2022高中化学一轮专题复习 专题五 物质结构 元素周期律学案
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考纲要求★靶向明确
1.了解元素、核素和同位素的含义。
2.了解原子的构成、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规律,掌握原子结构示意图。
4.了解化学键的定义,了解离子键、共价键的形成过程。
5.掌握电子式的表示方法。
知识点一 原子结构
【考必备·清单】
1.原子的构成
(1)构成原子的微粒及作用
(2)微粒之间的关系
①原子中:质子数(Z)=核电荷数=核外电子数;
②质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N);
③阳离子的核外电子数=质子数-所带电荷数;
④阴离子的核外电子数=质子数+所带电荷数。
(3)微粒符号周围数字的含义
[名师点拨] (1)原子中不一定都含有中子,如H中没有中子。
(2)电子排布完全相同的原子不一定是同一种原子,如互为同位素的各原子。
(3)破坏原子结构的核裂变不属于化学变化。
(4)质子数相同的微粒不一定属于同一种元素,如F和OH-。
2.同位素
(1)概念:质子数相同,中子数不同的同一元素的不同核素的互称。
(2)同位素的特征
①相同存在形态的同位素,化学性质几乎完全相同,物理性质不同。
②天然存在的同一元素的各核素所占的原子百分数一般不变。
(3)氢元素的三种核素
H:用字母表示,名称为,不含中子;
H:用字母表示,名称为或重氢,含有1个中子;
H:用字母表示,名称为或超重氢,含有2个中子。
(4)常见的重要核素及其应用
核素 | U | C | H(D) | H(T) | O |
用途 | 核燃料 | 用于考古断代 | 制氢弹 | 示踪原子 |
[名师点拨] (1)由于同位素的存在,核素的种数远大于元素的种类。
(2)不同核素可能具有相同的质子数,如H和H;也可能具有相同的中子数,如1C和1O;也可能具有相同的质量数,如1C和1N。
(3)同位素的“六同三不同”
【夯基础·小题】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)一种元素可以有多种核素,也可能只有一种核素,有多少种核素就有多少种原子( )
(2)核聚变如H+H―→He+n,因为有新微粒生成,所以该变化是化学变化( )
(3)Cl与Cl得电子能力几乎相同( )
(4)一种核素只有一种质量数( )
(5)氢的三种核素形成的单质有6种,它们物理性质有所不同,但化学性质几乎完全相同( )
答案:(1)√ (2)× (3)√ (4)√ (5)√
2.(2021·徐州模拟)Tc是医用放射性同位素。下列关于Tc的叙述正确的是( )
A.中子数是56 B.质量数是43
C.质子数是56 D.原子序数是99
解析:选A Tc的质子数=原子序数,均为43,质量数是99,中子数=99-43=56,所以A正确。
3.现有下列9种微粒:H、H、C、C、N、Fe2+、Fe3+、O2、O3。按要求完成以下各题:
(1)H、H互称为________。
(2)互为同素异形体的微粒是________。
(3)Fe2+的中子数为________,核外电子数为________。
(4)上述9种微粒中有________种核素,含有________种元素。
答案:(1)同位素 (2)O2、O3 (3)30 24 (4)7 5
知识点二 原子核外电子排布
【考必备·清单】
1.核外电子排布
(1)核外电子排布规律
(2)核外电子排布与元素性质的关系
①金属元素原子的最外层电子数一般小于4,较易失去电子,形成阳离子,表现出还原性,在化合物中显正化合价。
②非金属元素原子的最外层电子数一般大于或等于4,较易得到电子,活泼非金属原子易形成阴离子,在化合物中主要显负化合价。
③稀有气体元素的原子最外层为8电子(氦为2电子)稳定结构,不易失去或得到电子,它们的化合价通常表现为0价。
2.原子结构示意图
3.等电子微粒
(1)常见的“10电子”微粒
(2)常见的“18电子”微粒
(3)质子数和核外电子数分别相等的两种微粒关系
①可以是两种原子,如同位素原子。
②可以是两种分子,如CH4、NH3等。
③可以是两种带电荷数相同的阳离子,如NH、H3O+。
④可以是两种带电荷数相同的阴离子,如OH-、F-。
4.短周期元素原子核外电子排布的特征
(1)最外层电子数等于次外层电子数→Be、Ar。
(2)电子层数与最外层电子数相等→、Be、Al。
(3)最外层电子数是内层电子总数的一半→Li、P。
(4)次外层电子数是最外层电子数的2倍→Li、Si。
(5)电子层数是最外层电子数的2倍→。
(6)最外层电子数是电子层数的2倍→He、C、S。
(7)最外层电子数是次外层电子数的2倍→。
(8)最外层电子数是次外层电子数的3倍→。
【夯基础·小题】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)最外层电子数为8的“微粒”一定是稀有气体元素原子( )
(2)核外电子排布相同的微粒,化学性质也相同( )
(3)除Li外的碱金属原子次外层都有8个电子( )
(4)某元素的原子最外层只有一个电子,则它一定是金属元素( )
(5)同一元素的不同核素原子核外电子排布不同( )
答案:(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)×
2.下列说法中肯定错误的是( )
A.某原子K层上只有一个电子
B.某原子M层上电子数为L层电子数的4倍
C.某离子M层上和L层上的电子数均为K层的4倍
D.阳离子的最外层电子数可能为2,也可能为8
解析:选B H原子K层上只有一个电子,A项正确;当M层上排有电子时,L层上一定排满了8个电子,而M层上最多只能排18个电子,B项错误;K层上最多只能排2个电子,M层和L层都为8个电子的离子可能为S2-、Cl-、K+或Ca2+等,C项正确;Li+的最外层电子数为2,Na+的最外层电子数为8,D项正确。
3.下图为几种微粒的结构示意图,完成以下填空。
① ② ③ ④
⑤ ⑥ ⑦
(1)属于阴离子结构的微粒是________(填编号,下同)。
(2)形成物质种数最多的元素的原子是________。
(3)对应单质常温下能与水发生反应的微粒是________。
(4)某元素R形成的氧化物为R2O3,则R的离子结构示意图可能是________。
答案:(1)② (2)① (3)②、③、⑦ (4)⑤
知识点三 化学键
【考必备·清单】
1.化学键
(1)概念
使离子相结合或原子相结合的作用力。
(2)分类
2.离子键、共价键的比较
| 离子键 | 共价键 | |
非极性键 | 极性键 | ||
概念 | 带相反电荷的离子之间的相互作用 | 原子间通过共用电子对所形成的相互作用 | |
成键微粒 | 阴、阳离子 | 原子 | |
成键实质 | 阴、阳离子的静电作用 | 共用电子对不偏向任何一方 | 共用电子对偏向一方原子 |
形成条件 | 非金属性强的元素与金属性强的元素经得失电子,形成离子键 | 同种元素原子之间成键 | 不同种元素原子之间成键 |
形成的 物质 | 离子化合物 | 非金属单质;某些共价化合物或离子化合物 | 共价化合物或离子化合物 |
3.离子化合物与共价化合物
4.化学键与物质类别的关系
(1)除稀有气体内部无化学键外,其他物质内部都存在化学键。
(2)只含有极性共价键的物质一般是不同种非金属元素原子形成的共价化合物,如SiO2、HCl、CH4等。
(3)只含有非极性共价键的物质是同种非金属元素原子形成的单质,如Cl2、P4、金刚石等。
(4)既有极性键又有非极性键的共价化合物一般由多个原子组成,如H2O2、C2H4等。
(5)只含离子键的物质主要是由活泼非金属元素与活泼金属元素形成的化合物,如Na2S、CaCl2、NaCl等。
(6)既有离子键又有极性共价键的物质,如NaOH、K2SO4等;既有离子键又有非极性共价键的物质,如Na2O2等。
(7)仅由非金属元素形成的离子化合物,如NH4Cl、NH4NO3等。
(8)金属元素和非金属元素间可能存在共价键,如AlCl3等。
5.物质的溶解或熔化与化学键变化的关系
(1)离子化合物的溶解或熔化过程
离子化合物溶于水或熔化后均电离成自由移动的阴、阳离子,离子键被破坏。
(2)共价化合物的溶解过程
①有些共价化合物溶于水后,能与水反应,其分子内的共价键被破坏,如CO2和SO2等。
②有些共价化合物溶于水后,发生电离,其分子内的共价键被破坏,如HCl、H2SO4等。
③有些共价化合物溶于水后,其分子内的化学键不被破坏,如蔗糖(C12H22O11)、酒精(C2H5OH)等。
(3)单质的溶解过程
某些活泼的非金属单质溶于水后,能与水反应,其分子内的共价键被破坏,如Cl2、F2等。
6.化学键对物质性质的影响
(1)对物理性质的影响
金刚石、晶体硅、石英、金刚砂等物质硬度大、熔点高,就是因为其中的共价键很强,破坏时需消耗很多的能量。NaCl等部分离子化合物,也有很强的离子键,故熔点也较高。
(2)对化学性质的影响
