高三化学二轮复习-专题五 物质结构和元素周期律学案

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专题五 物质结构和元素周期律
1.了解元素、核素和同位素的含义。2.了解原子构成；了解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的相互关系。3.了解原子核外电子排布。4.掌握元素周期律的实质；了解元素周期表(长式)的结构(周期、族)及其应用。5.以第三周期为例，掌握同一周期内元素性质的递变规律与原子结构的关系。6.以ⅠA和ⅦA族为例，掌握同一主族内元素性质的递变规律与原子结构的关系。7.了解金属、非金属在周期表中的位置及其性质递变的规律。8.了解化学键的定义；了解离子键、共价键的形成。9.了解物质的组成、结构和性质的关系。
考纲要求
内容索引
考点一 微粒结构及相互作用力
考点二 正确把握元素周期表 准确运用元素周期律
考点一 微粒结构及相互作用力
原子结构、离子结构是物质结构的核心内容，同样也是高考的重要考点。复习时，注意掌握常用规律，提高解题能力；重视知识迁移、规范化学用语。根据考纲，应从以下五个方面掌握。1.明确微粒间“三个”数量关系中性原子：核电荷数＝核内质子数＝核外电子数＝原子序数阴离子：核外电子数＝质子数＋所带的电荷数阳离子：核外电子数＝质子数－所带的电荷数
2.“四同”的判断方法判断的关键是抓住描述的对象。
(2)同素异形体——单质，如O2、O3。(3)同系物——有机化合物，如CH3CH3、CH3CH2CH3。(4)同分异构体——有机化合物，如正戊烷、新戊烷。
3.注意易混淆的问题(1)同种元素，可以有若干种不同的核素，即核素种类远大于元素种类。(2)元素有多少种核素，就有多少种原子。(3)同位素是同一元素不同原子的互相称谓，不指具体原子。(4)同一元素的不同同位素原子其质量数不同，核外电子层结构相同，其原子、单质及其构成的化合物的化学性质几乎完全相同，只是某些物理性质略有差异。
4.巧记10e－、18e－ 微粒10电子体和18电子体是元素推断题的重要突破口。以Ne为中心记忆10电子体：
以Ar为中心记忆18电子体：
此外，由10电子体中的CH4、NH3、H2O、HF失去一个H剩余部分的—CH3、—NH2、—OH、—F为9电子体，两两组合得到的物质如CH3CH3、CH3OH、H2O2、N2H4、F2等也为18电子体。
5.澄清化学键与化合物的关系
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题组一　辨析概念　比较数量1.(2015·上海，1)中国科学技术名词审定委员会已确定第116号元素Lv的名称为鉝。关于 Lv的叙述错误的是(　　)A.原子序数116 B.中子数177C.核外电子数116 D.相对原子质量293
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解析
2.(2014·上海，7)下列各组中两种微粒所含电子数不相等的是(　　)
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题组二　“10e－、18e－”微粒在推断题中的应用3.已知A、B、C、D四种物质均是由短周期元素原子组成的，它们之间有如图所示的转化关系，且A是一种含有18电子的微粒，C是一种含有10电子的微粒。请完成下列各题：(1)若A、D均是气态单质分子，写出A与B反应的化学方程式：_____________________。解析　18电子的气态单质分子为F2，则C为HF、B为H2O、D为O2，反应的化学方程式为2F2＋2H2O===4HF＋O2。
解析答案
2F2＋2H2O===4HF＋O2
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(2)若B、D属同主族元素的单质分子，写出C的电子式：_________。解析　B、D为同主族元素的单质，且A含有18个电子，C含有10个电子时，则B为O2、A为H2S、C为H2O、D为S，即2H2S＋O2===2H2O＋2S↓。
解析答案
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(3)若A、B均是含2个原子核的微粒，其中B中含有10个电子，D中含有18个电子，则A、B之间发生反应的离子方程式为_______________________。解析　含2个原子核的18电子的微粒为HS－，10电子的微粒为OH－，反应的离子方程式为HS－＋OH－===S2－＋H2O。
解析答案
HS－＋OH－===S2－＋H2O
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(4)若D是一种含有22电子的分子，则符合如图关系的A的物质有________________(写物质的化学式，如果是有机物则写相应的结构简式)。解析　含22电子的分子为CO2，则A为含18电子由C、H或C、H、O组成的化合物，可能为CH3CH3和CH3OH。
