还剩31页未读，
继续阅读
所属成套资源：全套2023届高考化学二轮复习专题课时学案
成套系列资料，整套一键下载
2023届高考化学二轮复习专题二物质结构与性质选择题突破三物质结构与元素周期律学案
展开
这是一份2023届高考化学二轮复习专题二物质结构与性质选择题突破三物质结构与元素周期律学案，共34页。
专题二 物质结构与性质
选择题突破三 物质结构与元素周期律
元素“位—构—性”综合推断
1.(2022·全国乙卷,11)化合物(YW4X5Z8·4W2Z)可用于电讯器材、高级玻璃的制造。W、X、Y、Z为短周期元素,原子序数依次增加,且加和为21。YZ2分子的总电子数为奇数,常温下为气体。该化合物的热重曲线如图所示,在200 ℃以下热分解时无刺激性气体逸出。下列叙述正确的是( D )
A.W、X、Y、Z的单质常温下均为气体
B.最高价氧化物的水化物的酸性:Y
D.500 ℃热分解后生成固体化合物X2Z3
解析:由化合物(YW4X5Z8·4W2Z)的热重曲线可知,在200 ℃以下热分解时失去的是水,即W为H,Z为O,YZ2分子的总电子数为奇数,常温下为气体,则Y为N,W、X、Y、Z原子序数依次增加,且加和为21,则X为B。X(B)的单质常温下为固体,故A错误;最高价氧化物的水化物的酸性X(H3BO3)
A.原子半径:X>Y>Z
B.非金属性:Y>X>W
C.Z的单质具有较强的还原性
D.原子序数为82的元素与W位于同一主族
解析:由共价化合物的结构可知,X、W形成4个共价键,Y形成2个共价键,Z形成1个共价键,X、Y、Z、W是原子序数依次增大的短周期元素,W的原子序数等于X与Y的原子序数之和,则X为C元素、Y为O元素、Z为F元素、W为Si元素。同周期元素从左到右原子半径依次减小,则C、O、F的原子半径大小顺序为C>O>F,故A正确;同周期元素从左到右非金属性依次增强,同主族元素从上到下非金属性依次减弱,则C、O、Si的非金属性强弱顺序为O>C>Si,故B正确;位于元素周期表右上角的氟元素的非金属性最强,单质具有很强的氧化性,故C错误;根据元素周期表的排布可推知,82号元素位于第六周期ⅣA族,故D正确。
3.(2021·山东卷,4)X、Y为第三周期元素、Y最高正价与最低负价的代数和为6,二者形成的一种化合物能以[XY4]+[XY6]-的形式存在。下列说法错误的是( D )
A.原子半径:X>Y
B.简单氢化物的还原性:X>Y
C.同周期元素形成的单质中Y氧化性最强
D.同周期中第一电离能小于X的元素有4种
解析:Y位于第三周期,且最高正价与最低负价的代数和为6,则Y是Cl元素,由X、Y形成的阴离子和阳离子知,X与Y容易形成共价键,根据化合物的形式知X是P元素。P与Cl在同一周期,则P半径大,即X>Y,A项不符合题意;两者对应的简单氢化物分别是PH3和HCl,半径是P3->Cl-,所以PH3的失电子能力强,还原性强,即X>Y,B项不符合题意;同周期元素从左往右,金属性减弱,非金属性增强,各元素对应的金属单质还原性减弱,非金属单质的氧化性增强,所以Cl2的氧化性最强,C项不符合题意;同一周期,从左到右,第一电离能呈现增大的趋势,第ⅡA、第ⅤA族元素的第一电离能大于相邻元素的第一电离能,所以第三周期第一电离能从小到大依次为Na、Al、Mg、Si、S、P、Cl,所以同周期中第一电离能小于P的元素有5种,D项符合题意。
物质结构与性质的关系
1.(2022·山东卷,5)AlN、GaN属于第三代半导体材料,二者成键结构与金刚石相似,晶体中只存在N—Al键、N—Ga键。下列说法错误的是( A )
A.GaN的熔点高于AlN
B.晶体中所有化学键均为极性键
C.晶体中所有原子均采取sp3杂化
D.晶体中所有原子的配位数均相同
解析:Al和Ga均为第ⅢA族元素,N属于第ⅤA族元素,AlN、GaN的成键结构与金刚石相似,则其为共价晶体,且其与金刚石互为等电子体,等电子体之间的结构和性质相似。AlN、GaN晶体中,N原子与其相邻的原子形成3个普通共价键和1个配位键。因为AlN、GaN为结构相似的共价晶体,Al原子的半径小于Ga原子的,N—Al键的键长小于N—Ga键的,则N—Al键的键能较大,键能越大,则其对应的共价晶体的熔点越高,故AlN的熔点高于GaN的,A错误;不同种元素的原子之间形成的共价键为极性键,故两种晶体中所有化学键均为极性键,B正确;金刚石中每个C原子形成4个共价键(即C原子的价层电子对数为4),C原子无孤电子对,故C原子均采取sp3杂化,由于AlN、GaN与金刚石互为等电子体,则其晶体中所有原子均采取sp3杂化,C正确;金刚石中每个C原子与其周围4个C原子形成共价键,则C原子的配位数是4,由于AlN、GaN与金刚石互为等电子体,则其晶体中所有原子的配位数也均为4,D正确。
2.(2021·山东卷,9)关于CH3OH、N2H4和(CH3)2NNH2
的结构与性质,下列说法错误的是( B )
A.CH3OH为极性分子
B.N2H4空间结构为平面形
C.N2H4的沸点高于(CH3)2NNH2
D.CH3OH和(CH3)2NNH2中C、O、N杂化方式均相同
解析:甲醇可看成是甲烷中的一个氢原子被羟基取代得到的,为四面体结构,是由极性键组成的极性分子,A正确;N2H4中N原子的杂化方式为sp3,不是平面形,B错误;N2H4分子中连接N原子的H原子数多,存在氢键的数目多,而偏二甲肼[(CH3)2NNH2]只有一端可以形成氢键,另一端的基团(两个甲基)比较大,影响了分子的排列,沸点较N2H4的低,C正确;CH3OH为四面体结构,—OH结构类似于水的结构,(CH3)2NNH2的结构简式为,两者分子中C、O、N杂化方式均为sp3,D正确。
3.(2020·山东卷,4)下列关于C、Si及其化合物结构与性质的论述错误的是( C )
A.键能C—C>Si—Si、C—H>Si—H,因此C2H6稳定性大于Si2H6
B.立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体,因此具有很高的硬度
C.SiH4中Si的化合价为+4,CH4中C的化合价为-4,因此SiH4还原性小于CH4
D.Si原子间难形成双键而C原子间可以,是因为Si的原子半径大于C,难形成p-p π键
解析:化合物中键能越大,该物质越稳定,由于键能C—C>Si—Si、C—H>Si—H,故可判断稳定性C2H6>Si2H6,A项正确;SiC与金刚石均为立体网状的共价晶体,两者成键和结构均相似,均具有很高的硬度,B项正确;根据非金属性C>Si,可知还原性SiH4>CH4,C项错误;由于原子半径Si>C,Si原子间难形成p-p π键,故决定了Si原子间很难形成双键,D项正确。
物质结构与元素周期律是中学化学重要的基本理论之一,在高考中占有重要的地位。
通常以选择题的形式考查构造原理、化学键、空间构型、杂化类型、分子的性质、配合物理论、元素性质(金属性、非金属性、粒子半径大小、第一电离能、电负性等)、化合物性质(氢化物稳定性、最高价含氧酸酸性、氢化物的还原性等)、“位—构—性”的关系及应用。对于“位—构—性”的关系及应用,题目一般通过图表、文字、分子结构式等手段推断元素种类,并在确定元素的基础上,进一步考查考生对原子结构和元素性质周期性变化规律的理解,要求学生能将元素周期表、原子的电子层结构、元素单质及其化合物的性质等内容结合起来进行综合运用。通过考查学生分析、提取信息并进行综合应用的能力,体现了宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的化学学科核心素养。
微粒的结构
1.一个信息丰富的粒子(原子或离子)符号
2.微粒间的“四个”数量关系
(1)质子数=核电荷数=核外电子数=原子序数。
(2)质量数=质子数+中子数。
(3)质子数=阳离子的核外电子数+阳离子所带正电荷数。
(4)质子数=阴离子的核外电子数-阴离子所带负电荷数。
3.微粒的结构常见图示
核素
1735Cl 614C
结构
示意图
核外电子
排布式
S:1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4
S2-:1s22s22p63s23p6或[Ne]3s23p6
电子排布
图(轨道
表示式)
价层电子
排布式或
排布图
电子式
H2O:
Na2O2:Na+[]2-Na+
结构式
CO2: HClO:H—O—Cl
结构简式
乙烯:CH2CH2 乙酸:CH3COOH
球棍模型
空间填
充模型
元素周期表与元素周期律
一、强化记忆元素周期表
