高考化学二轮复习教案专题突破(五) 短周期主族元素的推断及应用（含解析）

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专题突破(五)　短周期主族元素的推断及应用

短周期主族元素的推断及应用是高考命题的热点之一，此类试题的信息量大、综合性强、思维容量大，对考生的必备知识、关键能力和学科素养等方面提出较高要求，体现了《中国高考评价体系》通过“四翼”实现对学生“四层”有效考查的理念，突出对“基础性”“综合性”“应用性”的考查，及合理运用科学的思维方法，有效地组织整合学科的相关知识，调动运用化学学科的相关能力，高质量地认识问题、分析问题、解决问题的综合品质。
1．综合利用元素周期表中“位－构－性”关系推断

2．利用“0族定位法”推断元素在周期表中的位置
记住各周期中0族元素的原子序数依次为2、10、18、36、54、86、118。用原子序数减去比它原子序数小而相近的稀有气体元素原子序数，即得该元素所在的纵列数。第1、2纵列为第ⅠA、第ⅡA族，第3～7纵列为第ⅢB～第ⅦB族，第8～10纵列为第Ⅷ族，第11、12纵列为第ⅠB、第ⅡB族，第13～17纵列为第ⅢA～第ⅦA族，第18纵列为0族。这种元素的周期数比相近的原子序数小的稀有气体元素的周期数大1。如26号元素在周期表中的位置推断26－18＝8，故其位于第四周期第Ⅷ族。
若为第六周期以上的元素，用原子序数减去比它小而相近的稀有气体元素原子序数后，再减去14即得该元素所在的纵列数，如84号元素所在的周期和族的推导：84－54－14＝16，即在16纵列，可判断位于第六周期第ⅥA族，上述方法也可作如下变通：同周期稀有气体元素原子序数。该元素原子序数＝18－该元素所在的纵列数，如推断114号元素所处的位置：118－114＝4(倒数第5纵列)，即位于第七周期ⅣA族。
3．根据核外电子的排布规律推断
(1)最外层电子规律
最外层电
子数(N)
3≤N次外
层电子数
元素在周期
表中的位置
主族
ⅠA族、ⅡA族、Ⅷ族、
副族、0族元素氦
第二周期
(2)“阴三阳四”规律
某元素阴离子最外层电子数与次外层相同，该元素位于第三周期。若为阳离子，则位于第四周期。
(3)“阴上阳下”规律
电子层结构相同的离子，若电性相同，则位于同周期；若电性不同，阳离子位于阴离子的下一周期——“阴上阳下”规律。
4．根据元素周期表与原子电子层结构的关系推断
(1)几个重要关系式
①核外电子层数＝周期数(对于大部分元素来说)
②主族序数＝最外层电子数＝最高正价＝8－|最低负价|

(2)熟悉主族元素在周期表中的特殊位置
①族序数等于周期数的元素：H、Be、Al、Ge
②族序数等于周期数2倍的元素：C、S
③族序数等于周期数3倍的元素：O
④周期数是族序数2倍的元素：Li、Ca
⑤周期数是族序数3倍的元素：Na、Ba
⑥最高正价与最低负价代数和为零的短周期元素：H、C、Si
⑦最高正价是最低负价绝对值3倍的短周期元素：S
⑧除H外，原子半径最小的元素：F
⑨最高正价不等于族序数的短周期元素：O(F无正价)
⑩短周期元素中离子半径最大的元素：P
5．常见元素及其单质或化合物的性质
(1)形成化合物种类最多的元素、单质是自然界中硬度最大的物质的元素或气态氢化物中氢的质量分数最高的元素：C
(2)空气中含量最多的元素或气态氢化物的水溶液呈碱性的元素：N
(3)地壳中含量最多的元素、氢化物沸点最高的元素或氢化物在通常情况下呈液态的元素：O
(4)组成的单质最轻的元素：H；组成的金属单质最轻的元素：Li
(5)单质在常温下呈液态的非金属元素：Br；其单质在常温下呈液态的金属元素：Hg
(6)最高价氧化物及其水化物既能与强酸反应，又能与强碱反应的元素：Al
(7)元素的单质在常温下能与水反应放出气体的短周期元素：Li、Na、F
(8)元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应的水化物能起化合反应的元素：N；元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应的水化物能起氧化还原反应的元素：S。