解析答案
CH3CH3、CH3OH
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小技巧若10e－微粒满足关系：
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答案
题组三　微粒组成及相互作用力4.判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。(1)当化合物中只存在离子键时，该化合物是离子化合物( )(2)共价化合物中一定只存在共价键( )(3)在离子化合物中一定存在金属元素，而共价化合物中一定不存在金属元素( )(4)氢化物一定是共价化合物( )(5)离子晶体熔化时破坏离子键，原子晶体熔化时破坏共价键，而分子晶体熔化时破坏分子间作用力。( )(6)H2O的稳定性大于H2S，是因为H2O分子间存在氢键( )
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5.(2015·上海，6)将Na、Na2O、NaOH、Na2S、Na2SO4分别加热熔化，需要克服相同类型作用力的物质有(　　)A.2种 B.3种 C.4种 D.5种
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考点二 正确把握元素周期表 准确运用元素周期律
在历年高考中，元素周期表、元素周期律的知识点属于高频考点，在复习时，可从以下几个方面突破：1.强化记忆元素周期表的结构
答案
2.理清原子序数与元素位置的“序数差值”规律(1)同周期相邻主族原子的“序数差值”规律①除第ⅡA族和第ⅢA族外，其余同周期相邻元素序数差为 。②同周期第ⅡA族和第ⅢA族为相邻元素，其原子序数差：第二、三周期相差 ，第四、五周期相差 ，第六、七周期相差 。(2)同主族相邻元素的“序数差值”规律①第二、三周期的同族元素原子序数相差 。②第三、四周期的同族元素原子序数相差有两种情况：第ⅠA族、ⅡA族相差 ，其他族相差 。③第四、五周期的同族元素原子序数相差 。
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答案
④第五、六周期的同族元素原子序数镧系之前的相差 ，镧系之后的相差 。⑤第六、七周期的同族元素原子序数相差 。3.“三看”比较微粒半径大小在中学化学要求的范畴内，可按“三看”规律来比较粒子半径的大小：“一看”电子层数：当电子层数不同时，电子层数越多，半径越大。例：r(Li)＜r(Na)＜r(K)＜r(Rb)＜r(Cs)r(O2－)＜r(S2－)＜r(Se2－)＜r(Te2－)r(Na)＞r(Na＋)
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“二看”核电荷数：当电子层数相同时，核电荷数越大，半径越小。例：r(Na)＞r(Mg)＞r(Al)＞r(Si)＞r(P)＞r(S)＞r(Cl)r(O2－)＞r(F－)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)“三看”核外电子数：当电子层数和核电荷数均相同时，核外电子数越多，半径越大。例：r(Cl－)＞r(Cl)　r(Fe2＋)＞r(Fe3＋)
4.金属性、非金属性判断的三种模型
5.“跳出”六个认识误区(1)误认为主族元素的最高正价一定等于族序数(F无正价，O无最高正价)。(2)误认为元素的非金属性越强，其氧化物对应水化物的酸性就越强(HClO、H2SO3是弱酸，忽略了关键词“最高价”)。(3)误认为失电子难的原子得电子的能力一定强。但是碳原子、稀有气体元素的原子失电子难，得电子也难。(4)误认为得失电子数多的原子，得失电子的能力一定强。其实不然，不能把得失电子数的多少与得失电子的能力混淆。(5)误认为最高正价和最低负价绝对值相等的元素只有第ⅣA族的某些元素(第ⅠA族的H的最高正价为＋1价，最低负价为－1价)。
(6)误认为负极的金属性一定大于正极的金属性。在利用原电池原理比较元素金属性时，不要忽视介质对电极反应的影响。如Al—Mg—NaOH溶液构成原电池时，Al为负极，Mg为正极；Fe—Cu—HNO3(浓)构成原电池时，Cu为负极，Fe为正极。
6.建立“位、构、性”关系模型这类题目往往将元素化合物知识、物质结构理论、化学基本理论等知识串联起来，综合性较强，难度较大，解题的关键是正确推断元素，常用方法有：(1)根据原子或离子的结构示意图推断①已知原子结构示意图，可由下列等式确定元素在周期表中的位置和元素的种类：电子层数＝周期数，最外层电子数＝主族序数。如果已知离子的结构示意图，则须将其转化为原子结构示意图来确定。②电子层结构相同的微粒：阴离子对应的元素在具有相同电子层结构的稀有气体元素的前面，阳离子对应的元素在具有相同电子层结构的稀有气体元素的下一周期的左边位置，简称“阴前阳下”。