N2分子中有很强的共价键,故在通常状况下,N2很稳定;H2S、HI等分子中的共价键较弱,故它们受热时易分解。
7.电子式
(1)概念
在元素符号周围,用“·”或“×”来表示原子的最外层电子(价电子)的式子。
(2)书写方法
(3)电子式书写的四大误区
(4)书写示例
CaCl2 。
8.分子间作用力和氢键
(1)分子间作用力
定义 | 把分子聚集在一起的作用力,又称范德华力 |
特点 | ①分子间作用力比化学键得多,它主要影响物质的熔点、沸点等物理性质,而化学键主要影响物质的化学性质 ②分子间作用力存在于由共价键形成的多数共价化合物和绝大多数气态、液态、固态非金属单质分子之间。但像二氧化硅、金刚石等由共价键形成的物质,微粒之间不存在分子间作用力 |
变化规律 | 一般来说,对于组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,分子间作用力越大,物质的熔、沸点也越高。例如,熔、沸点:I2Br2Cl2F2 |
(2)氢键
定义 | 分子间存在的一种比分子间作用力稍强的相互作用 |
形成条件 | 除H外,形成氢键的原子通常是O、F、N |
存在 | 氢键存在广泛,如蛋白质分子、醇、羧酸分子、H2O、NH3、HF等分子之间。分子间氢键会使物质的熔点和沸点升高 |
性质影响 | ①存在氢键的物质,其熔、沸点明显高于同族同类物质。如H2O的熔、沸点高于H2S ②氨气极易液化,是因为液氨分子间存在氢键;NH3极易溶于水,也是因为NH3分子与H2O分子间易形成氢键 ③水结冰时体积膨胀、密度减小,是因为在固态水(冰)中水分子间以氢键结合成排列规整的晶体 |
【夯基础·小题】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)所有物质中都存在化学键( )
(2)共价化合物溶于水,分子内共价键被破坏,单质溶于水,分子内共价键不被破坏( )
(3)非金属元素的两个原子之间一定形成共价键,但多个原子间也可能形成离子键( )
(4)离子化合物中可能含有共价键,共价化合物中一定不含离子键( )
(5)N2和NH3中,每个原子的最外层都达到8个电子稳定结构( )
答案:(1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)×
2.书写下列物质的电子式。
(1)NaOH_________________________________________________________________;
(2)PH3___________________________________________________________________;
(3)联氨(N2H4)_____________________________________________________________;
(4)硼氢化钠(NaBH4)_______________________________________________________。
3.有以下8种物质:①Ne ②HCl ③P4 ④H2O2
⑤Na2S ⑥NaOH ⑦Na2O2 ⑧NH4Cl
请用上述物质的序号填空:
(1)不存在化学键的是____________。
(2)只存在极性共价键的是____________。
(3)只存在非极性共价键的是____________。
(4)既存在非极性共价键又存在极性共价键的是__________________________________。
(5)只存在离子键的是____________。
(6)既存在离子键又存在共价键的是__________________________________________。
(7)属于离子化合物的是____________。
答案:(1)① (2)② (3)③ (4)④ (5)⑤
(6)⑥⑦⑧ (7)⑤⑥⑦⑧
【新教材·应用】
14C在测定文物年代中的应用
考古工作者在研究文物和古迹时,需要精确地知道其年代。1946年,美国芝加哥大学教授利比(W.F.Libby,1908—1980)发明了C断代法,他因此获得1960年诺贝尔化学奖。当今,考古工作者正是利用C衰变测定装置,(如图)对文物进行年代测定和研究。此外,考古研究中还利用C和N的测定,分析古代人类的食物结构,这对于研究当时的自然环境状况、社会生产力发展及社会文化风俗等具有重要参考价值。
[问题探究]
(1)指出14C中的质子数、中子数、质量数分别是多少?它们之间有何关系?
提示:14C中的质子数是6、中子数是8、质量数为14;三者之间的关系:质量数=质子数+中子数。
(2)碳的三种同位素:12C、13C、14C,它们的性质完全相同吗?14C和14N的质量数相同,二者属于同位素吗?
提示:12C、13C、14C之间的化学性质相同,但物理性质不同;14C、14N尽管质量数相同,但二者的质子数不同,属于不同元素,故二者不是同位素。
(3)碳、氢两种元素能形成多种化合物,其中乙烯是最简单的烯烃,写出其电子式,并指出化学键的类型。
提示:,极性共价键和非极性共价键。
(4)氮、氢两种元素能形成NH5的离子化合物,写出其电子式并指出化学键的类型。
提示:;离子键和极性共价键。
随堂检测反馈
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)(2020·全国卷Ⅲ)22.4 L(标准状况)氮气中含有7NA个中子( )
(2)(2020·全国卷Ⅲ)1 mol重水(D2O)比1 mol水多NA个质子( )
(3)(2020·浙江7月选考)35Cl和37Cl是两种不同的元素( )
(4)(2020·浙江1月选考)O与 O互为同位素( )
(5)(2020·北京高考)33As原子核外最外层有5个电子( )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√
2.判断下列电子式书写的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)(2020·浙江7月选考)甲基的电子式: ( )
(2)(2019·浙江4月选考)次氯酸的电子式: ( )
(3)(2020·北京高考)AsH3的电子式: ( )
(4)(2018·北京高考)由Na和Cl形成离子键的过程:( )
答案:(1)√ (2)× (3)× (4)√
3.(2020·全国卷Ⅰ)1934年约里奥-居里夫妇在核反应中用α粒子(即氦核He)轰击金属原子WZX,得到核素Y,开创了人造放射性核素的先河:
WZX+He―→Y+n
其中元素X、Y的最外层电子数之和为8。下列叙述正确的是( )
A.WZX的相对原子质量为26
B.X、Y均可形成三氯化物
C.X的原子半径小于Y的
D.Y仅有一种含氧酸
解析:选B 由题给信息可得X为Al,Y为P,Al的相对原子质量为27,A项错误;X(Al)、Y(P)均可形成三氯化物,分别为AlCl3、PCl3,B项正确;根据同一周期主族元素从左到右原子半径依次减小知,X(Al)的原子半径大于Y(P)的,C项错误;Y(P)有多种含氧酸,如H3PO3和H3PO4等,D项错误。
4.(2020·浙江7月选考)(1)气态氢化物热稳定性HF大于HCl的主要原因是____________
__________________________________________________________。
(2)CaCN2是离子化合物,各原子均满足8电子稳定结构,CaCN2的电子式是________。
(3)常温下,在水中的溶解度乙醇大于氯乙烷,原因是________________________。
解析:(1)可以根据共价键的稳定性比较气态氢化物的热稳定性,键长越短,键能越大,则气态氢化物的热稳定性越强,原子半径:F<Cl,则键长:F—H<Cl—H,键能:F—H>Cl—H,故HF的热稳定性大于HCl的热稳定性。也可以根据元素非金属性的强弱比较气态氢化物的热稳定性,元素的非金属性越强,气态氢化物的热稳定性越强,非金属性:F>Cl,故HF的热稳定性大于HCl的热稳定性。(2)CaCN2是离子化合物,各原子均满足8电子稳定结构,则阴离子的结构式为[N===C===N]2-,故CaCN2的电子式为。(3)影响物质在水中溶解度的因素有物质的极性、是否含有氢键、能否与水发生化学反应等。乙醇、氯乙烷、水均为极性分子,但乙醇与水分子能形成氢键,因此在水中的溶解度乙醇大于氯乙烷。
答案:(1)原子半径F<Cl,键能F—H>Cl—H
(3)乙醇与水之间形成氢键而氯乙烷没有
[课时跟踪检测]
1.化学科学需要借助化学专用语言来描述,下列有关化学用语正确的是( )
A.次氯酸分子的结构式:H—Cl—O
B.CH4的球棍模型:
C.S2-的结构示意图:
D.NH3的电子式:
解析:选C 次氯酸的结构式为H—O—Cl,A错误;为甲烷的比例模型,不是球棍模型,B错误;氨气是共价化合物,其电子式为,D错误。
2.(2021·烟台模拟)下列说法中正确的是( )
A.化学键是相邻原子间的强烈的相互作用
B.伴有能量变化的物质变化都是化学变化
C.吸热反应中反应物断键放出的能量小于生成物成键吸收的能量
