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大题优练 12 以推断元素为背景的物质结构与性质
优 选 例 题
例：熟记元素周期表，熟知元素周期律对于化学学习是至关重要的：现有 A、B、C、D、E、F原子序数依次
增大的六种元素，它们分别位于元素周期表的前四周期。B元素含有3个能级，且每个能级所含的电子数
相同；D的原子核外有8个运动状态不同的电子，B、C、D均可与A形成10电子微粒，E元素与F元素
处于同一周期相邻的族，它们的原子序数相差 3，且E元素的基态原子有4个未成对电子。请回答下列问
题：
(1)请写出F基态原子的电子排布式：___________，F元素位于周期表的___区。
(2)B、C、D基态原子第一电离能由小到大的顺序为_____________(用元素符号表示)。
(3)已知(BC) 是直线型分子，并有对称性，且分子中每个原子最外层都达到8电子稳定结构，则(BC) 中σ
2 2
键和π键的个数比为_____________。
(4)E的单质和C的氢化物在640°C可发生置换反应，产物之一的晶胞结构如图1所示，写出该反应的化学
方程式： 。
(5)立方硫化锌晶胞与金刚石晶胞类似，结构如图 2，其中a代表S2−，b代表Zn2+。则该晶胞中S2−的配位
数为_______，若晶体的密度为ρ g·cm−3，则晶胞的体积为 cm3(用N 表示阿伏加德罗常数数值)。
A
【答案】（1）[Ar]3d104s1 ds
（2）C”或“<”)，电负性C____D(“>”或“<”)。
(3)CD中心原子杂化方式_____，CA 立体构型_____。
3
(4)E元素的焰色反应呈黄色，金属元素能产生焰色反应的微观原因为________。
(5)已知B元素的某种单质结构如图所示，且晶胞边长为a pm，B原子的摩尔质量为M g/mol，N 为阿伏加
A
德罗常数，则两个最近的B原子之间的距离为__________pm，该晶体的密度为__________g/cm3。
3．A、X、Y、B、C、D、E、M是前30号元素，原子序数依次增加。A原子是周期表中半径最小的原子；X
的基态原子次外层有2个电子，最外层有3个未成对电子；Y原子的2p轨道上有1个电子的自旋方向与
其它电子相反；B的价层电子排布式为ns1，C和Y形成的化合物是引起酸雨的主要大气污染物，常温下，
D的单质是一种黄绿色的气体；E的+3价离子的3d轨道为半充满状态，M与E元素位于同一周期，且为
ⅠB族元素。
（1）B、Y、C分别形成的简单离子的半径由大到小顺序为(填离子符号)_________。
（2）元素D基态原子的核外电子排布式为________，其同周期元素中，第一电离能最大的是______（写
元素符号）。
（3）M与D形成的一种化合物的立方晶胞如图所示。①该化合物的化学式为_______。
②此化合物的氨水溶液遇到空气则被氧化为深蓝色，深蓝色溶液中阳离子的化学式为_______，其中配位
体为_______分子（填“极性”或“非极性”）。
（4）基态C原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为_______形。将AC通入ED 溶液中反应的离子方
2 3
程式为_________________。
（5）用200mL 1mol·L−1的BYA溶液吸收4.48L（标准状况）CY 所得溶液的pH<7，溶液中离子浓度由大
2
到小的顺序为_______________________。
（6）工业上用电化学法治理酸性废液中XY的原理如图，阴极的电极反应式为_______。
4．X、Y、Z、R、W均为元素周期表中前四周期的元素，其原子序数依次增大；X2−和Y+有相同的核外电子
排布；Z的氢化物的沸点比其上一周期同族元素氢化物的沸点低；R的基态原子在前四周期元素的基态原
子中单电子最多；W为金属元素，X与W形成的某种化合物与Z的氢化物的浓溶液加热时反应可用于实
验室制取Z的气态单质。回答下列问题（相关问题均用元素符号或化学式表示）：
(1)R的基态原子的核外电子排布式是___________________。
(2)Z的氢化物的沸点比其上一周期同族元素氢化物的沸点低的原因是_______________。
(3)X与Z中电负性较大的是_________；Z的某种含氧酸盐常用于实验室中X单质的制取，此酸根离子的
空间构型是__________，此离子中含有的化学键类型是__________；X—Z—X的键角______109°28'（填“>”