(2)根据元素化合价的特征关系推断①根据等式确定元素在周期表中的位置：最高正化合价数＝最外层电子数＝主族序数(O、F除外)。②如果已知负化合价(或阴离子的符号)，则须用等式先求出最高正化合价：最高正化合价＝8－|负化合价|，再确定元素在周期表中的位置。(3)根据原子半径的递变规律推断根据原子半径来推断元素的相对位置：同周期中左边元素的原子半径比右边元素的原子半径大，同主族中下边元素的原子半径比上边元素的原子半径大。
(4)根据元素的特征来推断元素的位置：如根据“形成化合物最多的元素”、“空气中含量最多的元素”、“地壳中含量最多的元素”等特征来推断。(5)根据稀有气体的原子序数推断各周期最后的元素都是稀有气体元素，其原子序数的数值实际上等于前几周期的元素种数之和。熟记这些原子序数，对推断某元素在周期表中的位置很有帮助。
(6)根据元素周期表中短周期特殊结构推断①元素周期表中第一周期只有两种元素H和He，H元素所在的第ⅠA族左侧无元素分布；②He为0族元素，0族元素为元素周期表的右侧边界，0族元素右侧没有元素分布。利用这个关系可以确定元素所在的周期和族。如：已知X、Y、Z、W四种短周期元素的位置关系如图：
则可以推出X为He，再依次推知Y为F、Z为O、W为P。
解析
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题组一　把握结构，记住关系，灵活应用1.若某ⅡB族元素原子序数为x，那么原子序数为x＋1的元素位于(　　)A.ⅢB族 B.ⅢA族C.ⅠB族 D.ⅠA族解析　根据元素周期表的结构可知，从左到右依次为第ⅠA族、第ⅡA族、第ⅢB～ⅦB族、第Ⅷ族、第ⅠB、ⅡB族、第ⅢA～ⅦA族、0族，故选B。
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2. 在元素周期表中的前四周期，两两相邻的5种元素如图所示，若B元素的核电荷数为a。下列说法正确的是(　　)A.B、D的原子序数之差可能为2B.E、B的原子序数之差可能是8、18或32C.5种元素的核电荷数之和可能为5a＋10D.A、E的原子序数之差可能是7
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解析　由题中所给5种元素的位置关系可以看出D一定不是第一周期元素(因为如果D是第一周期元素，则D一定属于元素周期表最左边的第ⅠA族元素或最右边的0族元素)，所以A选项错误；由题意可知5种元素在前四周期，所以D、B、E分别为第二、三、四周期的元素，由元素周期表的结构可知5种元素一定在过渡元素右边，所以D、E的原子序数分别为a－8、a＋18，A、C的原子序数分别为a－1、a＋1，即只有C选项正确。
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题组二　记住规律，把握特殊，准确判断3.下列有关性质的比较，不能用元素周期律解释的是(　　)A.密度：Na＞K B.稳定性：HCl＞HBrC.还原性：I－＞Br－ D.碱性：KOH＞NaOH解析　A项，密度为物理变化，与化学性质无关，不能用元素周期律解释，错误；B项，气态氢化物的稳定性与非金属性有关，能用元素周期律解释，正确；C项，溴的非金属性强于碘，所以碘离子的还原性强于溴离子，可用元素周期律解释，正确；D项，最高价氧化物对应水化物的碱性强弱与金属性有关，正确；答案选A。
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4.依据元素周期律进行推断，下列不正确的是(　　)A.原子半径：Cl＜S B.氧化性：Cl2＞SC.稳定性：HBr＞HI D.酸性：H3PO4＞HNO3解析　非金属性越强，其最高价含氧酸的酸性越强。
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题组三　表格片断式“位—构—性”推断5.下图为元素周期表短周期的一部分。E原子的电子层数为n，最外层电子数为2n＋1。下列叙述不正确的是(　　)
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B.C和E氢化物的热稳定性和还原性均依次减弱C.AD2分子中每个原子的最外层均为8电子结构D.A、D、E的最高价氧化物对应的水化物的酸性依次增强
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解析　由题意知，E为氯，C为氟，B为氧，D为硫，A为碳。
B中C和E氢化物的热稳定性会依次减弱，但是还原性却会增强；C中AD2分子为CS2，C说法正确，碳和硫的最外层均达到8电子稳定结构；D中说法正确，碳酸、硫酸、高氯酸的酸性依次增强。