(2021·广东广州六区联考)短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，X、Y同周期，W2X2Y4是一种有机弱酸，该酸能使酸性KMnO4溶液褪色，同时产生一种使澄清石灰水变浑浊的气体。工业上，Z的单质常通过电解其熔融氧化物制得，下列说法正确的是(　　)
A．简单氢化物的沸点：X＞Y
B．W与Y形成的化合物只有一种
C．原子半径：X＞Y＞Z
D．Z最高价氧化物的水化物是两性氢氧化物


D　[X、Y同周期，W2X2Y4是一种有机弱酸，该酸能使酸性KMnO4溶液褪色，同时产生使澄清石灰水变浑浊的气体，该气体是CO2，W2X2Y4应是H2C2O4，则W是H，X是C，Y是O。工业上Z的单质常通过电解其熔融氧化物制得，Z的原子序数大于Y，则Z是Al。H2O形成分子间氢键，CH4只存在分子间作用力，则H2O的沸点高于CH4，A项错误；H和O元素可形成H2O、H2O2两种化合物，B项错误；原子半径：Al＞C＞O，C项错误；Z(Al)的最高价氧化物的水化物是Al(OH)3，属于两性氢氧化物，D项正确。]
(2021·吉林长春检测)下表所示为部分短周期元素的原子半径及主要化合价，根据表中信息判断以下叙述正确的是(　　)
元素代号
A
B
C
D
E
原子半径/nm
0.160
0.143
0.102
0.071
0.099
主要化合价
＋2
＋3
＋6，－2
－1
－1
A．A、B简单离子半径大小关系为B3＋＞A2＋
B．D、E形成的简单离子的还原性E－＞D－
C．气态氢化物的稳定性HD＜H2C
D．最高价氧化物对应的水化物的酸性H2CO4＞HEO4


B　[由题给信息推知，A、B、C、D、E分别代表Mg、Al、S、F、Cl元素。电子层结构相同的离子，核电荷数越小，离子半径越大，则离子半径：Al3＋＜Mg2＋，A项错误；元素的非金属性：F＞Cl，则单质氧化性：F2＞Cl2，简单离子的还原性：Cl—＞F—，B项正确；元素的非金属性：S＜F，则气态氢化物的稳定性：H2S＜HF，C项错误；元素的非金属性：S＜Cl，则最高价氧化物对应的水化物的酸性：H2SO4＜HClO4，D项错误。]

1．(2021·重庆第八中学检测)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>W
B．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
A　[由于原子序数按W、X、Y、Z依次增大，W与Z是同一主族的元素，而X、Y、Z是同一周期的元素，且只有X是金属元素。同一周期的元素原子序数越大，原子半径越小；同一主族的元素，原子核外电子层数越多，原子半径越大。所以原子半径：X＞Y＞Z＞W，A项正确；W的最高价氧化物对应的水化物的酸性一定比Z的强，但含氧酸的酸性不一定比Z的强，如B的含氧酸可能是HNO2，Z的含氧酸是H3PO4，酸性HNO2＜ H3PO4，B项错误；元素的非金属性W＞Y，所以气态氢化物的稳定性W＞Y，C项错误；若W、X原子序数相差5，当W为N，X为Mg时，满足X3W2，当W为O，X为Al时，满足X2W3，当W为F，X为Si时，不符合题意，D项错误。]
2．(2021·重庆巴蜀中学检测)短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W、Z位于同主族，四种元素组成的一种化合物的结构式为。下列说法不正确的是(　　)
A．简单原子半径：X＞Y
B．Y、Z的化合物的水溶液显碱性
C．元素的非金属性的顺序：Z＜W
D．W与Y形成的化合物中可能含有共价键
A　[由题给信息推知，W为O，X为F，Y为Na，Z为S。原子半径：Na＞F，A项错误；Y、Z形成的化合物为Na2S，S2－发生水解而使其水溶液显碱性，B项正确；元素的非金属性：O＞S，C项正确；W与Y形成的化合物是Na2O2，含有离子键和非极性共价键，D项正确。]
3．(2021·安徽蚌埠质检)原子核的人工转变是利用α粒子(即氦核He)撞击原子核，使原子核转变为另一种原子核的过程。1919年，卢瑟福利用α粒子轰击短周期非金属原子X，发现了质子，使人类对原子核的认识更进一步，其核反应原理如下：X＋He→ Y＋H，其中元素X的最高价氧化物对应水化物与其气态氢化物反应生成盐，下列说法中正确的是(　　)
A．X、Y可形成两种以上的化合物
B．X的质量数为13
C．原子半径：X＜Y
D．X仅有一种含氧酸
A　[ X的最高价氧化物对应水化物与其气态氢化物反应生成盐，该盐是NH4NO3，则X是N；结合核反应原理推知，Y是O。N、O可形成NO、NO2、N2O4等化合物，A项正确；根据质量守恒定律，结合核反应原理推知，W＝14，B项错误；原子半径：N＞O，C项错误；X是N元素，可形成HNO2、HNO3两种常见含氧酸，D项错误。]
4．(2021·四川仁寿一中检测)短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加。W、X、Y简单离子的电子层结构相同，X元素在短周期主族元素中原子半径最大；W的简单氢化物常温下呈液态，Y的氧化物和氯化物熔融时都能导电，X、Y和Z原子的最外层电子数之和为10。下列说法正确的是(　　)
A．W、Z形成的化合物可做消毒剂
B．原子半径：WO，B项错误；工业上冶炼金属镁，常电解熔融状态的氯化镁，因为氯化镁的熔点低于氧化镁，C项错误；O、Na、Cl可以形成多种化合物，NaClO水溶液显碱性，NaClO4水溶液显中性，D项错误。]
5．(2021·湖北武汉联考)下图是部分短周期元素原子半径与原子序数的关系图。下列说法正确的是(　　)