D.共价化合物中一定不含有离子键,离子化合物中一定不含有共价键
解析:选A 物理变化中也伴随能量变化,如物质的三态变化、浓硫酸稀释等均为物理变化,故B错误;吸热反应的ΔH>0,所以吸热反应中反应物断键吸收的能量大于生成物成键放出的能量,C错误;含有离子键的化合物是离子化合物,全部由共价键形成的化合物是共价化合物,离子化合物中也可能含有共价键,比如NH4Cl,D错误。
3.下列关于C60、H3、O、N等微粒的叙述错误的是( )
A.碳、氢、氧、氮元素中各含有不同核素
B.H3与H2化学性质相同,互为同位素
C.C60与N中都含有共价键
D.KO2属于含有共价键的离子化合物
解析:选B 核素是具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子,如碳元素的核素有C、C、C,氢、氧、氮元素也各有不同核素,A正确;质子数相同、中子数不同的原子互称为同位素,H3、H2是氢元素的两种不同的单质,互为同素异形体,B错误;C60与N中非金属原子间均通过共用电子对相结合,都含有共价键,C正确;KO2由K+、O构成,属于离子化合物,O中两个氧原子间以共价键结合,D正确。
4.下列叙述正确的是( )
A.24 g镁与27 g铝中含有相同的质子数
B.常温常压下,1.12 L丙烷分子中所含非极性键数目为0.1NA
C.1 mol重水(D2O)与1 mol水(H2O)中,中子数之比为5∶4
D.1 mol乙烷和1 mol乙烯中,化学键数目相同
解析:选C 24 g镁与27 g铝中含有的质子数分别是12NA和13NA,A错误;丙烷中的C—C键为非极性键,但常温常压下,无法用标准状况下气体摩尔体积计算丙烷的物质的量,B错误;每个重水(D2O)分子含有10个中子,每个水(H2O)分子含有8个中子,所以1 mol重水(D2O)与1 mol 水(H2O)中的中子数之比为10∶8=5∶4,C正确;乙烷结构简式为CH3CH3,每个分子中有7个共价键;乙烯结构简式为CH2===CH2,每个分子中有4个C—H键和1个C===C键,所以1 mol乙烷和1 mol乙烯中化学键数目不相同,D错误。
5.下列物质中,既属于离子化合物又属于电解质且含有极性键的是( )
A.Na2O2 B.H2SO4
C.CS2 D.BaSO4
解析:选D Na2O2属于离子化合物,含有离子键和非极性共价键,A不选;H2SO4属于共价化合物,B不选;CS2属于共价化合物,C不选;BaSO4属于离子化合物,Ba2+和SO之间存在离子键,S和O之间存在极性共价键,BaSO4属于电解质,D选。
6.利用固体表面催化工艺进行NO分解的过程如图所示。下列说法不正确的是( )
A.NO属于共价化合物
B.O2含有非极性共价键
C.过程②吸收能量,过程③释放能量
D.标准状况下,NO分解生成11.2 L N2转移电子数为NA
解析:选D 只含有共价键的化合物是共价化合物,NO属于共价化合物,A正确;同种非金属元素原子之间形成非极性键,所以O2含有非极性共价键,B正确;由图可知,过程②NO中化学键发生断裂形成氮原子和氧原子,此过程需要吸收能量,过程③形成了新的化学键N≡N键和O===O键,此过程释放能量,C正确;根据方程式2NO===N2+O2,每生成1 mol氮气,转移的电子数为4 mol,生成11.2 L N2(标准状况下),即0.5 mol N2时,转移电子数为2NA,D错误。
7.某元素的一种核素X的原子质量数为A,含N个中子,它与1H原子组成HmX分子,a g HmX中所含质子的物质的量是( )
A. mol B. mol
C. mol D. mol
解析:选A HmX的相对分子质量为A+m,a g HmX分子的物质的量n=;X原子的质量数为A,含N个中子,则质子数为A-N,所以a g HmX分子中含质子的物质的量为 mol×(A-N+m)= mol,A正确。
8.Na3N是离子化合物,它和水作用可产生NH3。下列叙述正确的是( )
A.Na+和N3-的电子结构都与氖原子相同
B.Na+的半径大于N3-的半径
C.Na3N与足量的盐酸反应后生成一种盐
D.在Na3N与水的反应中,Na3N作还原剂
解析:选A 核外电子排布相同的简单离子,其半径随着原子序数的递增而减小,即Na+的半径小于N3-的半径,B错误;Na3N与盐酸反应生成NaCl和NH4Cl两种盐,C错误;Na3N与H2O反应:Na3N+3H2O===3NaOH+NH3↑,不存在元素化合价的变化,此反应不属于氧化还原反应,D错误。
9.人们从冰箱中取出的“常态冰”仅是冰存在的多种可能的形式之一。目前,科学家发现了一种全新的多孔、轻量级的“气态冰”,可形成气凝胶。下列有关说法正确的是( )
A.“常态冰”和“气态冰”结构不同,是同素异形体
B.“气态冰”因其特殊的结构而具有比“常态冰”更活泼的化学性质
C.18 g“气态冰”的体积为22.4 L
D.构成“气态冰”的分子中含有极性共价键
解析:选D “常态冰”和“气态冰”是水的不同存在形式,状态不同,但属于同种物质,同素异形体是针对单质而言的,A错误;“常态冰”和“气态冰”是水的不同存在形式,物理性质不同,但化学性质相同,B错误;“气态冰”是形成气凝胶的冰,且不知物质所处状态,不能利用标准状况下的气体摩尔体积计算其体积,C错误;“气态冰”的分子是H2O,其分子中含有极性共价键,D正确。
10.钼元素为人体及动植物必须的微量元素,也在钢铁工业中有着重要的作用,钼作为钢的合金化元素,可以提高钢的强度,特别是高温强度和韧性。我国钼元素的储量丰富,在世界上占笫二位。如图所示是钼元素的相关信息,下列有关钼的说法错误的是( )
A.95Mo18O(钼酸根离子)中共计有76个电子
B.Mo元素是第五周期的主族元素
C.92Mo、95Mo、98Mo互为同位素,化学性质几乎相同
D.98Mo的原子核内中子数比质子数多14
解析:选B 由图中信息可知Mo原子的核外电子数=42,1个氧原子含8个电子,95Mo18O(钼酸根离子)中含有的电子数为42+8×4+2=76(个),故A正确;Mo元素位于元素周期表第五周期第ⅥB族,属于副族元素,故B错误;92Mo、95Mo、98Mo质子数相同、中子数不同,它们互为同位素,由于原子最外层电子数相同,化学性质几乎相同,故C正确;98Mo的质子数为42,中子数=98-42=56,原子核内中子数比质子数多56-42=14,故D正确。
11.下表中相关物质的信息都正确的一项是( )
选项 | 化学式 | 电子式或含有的化学键类型 | 物质的性质 | 与性质相对应的用途 |
A | NaClO | 离子键、共价键 | 强氧化性 | 消毒剂 |
B | H2O2 | 不稳定,易分解 | 医用消毒剂 | |
C | NH3 | 共价键 | 水溶液呈弱碱性 | 工业制硝酸 |
D | NaHCO3 | 离子键 | 受热易分解 | 泡沫灭火器 |
解析:选A NaClO中钠离子和次氯酸根离子之间存在离子键,O、Cl原子之间存在共价键,次氯酸钠具有强氧化性,所以可作消毒剂,A正确;H2O2是共价化合物,电子式为,H2O2具有强氧化性,可用于消毒,B错误;NH3在工业上用于制取硝酸是利用其还原性,与其水溶液呈碱性无关,C错误;碳酸氢钠中既存在离子键又存在共价键,碳酸氢钠可与铝离子发生双水解反应生成二氧化碳,故可用于灭火,与其稳定性强弱无关,D错误。
12.(2021·三明模拟)德国化学家利用N2和H2在催化剂表面合成氨气而获得诺贝尔奖,该反应的微观历程如图所示,其中、、、分别表示N2、H2、NH3及催化剂。下列说法错误的是( )
A.NH3为共价化合物
B.①→②过程中催化剂与气体之间形成离子键
C.②→③过程需要吸收能量
D.使用催化剂,合成氨反应放出的热量不变
解析:选B NH3中只含有N—H共价键,属于共价化合物,故A正确;①→②过程中催化剂吸附气体分子,没有离子键形成,故B错误;②→③过程中分子转化为原子,化学键断裂要吸收能量,故C正确;催化剂只降低反应的活化能,不改变反应的反应热,故D正确。
13.如图所示,a、b、c均为非金属单质,d、e均为含有10个电子的共价化合物,且分子中所含原子个数:d>e,f为离子化合物。则下列说法错误的是( )
A.常温下,单质a呈气态
B.单质c具有强氧化性
C.稳定性:d>e
D.f受热易分解为d和e
解析:选C 非金属单质形成的含有10个电子的共价化合物有CH4、NH3、H2O、HF。由于f为离子化合物且分子中所含原子个数:d>e,则d是NH3,e是HF,f是NH4F。因此a、b、c分别是N2、H2、F2。HF的稳定性强于NH3,故C错误。
14.(2021·厦门模拟)三硫化磷(P4S3)可用于制造火柴,分子结构如图所示。下列说法不正确的是( )
A.P4S3中磷元素为+3价
B.P4S3属于共价化合物
C.P4S3含有非极性键
D.1 mol P4S3分子含有9 mol共价键