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6.短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相对位置如图所示，其中Y原子的最外层电子数是其电子层数的3倍。下列说法正确的是(　　)A.元素Y和元素Z的最高正化合价相同B.单核阴离子半径的大小顺序为r(W)＞r(Y)＞r(Z)C.气态氢化物的热稳定性顺序为X＜Y＜ZD.元素W的最高价氧化物对应的水化物的酸性最强
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解析　根据短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相对位置可知，Y为第二周期元素，Y原子的最外层电子数是其电子层数的3倍，则Y为O元素，X为N元素，Z为S元素，W为Cl元素，据此判断。A项，O的非金属性很强，没有最高正化合价，A项错误；B项，一般来说，电子层数越多，半径越大，电子层数相同，质子数越多，半径越小，所以离子半径：S2－＞Cl－＞O2－，B项错误；C项，非金属性越强，气态氢化物越稳定，非金属性O＞N＞S，则氢化物的热稳定性顺序为H2O＞NH3＞H2S(Y＞X＞Z)，C项错误；D项，非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，非金属性Cl＞O＞N＞S，则HClO4酸性最强，D项正确。
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题组四　文字叙述式“位—构—性”推断7.(2016·全国卷Ⅰ，13)短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加。m、p、r是由这些元素组成的二元化合物。n是元素Z的单质。通常为黄绿色气体，q的水溶液具有漂白性，0.01 mol·L－1r溶液的pH为2，s通常是难溶于水的混合物。上述物质的转化关系如图所示。下列说法正确的是(　　)A.原子半径的大小W＜X＜YB.元素的非金属性Z＞X＞YC.Y的氢化物常温常压下为液态D.X的最高价氧化物的水化物为强酸
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解析　Z的单质为黄绿色气体，n为Cl2，因此Z为氯气。0.01 mol·L－1 r的水溶液pH值为2，说明r为一元强酸。则r为HCl，然后根据n和p的反应条件，以及s通常是难溶于水的混合物，可知p为烷烃，s为烷烃的氯代物；根据题意，W、X、Y、Z是短周期原子序数依次增加的四种元素，综上，W、X、Y、Z分别为H、C、O、Cl。A项，根据原子半径的变化规律，可知原子半径：H＜O＜C，错误；B项，非金属性：O＞C，再由CCl4、ClO2中化合价的正负，可知非金属性：O＞Cl＞C，错误；C项，氧的氢化物可能为H2O或H2O2，常温常压下二者均为液态，正确；D项，碳的最高价氧化物的水化物H2CO3为弱酸，错误。
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8.(2016·全国卷Ⅲ，12)四种短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W、X的简单离子具有相同电子层结构，X的原子半径是短周期主族元素原子中最大的，W与Y同族，Z与X形成的离子化合物的水溶液呈中性。下列说法正确的是(　　)A.简单离子半径：W＜X＜ZB.W与X形成的化合物溶于水后溶液呈碱性C.气态氢化物的热稳定性：W＜YD.最高价氧化物的水化物的酸性：Y＞Z
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解析　四种短周期主族元素的原子序数依次增大，X的原子半径是短周期主族元素原子中最大的，则X为Na元素；Z与X(Na)形成的离子化合物的水溶液呈中性，则Z为Cl元素；因W与X的简单离子电子层结构相同，且W与Y同族，则W可能为N(或O)元素、Y可能为P(或S)元素。A项，Na＋与N3－(或O2－)电子层结构相同，核电荷数越大，离子半径越小，电子层数越多离子半径越大，故离子半径：Na＋＜N3－(或O2－)＜Cl－，故错误；B项，W与X形成的化合物Na2O、Na2O2(或Na3N)溶于水后的溶液均为NaOH溶液(或NaOH和NH3的混合溶液)，呈碱性，故正确；
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C项，元素的非金属性越强，其气态氢化物的热稳定性越强，故热稳定性：W＞Y，故错误；D项，最高价氧化物对应的水化物中HClO4是最强的无机酸，故错误。