“<”或“=”）。(4)X与Y形成的化合物YX的晶胞如图。其中X离子的配位数为_______，以距离一个X离子最近的所
2
有Y离子为顶点构成的几何体为________。该化合物与MgO相比，熔点较高的是____________。
(5)已知该化合物的晶胞边长为a pm，则该化合物的密度为_________g/cm3。（列算式，不必计算出数值，
阿伏伽德罗常数的数值为N ）
A
5．已知A、B、R、D都是周期表中前四周期的元素，它们的原子系数依次增大。其中A元素基态原子第一
电离能比B元素基态原子的第一电离能大，B的基态原子的L层、R基态原子的M层均有2个单电子，D
是第Ⅷ族中原子序数最小的元素。
(1)写出基态D原子的电子排布式__________。
(2)已知高纯度R的单质在现代信息技术与新能源开发中具有极为重要的地位。工业上生产高纯度R的单
质过程如下：
写出过程③的反应方程式___________，已知RHCl 的沸点是31.5oC，则该物质的晶体类型是__________，
3
中心原子的轨道杂化类型为__________，该物质的空间构型是______。
(3)A的第一电离能比B的第一电离能大的原因是_________，A、B两元素分别与R形成的共价键中，极
性较强的是________。A、B两元素间能形成多种二元化合物，其中与A互为等电子体的物质的化学式为
_______。
(4)已知D单质的晶胞如图所示，则晶体中D原子的配位数为______，一个D的晶胞质量为____，已知D
原子半径为r pm，则该晶胞的空间利用率为_____________(写出计算过程)。答 案 与 解 析
模拟优练
1.【答案】（1）O ls22s22p63s23p3(或[Ne]3s23p3)
（2）O 分子晶体 离子晶体
3
（3）三角锥形 sp3
（4）2Cl+2Na CO+H O=Cl O+2NaHCO +2NaCl
2 2 3 2 2 3
（5）NaO 8
2
【解析】A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元索，C核外电子总数是最外层电子数的3倍，则C为
P元素，C、D为同周期元索，D元素最外层有一个未成对电子，则D为Cl元素，A2−和B+具有相同的电子构
型，则A为O、B为Na元素；通过以上分析，A、B、C、D分别是O、Na、P、Cl元素。(1)元素的非金属性
越强，其电负性越大，这几种元素非金属性最强的是O元素，则电负性最大的是O元素；C是P元素，其原
子核外有15个电子，根据构造原理书写P原子核外电子排布式为ls22s22p63s23p3（或[Ne]3s23p3）；(2)单质A
为氧气，氧气的同素异形体是臭氧，二者都是分子晶体，分子晶体熔沸点与范德华力成正比，范德华力与相
对分子质量成正比，臭氧的相对分子质量大于氧气，则范德华力：臭氧＞氧气，所以熔沸点较高的是 O ；A
3
和B的氢化物分别为水和NaH，二者所属的晶体类型分别为分子晶体和离子晶体；(3)C、D分别是P、Cl元
素，C和D反应可生成组成比为1∶3的化合物E为PCl ，PCl 中P原子价层电子对个数=3+ =4，且含
3 3
1个孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断该分子的立体构型为三角锥形、中心原子的杂化轨道类型为sp3 ； (4)D 为 Cl 元 素 ， 单 质 Cl 与 湿 润 的 NaCO 反 应 可 制 备 ClO ， 其 化 学 方 程 式 为
2 2 3 2
2Cl+2Na CO+H O=Cl O+2NaHCO +
2 2 3 2 2 3
2NaCl；(5)A、B分别是O、Na元素，O和Na能够形成化合物 F，半径大的为 O元素离子、半径小的为
Na+，该晶胞中大球个数=8× +6× =4、小球个数为 8，则大球、小球个数之比=4∶8=1∶2，则化学式为
NaO；观察晶胞中面心的原子，与之相连的原子有8个，晶胞中O原子的配位数为8。
2
2.【答案】（1）3d54s1 共价键、离子键
（2）> <
（3）sp2杂化 三角锥
（4）电子从较高能级的激发态跃迁到较低能级的激发态乃至基态时，会以光的形式释放能量
（5）
【解析】A、B、C、D、E、F为前四周期原子序数依次增大的六种元素，已知 A元素的某种核素没有中
子，A为H元素；B元素基态原子中有3个不同能级且各能级中的电子数相等，B为C元素；D元素的最外
层电子数是其电子层数的3倍，D为O元素；因原子序数依次增大，则C为N元素；E元素的焰色反应呈黄
