2)镓失去电子的逐级电离能(单位：kJ·mol−1)的数值依次为577、1985、2962、6192，由此可推知镓的主要
化合价为____和+3，砷的电负性比镓____(填“大”或“小”)。
(3)1918年美国人通过反应：HC≡CH+AsCl CHCl=CHAsCl 制造出路易斯毒气。在HC≡CH分子中σ
3 2
键与π键数目之比为________；AsCl 分子的空间构型为___________。
3
(4)砷化镓可由(CH)Ga和AsH 在700℃制得，(CH)Ga中碳原子的杂化方式为_______
3 3 3 3 3
(5)GaAs为原子晶体，密度为ρ g·cm−3，其晶胞结构如图所示，Ga与As以_______键键合。Ga和As的原
子半径分别为a pm和b pm，设阿伏伽德罗常数的值为N ，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率
A
为_______________(列出计算式，可不化简)。【答案】（1） 1
（2）+1 大
（3）3∶2 三角锥形
（4）sp3
（5）共价 ×100%
【解析】(1)As为33号元素，基态As原子的核外价电子为其4s能级上2个电子、4p能级上3个电子，所
以其价电子排布式为 ，基态Ga原子核外4p能级上有1个电子，则Ga未成
对电子数是1，故答案为 ；1；(2)根据镓失去电子的逐级电离能知，失去 1
个或3个电子电离能突变，由此可推知镓的主要化合价为+1和+3，同一周期元素电负性随着原子序数增大而
增大，二者位于同一周期且原子序数Ga＜As，则电负性As比Ga大，故答案为+1；大；(3)共价单键为σ键、
共价三键中含有一个σ键、两个π键，因此乙炔分子中含有3个σ键、2个π键，则σ键、π键个数之比为
3∶2；AsCl 分子中As原子价层电子对个数=3+ =4，含有一个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断
3
空间构型为三角锥形，故答案为3∶2；三角锥形；(4)(CH )Ga中碳原子价层电子对个数是4，根据价层电子对
3 3
互斥理论判断C原子杂化类型为sp3，故答案为sp3；(5)GaAs为原子晶体，Ga和As原子之间以共价键键合；该晶胞中Ga原子个数是4、As原子个数=8× +6× =4，所以其化学式为GaAs，该晶胞体积= =
cm3，该晶胞中所有原子体积=4× π[(a×10−10)3+(b×10−10)3]cm3=4× π×10−30×(a3+b3)cm3，GaAs晶胞中原子的体
积占晶胞体积的百分率= ×100%= ×100%。
3．我国考古人员在秦陵挖掘的宝剑，到现在仍然锋利无比，原因是剑锋上覆盖了一层铬。铬能形成多种化合
物，主要化合价有+2价、+3价、+6价。
请回答下列问题：
(1)基态铬原子的外围电子排布式为________；与铬同周期的所有元素中，基态原子最高能层电子数与铬
原子未成对电子数相同的元素是________。
(2)铬原子的各级电离能(I：kJ·mol−1)数据如下表所示，铬原子逐级电离能增大的原因是________。
I I I I I I I
1 2 3 4 5 6 7
652.9 1590.6 2987 4743 6702 8744.9 15455
(3)CrCl ·6H O实际上是配合物，配位数为6，其固体有三种颜色，其中一种暗绿色固体与足量硝酸银反应
3 2
时，1mol固体可生成1mol氯化银沉淀。则这种暗绿色固体的化学式为________，其中铬的配体水分子的
VSEPR模型为________，该配合物中存在的作用力有________(填标号)。
A．离子键 B．配位键 C．共价键 D．金属键
(4)CrO 能将乙醇氧化为乙醛，二者的相对分子质量相近，但乙醇的沸点比乙醛高，原因是________。
3
(5)某镧(La)铬(Cr)型复合氧化物具有巨磁电阻效应，晶胞结构如图所示：①该晶体的化学式为________。
②该晶体中距离镧原子最近的铬原子有________个；若两个距离最近的氧原子核间距为a pm，组成物质的
摩尔质量为b g·mol−1，阿伏加德罗常数值为N ，则晶体密度的表达式为______g·cm−3。
A
【答案】（1）3d54s1 Se或硒
（2）随着电子的逐个失去，阳离子所带正电荷数越来越大，再失一个电子需要克服的电性引力也越来越
大，消耗的能量也越来越多
（3）[CrCl (H O) ]Cl∙2H O或[Cr(H O) Cl]Cl∙2H O 四面体形 ABC
2 2 4 2 2 4 2 2
（4）乙醇能形成分子间氢键
（5）LaCrO 8
3