解析:选A 图示最上方的P原子与S原子形成3个极性共价键,共用电子对偏向非金属性强的S原子,则P为+3价;底面的P与S形成1个共价键,共用电子对偏向S原子,则P为+1价;P—P键为非极性共价键,共用电子对不偏移,故P4S3中P元素为+3价和+1价,故A错误;只含有共价键的化合物属于共价化合物,P4S3属于共价化合物,故B正确;P4S3分子中P原子与P原子之间存在化学键,同种原子之间形成非极性键,所以含有非极性键,故C正确;根据图示可知,1 mol P4S3分子中含有6 mol P—S极性共价键和3 molP—P非极性共价键,所以1 mol P4S3分子含有9 mol共价键,故D正确。
15.原子序数依次增大的元素a、b、c、d,它们的最外层电子数分别为1、6、7、1。a-的核外电子结构与氦相同,b和c的次外层有8个电子,c-和d+的核外电子结构相同。下列叙述正确的是( )
A.a元素的三种核素的氧化物互为同素异形体
B.a和其他3种元素均能形成共价化合物
C.d和其他3种元素均能形成离子化合物
D.元素a与b、c、d均能形成18电子微粒
解析:选C 根据题意可知,a为H,b为S,c为Cl,d为K元素。H的三种核素的氧化物是化合物,同素异形体是单质,故A错误;H与K形成的KH是离子化合物,故B错误;K与S、Cl、H均能形成离子化合物,故C正确;H与K、S、Cl分别形成KH、H2S、HCl,其中KH为20电子微粒,H2S、HCl为18电子微粒,故D错误。
16.全氮类物质具有高密度、超高能量及爆轰产物无污染等优点。中国科学家成功合成全氮阴离子N,N是制备全氮类物质NN的重要中间体。下列说法中不正确的是( )
A.全氮类物质属于绿色能源
B.每个N中含有35个质子
C.NN属于离子化合物
D.NN结构中含共价键和离子键
解析:选C 全氮类物质具有超高能量及爆轰产物无污染等优点,因此全氮类物质为绿色能源,A正确;1个氮原子中含有7个质子,所以每个N中含有35个质子,B正确;该物质由氮元素组成,属于单质,不属于化合物,C错误;N和N内部都含有共价键,NN结构中含有阳离子和阴离子,因此该物质含有离子键,D正确。
考纲要求★靶向明确
1.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。
2.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。
3.以ⅠA族和ⅦA族为例,掌握同一主族内元素性质递变规律与原子结构的关系。
4.了解金属、非金属在元素周期表中的位置及其性质的递变规律。
知识点一 元素周期表
【考必备·清单】
1.元素周期表的编排原则
2.元素周期表的结构
[名师点拨] (1)ⅠA族元素不等同于碱金属元素,氢元素不属于碱金属元素;
(2)最外层电子数是2的不一定是ⅡA族元素,如He及部分过渡元素。
3.元素周期表中的特殊位置
(1)金属元素和非金属元素分区
①分界线:沿着元素周期表中铝、锗、锑、钋与硼、硅、砷、碲、砹的交界处画一条虚线,即为金属元素和非金属元素的分界线。
②各位置:分界线左下方为金属元素,分界线右上方为非金属元素。
③分界线附近元素的性质:既表现金属元素的性质,又表现非金属元素的性质。
(2)过渡元素:元素周期表中从ⅢB族到ⅡB族10个纵行共六十多种元素,这些元素都是金属元素。
(3)镧系:元素周期表第周期中,57号元素镧到71号元素镥共15种元素。
(4)锕系:元素周期表第周期中,89号元素锕到103号元素铹共15种元素。
(5)超铀元素:在锕系元素中,位于92号元素铀(U)以后的各种元素。
[名师点拨] (1)过渡元素包括7个副族和第Ⅷ族,全部是金属元素,原子最外层电子数不超过2个(1~2个)。
(2)由于镧系和锕系的原因,第六、七周期同一周期的ⅡA族和ⅢA族元素原子序数差为25。而第四、五周期同一周期的ⅡA族和ⅢA族元素原子序数差为11。
4.元素周期表的三大应用
(1)科学预测
为新元素的发现及预测他们的原子结构和性质提供了线索。
(2)寻找新材料
(3)用于工农业生产
地球化学元素的分布与它们在元素周期表中的位置关系对探矿、研制农药材料等有指导意义。
[名师点拨] (1)从元素周期表的分区中可以看出,非金属性最强的是F,金属性最强的是Cs(放射性元素除外)。
(2)处在金属元素和非金属元素分界线上下的元素单质并不一定是半导体,如Al是导体,B(硼)不导电。
【夯基础·小题】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)砷(As)在元素周期表中的位置是第四周期第ⅤA族( )
(2)用中文“”(ào)命名的第118号元素在周期表中位于第七周期0族( )
(3)元素周期表中位于金属与非金属分界线附近的元素属于过渡元素( )
(4)第ⅠA族全部是金属元素( )
(5)元素周期表中镧系元素和锕系元素都占据同一格,它们是同位素( )
(6)某元素原子的核电荷数为53,则该元素位于第五周期ⅦA族( )
答案:(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)√
2.(2021·滨州模拟)IUPAC(国际纯粹与应用化学联合会)宣布,第112号化学元素正式名称为“Copernicium”,元素符号为“Cn”,以纪念著名天文学家哥白尼,该元素的一种核素含有的中子数为165。下列关于Cn的说法正确的是( )
A.Cn位于第六周期,ⅡB族
B.Cn是过渡元素
C.Cn是非金属元素
D.Cn元素的近似相对原子质量为277
解析:选B 根据稀有气体原子序数He为2、Ne为10、Ar为18、Kr为36、Xe为54、Rn为86,118号位于第七周期0族,可知112号元素位于第七周期ⅡB族;属于过渡元素;属于金属元素;Cn元素的该核素的质量数=质子数+中子数=277,Cn元素的相对原子质量则是各同位素原子按原子个数百分比计算出的平均值,故B正确。
3.A、B、C均为短周期元素,它们在周期表中的位置如图所示。已知B、C元素的原子序数之和是A元素原子序数的4倍,则A、B、C分别为( )
A.Be、Na、Al B.B、Mg、Si
C.O、P、Cl D.C、Al、P
解析:选C 因A、B、C均为短周期元素,故A处于第二周期、B、C处于第三周期,同一主族二、三周期原子序数相差8,设A的原子序数是x,则B的原子序数是x+8-1=x+7,C的原子序数是x+8+1=x+9,根据题意得(x+7)+(x+9)=4x,解得x=8,即A为O,B为P,C为Cl。
知识点二 元素周期律
【考必备·清单】
1.元素周期律
2.主族元素性质的变化规律
(1)原子结构的变化规律
项目 | 同周期(左→右) | 同主族(上→下) |
核电荷数 | 逐渐增大 | 逐渐增大 |
电子层数 | 相同 | 逐渐增多 |
原子半径 | 逐渐减小 | 逐渐增大 |
(2)元素及对应化合物性质的变化规律
项目 | 同周期(左→右) | 同主族(上→下) | |
元 素 | 化合价 | 最高正化合价由+1→+7(O、F除外),最低负化合价=-(8-主族序数) | 相同,最高正化合价=主族序数(O、F除外) |
金属性 | 金属性逐渐减弱 | 金属性逐渐增强 | |
非金属性 | 非金属性逐渐增强 | 非金属性逐渐减弱 | |
化合物 | 离子的氧化性、还原性 | 阳离子氧化性逐渐增强 阴离子还原性逐渐减弱 | 阳离子氧化性逐渐减弱 阴离子还原性逐渐增强 |
气态氢化物稳定性 | 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 |
3.元素金属性、非金属性强弱判断
金属性 | ①在金属活动性顺序表中越靠前,金属性越强 |
②单质与水或非氧化性酸反应越剧烈,金属性越强 | |
③单质还原性越强或阳离子氧化性越弱,金属性越强 | |
④最高价氧化物对应水化物的碱性越强,金属性越强 | |
⑤若Xn++Y―→X+Ym+,则Y比X的金属性强 | |
⑥元素在周期表中的位置:左边或下方元素的金属性强 | |
非金属性 | ①与H2化合越容易,气态氢化物越稳定,非金属性越强 |
②单质氧化性越强或阴离子还原性越弱,非金属性越强 | |
③最高价氧化物对应水化物的酸性越强,非金属性越强 | |
④元素在周期表中的位置:右边或上方元素的非金属性强 |
[名师点拨] (1)判断元素非金属性或金属性的强弱,依据的是元素原子在化学反应中得失电子的难易而不是得失电子的多少。
(2)金属性是指金属气态原子失电子能力的性质,金属活动性是指单质在水溶液中,金属原子失去电子能力的性质,二者顺序基本一致,仅极少数例外。如金属性Pb>Sn,而金属活动性Sn>Pb。
(3)根据元素氧化物对应水化物的酸碱性的强弱判断元素非金属性或金属性的强弱时,必须是其最高价氧化物对应的水化物。
4.微粒半径大小的比较方法
(1)判断方法
一看电子层数:最外层电子数相同时,电子层数越多,半径越大。
二看核电荷数:当电子层结构相同时,核电荷数越大,半径越小。
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。
(2)比较示例
比较下列微粒半径的大小(用“>”或“<”填空):
①Na>Mg>Cl
②Li<Na<K
③Na+>Mg2+>Al3+
④F-<Cl-<Br-
⑤Cl->O2->Na+>Mg2+
⑥Fe2+>Fe3+
5.元素周期律的应用
(1)比较不同周期、不同主族元素的性质
①比较Ca(OH)2和Al(OH)3的碱性强弱方法