A．最高价氧化物对应水化物的碱性：Z＜M
B．X、N 两种元素形成的化合物属于离子化合物
C．Y、R 两种元素气态氢化物的稳定性：Y＞R
D．简单离子的半径：Z＞M＞X
C　[同周期自左而右原子半径减小，同主族自上而下原子半径增大，故前7种元素处于第二周期，后7种元素处于第三周期，由原子序数可以知道X为O，Y为F，Z为Na，M为Al，N为Si，R为Cl。同周期元素从左到右元素的金属性逐渐减弱，金属性越强，对应的最高价氧化物对应水化物的碱性越强，所以碱性强弱为：Z>M，A项错误；X、N两种元素组成的化合物为二氧化硅，二氧化硅是由原子组成，属于共价化合物，B项错误；气态氢化物的稳定性和非金属性有关，非金属性越强，气态氢化物越稳定，非金属性Y＞R，Y、R 两种元素气态氢化物的稳定性：Y＞R，C项正确；离子电子层结构相同，核电荷数越大，离子半径越小，则简单离子的半径：MY
D．X、Y、Z的气态氢化物中最稳定的是X的氢化物
A　[分析题给元素周期表中元素的排列可知，每一周期的前两种元素左、右对称分布，其余元素按原子序数的大小顺序先排满左侧表格，再排布右侧表格，由此可知，X、Y、Z元素分别为N、P、O，A项正确。白格中所含元素除主族元素外，还有2He、10Ne、18Ar元素等0族元素，灰格中都是副族元素，B项错误。同周期元素从左到右，原子半径逐渐减小，则有N原子半径大于O。同主族元素自上而下，原子半径逐渐增大，则有P的原子半径大于N，故三种元素的原子半径大小关系为P>N>O，C项错误。一般来说，元素的非金属性越强，简单气态氢化物的稳定性越强；三种元素的非金属性强弱顺序为O>N>P，则简单气态氢化物的稳定性关系为H2O>NH3>PH3，故最稳定的是H2O，D项错误。]
4．(2021·广东惠州检测)甲、乙、丙、丁都是短周期元素，其中甲、丁在周期表中的相对位置如下表，甲原子最外层电子数是其内层电子数的2倍，乙单质在空气中燃烧发出黄色火焰，丙是地壳中含量最高的金属元素。下列判断正确的是(　　)
甲