色，E为Na元素；F元素是第四周期未成对电子数最多的元素，其原子的价层电子排布式应该是 3d54s1，F
为Cr元素。(1)F是Cr元素，原子的价层电子排布式为3d54s1，O与Na元素形成的NaO 是由钠离子和过氧
2 2
离子构成，过氧离子中的两个O原子以共价键相结合，则NaO 所含化学键的类型是离子键和共价键；(2)同
2 2
周期从左到右，基态原子第一电离能呈增大趋势，但N元素的原子为半充满的稳定结构，第一电离能大于O
元素；同周期从左到右，元素的电负性逐渐增大，则电负性 N＜O；(3)NO中心原子的价层电子对数为：3+
=3，则NO中心原子的杂化方式为sp2；NH 的中心原子价层电子对数为：3+ =3+1=4，
3
含有1个孤电子对，所以其立体构型为三角锥形；(4)Na元素的焰色反应呈黄色，金属元素能产生焰色反应的
微观原因为：电子从较高能级的激发态跃迁到较低能级的激发态乃至基态时，会以光的形式释放能量；(5)据图可知，晶胞中两个最近的C原子之间的距离为该晶胞体对角线长度的 ，晶胞边长为a pm，则两个最近的
C 原子之间的距离为： pm；晶胞中所含的原子个数为：4+8× +6× =8，晶胞的体积为：
(a×10−10)3cm3，则该晶体的密度为： g/cm3= g/cm3。
3.【答案】（1）S2−>O2−>Na+
（2）1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5 Ar
（3）CuCl [Cu(NH )]2+ 极性
3 4
（4）哑铃 HS+2Fe3+=2Fe2++S↓+2H+
2
（5）c(Na+)>c(HSO)>c(H+)>c(SO)>c(OH−)
（6）2NO+10e−+12H+=N ↑+6H O
2 2
【解析】A原子是周期表中半径最小的原子，所以A为H元素；X的基态原子次外层有2个电子，最外层
有3个未成对电子，则X的核外电子排布式为1s22s22p3，X为N元素；Y原子的2p轨道上有1个电子的自旋
方向与其它电子相反，则Y的2p轨道电子排布式为2p4，所以Y为O元素；常温下，D的单质是一种黄绿色
的气体，则D为Cl元素；C和Y形成的化合物是引起酸雨的主要大气污染物，且C的原子序数大于O小于
Cl，所以C为S；B的价层电子排布式为ns1，其原子序数大于O且小于S，则其价层电子排布式为3s1，所以
B为Na元素；E的+3价离子的3d轨道为半充满状态，则其原子的价层电子排布为3d64s2，为Fe元素；M与
E元素位于同一周期，且为ⅠB族元素，则M为Cu元素。(1)B、Y、C形成的简单离子为Na+、O2−、S2−，离
子核外电子层数越多半径越大，电子层数相同，核电荷数越小半径越大，所以离子半径由大到小顺序为：
S2−>O2−>Na+；(2)Cl元素为17号元素，原子的基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p5或[Ne]3s23p5；同周期
元素中自左至右第一电离能呈增大趋势，Ar元素为该周期最右端元素，且其最外层电子为全满状态，所以第
一电离能最大；(3)①根据均摊法，该晶胞中Cl原子数目为 =4，Cu原子数目为4，所以该化合物的化学式为CuCl；②此化合物的氨水溶液遇到空气则被氧化为深蓝色，说明Cu+被氧化成Cu2+，继而与NH
3
形成配离子：[Cu(NH )]2+；配位体为NH ，其空间构型为三角锥形，正负电荷中心不重合，为极性分子；(4)
3 4 3
基态S原子电子占据最高能级为3p能级，电子云轮廓图为哑铃形；将HS通入FeCl 溶液中，Fe3+可将-2价的
2 3
S元素氧化成S，自身被还原成Fe2+，离子方程式为：HS+2Fe3+=2Fe2++S↓+2H+；(5)用200mL 1mol·L−1的
2
NaOH溶液吸收4.48L(标准状况)即0.2mol SO 溶液所得溶液中的溶质为NaHSO，溶液pH<7，说明HSO的电
2 3
离程度大于水解程度，所以溶液中离子浓度由大到小为：c(Na+)>c(HSO)>c(H+)>c(SO)>c(OH−)；(6)电解时阴
极上NO发生得电子的还原反应生成N，则其阴极的反应式为2NO+12H++10e−=N ↑+6H O。
2 2 2
4.【答案】（1）[Ar]3d54s1
（2）HF分子间形成氢键，HCl分子间不存在氢键
（3）O 三角锥形 共价键 <
（4）8 正方体 MgO
（5）
【解析】X、Y、Z、R、W均为周期表中前四周期的元素，其原子序数依次增大；X2−和Y+有相同的核外
电子排布，则X在Y上一周期，且X位于第VIA族、Y位于第IA族；Z的氢化物的沸点比其上一周期同族