金属性:Mg>Al,Ca>Mg,则碱性:Ca(OH)2>Mg(OH)2>Al(OH)3。
②比较H2O和SiH4的稳定性强弱的方法
非金属性:C>Si,O>C,则氢化物稳定性:H2O>CH4>SiH4。
(2)预测未知元素的某些性质
①已知Ca(OH)2微溶,Mg(OH)2难溶,可推知Be(OH)2难溶。
②已知卤族元素的性质递变规律,可推知未学元素砹(At)的化合物的性质:HAt不稳定,水溶液呈酸性,AgAt难溶于水。
(3)启发人们在一定区域内寻找新物质
①半导体元素在金属与非金属的分界线附近找,如Si、Ge、Ga等。
②农药中常用元素在周期表右上方找,如F、Cl、S、P、As等。
③催化剂和耐高温、耐腐蚀合金材料主要在过渡元素中找,如Fe、Ni、Rh、Pt、Pd等。
【夯基础·小题】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)热稳定性:HCl<PH3( )
(2)碱性:LiOH<Be(OH)2( )
(3)同周期元素,从左到右,原子半径逐渐减小,离子半径也逐渐减小( )
(4)元素的氧化物对应的水化物酸性越强,非金属性越强;碱性越强,金属性越强( )
(5)元素的气态氢化物越稳定,非金属性越强,其水溶液的酸性越强,还原性越弱( )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
2.(2021·威海模拟)我国神舟号飞船使用的砷化镓(GaAs)太阳能电池是我国自主研发、生产的产品。在元素周期表中P与As同主族,Al与Ga同主族,Ga与As同周期,下列说法错误的是( )
A.酸性:H3AsO4<H3PO4
B.还原性:AsH3>PH3
C.原子半径:Ga>As
D.失电子能力:Ga<As
解析:选D P与As同主族,非金属性As<P,则酸性H3AsO4<H3PO4,故A正确;非金属性As<P,故还原性:AsH3>PH3,故B正确;Ga、As同周期,且As的核电荷数更大,故原子半径:Ga>As,故C正确;Ga的金属性强于As,故失电子能力:Ga>As,故D错误。
3.根据元素周期律比较下列各组性质(用“>”或“<”填空):
(1)金属性:K________Na________Mg,
非金属性:F________O________S。
(2)碱性:Mg(OH)2________Ca(OH)2________KOH。
(3)酸性:HClO4________H2SO4________HClO。
(4)热稳定性:CH4________NH3________H2O。
(5)还原性:HBr________HCl,I-________S2-。
(6)氧化性:Fe3+________Cu2+________Fe2+。
答案:(1)> > > > (2)< < (3)> > (4)< < (5)> < (6)> >
【新教材·应用】
2019年是“国际化学元素周期表年”。1869年门捷列夫把当时已知的元素根据物理、化学性质进行排列,准确预留了甲、乙两种未知元素的位置,并预测了二者的相对原子质量,部分原始记录如下:
[问题探究]
依据门捷列夫的原始记录回答:
(1)门捷列夫预留甲、乙两种元素在现行元素周期表中的位置是什么?各是什么元素?
提示:元素甲与硼、铝在同一主族,且在铝的下方,故元素甲位于周期表第四周期第ⅢA族,是镓(Ga)元素。乙与Si在同一主族且相邻,故乙位于周期表第四周期ⅣA族,是锗(Ge)元素。
(2)试比较元素甲的最高价氧化物对应水化物的碱性与Al(OH)3的碱性强弱;乙的简单气态氢化物的稳定性与CH4稳定性的强弱。
提示:金属性:Al<Ga,故元素甲的最高价氧化物对应水化物的碱性强于Al(OH)3;因非金属性:Ge<C,则乙的简单气态氢化物的稳定性弱于CH4。
(3)依据乙在元素周期表中的位置,预测乙有什么重要用途?
提示:Ge处于金属与非金属交界处,可用作半导体材料。
随堂检测反馈
1.判断下列描述的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)(2020·山东高考)键能C—C>Si—Si,C—H>Si—H,因此C2H6稳定性大于Si2H6( )
(2)(2020·山东高考)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( )
(3)(2020·天津高考)简单离子半径:S2-<Na+( )
(4)(2020·天津高考)简单氢化物沸点:NH3<PH3( )
(5)(2020·浙江7月选考)H与Na在元素周期表中处于同一主族( )
答案:(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√
2.(2020·浙江1月选考)下列说法正确的是( )
A.同一原子中,在离核较远的区域运动的电子能量较高
B.原子核外电子排布,先排满K层再排L层,先排满M层再排N层
C.同一周期中,随着核电荷数的增加,元素的原子半径逐渐增大
D.同一周期中,ⅡA族与ⅢA族元素原子的核电荷数都相差1
解析:选A 同一原子中,能量高的电子在离核较远的区域运动,A正确;原子核外电子排布,不是先排满M层再排N层,如钾原子的M层有8个电子,N层有1个电子,B错误;同周期中,随着核电荷数的增大,原子半径逐渐减小,C错误;同周期ⅡA族和ⅢA族元素原子序数之差可以是1、11或25,D错误。
3.(2020·北京高考)已知:33As(砷)与P为同族元素。下列说法不正确的是( )
A.As原子核外最外层有5个电子
B.AsH3的电子式是
C.热稳定性:AsH3<PH3
D.非金属性:As<Cl
解析:选B As与P为同族元素,为ⅤA族元素,则其原子核外最外层有5个电子,故A正确;AsH3属于共价化合物,电子式与氨气相似,为,故B错误;非金属性As<P,热稳定性:AsH3<PH3,故C正确;非金属性:P<Cl,又因为非金属性As<P,所以非金属性As<Cl,故D正确。
4.(2019·海南高考)今年是门捷列夫发现元素周期律150周年,联合国将2019年定为“国际化学元素周期表年”。下列有关化学元素周期表的说法正确的是( )
A.元素周期表共有16列
B.ⅦA族元素的非金属性自上而下依次减弱
C.主族元素均呈现与其族数相同的最高化合价
D.第二周期主族元素的原子半径自左向右依次增大
解析:选B A项,元素周期表共有18纵行,也就是共有18列,错误;B项,对于同一主族的元素,从上到下原子半径逐渐增大,原子获得电子的能力逐渐减弱,所以ⅦA族元素的非金属性自上而下依次减弱,正确;C项,主族元素一般呈现与其族数相同的最高化合价,但O、F非金属性强,O没有与族序数相等的最高正化合价,F没有正价,错误; D项,第二周期主族元素的原子半径自左向右依次减小,错误。
[课时跟踪检测]
1.(2021·芜湖模拟)某主族元素R的最高正化合价与最低负化合价的代数和为4,由此可以判断( )
A.R一定是第4周期元素
B.R一定是第ⅣA族元素
C.R一定是第ⅦA族元素
D.R的氢化物化学式为H2R
解析:选D 主族元素中,最高正化合价+|最低负化合价|=8,元素R的最高正化合价与最低负化合价的代数和为4,所以R元素的最高正化合价是+6价,最低负化合价是-2价,R的最外层电子数是6。R为第ⅥA族元素S、Se、Te,但不一定是第四周期元素,其气态氢化物化学式为H2R。
2.(2021·永州模拟)2019年是“国际化学元素周期表年”。下列对元素周期表的认识正确的是( )
A.周期表中共有18个族
B.第一、二、三周期为短周期
C.第三周期主族元素原子半径从左到右依次增大
D.第二周期主族元素从左到右,最高正化合价从+1递增到+7
解析:选B 周期表中共有18列,7个主族,7个副族、1个第Ⅷ族、1个0族,除第Ⅷ族有3列,其他各族均为1列,共有16个族,A错误;同周期元素电子层数相同,从左到右核电荷数逐渐增大,原子核对核外电子吸引逐渐增强,原子半径逐渐减小,C错误;氧元素无最高正化合价、氟元素无正化合价,D错误。
3.下列关于元素周期表和元素周期律的应用说法正确的是( )
A.为元素性质的系统研究提供指导,为新元素的发现提供线索
B.在周期表中金属与非金属的分界处,寻找可作催化剂的合金材料
C.在ⅠA、ⅡA族元素中,寻找制造农药的主要元素
D.在过渡元素中,可以找到半导体材料
解析:选A 元素周期表和元素周期律为元素性质的系统研究提供指导,为新元素的发现提供线索,A项正确;在周期表中金属与非金属的分界处寻找半导体材料,B项错误;在非金属元素中寻找制造农药的主要元素,C项错误;在过渡元素中寻找可作催化剂的合金材料,D项错误。
4.如图为元素周期表中元素X的信息。下列关于X的说法正确的是( )
A.属于过渡元素
B.质量数为74.92
C.处于第四周期第ⅢA族
D.非金属性比氮弱
解析:选D As属于非金属元素,不属于过渡元素,A项错误;X的相对原子质量为74.92,B项错误;X处于第四周期第ⅤA族,C项错误;同一主族元素从上到下非金属性依次减弱,D项正确。
5.部分元素在周期表中的分布如图所示(虚线为金属元素与非金属元素的分界线),下列说法不正确的是( )
A.虚线左侧是金属元素