二、元素周期律
1.主族元素周期性变化规律
项目
同周期(左→右)
同主族(上→下)
原子结构
原子半径
逐渐减小
逐渐增大
离子半径
阳离子逐渐减小;
阴离子逐渐减小;
r(阴离子)>
r(阳离子)
逐渐增大
性质
元素的金
属性、非
金属性
金属性逐渐减弱;
非金属性逐渐
增强
金属性逐渐增强;
非金属性逐渐
减弱
气态氢化
物的稳
定性
逐渐增强
逐渐减弱
最高价氧
化物对应
的水化物
的酸碱性
碱性逐渐减弱;
酸性逐渐增强
碱性逐渐增强;
酸性逐渐减弱
2.粒子半径大小的比较方法
(1)原子半径。
①电子层数相同时,随原子序数递增,原子半径减小。如r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Si)>r(P)>r(S)>r(Cl)。
②最外层电子数相同时,随电子层数递增,原子半径增大。如r(Li)
①同种元素的离子半径:阴离子大于原子,原子大于阳离子,低价阳离子大于高价阳离子。如 r(Cl-)>r(Cl),r(Fe)>r(Fe2+)>r(Fe3+)。
②电子层结构相同的离子,核电荷数越大,半径越小。如r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)。
③带相同电荷的离子,电子层数越多,半径越大。如r(O2-)
3.元素金属性、非金属性强弱的判断方法
4.元素第一电离能、电负性的变化规律
(1)元素第一电离能的变化规律。
一般
规律
同一周期,随着原子序数的增大,元素的第一电离能呈现增大的趋势,稀有气体元素的第一电离能最大,碱金属元素的第一电离能最小;同一主族,随着电子层数的增加,元素的第一电离能逐渐减小
特殊
情况
第一电离能的变化与元素原子的核外电子排布有关。通常情况下,当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空(p0、d0、f0)、半充满(p3、d5、f7)和全充满(p6、d10、f14)结构时,原子的能量较低,该元素具有较大的第一电离能。如同周期主族元素,ⅡA族元素的原子最外层s能级全充满,ⅤA族元素的原子最外层p能级半充满,比较稳定,所以其第一电离能大于同周期相邻的主族元素
(2)元素电负性的变化规律。
①同周期从左到右,主族元素的电负性逐渐增大。
②同主族从上到下,元素的电负性逐渐减小。
③元素的非金属性越强,元素的电负性越大。
元素“位—构—性”的推断及综合应用
该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,解题的关键是正确推断元素。
依据原子结构特点与物质的特殊组成推断元素:
(1)原子半径最小的元素是H。
(2)除氢外,原子半径最小的元素是F。
(3)短周期主族元素中原子半径最大的元素是Na。
(4)第三周期主族元素形成的简单离子中,半径最小的元素是Al。
(5)最外层电子数是次外层电子数2倍的元素是C,3倍的元素是O。
(6)短周期元素中,最外层电子数是内层电子数一半的元素是Li、P。
(7)同主族相邻元素原子序数相差一倍的元素是O、S。
(8)短周期元素中,第一电离能最小的元素是Na,电负性最大的元素是F。
(9)前四周期元素中,单电子数最多的元素是Cr。
(10)常见A2B2型化合物有H2O2、Na2O2、C2H2。
(11)常见的一种元素存在几种单质的元素是C、P、O、S。
(12)常见的万能还原剂是NaBH4和LiAlH4,其结构为Na+[]-、Li+[]-,两物质中均存在离子键、共价键和配位键,其中氢元素的化合价为-1。
分子结构与性质
1.杂化轨道类型与分子空间结构的关系
杂化轨
道类型
杂化轨
道数目
分子空
间结构
实例
sp
2
直线形
CO2、BeCl2、HgCl2
sp2
3
平面三角形
BF3、BCl3、CH2O
V形
SO2、SnBr2
sp3
4
四面体形
CH4、CCl4、CH3Cl
三角锥形
NH3、PH3、NF3
V形
H2S、H2O
注意:杂化轨道数=与中心原子结合的原子数+中心原子的孤电子对数。
2.分子构型与价层电子对互斥模型
中心原子的价层电子对数=σ键电子对数(与中心原子结合的原子数)+中心原子的孤电子对数=σ键电子对数+12(a-xb)。
其中a为中心原子的价电子数,x、b分别为与中心原子结合的原子数及与中心原子结合的原子最多能接受的电子数(H为1,其他原子为“8-该原子的价电子数”)。微粒为阳离子时,中心原子的价电子数要减去离子所带电荷数;微粒为阴离子时,中心原子的价电子数要加上离子所带电荷数。如SO2中硫原子的孤电子对数为6-2×22=1;H3O+中氧原子的孤电子对数为6-1-3×12=1;CO32-中碳原子的孤电子对数为4+2-3×22=0。
(1)在计算孤电子对数时,出现0.5或1.5,则把小数进位为整数,即1或2。如NO2的中心原子N的孤电子对数为5-2×22=0.5≈1,则价层电子对数为3,故VSEPR模型为平面三角形,分子空间结构为V形。
(2)利用价层电子对互斥理论判断分子(或离子)空间结构。
价层电
子对数
孤电子
对数
分子(或离子)
空间结构
示例
2
0
CO2、BeCl2
3
0
BF3、SO3、CO32-
3
1
SO2
4
0
CH4、NH4+、SO42-、CCl4
4
1
NH3、PCl3、H3O+
4
2
H2O、H2S
3.键角大小的判断方法
(1)不同杂化类型:如键角CH4
三键与三键之间的排斥力>双键与双键之间的排斥力>单键与单键之间的排斥力。
(3)杂化类型相同,中心原子孤电子对数越多,键角越小。
如键角:CH4>NH3>H2O;NH4+>NH3;H3O+>H2O。
(4)杂化类型和孤电子对数均相同,中心原子的电负性越大,键角越大。
如键角:NH3>PH3>AsH3。
(5)杂化类型和孤电子对数相同,配位原子电负性越大,键角越小。
如键角:NF3
(1)σ键、π键的判断。
①由轨道重叠方式判断:“头碰头”重叠为σ键,“肩并肩”重叠为π键。
②由共用电子对数判断:单键为σ键;双键或三键,其中一个为σ键,其余为π键。
③由成键轨道类型判断:s轨道形成的共价键全部是σ键;杂化轨道形成的共价键全部为σ键。
(2)配位键与配合物。
①配位键。
一方提供孤电子对,另一方提供空轨道形成的共价键。
②配位键的表示方法。
如A→B:A表示提供孤电子对的原子,B表示接受孤电子对的原子。
③配位化合物的组成。
如硫酸四氨合铜,化学式为[Cu(NH3)4]SO4,Cu2+为中心离子,NH3为配体,配位键的数目为4,配位数为4,表示为。
④配位化合物的形成条件。
配体:有孤电子对中性分子,如H2O、NH3和CO等离子,如F-、Cl-、CN-等
中心原子(或离子):有空轨道,如Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+等。
5.分子性质
(1)分子结构与分子极性的关系。
(2)溶解性。
①“相似相溶”规律:非极性溶质一般能溶于非极性溶剂,极性溶质一般能溶于极性溶剂,若存在氢键,则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好。
②“相似相溶”还适用于分子结构的相似性,如乙醇和水互溶,而戊醇在水中的溶解度明显减小。
元素“位—构—性”综合推断
1.W、X、Y、Z均为短周期元素,原子序数依次增加,W原子的最外层电子数是次外层的3倍,X-、Y+具有相同的电子层结构,Z的阴离子不能发生水解反应。下列说法不正确的是( C )
A.简单离子半径:Z>W>X>Y
B.简单氢化物的沸点:W>X>Z
C.最高价氧化物对应的水化物的酸性:X>Z
D.Z元素不同核素的电子式、基态核外电子排布式、基态轨道表示式均相同
解析:W、X、Y、Z均为短周期元素,原子序数依次增加,W原子的最外层电子数是次外层的3倍,W是O;Z的阴离子不能发生水解反应,Z是Cl;X-、Y+具有相同的电子层结构,X是F、Y是Na。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,原子半径Na>Cl>O>F,离子半径Cl->O2->F->Na+,A正确;H2O、HF分子间能形成氢键,水分子间氢键多,HCl不能形成氢键,简单氢化物的沸点H2O>HF>HCl,B正确;F元素没有正价,F不能形成含氧酸,C错误;Cl的不同核素核外电子数相同,所以电子式、基态核外电子排布式、基态轨道表示式均相同,D正确。