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9.(2016·全国卷Ⅱ，9)a、b、c、d为短周期元素，a的原子中只有1个电子，b2－和c＋离子的电子层结构相同，d与b同族。下列叙述错误的是(　　)A.a与其他三种元素形成的二元化合物中其化合价均为＋1B.b与其他三种元素均可形成至少两种二元化合物C.c的原子半径是这些元素中最大的D.d与a形成的化合物的溶液呈弱酸性
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解析　由“a的原子中只有1个电子”知，a为氢元素；由“b、c为短周期元素且b2－和c＋的电子层结构相同”知，b为氧元素、c为钠元素；又由“d为短周期元素且d与b同族”知d为硫元素。A项，氢与氧、硫形成的化合物H2O、H2O2、H2S中氢的化合价均为＋1，氢与钠形成的化合物NaH中氢的化合价为－1价，错误；B项，氧与氢可形成H2O、H2O2，氧与钠可形成Na2O、Na2O2，氧与硫可形成SO2、SO3，正确；C项，根据同主族、同周期原子半径递变规律知，H、O、Na、S的原子半径大小为Na＞S＞O＞H，正确；D项，由于H2S的电离H2S H＋＋HS－，使溶液呈弱酸性，正确。
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10.(2016·上海，7)已知W、X、Y、Z为短周期元素，原子序数依次增大。W、Z同主族，X、Y、Z同周期，其中只有X为金属元素。下列说法一定正确的是(　　)A.原子半径：X＞Y＞Z＞WB.W的含氧酸的酸性比Z的含氧酸的酸性强C.W的气态氢化物的稳定性小于Y的气态氢化物的稳定性D.若W与X原子序数差为5，则形成化合物的化学式为X3W2
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11.(2016·江苏，4)短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大，X原子的最外层有6个电子，Y是迄今发现的非金属性最强的元素，在周期表中Z位于ⅠA族，W与X属于同一主族。下列说法正确的是(　　)A.元素X、W的简单阴离子具有相同的电子层结构B.由Y、Z两种元素组成的化合物是离子化合物C.W的简单气态氢化物的热稳定性比Y的强D.原子半径：r(X)＜r(Y)＜r(Z)＜r(W)
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解析　X为ⅥA族元素，由原子序数关系可知X为氧元素，Y为氟元素，Z为钠元素，W为硫元素。O2－为10e－，S2－为18e－，电子层结构不同，A错误；NaF为活泼金属与活泼非金属元素形成的离子化合物，B正确；氟的非金属性强，气态氢化物更稳定，C错误；原子半径：r(F)＜r(O)＜r(S)＜r(Na)，D错误。
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题组五　半径、化合价比较式“位—构—性”推断12.几种短周期元素的原子半径及主要化合价如下表：
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下列说法正确的是(　　)A.元素X和Q形成的化合物中不可能含有共价键B.X、Z、R的最高价氧化物的水化物之间可两两相互反应C.Q2－比R3－更容易失去电子D.M(OH)2的碱性比XOH的碱性强解析　根据原子半径的大小关系和元素的主要化合价，可以推断X为Na，Y为Cl，Z为Al，M为Mg，R为N，Q为O。A项，Na和O2反应生成的Na2O2中含有共价键；C项，N3－比O2－更容易失去电子；D项，NaOH的碱性强于Mg(OH)2。
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题组六　元素推断的综合应用13.(2016·海南，13)短周期元素X、Y、Z、M的原子序数依次增大，元素X的一种高硬度单质是宝石，Y2＋电子层结构与氖相同，Z的质子数为偶数，室温下M单质为淡黄色固体，回答下列问题：(1)M元素位于周期表中的第____周期_____族。解析　由题干信息可知，X、Y、Z、M四种元素分别为C、Mg、Si、S。由S原子的结构示意图 ，可知S位于第三周期ⅥA族。
三
ⅥA
解析答案
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(2)Z元素是___(填元素符号)，其在自然界中常见的二元化合物是_____。解析　Z是硅元素，在自然界中常见的二元化合物为SiO2。(3)X与M的单质在高温下反应的化学方程式为_______________，产物分子为直线形，其化学键属______共价键(填“极性”或“非极性”)。
解析答案
Si
SiO2
极性