B.As处于第五周期第ⅤA族
C.Si、Ge可作半导体材料
D.Sb既有金属性又有非金属性
解析:选B 本题考查元素周期表的应用,侧重考查金属元素与非金属元素分界线附近元素的性质。题图中虚线左下方的元素均为金属元素,A正确;由Si处于第三周期第ⅣA族可推知,As处于第四周期第ⅤA族,B错误;元素周期表中的金属元素和非金属元素分界线附近的元素往往既具有金属性,又具有非金属性,可在该分界线附近寻找半导体材料(如Ge、Si等),C、D正确。
6.(2020·北京师大附中期中)下列事实中,不能用元素周期律解释的是( )
A.原子半径:K>Ca>Mg
B.碱性:NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3
C.热稳定性:HF>HCl>H2S
D.酸性:H2SO3>H2CO3>H2SiO3
解析:选D 同一周期主族元素从左到右原子半径依次减小,同一主族元素从上到下原子半径依次增大,A项不符合题意;元素的金属性越强,其最高价氧化物对应的水化物碱性越强,B项不符合题意;元素的非金属性越强,其气态氢化物越稳定,C项不符合题意;元素的非金属性越强,其最高价氧化物对应的水化物酸性越强,H2SO3不是S元素最高价氧化物对应的水化物,D项符合题意。
7.如图A、B、C、D、E是长式元素周期表中的5种元素(不包括镧系和锕系)。下列说法不正确的是( )
A.A、E原子序数之差可能为2
B.D、E原子序数之差可能是18或32
C.B、C原子序数之差一定是2
D.B、D原子序数之差不可能是7
解析:选A 由题给5种元素的位置关系可以看出,A不是第一周期元素,因为A若为氢元素,则其位于最左边一族,就不会有B;A若为氦元素,则其位于最右边一族,就不会有C。既然A不是氢元素或氦元素,则A、E原子序数之差不可能为2,A错误;由表中位置关系可知,D、E原子序数之差可能是8、18或32,B正确;B、C之间仅隔有E一种元素,故原子序数之差一定为2,C正确;B、D原子序数之差应大于8,D正确。
8.下列事实不能说明元素的金属性或非金属性相对强弱的是( )
选项 | 事实 | 推论 |
A | 与冷水反应,Na比Mg剧烈 | 金属性:Na>Mg |
B | Ca(OH)2的碱性强于Mg(OH)2 | 金属性:Ca>Mg |
C | 氧化性:HClO>H2CO3 | 金属性:Cl>C |
D | 热稳定性强弱:HBr>HI | 非金属性:Br>I |
解析:选C 根据与水反应的剧烈程度可判断元素金属性强弱,A项不符合题意;根据最高价氧化物对应的水化物碱性强弱可判断元素金属性强弱,B项不符合题意;应该根据最高价氧化物对应的水化物酸性强弱来判断元素非金属性强弱,C项符合题意;气态氢化物越稳定,元素非金属性越强,D项不符合题意。
9.(2021·黔南州模拟)门捷列夫创制了元素周期表,他还成功预言了11种元素。下列部分预言元素与相关元素不是同族元素的是( )
A.“类硅”(32Ge)与Si B.“类铝”(31Ga)与Al
C.“类硼”(21Sc)与B D.“亚碘”(85At)与I
解析:选C 由36号元素Kr处于第四周期0族,可知32Ge处于第四周期ⅣA族,与Si同族;31Ga处于第四周期ⅢA族,与Al同族;由20号元素Ca处于第四周期ⅡA族,可知21Sc处于第四周期ⅢB族,与B不同族;由86号元素Rn处于第六周期0族,可知85At处于第六周期ⅦA族,与I同族,故选C。
10.以下事实不能用元素周期律解释的是( )
A.F2在暗处遇H2即爆炸,I2在暗处遇H2几乎不反应
B.“NO2球”在冷水中颜色变浅,在热水中颜色加深
C.氯原子与钠原子形成离子键,与硅原子形成共价键
D.H2O在4 000 ℃以上开始明显分解,H2S用酒精灯加热即可完全分解
解析:选B 2NO2N2O4 ΔH<0,在热水中平衡逆向移动,颜色加深,在冷水中平衡正向移动,颜色变浅,不能用元素周期律解释,B符合题意。
11.如表所示是元素周期表的一部分,有关说法正确的是( )
族 周期 | ⅠA | ⅡA | ⅢA | ⅣA | ⅤA | ⅥA | ⅦA |
二 |
|
|
| c |
| d |
|
三 | a | b |
|
|
| e | f |
A.e的简单氢化物比d的简单氢化物稳定
B.a、b、e三种元素的原子半径:e>b>a
C.六种元素中,e元素单质的化学性质最活泼
D.c、e、f的最高价氧化物对应的水化物的酸性依次增强
解析:选D e是硫元素,d是氧元素,H2S稳定性弱于H2O,A错误;同周期元素的原子半径从左到右逐渐减小,B错误;a~f六种元素分别为Na、Mg、C、O、S、Cl,其中金属单质中Na的化学性质最活泼,非金属单质中Cl2、O2化学性质均比S活泼,C错误。
12.(2021·海淀模拟)中科院电子学研究所的研究人员已经掌握了锶原子光钟研究的一系列关键技术,为显著提高卫星导航系统的定位精度奠定了基础。锶(元素符号Sr)的原子序数为38,下列说法中不正确的是( )
A.84Sr、86Sr、87Sr、88Sr互为同位素
B.由Sr的原子序数可知,其在周期表中的位置是第五周期第ⅡA族
C.根据元素周期律可知,Sr(OH)2的碱性强于Ca(OH)2,弱于Ba(OH)2
D.根据元素周期律可知,Sr的还原性强于Mg,因此可以从MgCl2溶液中置换出Mg
解析:选D 由锶(Sr)原子序数为38,可知锶位于周期表中第五周期ⅡA族,金属性:Ca<Sr<Ba,则Sr(OH)2的碱性强于Ca(OH)2,弱于Ba(OH)2;Sr是活泼金属,能与水反应,所以Sr不能从MgCl2溶液中置换出Mg,故D错误。
13.(2021·宁德模拟)某同学在研究前18号元素时发现,可按原子序数由小到大的顺序排成如图所示的“蜗牛”形状,图中每个弧线上的“·”代表一种元素,其中起点O代表氢元素。下列说法中正确的是( )
A.A、B、C、D都是非金属元素
B.虚线相连的元素处于同一族
C.稳定性:H2D>H2A
D.A、B两种元素组成化合物的化学式一定为B2A
解析:选B O点代表氢元素,按照原子序数由小到大、由里往外延伸,由图可知,O、B连线的三元素位于第ⅠA族,A为O元素,B为Na元素,C为Si元素,D为S元素。非金属性O>S,对应的氢化物稳定性:H2D<H2A;A为O元素,B为Na元素,钠与氧元素可以形成过氧化钠(B2A2),故B正确。
14.(2021·厦门模拟)如图是元素周期表的一部分,下列叙述不正确的是( )
B | C | N | O | F |
Al | Si | P | S | Cl |
Ga | Ge | As | Se | Br |
In | Sn | Sb | Te | I |
Tl | Pb | Bi | Po | At |
A.Pb的最高正化合价为+4
B.原子半径比较:Al>F
C.酸性强弱:H3AsO4<H2SeO4
D.Br的最高价氧化物对应水化物的化学式为HBrO3
解析:选D Pb与C同主族,最外层含有4个电子,其最高正化合价为+4价,故A正确;铝原子核外电子层数为3,氟原子核外电子层数为2,则原子半径:Al>F,B正确;As、Se同周期,原子序数越大,非金属性越强,则非金属性:As<Se,则最高价氧化物对应水化物的酸性:H3AsO4<H2SeO4,C正确;Br的最高价为+7,其最高价氧化物对应水化物的化学式为HBrO4,D错误。
15.下列说法正确的是( )
①砷(As)位于元素周期表第ⅤA族,其最高价氧化物对应水化物的酸性比硝酸弱
②铊(Tl)与铝同主族,其单质既能与盐酸反应,又能与氢氧化钠溶液反应
③气态氢化物的水溶液的酸性H2S弱于HCl
④非金属元素的气态氢化物溶于水后,均形成无氧酸
A.①③④ B.①②④
C.①③ D.②③
解析:选C 元素的非金属性越强,其最高价氧化物对应的水化物酸性越强,①正确;Tl不与NaOH溶液反应,②错误;HCl是强酸,H2S是弱酸,③正确;NH3溶于水后形成弱碱,④错误。
16.已知短周期元素的四种离子A2+、B+、C3-、D-具有相同的电子层结构,则下列叙述中正确的是( )
A.原子序数:D>C>B>A
B.原子半径:B>A>C>D
C.离子半径:C3->D->A2+>B+
D.氧化性:A2+>B+,还原性:C3-<D-
解析:选B 由于四种离子具有相同的电子层结构,离子所对应的元素应位于相邻两个周期,根据阴阳离子所带的电荷数,得出元素在周期表中的位置关系:。原子序数大小应为A>B>D>C,A项错误;根据原子半径的递变规律,可以判断B项正确;离子半径应为C3->D->B+>A2+,C项错误;还原性应为C3->D-,D项错误。
17.最新发现的第113号、115号、117号和118号元素已正式写入元素周期表。根据物质结构、元素周期律的知识,下列说法正确的是( )
原子序数 | 英文名称 | 中文名称 | 符号 | 汉语拼音 |
113 | Nihonium | Nh | nǐ | |
115 | Moscovium | 镆 | Mc | mò |
117 | Tennessee | Ts | tián | |
118 | Oganesson | Og | ào |
A.Nh(OH)3具有两性
B.Mc位于元素周期表中第七周期第ⅤA族,其原子半径小于Ts