2.(2022·福建漳州二模)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的四种短周期元素。W与X可形成一种红棕色、有刺激性气味的气体,Y的周期数是族序数的3倍,Z原子的最外层电子数与W原子的电子总数相同。下列说法错误的是( C )
A.原子半径:Y>Z>W>X
B.X、Y的简单离子具有相同的电子层结构
C.氢化物熔点:Y
解析:W、X、Y、Z为原子序数依次增大的四种短周期元素,W与X可形成一种红棕色、有刺激性气味的气体,则W为N元素、X为O元素;Y的周期数是族序数的3倍,则Y为Na元素;Z原子的最外层电子数与W原子的电子总数相同,则Z为Cl元素。同周期元素,从左到右原子半径依次减小,同主族元素,从上到下原子半径依次增大,则原子半径由大到小的顺序为Y(Na)>Z(Cl)>W(N)>X(O),故A正确;氧离子和钠离子的核外都有2个电子层,最外层电子数都为8,具有相同的电子层结构,故B正确;NaH属于离子化合物,HCl属于共价化合物,常温下为气体,故NaH的熔点高,故C错误;由O、Na和Cl三种元素组成的高氯酸钠是强酸强碱盐,水溶液呈中性,故D正确。
3.(2022·广东汕头二模)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子半径依次增大。M、N、P是由这些元素组成的二元化合物,r、s、q是其中三种元素对应的单质,M与r均为淡黄色固体,W、X、Y位于不同周期。上述物质转化关系如图所示(部分生成物省略),下列说法错误的是( B )
A.物质熔、沸点:N>P
B.X、Y可形成离子化合物
C.单质氧化性:X>W
D.X、Y、Z三种元素组成的盐溶液可能呈中性或碱性
解析:M、N、P是由这些元素组成的二元化合物,r、s、q是其中三种元素对应的单质,M与r均为淡黄色固体,则M为Na2O2,r为S,结合转化关系,可推知,N为H2O,s为H2,P为H2S,q为O2,W、X、Y位于不同周期,又W、X、Y、Z是原子半径依次增大的短周期主族元素,则W为H元素,X为O元素,Y为S元素,Z为Na元素。N为H2O,P为H2S,H2O分子间可形成氢键,因此熔、沸点H2O>H2S,A正确;X为O元素,Y为S元素,不可能形成离子化合物,B错误;X的单质为O2,W的单质为H2,氧化性O2>H2,C正确;X为O元素,Y为S元素,Z为Na元素,三者形成的盐为Na2SO4和Na2SO3,对应溶液前者呈中性,后者呈碱性,D正确。
元素推断题解题流程
第一步
挖掘题干信息快速确定元素:依据题目给出的题干信息,通过物质特性、原子结构特点、周期表中的相对位置,以及它们之间的关联性,确定出各元素的名称
第二步
根据元素周期律判断递变规律及物质特点:在确定元素的基础上,确定出各元素在周期表中的位置,依据同周期、同主族元素性质的递变规律及所组成的物质的性质特点,判断各选项描述的正误
物质结构与性质的关系
1.(2022·山东聊城二模)下列有关NH3、NH2-、NO3-、NO2-的说法正确的是( A )
A.NH3和NH2-中的键角H—N—H前者大
B.NH3和NO3-的空间构型相同
C.NH2-和NO2-中N原子的杂化方式相同
D.NH3与Cu2+形成的[Cu(NH3)4]2+中,提供孤电子对形成配位键的是Cu2+
解析:NH3中N原子的价层电子对数为3+5-3×12=4,且含有1个孤电子对,NH2-中N原子的价层电子对数为2+5+1-2×12=4,且含有 2个孤电子对,孤电子对之间的排斥力大于孤电子对和成键电子对之间的排斥力,前者为三角锥形,后者为V形,则键角前者大于后者,故A正确;NO3-中N原子的价层电子对数为3+5+1-3×22=3,且不含孤电子对,由上述分析可知前者为三角锥形,而后者为平面三角形,故B错误;NH2-中N原子的价层电子对数为2+5+1-2×12=4,NO2-中N原子的价层电子对数为2+5+1-2×22=3,氮原子杂化类型前者为sp3、后者为sp2,故C错误;铜离子提供空轨道、N原子提供孤电子对形成配位键,故D错误。
2.(2022·山东滨州二模)药物异博定(盐酸维拉帕米)能有效控制血压升高、促进血液循环,其合成路线中有如图转化过程:
已知NaH与NaCl的晶体结构相似。下列说法正确的是( B )
A.NaH晶体中,Na+的配位数是12
B.X的沸点低于其同分异构体
C.Y中溴元素位于元素周期表的d区
D.Z中碳原子有3种杂化方式
解析:NaCl的晶体结构中Na+与Cl-在立方晶胞交替出现,Na+处于顶点和面心,则Cl-处于棱心和体心,Na+的配位原子是其前后左右上下六个方向的Cl-,配位数为6,则NaH晶体中,Na+的配位数是6,A错误;从X的结构简式看,其易形成分子内氢键,降低了沸点,而其同分异构体易形成分子间氢键,升高了沸点,B正确;溴元素的价电子排布式是4s24p5,处于元素周期表的p区,C错误;Z中碳原子杂化方式有连接双键(碳碳双键或碳氧双键)或位于苯环上的sp2杂化、连接四个单键的sp3杂化,杂化方式共2种,D错误。
专项训练1 元素“位—构—性”综合推断
1.(2022·山东济宁二模)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,W位于s区,并且和X、Y、Z分别形成原子个数为4、3、2的18e-分子A、B、C,常温下A呈液态。下列说法错误的是( A )
A.由W、X、Z三种元素组成的化合物酸性比WZ弱
B.元素Y的第一电离能小于同周期相邻两种元素
C.原子半径:W
解析:由题干信息分析,A为H2O2,则W为H,X为O,Y为S,Z为Cl,B为H2S,C为HCl,W(H)、X(O)、Z(Cl)组成的化合物可能是HClO、HClO2、HClO3、HClO4等,WZ即HCl,HClO的酸性比HCl的弱,而HClO4的酸性比HCl的强,A错误;Y为S,第一电离能S
A.同周期元素第一电离能小于Y的有5种
B.简单氢化物的沸点:Z>Y>X
C.W的最高价氧化物对应的水化物具有两性
D.W和Z可形成含有极性共价键的非极性分子
解析:根据结构简式,Y都成2个键,基态Y原子的s轨道与p轨道电子数相等,故Y的基态原子电子排布式为1s22s22p4,Y为O;X原子均成4个键,故X为C;整个微粒显-1价,故W为B;Z的核外电子总数是W的最外层电子数的3倍,故Z为F。Y为O,同周期元素第一电离能小于O的有Li、Be、B、C,共4种,A错误;简单氢化物的沸点H2O>HF>CH4,B错误;B的最高价氧化物对应的水化物为H3BO3,为一元弱酸,不具有两性,C错误;B与 F可形成BF3,为含有极性共价键的非极性分子,D正确。
3.(2022·福建厦门二模)某种天然沸石的化学式为W[Z2R3Y10]·3X2Y,其中元素X、Y、Z、R、W原子序数依次增大,且占据四个不同周期。Y在地壳中含量最高,基态W原子的核外电子恰好填满10个原子轨道。下列说法不正确的是( A )
A.第一电离能:Z>R
B.简单离子半径:Y>Z
C.最简单氢化物稳定性:Y>R
D.氯化物熔点:W>Z
解析:Y在地壳中含量最高,则Y为O元素,几种元素占据四个不同周期,其中只有X的原子序数小于O,所以X为H元素,基态W原子的核外电子恰好填满10个原子轨道,每个原子轨道中有两个自旋方向不同的电子,所以W核外共20个电子,为Ca元素;天然沸石的化学式为Ca[Z2R3O10]·3H2O,由于R的原子序数较大,所以R一定位于第三周期,若Z位于第二周期,则只能为F元素,此时该物质中R的化合价为+203价,不合理,所以Z也位于第三周期,根据化合价分析,合理的结果为Z为+3价、R为+4价,所以Z为Al元素、R为Si元素。第一电离能Si(R)>Al(Z),A错误;Y、Z的简单离子为O2-、Al3+,电子层数相同,O2-半径更大,B正确;非金属性O>Si,所以最简单氢化物稳定性Y>R,C正确;W、Z的氯化物分别为CaCl2、AlCl3,离子晶体(CaCl2)的熔点高于分子晶体(AlCl3)的,D正确。
4.(2022·湖南常德模拟)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,W、Z同主族,X原子的最外层电子数是Y原子最外层电子数的6倍。p、q、r分别为W、X、Z的单质,s、t、u为W、X、Z三种元素形成的二元化合物,上述物质的转化关系如图所示(反应条件略去),下列说法不正确的是( C )
A.原子半径:Y>Z>W>X
B.反应①可用于工业上制备Z的单质
C.s、t、u均能与Y的最高价氧化物对应的水化物的溶液反应