元素氢化物的沸点低，则Z氢化物中不含氢键，其上一周期同一主族元素氢化物有氢键；R的基态原子在前
四周期元素的基态原子中单电子数最多，则R为Cr元素；X位于第二周期，为O元素；Y、Z位于第三周期，
Y为Na元素；W为金属元素，X与W形成的某种化合物与Z的氢化物的浓溶液加热时反应可用于实验室制
取Z的气态单质，实验室用浓盐酸和二氧化锰制取氯气，所以 W为Mn元素，Z为Cl元素。(1)R为Cr元素，
其原子核外有 24 个电子，根据构造原理书写 R 的基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d54s1，故答案为
[Ar]3d54s1；(2)Z为Cl元素，氢化物的熔沸点与相对分子质量成正比，但含有氢键的氢化物熔沸点较高，HCl
中不含氢键而HF中含有氢键，所以HF熔沸点高于HCl，故答案为HF分子间存在氢键、HCl分子间不存在
氢键；(3)X是O、Z是Cl，X与Z中电负性较大的是O；Z的某种含氧酸盐常用于实验室中X的单质的制取，
实验室用氯酸钾制取氧气，ClO中中心原子价层电子对个数=3+ =4且含有一个孤电子对，根据价
层电子对互斥理论判断此酸根离子的空间构型为三角锥形；此离子中含有的化学键类型是共价键；孤电子对
和成键电子对之间的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，所以其键角小于109°28′，故答案为O；三角锥形；共价键；＜；(4)O与Na形成的化合物NaO，根据晶胞结构可知，黑球为钠离子(Y)，白球为氧离子(X)，则
2
该晶胞中氧离子的配位数为8；以距离一个氧离子最近的所有钠离子为顶点构成的几何体为正方体；离子化
合物中，化合物的熔沸点与晶格能成正比，晶格能与离子半径成反比、与电荷成正比，钠离子半径大于镁离
子，而电荷小于镁离子，所以氧化钠熔沸点低于MgO，故答案为8；正方体；MgO；(5)该化合物的晶胞边长
为a pm，其体积=(a×10−10cm)3，该晶胞中钠离子个数为8、氧离子个数=8× +6× =4，则该化合物的密度为
= g·cm−3，故答案为 。
5.【答案】（1）[Ar]3d64s2
（2）SiHCl +H Si+3HCl 分子晶体 sp3 四面体形
3 2
（3）N原子的2p能级处于较稳定的半充满状态 Si-O键 NO
2
（4）8 晶胞中铁原子占据的体积为两个铁原子的体积，铁原子的半径为r pm，如图所示，
晶胞的棱长为= ，晶胞的体积=( )3，空间利用率= = ×100%=68%
【解析】B的基态原子的L层、R基态原子的M层均有2个单电子，则最外层电子数可能为4或6，B可
能为C或O元素，R可能为Si或S元素，D是第Ⅷ族中原子序数最小的元素，应为Fe，A元素基态原子第一
电离能比B元素基态原子的第一电离能大，且A的原子序数小于B，则A是N元素、B是O元素，高纯度R
的单质在现代信息技术与新能源开发中具有极为重要的地位，则R是Si元素。(1)D是Fe元素，其原子核外
有26个电子，根据构造原理书写基态D原子的电子排布式为[Ar]3d64s2；(2)SiO 和C在高温下发生置换反应
2
生成粗Si，粗硅和HCl在300℃条件下反应生成SiHCl ，SiHCl 和过量氢气在1000℃~1100℃条件下反应生成
3 3
纯硅，③的反应为SiHCl 和氢气的反应，生成Si和HCl，反应方程式为SiHCl +H Si+3HCl；分子
3 3 2晶体熔沸点较低，该物质熔沸点较低，则该物质晶体类型为分子晶体，该分子中 Si原子价层电子对个数是4
且不含孤电子对，根据价层电子对互斥理论判断Si原子的轨道杂化类型及空间构型分别为sp3、四面体形；
(3)原子轨道中电子处于全满、全空或半满最稳定，N原子的2p能级处于较稳定的半充满状态，所以N原子
比O原子第一电离能大；N、O两元素分别与Si形成的共价键中，元素的非金属性越强，其形成的化合物中
极性键的极性越强，因为O元素的非金属性大于N，则极性O-Si键＞N-Si键；等电子体中原子个数相等及价
电子数相等，N-中含有3个原子、价电子数是16，与该离子互为等电子体的氮氧化物为NO；(4)该晶胞是体
3 2
心立方晶胞，该晶胞中Fe原子个数=1+8× =2，体心上的Fe原子被顶点上的8个原子包围，所以其配合物是
8，每个Fe原子的质量= g，则该晶胞质量就是两个Fe原子质量=2× g=2× g= g；晶胞中铁原子占
据的体积为两个铁原子的体积，铁原子的半径为r pm，如图所示，晶胞的棱长为= ，晶胞的体积=(
)3，空间利用率= = ×100%=68%。