【解析】（1）铬元素原子的原子序数为24，位于元素周期表的第四周期VIB族，其基态铬原子的外围电
子排布式为3d54s1，，其未成对电子数为6，与铬处于同周期的所有元素中，基态原子最高能层电子数为6的
原子外围电子排布式为4s24p4，即该元素为Se或硒；（2）对于同一种元素来说，随着电子的逐个失去，阳
离子所带正电荷数越来越大，再失一个电子需要克服的电性引力也越来越大，消耗的能量也越来越多，导致
其逐级电离能会越来越大；（3）1mol固体可生成1mol氯化银沉淀，说明该配合物分子的外界有1个氯离子，
又因为该配合物的配位数是6，根据氯原子守恒知，则该配合物内界中含有1个氯原子和5个水分子，其余水
分子以结晶水形式存在，其化学式为[CrCl (H O) ]Cl∙2H O或[Cr(H O) Cl]Cl∙2H O；根据价层电子对互斥理论
2 2 4 2 2 4 2 2
可知，水分子的中心原子为O，其孤电子对数为2，σ键电子对数为2，故中心原子的价电子数为2+2=4，其
VSEPR模型为四面体形，该配合物外界存在氯离子，与配位体形成离子键，而配合物内界的中心离子铬离子
与氯离子、水分子之间均存在配位键，其中水分子内部 H与O原子之间存在共价键，故ABC正确，而金属
键是金属离子与自由电子之间的一种化学键，主要存在于金属金体之间，故 D 项错误，故答案为
[CrCl (H O) ]Cl∙2H O或[Cr(H O) Cl]Cl∙2H O；四面体形；ABC；（4）乙醇分子之间能形成氢键，而乙醛分
2 2 4 2 2 4 2 2
子之间不能形成氢键，氢键的存在导致乙醇熔沸点大于乙醛，故答案为乙醇能形成分子间氢键；（5）①晶胞中La原子位于立方体的顶点上，其原子数目=8× =1，Cr原子为立方体的中心，其原子数目=1、O原子位于
立方体的体面上，其原子数目=6× =3，该晶体的化学式为：LaCrO ，故答案为LaCrO ；②结合该晶体的结
3 3
构可看出，一个镧原子为八个晶胞共用，一个铬原子为一个晶胞所用，则距离镧原子最近的铬原子有 8个；
两个距离最近的氧原子核间距与正方体的边长构成等腰直角三角形，设则正方体的边长为x pm，根据几何关
系式可知，( )2+( )2=a2，则x= a pm，因此该晶胞体积为( a×10−10pm)3，又知一个晶胞的质量为
g，故其密度= g·cm－3。
4．碳族元素的单质及其化合物在生产、生活中是一类重要物质。请回答下列问题：
(1)硅原子核外有_______种不同运动状态的电子，第一电离能介于铝和硅之间的元素的名称为______。碳
族元素最外层电子排布的通式为_______。
(2)下列说法不正确的是___________。
A．二氧化硅的相对分子质量比二氧化碳大，所以沸点SiO>CO
2 2
B．N 与CO互为等电子体，结构相似，化学性质相似
2
C．稳定性：HO>HS，原因是水分子间存在氢键
2 2
(3)青蒿素(C H O)的结构如图所示，图中数字标识的五个碳原子的杂化轨道类型为 sp2的是________(填
15 22 5
碳原子的标号)，组成青蒿素的三种元素的电负性由大到小排序是________。(4)青蒿素分子中，从成键方式分析氧元素形成的共价键类型有___________；从青蒿中提取青蒿素的最佳
溶剂是___________。
a．乙醇 b．乙醚 c．水
(5)SnO 是一种重要的半导体传感器材料，用来制备灵敏度高的气敏传感器，SnO 与熔融NaOH反应生成
2 2
NaSnO ，NaSnO 中阴离子空间构型为___________。
2 3 2 3
(6)由碳族元素形成的单质和化合物在电池领域非常重要，某含碳元素晶体 AMX (相对分子质量为Mr)是
3
半导体，常用作吸光材料，有钙钛矿的立方结构，其晶胞如图所示。AMX 晶胞中与阳离于(M)距离最近的阴
3
离子(X)形成正八面体结构，则X处于___________位置。晶体的晶胞参数为a nm，其晶体密度为ρ g·cm−3，
则阿伏加德罗常数N 的计算表达式为___________。
A
【答案】（1）14 Mg ns2np2
（2）AC
（3）3 O＞C＞H
（4）非极性键、极性键 b
（5）平面三角形
（6）面心
【解析】(1)硅原子核外有14个电子，每个电子的运动状态都不一样，共有14种不同运动状态的电子；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IIA族、第VA族元素第一电离能
大于相邻元素，根据电离能的变化规律，3s轨道全充满的Mg原子第一电离能要比Al原子高，第一电离能介
于铝和硅之间；碳族元素是第IVA族元素，最外层电子排布的通式为 ns2np2；故答案为：14；Mg；ns2np2；