D.X、Y、Z三种元素形成的一种化合物的水溶液可作木材防火剂
解析:X原子最外层电子数为Y原子最外层电子数的6倍,根据最外层电子数不超过8原则,X最外层电子数只能为6,Y最外层电子数只能为1,又X之前还有W元素,之后还有两种元素,故X只能为O,则Y为Na,根据原子序数关系,q为X元素单质,则q为O2,W可能为Be、B、C、N,对应同族Z可能为Mg、Al、Si、P,由图示知,W、O、Z三种元素形成的一种二元化合物能与O2反应,联想W、Z的可能情况,推测t为CO,则u为CO2,即W为C,则Z为Si,p为C,r为Si,由反应①制得Si,联想到工业制Si的反应2C+SiO2Si+2CO↑,则s为SiO2,p(C)能与u(CO2)在高温下反应生成t(CO),推测合理,综上所述W为C、X为O、Y为Na、Z为Si。Y(Na)、Z(Si)电子层数为3,其半径大于电子层数为2的W(C)、X(O),电子层数相同时,核电荷数越大,半径一般越小,故四种原子半径大小顺序为Y(Na)>Z(Si)>W(C)>X(O),故A正确;由分析知,工业上可利用反应①制备Si,故B正确;Y(Na)的最高价氧化物对应的水化物为NaOH,t(CO) 与NaOH溶液不反应,故C错误;X、Y、Z形成的Na2SiO3 的水溶液可作木材防火剂,故D正确。
5.(2022·广东广州二模)一种用作锂离子电池电解液的锂盐结构如图所示,短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,W原子的最外层电子数是内层电子数的一半。下列说法不正确的是( C )
A.简单氢化物的沸点:Y>X
B.YZ2中,Y的化合价为+2
C.原子半径:W>Z>Y
D.W的最高价氧化物对应的水化物是中强酸
解析:短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,W原子的最外层电子数是内层电子数的一半,W为P元素;X形成化学键数为4,为C元素;Y形成化学键数为2,为O元素;Z形成化学键数为1,为F元素。氧的电负性较强,水分子间能形成氢键,导致沸点升高,故简单氢化物的沸点 Y(O)>X(C),A正确;氟的电负性大于氧的,在OF2中,O会表现出正价,化合价为+2,B正确;电子层数越多,半径越大,电子层数相同时,核电荷数越大,半径越小,原子半径W(P)>Y(O)>Z(F),C错误;P的最高价氧化物对应的水化物是磷酸,磷酸为中强酸,D正确。
6.(2022·湖南衡阳二模)某深蓝色溶液是纤维素的优良溶剂,其制备反应如图所示。X、Y、Z三种元素原子序数依次增大,Y原子的核电荷数是最外层电子数的1.5倍,Y、Z均位于X的下一周期,W及其合金是人类最早发现的金属,被广泛应用于电气、轻工、机械制造和国防工业等。下列说法不正确的是( C )
W2++2X2Z—YX2—YX2—ZX2
A.Y元素的最高价氧化物分子中有4对共用电子
B.最高价氧化物的水化物的酸性:Y
D.化合物WX与稀盐酸反应生成气体X2
解析:Y原子的核电荷数是最外层电子数的1.5倍,可知Y为C元素;Y、Z均位于X的下一周期,所以X位于第一周期,为H元素,Z可以形成3个共价键,则应为N元素;W为Cu元素。综合分析可知,X为H元素,Y为C元素,Z为N元素,W为Cu元素。Y元素的最高价氧化物分子为CO2,共有4对共用电子,A正确;非金属性C
1.(2022·山东聊城一模)已知HCHO、NaBH4均能将苯甲醛转化为苯甲醇,下列说法正确的是( C )
A.甲醛的分子构型为三角锥形
B.BH4-中心原子的杂化方式为sp2
C.NaBH4中存在离子键、共价键、配位键
D.苯甲醛转化为苯甲醇属于有机反应中的氧化反应
解析:甲醛中的碳原子价层电子对数为3+4-1×2-2×12=3,碳原子是sp2杂化,甲醛的分子构型为平面三角形,故A错误;BH4-中心原子硼原子价层电子对数为4+3+1-1×42=4,杂化方式为sp3,故B错误;NaBH4中存在钠离子与BH4-间的离子键、B—H共价键,B—H共价键中有1个是配位键,故C正确;苯甲醛转化为苯甲醇,氢原子数增加,属于有机反应中的还原反应,故D错误。
2.(2022·山东济南一模)关于CH3—NN—CH3、H2NCH2COOH和O2NCH2CH3的结构与性质,下列说法正确的是( A )
A.CH3—NN—CH3有顺反异构现象
B.1 mol O2NCH2CH3含有10 mol σ键
C.三种物质中,氮原子杂化方式相同
D.在乙醇中的溶解度,H2NCH2COOH低于O2NCH2CH3,原因是前者与乙醇形成氢键
解析:CH3—NN—CH3中两个甲基可以在同一边,也可以在不同边,因此存在顺反异构现象,故A正确;1 mol O2N—CH2CH3含有9 mol σ键,故B错误;三种物质中,CH3—NN—CH3中氮原子杂化方式为sp2杂化,
H2NCH2COOH中氮原子杂化方式为sp3杂化,O2NCH2CH3中氮原子杂化方式为sp2杂化,故C错误;在乙醇中,H2NCH2COOH中H2N—和—COOH能与乙醇形成分子间氢键,因此H2NCH2COOH溶解度高于O2NCH2CH3,故D错误。
3.(2022·江苏模拟预测)下列有关NH3、NH4+、NO2-、HNO3的说法不正确的是( A )
A.NH3转化为NH4+,其键角变小
B.NH3沸点较高是因为分子间存在氢键
C.NO2-空间构型为V形
D.浓HNO3保存在玻璃塞的棕色试剂瓶中
解析:NH3转化为NH4+,孤电子对变为σ键电子对,排斥力减小,键角增大,A错误;NH3可形成分子间氢键,增大了分子间作用力,沸点较高,B正确;NO2-的中心N原子有2个σ键电子对、1个孤电子对,则其空间构型为V形,C正确;浓HNO3见光容易分解,应该保存在玻璃塞的棕色试剂瓶中,D正确。
4.(2022·北京海淀区二模)氯元素有多种化合价,可形成Cl-、ClO-、ClO2-、ClO3-、ClO4-等离子。下列说法错误的是( B )
A.基态Cl原子核外电子的空间运动状态有9种
B.键角:ClO2->ClO3->ClO4-
C.Cl-提供孤电子对与Cu2+可形成CuCl42-
D.ClO2-、ClO3-、ClO4-中Cl的杂化方式相同
解析:已知基态Cl原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,故基态Cl原子核外电子的空间运动状态有1+1+3+1+3=9(种),A正确;已知ClO2-、ClO3-、ClO4-中心原子的价层电子对数分别为2+7+1-2×22=4、3+7+1-3×22=4、4+7+1-4×22=4,孤电子对数分别为2、1、0,由于孤电子对对孤电子对的排斥作用>孤电子对对成键电子对的排斥作用>成键电子对对成键电子对的排斥作用,故键角ClO2-
5.(2022·山东青岛二模)明星分子单三键交替纯碳原子18环的一种合成方法如图。下列分析错误的是( C )
A.C24O6中C原子有sp2和sp两种杂化方式
B.C18中存在大π键
C.C18和金刚石均为共价晶体
D.C24O6和C18均为非极性分子
解析:C24O6中形成三键的C原子采用sp杂化,形成双键的C原子采用sp2杂化,故A正确;C18中18个碳原子共平面,存在多个相互平行的p轨道,p轨道重叠可形成大π键,因此C18中存在大π键,故B正确;C18晶体由分子构成,属于分子晶体,故C错误;C24O6和C18正负电荷中心均重合,均属于非极性分子,故D正确。
6.(2022·天津和平区模拟)正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体,层内的H3BO3分子之间通过氢键相连(层状结构如图所示,图中“虚线”表示氢键)。下列有关说法正确的是( B )
A.H3BO3分子的稳定性与氢键有关
B.含1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键
C.分子中B、O最外层均为8e-稳定结构
D.B原子杂化轨道的类型为sp2,同层分子间的主要作用力是范德华力
解析:稳定性是化学性质,取决于化学键的强弱,氢键属于分子间作用,与分子的稳定性无关,故A错误;一个H3BO3分子对应着6个氢键,一个氢键对应着2个H3BO3分子,因此含有1 mol H3BO3分子的晶体中有3 mol氢键,故B正确;硼原子最外层只有3个电子,与氧原子形成3个共用电子对,因此B原子最外层不是8e-稳定结构,故C错误;层内的H3BO3分子之间主要通过氢键相连,故D错误。