丁
A．原子半径：丙Cl，即丙>丁，A项错误；甲(C)和丁(Cl)的核外电子数相差11，B项错误；CO2是共价化合物，Na2O是离子化合物，C项错误；由于金属性：Na>Al，则氢氧化物的碱性：NaOH>Al(OH)3，D项正确。]
5．(2021·湖南长沙一中检测)短周期主族元素R、X、Y、Z的原子序数依次增大，化合物M、N均由这四种元素组成，且M的相对分子质量比N小16。分别向M和N中加入烧碱溶液并加热，二者均可产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体。将M溶液和N溶液混合后产生的气体通入品红溶液中，溶液变无色，加热该无色溶液，无色溶液又恢复红色。下列说法错误的是(　　)
A．简单气态氢化物的稳定性：Y＞ X
B．简单离子的半径：Z＞ Y
C．X和Z的简单气态氢化物能反应生成两种盐
D．X和Z的氧化物对应的水化物都是强酸
D　[由题给信息推知，M是NH4HSO3，N是NH4HSO4，R、X、Y、Z分别代表H、N、O、S元素。非金属性：NNH3，A项正确；简单离子的半径：S2－>O2－，B项正确；NH3和H2S反应可生成NH4HS和(NH4)2S两种盐，C项正确；N、S元素的氧化物对应的水化物有多种，HNO2是弱酸，H2SO3都中强酸，D项错误。]
6．(2021·浙江嘉兴教学测试)短周期主族元素W、X、Y、Z、R的原子序数依次增大，W与X能形成最简单的有机化合物，Y的最外层电子数是次外层的3倍，Z的原子半径是所有短周期主族元素中最大的，化合物RY2是一种高效灭菌消毒剂。下列叙述不正确的是(　　)
A．简单离子半径：R＞Z
B．氧化物对应水化物的酸性：R＞ X
C．Y和Z可形成含共价键的离子化合物
D．分子W2XY中所有原子在同一平面上
B　[W与X能形成最简单的有机化合物，该化合物是CH4，则W是H，X是C；Y的最外层电子数是次外层的3倍，则Y是O；Z的原子半径是所有短周期主族元素中最大的，则Z是Na；化合物RY2是一种高效灭菌消毒剂，则RY2是ClO2，R是Cl。据此分析解答简单离子半径：Cl—>Na＋，A项正确；元素的非金属性：Cl>C，则最高价氧化物对应水化物的酸性：HClO4>H2CO3，但低价含氧酸则不一定，如HClO的酸性比H2CO3弱，B项错误；O和Na可形成离子化合物Na2O2，含有离子键和共价键，C项正确；W2XY为HCHO(甲醛)，分子中所有原子在同一平面上，D项正确。]
7．(2021·福建莆田联考)短周期元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，X在元素周期表中原子半径最小，Y原子在周期表中处于族序数等于周期序数3倍的位置，Z是最外层电子数最少的金属元素，W与Y属于同一主族。下列叙述正确的是(　　)
A．原子半径：W>Z>Y
B．元素W的最高价氧化物的水化物为强酸
C．化合物X2Y、Z2Y中化学键的类型相同
D．元素Y的简单气态氢化物的热稳定性比W的弱
B　[由题意可知，X、Y、Z、W分别为H、O、Na、S。同周期主族元素的原子半径从左到右逐渐减小，则三种原子的半径大小关系为Na>S>O，A项错误。S元素的最高价氧化物对应的水化物为H2SO4，是一种强酸，B项正确。H2O含有极性键，Na2O含有离子键，C项错误。O元素的非金属性强于S，则H2O的热稳定性强于H2S，D项错误。]
8．(2021·山西运城调研测试)X、Y、Z、M、Q五种短周期元素，原子序数依次增大。Y元素的最高正价为＋4价，Y元素与Z、M元素相邻，且与M元素同主族；化合物ZX3的电子总数为10个；Q元素的原子最外层电子数比次外层少一个电子。下列说法错误的是(　　)
A．原子半径：Z＜Y＜M
B．最高价氧化物对应水化物的酸性：Z＞Y＞M
C．ZX3极易溶于水，其水溶液呈碱性
D．X、Z和Q三种元素形成的化合物一定是共价化合物
D　[短周期元素X、Y、Z、M、Q的原子序数依次增大，Y元素的最高正价为＋4价，则Y可能是C或Si；又知Y元素与Z、M元素相邻，且与M元素同主族，则Y是C，M是Si, Z是N。化合物ZX3的电子总数为10个，则X是H；Q元素的原子最外层电子数比次外层少一个电子，则Q是Cl。原子半径：N＜C＜Si，A项正确；元素的非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，由于非金属性：N＞C＞Si，则酸性：HNO3＞H2CO3＞H2SiO3，B项正确；ZX3是NH3，极易溶于水得到氨水，呈碱性，C项正确；H、N、Cl三种元素可能形成离子化合物，如NH4Cl，D项错误。]
9．(2021·湖北武汉联考)元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加，且均不超过20。W、X、Y最外层电子数之和为15，Z＋[Y—W≡X]－是实验室常用的一种化学试剂。下列说法正确的是(　　)
A．最简单氢化物沸点高低：W＞X
B．常见单质的氧化性强弱：W＞Y
C．简单离子半径大小顺序：Z＞Y
D．化合物Z2Y的水溶液呈碱性
D　[由题给信息推知，Z＋[Y—W≡X]－是KSCN，元素W、X、Y、Z分别为C、N、S、K。NH3能形成分子间氢键，CH4只存在范德华力，则沸点：CH4＜NH3，A项错误；非金属性：C＜S，则单质的氧化性：C＜S，B项错误；电子数相同的离子，核电荷数越小，离子半径越大，则简单离子半径大小：S2－＞K＋，C项错误；Z2Y是K2S，溶于水时S2－发生水解而使溶液呈碱性，D项正确。]
10．(2021·山西五校联考)短周期元素甲、乙、丙、丁的原子半径依次增大，其氢化物中甲、乙、丙、丁的化合价如下表所示。下列说法中正确的是(　　)
元素
甲
乙
丙
丁
化合价
－2
－3
－4
－2
A．元素非金属性：甲O2－>H＋，A项错误；非金属性：NNH3，B项正确；SiO2是酸性氧化物，但能与氢氟酸反应生成SiF4和H2O，C项错误；ZY2是SiO2，含有共价键，MgCl2含有离子键，D项错误。]
12．(2021·四川成都七中检测)某种化合物(如图)由W、X、Y、Z四种短周期元素组成，其中W、Y、Z分别位于三个不同周期，Y核外最外层电子数是W核外最外层电子数的二倍；W、X、Y三种简单离子的核外电子排布相同。下列说法不正确的是(　　)
A．原子半径：W＜X＜Y＜Z
B．简单离子的氧化性：W＞X
C．X与Y、Y与Z均可形成具有漂白性的化合物
D．W与X的最高价氧化物的水化物可相互反应
A　[W、Y、Z分别位于三个不同短周期，由化合物结构可知，Y、Z形成共价键数目分别为2、1，则Z是H，Y是O或S；Y核外最外层电子数是W核外最外层电子数的二倍，则W最外层有3个电子，W是B或Al；X能形成＋1价阳离子，W、X、Y三种简单离子的核外电子排布相同，则W是Al，Y是O，X是Na。原子半径：HNa＋，B项正确；O和Na形成的Na2O2，及O和H形成的H2O2都具有强氧化性，都具有漂白性，C项正确；Al、Na的最高价氧化物的水化物分别为Al(OH)3、NaOH，二者可发生反应生成NaAlO2和H2O，D项正确。]
二、非选择题：本题包括2小题。
13．(2021·安徽蚌埠质检)物质A由原子序数依次增大的短周期元素X、Y、Z组成，其中Z为地壳含量最高的金属元素，X、Y、Z简单离子的核外电子排布相同，物质A的结构式如下图所示：回答下列问题：