C.Og是一种人工合成的稀有气体元素,其在元素周期表中位于第七周期0族
D.若制得Ts的最高价氧化物对应的水化物,其酸性强于HClO4
解析:选C Nh是113号元素,在周期表中位于第七周期第ⅢA族,和Al位于同一主族,同一主族从上到下,元素的金属性逐渐增强,最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强,所以Nh(OH)3具有碱性,A错误;Mc是115号元素,位于元素周期表中第七周期第ⅤA族,Ts是117号元素,位于元素周期表中第七周期第ⅦA族,同一周期主族元素的原子半径从左到右逐渐减小,Mc原子半径大于Ts,B错误;Og是118号元素,位于元素周期表中第七周期0族,C正确;Ts是117号元素,位于元素周期表中第七周期第ⅦA族,与Cl位于同一主族,同一主族从上到下,元素的非金属性逐渐减弱,其最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱,所以若制得Ts的最高价氧化物对应的水化物,其酸性弱于HClO4,D错误。
18.(2021·怀化模拟)下列数据或事实所呈现的规律,不能用元素周期律解释的是( )
A | 共价键 | 键能/(kJ·mol-1) | B | 最高价含氧酸 | 酸性强弱 |
C—C | 347 | HClO4 | 强酸 | ||
C===C | 620 | H3PO4 | 中强酸 | ||
C≡C | 812 | H2SiO3 | 弱酸 | ||
C | 气态氢化物 | 分解温度/℃ | D | 化学方程式 | 平衡常数(K) |
H2O | >2 000 | F2+H22HF | 1.8×1036 | ||
H2S | 约300 | Cl2+H22HCl | 9.7×1012 | ||
H2Se | 约160 | Br2+H22HBr | 5.6×107 |
解析:选A 键长越短,键能越大,则共价键与键能的关系不能利用元素周期律解释,故A符合题意;非金属性越强,对应最高价含氧酸的酸性越强,非金属性越强,对应氢化物越稳定,K越大,反应正向进行的程度越大,非金属性越强,越易与氢气化合,则B、C、D都能用元素周期律解释,故B、C、D不符合题意。
元素推断题集基本概念、元素化合物的知识于一身,具有综合性强、思维容量大的特点,是每年全国卷客观题的必考题型。特别是近几年高考试题加入了物质特殊结构与转化(如2019年全国卷ⅠT13、2020年全国卷ⅡT13),增加了试题的灵活性和考生寻找题眼的难度。突破这类元素推断题,不仅要求考生掌握必要的基础知识,还要从题目中提取有效信息,运用科学推理与论证的方法,抓住原子结构特点,周期表中的特殊位置与物质的特殊结构与性质,建立解题模型,突破难点。
题型一 根据原子结构、位置关系进行推断
【提素能·归纳】
[典题示例1] 短周期元素a、b、c、d的原子序数依次增大,c、a、b最外层电子数为等差数列,公差为2,a、c的价电子数之和为6,d的核外电子数等于b的核外电子数加8。下列叙述错误的是( )
A.a和b可形成气态化合物
B.c的原子半径小于d的原子半径
C.b和c形成的化合物为离子化合物
D.a和d最高价氧化物的水化物均呈酸性
[模板应用]
第一步:挖掘题干信息,确定元素名称
第二步:根据元素周期表、周期律,判断结论
选项 | 判断依据 | 结论 |
A | C、O可以形成气态化合物CO、CO2等 | 正确 |
B | Mg、S同周期,原子半径:Mg>S | 错误 |
C | MgO为离子化合物 | 正确 |
D | C、S的最高价氧化物的水化物分别为H2CO3、H2SO4,均呈酸性 | 正确 |
[答案] B
[规律方法]
1.根据核外电子排布的三大规律推断元素
(1)最外层电子规律
最外层电子数(N) | 3≤N<8 | N=1或2 | N>次外层电子数 |
周期表中位置 | ⅢA族~ⅦA族 | ⅠA族、ⅡA族、Ⅷ族、副族、0族元素氦 | 第二周期(Li、Be除外) |
(2)“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,则阳离子位于阴离子的下一周期。如O2-、F-、Na+、Mg2+、Al3+电子层结构相同,则Na、Mg、Al位于O、F的下一周期。
2.根据元素在周期表中位置,确定其化合物的化学式
知道元素在周期表中的主族序数后,根据化合价规律就可以写出它的化合物的化学式,例如(用R代表元素):
| ⅣA | ⅤA | ⅥA | ⅦA |
氢化物 | RH4 | RH3 | H2R | HR |
最高价氧化物 | RO2 | R2O5 | RO3 | R2O7 |
最高价含氧酸 | H4RO4 或H2RO3 | H3RO4 或HRO3 | H2RO4 | HRO4 |
【练能力·突破】
(2020·全国卷Ⅱ)一种由短周期主族元素组成的化合物(如图所示),
具有良好的储氢性能,其中元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大、且总和为24。下列有关叙述错误的是( )
A.该化合物中,W、X、Y之间均为共价键
B.Z的单质既能与水反应,也可与甲醇反应
C.Y的最高化合价氧化物的水化物为强酸
D.X的氟化物XF3中原子均为8电子稳定结构
解析:选D 由题意,4种短周期元素中,Z的原子序数最大,且能形成Z+,则Z为Na元素,W的原子序数最小,且形成一个化学键,则W为H元素,再由4种元素的原子序数之和为24,可知X与Y的原子序数之和为12,结合题给化合物中X与Y的成键数,可知X为B元素,Y为N元素。从该化合物的成键情况可确定H、B、N之间均为共价键,A项正确;Na为活泼金属,既能与水反应,又能与CH3OH发生置换反应生成H2,B项正确;氮元素的最高价氧化物对应的水化物为HNO3,是典型的强酸,C项正确;BF3中B原子不满足8电子稳定结构,D项错误。
题型二 利用元素周期表的片段进行推断
【提素能·归纳】
[典题示例2] 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。已知Y、W的原子序数之和是Z的3倍,下列说法正确的是( )
| Y | Z |
|
X |
|
| W |
A.原子半径:X<Y<Z
B.气态氢化物的稳定性:X>Z
C.Z、W均可与Mg形成离子化合物
D.最高价氧化物对应水化物的酸性:Y>W
[模板应用]
第一步:挖掘题干信息,确定元素
第二步:根据元素周期表、周期律,判断递变规律
选项 | 判断依据 | 结论 |
A | Si为第三周期元素,N、O为第二周期元素,原子半径r(Si)>r(N)>r(O) | 错误 |
B | 非金属性:O>Si,则气态氢化物稳定性:H2O>SiH4 | 错误 |
C | O、Cl可与Mg形成MgO、MgCl2,均为离子化合物 | 正确 |
D | N、Cl最高价氧化物对应的水化物分别为HNO3和HClO4,酸性:HClO4>HNO3 | 错误 |
[答案] C
[规律方法]
1.元素周期表中短周期特殊结构的应用
(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族为元素周期表的左侧边界,第ⅠA族左侧无元素分布。
(2)He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。
2.熟悉主族元素在周期表中的特殊位置
族序数等于周期数的元素 | H、Be、Al、Ge、Sb、Po |
族序数等于周期数2倍的元素 | C、S |
族序数等于周期数3倍的元素 | O |
周期数是族序数2倍的元素 | Li、Ca、Tl |
周期数是族序数3倍的元素 | Na、Ba |
最高正化合价与最低负化合价代数和为零的短周期元素 | H、C、Si |
最高正化合价是最低负化合价绝对值3倍的短周期元素 | S |
除H外,原子半径最小的元素 | F |
【练能力·突破】
(2019·全国卷Ⅱ)今年是门捷列夫发现元素周期律150周年。右表是元素周期表的一部分,W、X、Y、Z为短周期主族元素,W与X的最高化合价之和为8。下列说法错误的是( )
A.原子半径:W<X
B.常温常压下,Y单质为固态
C.气态氢化物热稳定性:Z<W
D.X的最高价氧化物的水化物是强碱
解析:选D 由题意,W、X、Y、Z为短周期主族元素,W与X的最高化合价之和为8,可推出W、X、Y、Z分别为N、Al、Si、P。A正确,根据电子层数越多,原子半径越大,可得原子半径:W<X;B正确,常温常压下,硅单质为固态;C正确,同一主族由下到上简单气态氢化物的热稳定性逐渐增强,所以热稳定性:NH3>PH3;D错误,X的最高价氧化物的水化物Al(OH)3是弱碱。
题型三 依据元素及其化合物的性质、转化进行推断
【提素能·归纳】
[典题示例3] A、B、C、D是原子序数依次增大的四种短周期元素,甲、乙、丙、丁、戊是由其中的两种或三种元素组成的化合物,辛是由C元素形成的单质。已知:常温下0.1 mol·L-1丁溶液的pH为13,甲、乙、丙、丁、戊、辛物质间可发生如图所示转化。则下列说法不正确的是( )
A.原子半径:D>B>C
B.元素的非金属性:B>C>A