专题二 物质结构与性质
选择题突破三 物质结构与元素周期律
元素“位—构—性”综合推断
1.(2022·全国乙卷,11)化合物(YW4X5Z8·4W2Z)可用于电讯器材、高级玻璃的制造。W、X、Y、Z为短周期元素,原子序数依次增加,且加和为21。YZ2分子的总电子数为奇数,常温下为气体。该化合物的热重曲线如图所示,在200 ℃以下热分解时无刺激性气体逸出。下列叙述正确的是( D )
A.W、X、Y、Z的单质常温下均为气体
B.最高价氧化物的水化物的酸性:Y
D.500 ℃热分解后生成固体化合物X2Z3
解析:由化合物(YW4X5Z8·4W2Z)的热重曲线可知,在200 ℃以下热分解时失去的是水,即W为H,Z为O,YZ2分子的总电子数为奇数,常温下为气体,则Y为N,W、X、Y、Z原子序数依次增加,且加和为21,则X为B。X(B)的单质常温下为固体,故A错误;最高价氧化物的水化物的酸性X(H3BO3)
A.原子半径:X>Y>Z
B.非金属性:Y>X>W
C.Z的单质具有较强的还原性
D.原子序数为82的元素与W位于同一主族
解析:由共价化合物的结构可知,X、W形成4个共价键,Y形成2个共价键,Z形成1个共价键,X、Y、Z、W是原子序数依次增大的短周期元素,W的原子序数等于X与Y的原子序数之和,则X为C元素、Y为O元素、Z为F元素、W为Si元素。同周期元素从左到右原子半径依次减小,则C、O、F的原子半径大小顺序为C>O>F,故A正确;同周期元素从左到右非金属性依次增强,同主族元素从上到下非金属性依次减弱,则C、O、Si的非金属性强弱顺序为O>C>Si,故B正确;位于元素周期表右上角的氟元素的非金属性最强,单质具有很强的氧化性,故C错误;根据元素周期表的排布可推知,82号元素位于第六周期ⅣA族,故D正确。
3.(2021·山东卷,4)X、Y为第三周期元素、Y最高正价与最低负价的代数和为6,二者形成的一种化合物能以[XY4]+[XY6]-的形式存在。下列说法错误的是( D )
A.原子半径:X>Y
B.简单氢化物的还原性:X>Y
C.同周期元素形成的单质中Y氧化性最强
D.同周期中第一电离能小于X的元素有4种
解析:Y位于第三周期,且最高正价与最低负价的代数和为6,则Y是Cl元素,由X、Y形成的阴离子和阳离子知,X与Y容易形成共价键,根据化合物的形式知X是P元素。P与Cl在同一周期,则P半径大,即X>Y,A项不符合题意;两者对应的简单氢化物分别是PH3和HCl,半径是P3->Cl-,所以PH3的失电子能力强,还原性强,即X>Y,B项不符合题意;同周期元素从左往右,金属性减弱,非金属性增强,各元素对应的金属单质还原性减弱,非金属单质的氧化性增强,所以Cl2的氧化性最强,C项不符合题意;同一周期,从左到右,第一电离能呈现增大的趋势,第ⅡA、第ⅤA族元素的第一电离能大于相邻元素的第一电离能,所以第三周期第一电离能从小到大依次为Na、Al、Mg、Si、S、P、Cl,所以同周期中第一电离能小于P的元素有5种,D项符合题意。
物质结构与性质的关系
1.(2022·山东卷,5)AlN、GaN属于第三代半导体材料,二者成键结构与金刚石相似,晶体中只存在N—Al键、N—Ga键。下列说法错误的是( A )
A.GaN的熔点高于AlN
B.晶体中所有化学键均为极性键
C.晶体中所有原子均采取sp3杂化
D.晶体中所有原子的配位数均相同
解析:Al和Ga均为第ⅢA族元素,N属于第ⅤA族元素,AlN、GaN的成键结构与金刚石相似,则其为共价晶体,且其与金刚石互为等电子体,等电子体之间的结构和性质相似。AlN、GaN晶体中,N原子与其相邻的原子形成3个普通共价键和1个配位键。因为AlN、GaN为结构相似的共价晶体,Al原子的半径小于Ga原子的,N—Al键的键长小于N—Ga键的,则N—Al键的键能较大,键能越大,则其对应的共价晶体的熔点越高,故AlN的熔点高于GaN的,A错误;不同种元素的原子之间形成的共价键为极性键,故两种晶体中所有化学键均为极性键,B正确;金刚石中每个C原子形成4个共价键(即C原子的价层电子对数为4),C原子无孤电子对,故C原子均采取sp3杂化,由于AlN、GaN与金刚石互为等电子体,则其晶体中所有原子均采取sp3杂化,C正确;金刚石中每个C原子与其周围4个C原子形成共价键,则C原子的配位数是4,由于AlN、GaN与金刚石互为等电子体,则其晶体中所有原子的配位数也均为4,D正确。
2.(2021·山东卷,9)关于CH3OH、N2H4和(CH3)2NNH2
的结构与性质,下列说法错误的是( B )
A.CH3OH为极性分子
B.N2H4空间结构为平面形
C.N2H4的沸点高于(CH3)2NNH2
D.CH3OH和(CH3)2NNH2中C、O、N杂化方式均相同
解析:甲醇可看成是甲烷中的一个氢原子被羟基取代得到的,为四面体结构,是由极性键组成的极性分子,A正确;N2H4中N原子的杂化方式为sp3,不是平面形,B错误;N2H4分子中连接N原子的H原子数多,存在氢键的数目多,而偏二甲肼[(CH3)2NNH2]只有一端可以形成氢键,另一端的基团(两个甲基)比较大,影响了分子的排列,沸点较N2H4的低,C正确;CH3OH为四面体结构,—OH结构类似于水的结构,(CH3)2NNH2的结构简式为,两者分子中C、O、N杂化方式均为sp3,D正确。
3.(2020·山东卷,4)下列关于C、Si及其化合物结构与性质的论述错误的是( C )
A.键能C—C>Si—Si、C—H>Si—H,因此C2H6稳定性大于Si2H6
B.立方型SiC是与金刚石成键、结构均相似的共价晶体,因此具有很高的硬度
C.SiH4中Si的化合价为+4,CH4中C的化合价为-4,因此SiH4还原性小于CH4
D.Si原子间难形成双键而C原子间可以,是因为Si的原子半径大于C,难形成p-p π键
解析:化合物中键能越大,该物质越稳定,由于键能C—C>Si—Si、C—H>Si—H,故可判断稳定性C2H6>Si2H6,A项正确;SiC与金刚石均为立体网状的共价晶体,两者成键和结构均相似,均具有很高的硬度,B项正确;根据非金属性C>Si,可知还原性SiH4>CH4,C项错误;由于原子半径Si>C,Si原子间难形成p-p π键,故决定了Si原子间很难形成双键,D项正确。
物质结构与元素周期律是中学化学重要的基本理论之一,在高考中占有重要的地位。
通常以选择题的形式考查构造原理、化学键、空间构型、杂化类型、分子的性质、配合物理论、元素性质(金属性、非金属性、粒子半径大小、第一电离能、电负性等)、化合物性质(氢化物稳定性、最高价含氧酸酸性、氢化物的还原性等)、“位—构—性”的关系及应用。对于“位—构—性”的关系及应用,题目一般通过图表、文字、分子结构式等手段推断元素种类,并在确定元素的基础上,进一步考查考生对原子结构和元素性质周期性变化规律的理解,要求学生能将元素周期表、原子的电子层结构、元素单质及其化合物的性质等内容结合起来进行综合运用。通过考查学生分析、提取信息并进行综合应用的能力,体现了宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的化学学科核心素养。
微粒的结构
1.一个信息丰富的粒子(原子或离子)符号
2.微粒间的“四个”数量关系
(1)质子数=核电荷数=核外电子数=原子序数。
(2)质量数=质子数+中子数。
(3)质子数=阳离子的核外电子数+阳离子所带正电荷数。
(4)质子数=阴离子的核外电子数-阴离子所带负电荷数。
3.微粒的结构常见图示
核素
1735Cl 614C
结构
示意图
核外电子
排布式
S:1s22s22p63s23p4或[Ne]3s23p4
S2-:1s22s22p63s23p6或[Ne]3s23p6
电子排布
图(轨道
表示式)
价层电子
排布式或
排布图
电子式
H2O:
Na2O2:Na+[]2-Na+
结构式
CO2: HClO:H—O—Cl
结构简式
乙烯:CH2CH2 乙酸:CH3COOH
球棍模型
空间填
充模型
元素周期表与元素周期律
一、强化记忆元素周期表
二、元素周期律
1.主族元素周期性变化规律
项目
同周期(左→右)
同主族(上→下)
原子结构
原子半径
逐渐减小
逐渐增大
离子半径
阳离子逐渐减小;
阴离子逐渐减小;
r(阴离子)>
r(阳离子)
逐渐增大
性质
元素的金
属性、非
金属性
金属性逐渐减弱;
非金属性逐渐
增强
金属性逐渐增强;
非金属性逐渐
减弱
气态氢化
物的稳
定性
逐渐增强
逐渐减弱
最高价氧
化物对应
的水化物
的酸碱性