(1)Y、Z元素的名称为徐寿确定并使用至今，Y在周期表中的位置是________，写出YX的电子式________。
(2)比较X、Y、Z简单离子的半径由大到小的顺序(用对应离子符号表示)________。
(3)在YZO2和YX的混合液中，通入足量CO2是工业制取A的一种方法，写出该反应的化学方程式________。
解析　短周期元素X、Y、Z的原子序数依次增大，Z为地壳含量最高的金属元素，则Z是Al；X、Y、Z简单离子的核外电子排布相同，由物质A的结构式可知，X形成1个共价键，则X是F，Y形成＋1价阳离子Y＋，则Y是Na。
答案　(1)第三周期ⅠA族　
(2)F－＞Na＋＞Al3＋
(3)NaAlO2＋6NaF＋4CO2＋2H2O===Na3AlF6＋4NaHCO3
14．(2019·海南卷，13题改编)自门捷列夫发现元素周期律以来，人类对自然的认识程度逐步加深，元素周期表中的成员数目不断增加。回答下列问题：
(1)2016年IUPAC确认了四种新元素，其中一种为Mc，中文名为“镤”。元素Mc可由反应Am＋Ca→288Mc＋ 130n得到。288Mc的质子数为________，287Mc与288Mc互为________。
(2)Mc位于元素周期表中VA族，同族元素N的一种氢化物为H2NNH2，写出该化合物分子的电子式____________________，该分子内存在的共价键类型有____________________。
(3)该族中的另一元素P能呈现多种化合价，其中＋3价氧化物的分子式为________；＋5价简单含氧酸的分子式为________，其酸性比HNO3的酸性________(填“强”或“弱”)。
解析　(1)根据质量守恒定律，由反应Am＋Ca→288Mc＋ 130n可得，288Mc的质子数为95＋20＝115。287Mc与288Mc是Mc元素形成的两种核素，二者互为同位素。
(2)根据化合物中N、H原子的成键特点可知，H2NNH2的结构式为，则其电子式为，存在共价键类型有极性键(N—H键)和非极性键(N—N键)。
(3)元素的非金属性：N>P，则酸性：HNO3> H3PO4。
答案　(1)115　同位素　(2) 　极性键和非极性键　(3)P4O6　H3PO4　弱