(2)A．二氧化硅是共价晶体，CO 是分子晶体，所以沸点SiO>CO ，故A错误；B．N 与CO价电子数都是
2 2 2 2
10，互为等电子体，结构相似，化学性质相似，故B正确；C．非金属性：O>S，非金属性越大，氢化物稳定性越大，则稳定性：HO>HS，故C错误；故答案为AC；(3)3号C原子与氧原子形成碳氧双键，碳原子的
2 2
杂化轨道类型为sp2；组成青蒿素的三种元素为H、C、O，元素的非金属性越强，电负性越强，非金属性：O
＞C＞H；故答案为：3；O＞C＞H；(4)青蒿素中存在O-O键、C-C键，为非极性键，C-O、C-H键为极性键；
青蒿素中含有酯基，为酯类物质，不溶于水，易溶于有机溶剂乙醚，提取的方法是用乙醚萃取；故答案为：
非极性键、极性键；b；(5)Na SnO 中阴离子为SnO，价层电子对数为3+ (4+2-3 2)=3，没有孤对电子，空
2 3
间构型为平面三角形；故答案为：平面三角形；(6)某含碳元素晶体AMX 晶胞中A∶M∶X=1∶1∶3，由晶
3
胞结构结合阳离于(M)距离最近的阴离子(X)形成正八面体结构可知，M位于体心，X位于面心；密度 =
= ，则N = ，故答案为：面心； 。
A
5．硫及其化合物有许多用途。请回答下列问题。
(1)基态硫原子的价电子排布式为_________，其电子占据最高能级的电子云轮廓图形状为___________。
(2)常见含硫的物质有单质硫(S )、SO 、NaS、KS 等，四种物质的熔点由高到低的顺序依次为
8 2 2 2
___________，原因是___________。
(3)炼铜原料黄铜矿中铜的主要存在形式是CuFeS ，煅烧黄铜矿生成SO ，CuFeS 中存在的化学键类型是
2 2 2
___________，SO 中心原子的价层电子对数为___________。
2
(4)方铅矿(即硫化铅)是一种比较常见的矿物，酸溶反应为：PbS+4HCl(浓)=H [PbCl ]+H S↑。HS分子属于
2 4 2 2
_________(填“极性”或“非极性”)分子，其中心原子的杂化方式为__________。下列分子的空间构型与
HS相同的有__________
2
A．HO B．CO C．SO D．CH
2 2 2 4
(5)方铅矿的立方晶胞如图所示，硫离子采取面心立方堆积，铅离子填在由硫离子形成的___________空隙
中。已知晶体密度为 ρ g·cm−3，阿伏加德罗常数的值为 N ，则晶胞中硫离子与铅离子最近的距离为
A
___________nm【答案】（1）3s23p4 哑铃形
（2）NaS＞KS＞S ＞SO Na S、KS为离子晶体，熔点较高，离子半径：K+＞Na+，离子半径越小，
2 2 8 2 2 2
离子键越强，熔点越高，所以熔点：NaS＞KS，S 、SO 形成的是分子晶体，熔点较低，相对分子质量越大，
2 2 8 2
熔点越高，相对分子质量：S＞SO ，所以熔点：S＞SO
8 2 8 2
（3）离子键 3
（4）极性 sp3 AC
（5）四面体
【解析】(1)S位于周期表中第3周期第ⅥA族，基态硫原子的价电子排布式为3s23p4，其电子占据最高能
级为P能级，电子云轮廓图形状为哑铃形；(2)Na S、KS为离子晶体，熔点较高，离子半径：K+＞Na+，离子
2 2
半径越小，离子键越强，熔点越高，所以熔点：NaS＞KS，S 、SO 形成的是分子晶体，熔点较低，相对分
2 2 8 2
子质量越大，熔点越高，相对分子质量：S ＞SO ，所以熔点：S ＞SO ，故四种物质的熔点由高到低的顺序
8 2 8 2
依次为NaS＞KS＞S ＞SO ；(3)CuFeS 是离子化合物，Cu2+、Fe2+、S2−之间存在离子键；SO 中心原子S原
2 2 8 2 2 2
子形成2个σ键，孤电子对数为 ，则价层电子对数为3；(4)H S分子中S原子形成2个σ键，孤电
2
子对数为 ，价层电子对数为4，则中心原子S原子的杂化方式为sp3，分子构型为V形，正负电荷中
心不重合，则HS分子属于极性分子；与HS分子的空间构型相同的有HO、SO ，均为V形，CO 为直线形，
2 2 2 2 2
CH 为正四面体型，故选AC；(5)硫离子采取面心立方堆积，铅离子填在由硫离子形成的四面体空隙中，与
4
周围最近的4个硫离子形成正四面体，与正四面体顶点的距离即为晶胞中硫离子与铅离子最近的距离，顶点与四面体中心的连线处于晶胞体对角线上，且二者距离为晶胞体对角线长度的 ，而晶胞体对角线长度等于
晶胞棱长的 ，一个晶胞中有4个铅离子， 个硫离子，则晶胞的总质量为 ，故晶
胞的体积为 ，晶胞的边长为 ，则晶胞中硫离子与铅离子最近的距离为
。