碱性逐渐减弱;
酸性逐渐增强
碱性逐渐增强;
酸性逐渐减弱
2.粒子半径大小的比较方法
(1)原子半径。
①电子层数相同时,随原子序数递增,原子半径减小。如r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Si)>r(P)>r(S)>r(Cl)。
②最外层电子数相同时,随电子层数递增,原子半径增大。如r(Li)
①同种元素的离子半径:阴离子大于原子,原子大于阳离子,低价阳离子大于高价阳离子。如 r(Cl-)>r(Cl),r(Fe)>r(Fe2+)>r(Fe3+)。
②电子层结构相同的离子,核电荷数越大,半径越小。如r(O2-)>r(F-)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)。
③带相同电荷的离子,电子层数越多,半径越大。如r(O2-)
3.元素金属性、非金属性强弱的判断方法
4.元素第一电离能、电负性的变化规律
(1)元素第一电离能的变化规律。
一般
规律
同一周期,随着原子序数的增大,元素的第一电离能呈现增大的趋势,稀有气体元素的第一电离能最大,碱金属元素的第一电离能最小;同一主族,随着电子层数的增加,元素的第一电离能逐渐减小
特殊
情况
第一电离能的变化与元素原子的核外电子排布有关。通常情况下,当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空(p0、d0、f0)、半充满(p3、d5、f7)和全充满(p6、d10、f14)结构时,原子的能量较低,该元素具有较大的第一电离能。如同周期主族元素,ⅡA族元素的原子最外层s能级全充满,ⅤA族元素的原子最外层p能级半充满,比较稳定,所以其第一电离能大于同周期相邻的主族元素
(2)元素电负性的变化规律。
①同周期从左到右,主族元素的电负性逐渐增大。
②同主族从上到下,元素的电负性逐渐减小。
③元素的非金属性越强,元素的电负性越大。
元素“位—构—性”的推断及综合应用
该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,解题的关键是正确推断元素。
依据原子结构特点与物质的特殊组成推断元素:
(1)原子半径最小的元素是H。
(2)除氢外,原子半径最小的元素是F。
(3)短周期主族元素中原子半径最大的元素是Na。
(4)第三周期主族元素形成的简单离子中,半径最小的元素是Al。
(5)最外层电子数是次外层电子数2倍的元素是C,3倍的元素是O。
(6)短周期元素中,最外层电子数是内层电子数一半的元素是Li、P。
(7)同主族相邻元素原子序数相差一倍的元素是O、S。
(8)短周期元素中,第一电离能最小的元素是Na,电负性最大的元素是F。
(9)前四周期元素中,单电子数最多的元素是Cr。
(10)常见A2B2型化合物有H2O2、Na2O2、C2H2。
(11)常见的一种元素存在几种单质的元素是C、P、O、S。
(12)常见的万能还原剂是NaBH4和LiAlH4,其结构为Na+[]-、Li+[]-,两物质中均存在离子键、共价键和配位键,其中氢元素的化合价为-1。
分子结构与性质
1.杂化轨道类型与分子空间结构的关系
杂化轨
道类型
杂化轨
道数目
分子空
间结构
实例
sp
2
直线形
CO2、BeCl2、HgCl2
sp2
3
平面三角形
BF3、BCl3、CH2O
V形
SO2、SnBr2
sp3
4
四面体形
CH4、CCl4、CH3Cl
三角锥形
NH3、PH3、NF3
V形
H2S、H2O
注意:杂化轨道数=与中心原子结合的原子数+中心原子的孤电子对数。
2.分子构型与价层电子对互斥模型
中心原子的价层电子对数=σ键电子对数(与中心原子结合的原子数)+中心原子的孤电子对数=σ键电子对数+12(a-xb)。
其中a为中心原子的价电子数,x、b分别为与中心原子结合的原子数及与中心原子结合的原子最多能接受的电子数(H为1,其他原子为“8-该原子的价电子数”)。微粒为阳离子时,中心原子的价电子数要减去离子所带电荷数;微粒为阴离子时,中心原子的价电子数要加上离子所带电荷数。如SO2中硫原子的孤电子对数为6-2×22=1;H3O+中氧原子的孤电子对数为6-1-3×12=1;CO32-中碳原子的孤电子对数为4+2-3×22=0。
(1)在计算孤电子对数时,出现0.5或1.5,则把小数进位为整数,即1或2。如NO2的中心原子N的孤电子对数为5-2×22=0.5≈1,则价层电子对数为3,故VSEPR模型为平面三角形,分子空间结构为V形。
(2)利用价层电子对互斥理论判断分子(或离子)空间结构。
价层电
子对数
孤电子
对数
分子(或离子)
空间结构
示例
2
0
CO2、BeCl2
3
0
BF3、SO3、CO32-
3
1
SO2
4
0
CH4、NH4+、SO42-、CCl4
4
1
NH3、PCl3、H3O+
4
2
H2O、H2S
3.键角大小的判断方法
(1)不同杂化类型:如键角CH4
三键与三键之间的排斥力>双键与双键之间的排斥力>单键与单键之间的排斥力。
(3)杂化类型相同,中心原子孤电子对数越多,键角越小。
如键角:CH4>NH3>H2O;NH4+>NH3;H3O+>H2O。
(4)杂化类型和孤电子对数均相同,中心原子的电负性越大,键角越大。
如键角:NH3>PH3>AsH3。
(5)杂化类型和孤电子对数相同,配位原子电负性越大,键角越小。
如键角:NF3
(1)σ键、π键的判断。
①由轨道重叠方式判断:“头碰头”重叠为σ键,“肩并肩”重叠为π键。
②由共用电子对数判断:单键为σ键;双键或三键,其中一个为σ键,其余为π键。
③由成键轨道类型判断:s轨道形成的共价键全部是σ键;杂化轨道形成的共价键全部为σ键。
(2)配位键与配合物。
①配位键。
一方提供孤电子对,另一方提供空轨道形成的共价键。
②配位键的表示方法。
如A→B:A表示提供孤电子对的原子,B表示接受孤电子对的原子。
③配位化合物的组成。
如硫酸四氨合铜,化学式为[Cu(NH3)4]SO4,Cu2+为中心离子,NH3为配体,配位键的数目为4,配位数为4,表示为。
④配位化合物的形成条件。
配体:有孤电子对中性分子,如H2O、NH3和CO等离子,如F-、Cl-、CN-等
中心原子(或离子):有空轨道,如Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+等。
5.分子性质
(1)分子结构与分子极性的关系。
(2)溶解性。
①“相似相溶”规律:非极性溶质一般能溶于非极性溶剂,极性溶质一般能溶于极性溶剂,若存在氢键,则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好。
②“相似相溶”还适用于分子结构的相似性,如乙醇和水互溶,而戊醇在水中的溶解度明显减小。
元素“位—构—性”综合推断
1.W、X、Y、Z均为短周期元素,原子序数依次增加,W原子的最外层电子数是次外层的3倍,X-、Y+具有相同的电子层结构,Z的阴离子不能发生水解反应。下列说法不正确的是( C )
A.简单离子半径:Z>W>X>Y
B.简单氢化物的沸点:W>X>Z
C.最高价氧化物对应的水化物的酸性:X>Z
D.Z元素不同核素的电子式、基态核外电子排布式、基态轨道表示式均相同
解析:W、X、Y、Z均为短周期元素,原子序数依次增加,W原子的最外层电子数是次外层的3倍,W是O;Z的阴离子不能发生水解反应,Z是Cl;X-、Y+具有相同的电子层结构,X是F、Y是Na。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,原子半径Na>Cl>O>F,离子半径Cl->O2->F->Na+,A正确;H2O、HF分子间能形成氢键,水分子间氢键多,HCl不能形成氢键,简单氢化物的沸点H2O>HF>HCl,B正确;F元素没有正价,F不能形成含氧酸,C错误;Cl的不同核素核外电子数相同,所以电子式、基态核外电子排布式、基态轨道表示式均相同,D正确。
2.(2022·福建漳州二模)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的四种短周期元素。W与X可形成一种红棕色、有刺激性气味的气体,Y的周期数是族序数的3倍,Z原子的最外层电子数与W原子的电子总数相同。下列说法错误的是( C )
A.原子半径:Y>Z>W>X
B.X、Y的简单离子具有相同的电子层结构
C.氢化物熔点:Y