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(4)四种元素中的____可用于航空航天合金材料的制备，其单质与稀盐酸反应的化学方程式为________________________。解析　镁单质可用于航空航天合金材料的制备，镁单质与盐酸发生置换反应：Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑。
解析答案
Mg
Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑
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14.(2016·天津理综，7)下表为元素周期表的一部分。
回答下列问题(1)Z元素在周期表中的位置为______________。解析　根据元素周期表的结构，可知X为Si元素，Y为O元素；Z为Cl元素。Cl元素在周期表中位于第三周期ⅦA族。
解析答案
第三周期ⅦA族
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(2)表中元素原子半径最大的是(写元素符号)____。
解析　同一周期，从左到右，原子半径逐渐减小，同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，表中元素原子半径最大的是Si。
解析答案
Si
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(3)下列事实能说明Y元素的非金属性比S元素的非金属性强的是________。a.Y单质与H2S溶液反应，溶液变浑浊b.在氧化还原反应中，1 mol Y单质比1 mol S得电子多c.Y和S两元素的简单氢化物受热分解，前者的分解温度高解析　a.氧气与H2S溶液反应，溶液变浑浊，生成硫单质，说明氧气的氧化性比硫强，从而说明氧元素的非金属性比硫元素的非金属性强，正确；b.在氧化还原反应中，氧化性的强弱与得失电子数目无关，错误；c.元素的非金属性越强，其氢化物越稳定，根据同主族元素的非金属性递变知，H2O比H2S受热分解的温度高，正确。
解析
√
√
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(4)X与Z两元素的单质反应生成1 mol X的最高价化合物，恢复至室温，放热687 kJ，已知该化合物的熔、沸点分别为－69 ℃和58 ℃，写出该反应的热化学方程式__________________________________________。解析　根据书写热化学方程式的方法，该反应的热化学方程式为Si(s)＋2Cl2(g)===SiCl4(l)　ΔH＝－687 kJ·mol－1。
解析答案
Si(s)＋2Cl2(g)===SiCl4(l)　ΔH＝－687 kJ·mol－1
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(5)碳与镁形成的1 mol化合物Q与水反应，生成2 mol Mg(OH)2和1 mol烃，该烃分子中碳氢质量比为9∶1，烃的电子式为 。 __________________Q与水反应的化学方程式为________________________________。
答案
Mg2C3＋4H2O===2Mg(OH)2＋C3H4↑
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Q与水反应的化学方程式为Mg2C3＋4H2O===2Mg(OH)2＋C3H4↑。
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(6)铜与一定浓度的硝酸和硫酸的混合酸反应，生成的盐只有硫酸铜，同时生成的两种气体均由上表中两种元素组成，气体的相对分子质量都小于50。为防止污染，将产生的气体完全转化为最高价含氧酸盐，消耗1 L 2.2 mol·L－1 NaOH溶液和1 mol O2，则两种气体的分子式及物质的量分别为_________________________，生成硫酸铜物质的量为______。
NO：0.9 mol，NO2：1.3 mol　
2 mol
答案
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解析　铜与一定浓度的硝酸和硫酸的混合酸反应可能生成NO和NO2，相对分子质量都小于50，符合题意，1 mol O2参与反应转移电子的物质的量为4 mol。设NO2的物质的量为x，NO的物质的量为y，则x＋y＝2.2 mol，x＋3y＝4 mol，解得x＝1.3 mol，y＝0.9 mol。根据转移电子守恒知，参与反应的铜的物质的量为 mol＝2 mol，因此生成硫酸铜物质的量为2 mol。
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