解析:W、X、Y、Z为原子序数依次增大的四种短周期元素,W与X可形成一种红棕色、有刺激性气味的气体,则W为N元素、X为O元素;Y的周期数是族序数的3倍,则Y为Na元素;Z原子的最外层电子数与W原子的电子总数相同,则Z为Cl元素。同周期元素,从左到右原子半径依次减小,同主族元素,从上到下原子半径依次增大,则原子半径由大到小的顺序为Y(Na)>Z(Cl)>W(N)>X(O),故A正确;氧离子和钠离子的核外都有2个电子层,最外层电子数都为8,具有相同的电子层结构,故B正确;NaH属于离子化合物,HCl属于共价化合物,常温下为气体,故NaH的熔点高,故C错误;由O、Na和Cl三种元素组成的高氯酸钠是强酸强碱盐,水溶液呈中性,故D正确。
3.(2022·广东汕头二模)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子半径依次增大。M、N、P是由这些元素组成的二元化合物,r、s、q是其中三种元素对应的单质,M与r均为淡黄色固体,W、X、Y位于不同周期。上述物质转化关系如图所示(部分生成物省略),下列说法错误的是( B )
A.物质熔、沸点:N>P
B.X、Y可形成离子化合物
C.单质氧化性:X>W
D.X、Y、Z三种元素组成的盐溶液可能呈中性或碱性
解析:M、N、P是由这些元素组成的二元化合物,r、s、q是其中三种元素对应的单质,M与r均为淡黄色固体,则M为Na2O2,r为S,结合转化关系,可推知,N为H2O,s为H2,P为H2S,q为O2,W、X、Y位于不同周期,又W、X、Y、Z是原子半径依次增大的短周期主族元素,则W为H元素,X为O元素,Y为S元素,Z为Na元素。N为H2O,P为H2S,H2O分子间可形成氢键,因此熔、沸点H2O>H2S,A正确;X为O元素,Y为S元素,不可能形成离子化合物,B错误;X的单质为O2,W的单质为H2,氧化性O2>H2,C正确;X为O元素,Y为S元素,Z为Na元素,三者形成的盐为Na2SO4和Na2SO3,对应溶液前者呈中性,后者呈碱性,D正确。
元素推断题解题流程
第一步
挖掘题干信息快速确定元素:依据题目给出的题干信息,通过物质特性、原子结构特点、周期表中的相对位置,以及它们之间的关联性,确定出各元素的名称
第二步
根据元素周期律判断递变规律及物质特点:在确定元素的基础上,确定出各元素在周期表中的位置,依据同周期、同主族元素性质的递变规律及所组成的物质的性质特点,判断各选项描述的正误
物质结构与性质的关系
1.(2022·山东聊城二模)下列有关NH3、NH2-、NO3-、NO2-的说法正确的是( A )
A.NH3和NH2-中的键角H—N—H前者大
B.NH3和NO3-的空间构型相同
C.NH2-和NO2-中N原子的杂化方式相同
D.NH3与Cu2+形成的[Cu(NH3)4]2+中,提供孤电子对形成配位键的是Cu2+
解析:NH3中N原子的价层电子对数为3+5-3×12=4,且含有1个孤电子对,NH2-中N原子的价层电子对数为2+5+1-2×12=4,且含有 2个孤电子对,孤电子对之间的排斥力大于孤电子对和成键电子对之间的排斥力,前者为三角锥形,后者为V形,则键角前者大于后者,故A正确;NO3-中N原子的价层电子对数为3+5+1-3×22=3,且不含孤电子对,由上述分析可知前者为三角锥形,而后者为平面三角形,故B错误;NH2-中N原子的价层电子对数为2+5+1-2×12=4,NO2-中N原子的价层电子对数为2+5+1-2×22=3,氮原子杂化类型前者为sp3、后者为sp2,故C错误;铜离子提供空轨道、N原子提供孤电子对形成配位键,故D错误。
2.(2022·山东滨州二模)药物异博定(盐酸维拉帕米)能有效控制血压升高、促进血液循环,其合成路线中有如图转化过程:
已知NaH与NaCl的晶体结构相似。下列说法正确的是( B )
A.NaH晶体中,Na+的配位数是12
B.X的沸点低于其同分异构体
C.Y中溴元素位于元素周期表的d区
D.Z中碳原子有3种杂化方式
解析:NaCl的晶体结构中Na+与Cl-在立方晶胞交替出现,Na+处于顶点和面心,则Cl-处于棱心和体心,Na+的配位原子是其前后左右上下六个方向的Cl-,配位数为6,则NaH晶体中,Na+的配位数是6,A错误;从X的结构简式看,其易形成分子内氢键,降低了沸点,而其同分异构体易形成分子间氢键,升高了沸点,B正确;溴元素的价电子排布式是4s24p5,处于元素周期表的p区,C错误;Z中碳原子杂化方式有连接双键(碳碳双键或碳氧双键)或位于苯环上的sp2杂化、连接四个单键的sp3杂化,杂化方式共2种,D错误。
专项训练1 元素“位—构—性”综合推断
1.(2022·山东济宁二模)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,W位于s区,并且和X、Y、Z分别形成原子个数为4、3、2的18e-分子A、B、C,常温下A呈液态。下列说法错误的是( A )
A.由W、X、Z三种元素组成的化合物酸性比WZ弱
B.元素Y的第一电离能小于同周期相邻两种元素
C.原子半径:W
解析:由题干信息分析,A为H2O2,则W为H,X为O,Y为S,Z为Cl,B为H2S,C为HCl,W(H)、X(O)、Z(Cl)组成的化合物可能是HClO、HClO2、HClO3、HClO4等,WZ即HCl,HClO的酸性比HCl的弱,而HClO4的酸性比HCl的强,A错误;Y为S,第一电离能S
A.同周期元素第一电离能小于Y的有5种
B.简单氢化物的沸点:Z>Y>X
C.W的最高价氧化物对应的水化物具有两性
D.W和Z可形成含有极性共价键的非极性分子
解析:根据结构简式,Y都成2个键,基态Y原子的s轨道与p轨道电子数相等,故Y的基态原子电子排布式为1s22s22p4,Y为O;X原子均成4个键,故X为C;整个微粒显-1价,故W为B;Z的核外电子总数是W的最外层电子数的3倍,故Z为F。Y为O,同周期元素第一电离能小于O的有Li、Be、B、C,共4种,A错误;简单氢化物的沸点H2O>HF>CH4,B错误;B的最高价氧化物对应的水化物为H3BO3,为一元弱酸,不具有两性,C错误;B与 F可形成BF3,为含有极性共价键的非极性分子,D正确。
3.(2022·福建厦门二模)某种天然沸石的化学式为W[Z2R3Y10]·3X2Y,其中元素X、Y、Z、R、W原子序数依次增大,且占据四个不同周期。Y在地壳中含量最高,基态W原子的核外电子恰好填满10个原子轨道。下列说法不正确的是( A )
A.第一电离能:Z>R
B.简单离子半径:Y>Z
C.最简单氢化物稳定性:Y>R
D.氯化物熔点:W>Z
解析:Y在地壳中含量最高,则Y为O元素,几种元素占据四个不同周期,其中只有X的原子序数小于O,所以X为H元素,基态W原子的核外电子恰好填满10个原子轨道,每个原子轨道中有两个自旋方向不同的电子,所以W核外共20个电子,为Ca元素;天然沸石的化学式为Ca[Z2R3O10]·3H2O,由于R的原子序数较大,所以R一定位于第三周期,若Z位于第二周期,则只能为F元素,此时该物质中R的化合价为+203价,不合理,所以Z也位于第三周期,根据化合价分析,合理的结果为Z为+3价、R为+4价,所以Z为Al元素、R为Si元素。第一电离能Si(R)>Al(Z),A错误;Y、Z的简单离子为O2-、Al3+,电子层数相同,O2-半径更大,B正确;非金属性O>Si,所以最简单氢化物稳定性Y>R,C正确;W、Z的氯化物分别为CaCl2、AlCl3,离子晶体(CaCl2)的熔点高于分子晶体(AlCl3)的,D正确。
4.(2022·湖南常德模拟)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,W、Z同主族,X原子的最外层电子数是Y原子最外层电子数的6倍。p、q、r分别为W、X、Z的单质,s、t、u为W、X、Z三种元素形成的二元化合物,上述物质的转化关系如图所示(反应条件略去),下列说法不正确的是( C )
A.原子半径:Y>Z>W>X
B.反应①可用于工业上制备Z的单质
C.s、t、u均能与Y的最高价氧化物对应的水化物的溶液反应
D.X、Y、Z三种元素形成的一种化合物的水溶液可作木材防火剂
解析:X原子最外层电子数为Y原子最外层电子数的6倍,根据最外层电子数不超过8原则,X最外层电子数只能为6,Y最外层电子数只能为1,又X之前还有W元素,之后还有两种元素,故X只能为O,则Y为Na,根据原子序数关系,q为X元素单质,则q为O2,W可能为Be、B、C、N,对应同族Z可能为Mg、Al、Si、P,由图示知,W、O、Z三种元素形成的一种二元化合物能与O2反应,联想W、Z的可能情况,推测t为CO,则u为CO2,即W为C,则Z为Si,p为C,r为Si,由反应①制得Si,联想到工业制Si的反应2C+SiO2Si+2CO↑,则s为SiO2,p(C)能与u(CO2)在高温下反应生成t(CO),推测合理,综上所述W为C、X为O、Y为Na、Z为Si。Y(Na)、Z(Si)电子层数为3,其半径大于电子层数为2的W(C)、X(O),电子层数相同时,核电荷数越大,半径一般越小,故四种原子半径大小顺序为Y(Na)>Z(Si)>W(C)>X(O),故A正确;由分析知,工业上可利用反应①制备Si,故B正确;Y(Na)的最高价氧化物对应的水化物为NaOH,t(CO) 与NaOH溶液不反应,故C错误;X、Y、Z形成的Na2SiO3 的水溶液可作木材防火剂,故D正确。
5.(2022·广东广州二模)一种用作锂离子电池电解液的锂盐结构如图所示,短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,W原子的最外层电子数是内层电子数的一半。下列说法不正确的是( C )
A.简单氢化物的沸点:Y>X
B.YZ2中,Y的化合价为+2
C.原子半径:W>Z>Y
D.W的最高价氧化物对应的水化物是中强酸
解析:短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,W原子的最外层电子数是内层电子数的一半,W为P元素;X形成化学键数为4,为C元素;Y形成化学键数为2,为O元素;Z形成化学键数为1,为F元素。氧的电负性较强,水分子间能形成氢键,导致沸点升高,故简单氢化物的沸点 Y(O)>X(C),A正确;氟的电负性大于氧的,在OF2中,O会表现出正价,化合价为+2,B正确;电子层数越多,半径越大,电子层数相同时,核电荷数越大,半径越小,原子半径W(P)>Y(O)>Z(F),C错误;P的最高价氧化物对应的水化物是磷酸,磷酸为中强酸,D正确。
6.(2022·湖南衡阳二模)某深蓝色溶液是纤维素的优良溶剂,其制备反应如图所示。X、Y、Z三种元素原子序数依次增大,Y原子的核电荷数是最外层电子数的1.5倍,Y、Z均位于X的下一周期,W及其合金是人类最早发现的金属,被广泛应用于电气、轻工、机械制造和国防工业等。下列说法不正确的是( C )
W2++2X2Z—YX2—YX2—ZX2
A.Y元素的最高价氧化物分子中有4对共用电子
B.最高价氧化物的水化物的酸性:Y
D.化合物WX与稀盐酸反应生成气体X2
解析:Y原子的核电荷数是最外层电子数的1.5倍,可知Y为C元素;Y、Z均位于X的下一周期,所以X位于第一周期,为H元素,Z可以形成3个共价键,则应为N元素;W为Cu元素。综合分析可知,X为H元素,Y为C元素,Z为N元素,W为Cu元素。Y元素的最高价氧化物分子为CO2,共有4对共用电子,A正确;非金属性C
1.(2022·山东聊城一模)已知HCHO、NaBH4均能将苯甲醛转化为苯甲醇,下列说法正确的是( C )
A.甲醛的分子构型为三角锥形
B.BH4-中心原子的杂化方式为sp2
C.NaBH4中存在离子键、共价键、配位键
D.苯甲醛转化为苯甲醇属于有机反应中的氧化反应
解析:甲醛中的碳原子价层电子对数为3+4-1×2-2×12=3,碳原子是sp2杂化,甲醛的分子构型为平面三角形,故A错误;BH4-中心原子硼原子价层电子对数为4+3+1-1×42=4,杂化方式为sp3,故B错误;NaBH4中存在钠离子与BH4-间的离子键、B—H共价键,B—H共价键中有1个是配位键,故C正确;苯甲醛转化为苯甲醇,氢原子数增加,属于有机反应中的还原反应,故D错误。
2.(2022·山东济南一模)关于CH3—NN—CH3、H2NCH2COOH和O2NCH2CH3的结构与性质,下列说法正确的是( A )
A.CH3—NN—CH3有顺反异构现象
B.1 mol O2NCH2CH3含有10 mol σ键
C.三种物质中,氮原子杂化方式相同
D.在乙醇中的溶解度,H2NCH2COOH低于O2NCH2CH3,原因是前者与乙醇形成氢键
解析:CH3—NN—CH3中两个甲基可以在同一边,也可以在不同边,因此存在顺反异构现象,故A正确;1 mol O2N—CH2CH3含有9 mol σ键,故B错误;三种物质中,CH3—NN—CH3中氮原子杂化方式为sp2杂化,
H2NCH2COOH中氮原子杂化方式为sp3杂化,O2NCH2CH3中氮原子杂化方式为sp2杂化,故C错误;在乙醇中,H2NCH2COOH中H2N—和—COOH能与乙醇形成分子间氢键,因此H2NCH2COOH溶解度高于O2NCH2CH3,故D错误。
3.(2022·江苏模拟预测)下列有关NH3、NH4+、NO2-、HNO3的说法不正确的是( A )
A.NH3转化为NH4+,其键角变小
B.NH3沸点较高是因为分子间存在氢键
C.NO2-空间构型为V形
D.浓HNO3保存在玻璃塞的棕色试剂瓶中
解析:NH3转化为NH4+,孤电子对变为σ键电子对,排斥力减小,键角增大,A错误;NH3可形成分子间氢键,增大了分子间作用力,沸点较高,B正确;NO2-的中心N原子有2个σ键电子对、1个孤电子对,则其空间构型为V形,C正确;浓HNO3见光容易分解,应该保存在玻璃塞的棕色试剂瓶中,D正确。
4.(2022·北京海淀区二模)氯元素有多种化合价,可形成Cl-、ClO-、ClO2-、ClO3-、ClO4-等离子。下列说法错误的是( B )
A.基态Cl原子核外电子的空间运动状态有9种
B.键角:ClO2->ClO3->ClO4-
C.Cl-提供孤电子对与Cu2+可形成CuCl42-
D.ClO2-、ClO3-、ClO4-中Cl的杂化方式相同
解析:已知基态Cl原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,故基态Cl原子核外电子的空间运动状态有1+1+3+1+3=9(种),A正确;已知ClO2-、ClO3-、ClO4-中心原子的价层电子对数分别为2+7+1-2×22=4、3+7+1-3×22=4、4+7+1-4×22=4,孤电子对数分别为2、1、0,由于孤电子对对孤电子对的排斥作用>孤电子对对成键电子对的排斥作用>成键电子对对成键电子对的排斥作用,故键角ClO2-
5.(2022·山东青岛二模)明星分子单三键交替纯碳原子18环的一种合成方法如图。下列分析错误的是( C )
A.C24O6中C原子有sp2和sp两种杂化方式
B.C18中存在大π键
C.C18和金刚石均为共价晶体
D.C24O6和C18均为非极性分子
解析:C24O6中形成三键的C原子采用sp杂化,形成双键的C原子采用sp2杂化,故A正确;C18中18个碳原子共平面,存在多个相互平行的p轨道,p轨道重叠可形成大π键,因此C18中存在大π键,故B正确;C18晶体由分子构成,属于分子晶体,故C错误;C24O6和C18正负电荷中心均重合,均属于非极性分子,故D正确。
6.(2022·天津和平区模拟)正硼酸(H3BO3)是一种片层状结构的白色晶体,层内的H3BO3分子之间通过氢键相连(层状结构如图所示,图中“虚线”表示氢键)。下列有关说法正确的是( B )
A.H3BO3分子的稳定性与氢键有关
B.含1 mol H3BO3的晶体中有3 mol氢键
C.分子中B、O最外层均为8e-稳定结构
D.B原子杂化轨道的类型为sp2,同层分子间的主要作用力是范德华力
解析:稳定性是化学性质,取决于化学键的强弱,氢键属于分子间作用,与分子的稳定性无关,故A错误;一个H3BO3分子对应着6个氢键,一个氢键对应着2个H3BO3分子,因此含有1 mol H3BO3分子的晶体中有3 mol氢键,故B正确;硼原子最外层只有3个电子,与氧原子形成3个共用电子对,因此B原子最外层不是8e-稳定结构,故C错误;层内的H3BO3分子之间主要通过氢键相连,故D错误。
相关学案
2023届高考化学二轮复习专题十一物质结构与性质学案： 这是一份2023届高考化学二轮复习专题十一物质结构与性质学案，共41页。
2023届高考化学二轮复习专题五物质结构元素周期律学案： 这是一份2023届高考化学二轮复习专题五物质结构元素周期律学案，共19页。学案主要包含了对点析图等内容，欢迎下载使用。
2023届高考化学二轮复习专题二物质结构与性质大题突破一物质结构与性质综合学案： 这是一份2023届高考化学二轮复习专题二物质结构与性质大题突破一物质结构与性质综合学案，共92页。