C.A、B、C、D形成的化合物中既含有离子键又含有共价键
D.A分别与B、C、D形成的简单化合物中,A与B形成的简单化合物的熔点最低
[模板应用]
第一步:挖掘题干信息,确定元素
第二步:根据元素周期表、周期律,判断递变规律
选项 | 判断依据 | 结论 |
A | 原子半径:Na>C>O | 正确 |
B | 非金属性:O>C>H | 错误 |
C | 四种元素可形成NaHCO3,既有离子键又有共价键 | 正确 |
D | CH4、H2O、NaH中,CH4为气体,熔点最低 | 正确 |
[答案] B
[规律方法]
1.单质或化合物具有“特性”的元素
(1)形成化合物种类最多的元素或对应单质是自然界中硬度最大的物质的元素: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或简单氢化物在通常情况下呈液态的元素:O。
(4)地壳中含量最多的金属元素或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。
(5)最活泼的非金属元素或无正化合价的元素或无含氧酸的非金属元素或无氧酸可腐蚀玻璃的元素或气态氢化物最稳定的元素或阴离子的还原性最弱的元素:F。
(6)最活泼的金属元素或最高价氧化物对应水化物的碱性最强的元素或阳离子的氧化性最弱的元素:Cs。
(7)焰色反应呈黄色的元素:Na;焰色反应呈紫色(透过蓝色钴玻璃观察)的元素:K。
(8)单质密度最小的元素:H;单质密度最小的金属元素:Li。
(9)常温下单质呈液态的非金属元素:Br;常温下单质呈液态的金属元素:Hg。
(10)元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应的水化物能发生化合反应的元素: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发生氧化还原反应的元素:S。
(11)单质为常见的半导体材料:Si、Ge。
(12)元素的气态氢化物能和它的氧化物在常温下反应生成该元素的单质的元素:S。
(13)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。
2.物质熔、沸点高低的判断方法
(1)根据物质的状态判断
常温下物质的熔、沸点:固体>液体>气体,如:氯化钠>水>二氧化碳。
(2)根据物质微粒间作用力大小判断
①分子间作用力越大,物质的熔、沸点越高。
②组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,分子间作用力越强,物质的熔、沸点越高,如F2<Cl2<Br2<I2。
③分子间存在氢键的物质沸点高于只存在范德华力的物质,如NH3>PH3,HF>HCl。
【练能力·突破】
X、Y、Z、W是原子序数依次增大的短周期元素,且X、Z原子序数之和是Y、W原子序数之和的。甲、乙、丙、丁是由这些元素组成的二元化合物,M是某种元素对应的单质,乙和丁的组成元素相同,且乙是一种“绿色氧化剂”,化合物N是具有漂白性的气体(常温下)。上述物质间的转化关系如图所示(部分反应物和生成物省略)。下列说法正确的是( )
A.原子半径:r(Y)>r(Z)>r(W)
B.化合物N和乙烯均能使溴水褪色,其原理相同
C.含W元素的盐溶液可能显酸性、中性或碱性
D.Z与X、Y、W形成的化合物中,各元素均满足8电子结构
解析:选C 乙是一种“绿色氧化剂”,则乙是H2O2,M是单质,所以M是O2;乙和丁的组成元素相同,则丁是H2O;化合物N是具有漂白性的气体,则N是SO2,丙是H2S,甲是硫化物;X、Z原子序数之和是Y、W原子序数之和的,则Z是Na元素。原子半径:r(Na)>r(S)>r(O),A错误;SO2使溴水褪色发生氧化还原反应,乙烯使溴水褪色发生加成反应,B错误;含S元素的盐溶液,NaHSO4溶液显酸性、Na2SO4溶液显中性、Na2SO3溶液显碱性,C正确;Na与H、O、S形成的化合物中,H原子不满足8电子结构,D错误。
【新情境·素养】
科学家利用原子序数依次递增的四种短周期元素W、X、Y和Z“组合”成一种超分子,具有高效的催化性能,其分子结构示意图如下图所示:
(注:实线代表共价键,Y与Y之间的其他重复单元的W、X未标注)
已知W、X、Z分别位于不同周期,Z的原子半径在同周期元素中最大。
[问题探究]
(1)推测W、X、Y和Z分别是何种元素?
提示:W、X、Z分别位于不同的短周期,即一、二、三周期。故W为H,Z是第三周期原子半径最大的元素,则Z为Na,从超分子结构中可以看出,第二周期元素X和Y分别形成4个共价键和2个共价键,则X为C,Y为O。故W、X、Y、Z分别是H、C、O、Na。
(2)试比较Y、Z简单离子半径的大小。
提示:r(Na+)<r(O2-)
(3)试比较X、Y简单气态氢化物的稳定性。
提示:O的非金属性大于C,故简单气态氢化物稳定性:H2O>CH4。
(4)Y与Z形成的化合物有几种,写出其化学式,并指出所含化学键类型。
提示:两种;Na2O、Na2O2;Na2O中含离子键,Na2O2中含离子键和共价键。
随堂检测反馈
1.(2020·浙江7月选考)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Z2X4的电子总数为18个;Q元素的原子最外层电子数比次外层少一个电子。下列说法不正确的是( )
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.X2Z—ZX2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
解析:选D 依据题述信息,可推出X为H、Y为C、Z为N、M为Si、Q为Cl。根据同一周期主族元素从左到右原子半径依次减小,同一主族元素从上到下原子半径依次增大,可得原子半径:Z(N)<Y(C)<M(Si),A项正确;元素的非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性越强,则酸性:Z(HNO3)>Y(H2CO3)>M(H2SiO3),B项正确;H2N—NH2为联氨,是一种极性较强的化合物,能与水、醇等形成分子间氢键,根据相似相溶原理,联氨能溶于水、醇等极性溶剂中,又因为H2NNH2+H2OH2NNH+OH-,故其水溶液呈碱性,C项正确;X(H)、Z(N)、Q(Cl)三种元素可形成NH4Cl,NH4Cl是离子化合物,D项错误。
2.(2019·上海高考)短周期元素m、n、p、q在元素周期表中的排序如图所示,其中m的气态氢化物与其最高价氧化物对应的水化物能反应。下列说法正确的是( )
m | n |
|
| p | q |
A.非金属性:m>n
B.氢化物稳定性:n<p
C.简单阴离子半径:p>q
D.最高价氧化物对应水化物酸性:p>q
解析:选C 根据题意可知:m为N元素,n为O元素,p为S元素,q为Cl元素。同一周期从左向右非金属性逐渐增强,则非金属性:m<n,故A错误;非金属性O>S,则氢化物稳定性:n>p,故B错误;电子层数相同时,核电荷数越大离子半径越小,则离子半径p>q,故C正确;非金属性S<Cl,则最高价氧化物对应水化物酸性:p<q,故D错误。
3.(2019·全国卷Ⅰ)科学家合成出了一种新化合物(如图所示),其中W、X、Y、Z为同一短周期元素,Z核外最外层电子数是X核外电子数的一半,下列叙述正确的是( )
A.WZ的水溶液呈碱性
B.元素非金属性的顺序为X>Y>Z
C.Y的最高价氧化物的水化物是中强酸
D.该新化合物中Y不满足8电子稳定结构
解析:选C W、X、Y、Z为同一短周期元素,可能同处于第二或第三周期,观察新化合物的结构示意图可知,X为四价,X可能为C或Si。若X为C,则Z核外最外层电子数为C原子核外电子数的一半,即为3,对应B元素,不符合成键要求,不符合题意,故X为Si,W能形成+1价阳离子,可推出W为Na元素,Z核外最外层电子数为Si原子核外电子数的一半,即为7,可推出Z为Cl元素。Y能与2个Si原子形成共价键,另外得到1个电子达到8电子稳定结构,说明Y原子最外层有5个电子,进一步推出Y为P元素,即W、X、Y、Z分别为Na、Si、P、Cl元素。A错误,WZ为NaCl,其水溶液呈中性;B错误,元素非金属性:Cl>P>Si;C正确,P的最高价氧化物的水化物为H3PO4,是中强酸;D错误,P原子最外层有5个电子,与2个Si原子形成共价键,另外得到1个电子,在该化合物中P原子满足8电子稳定结构。
[课时跟踪检测]
1.(2021·信阳模拟)四种短周期元素X、Y、Z、W在周期表中的位置如表所示,其中Z元素的最外层电子数是内层电子总数的。下列说法不正确的是( )
X | Y |
|
| Z | W |
A.Z元素位于周期表的第三周期第ⅤA族
B.X、W元素的最高价氧化物对应水化物的酸性:W强于X
C.Y元素的气态氢化物的热稳定性比Z的高
D.X和Y都只能形成一种氧化物
解析:选D 根据题意可知,X为C元素,Y为N元素,Z为P元素,W为S元素。Z为P元素,原子序数为15,位于周期表中第三周期第ⅤA族,故A正确;非金属性C<S,则最高价氧化物对应水化物的酸性:W(S)>X(C),故B正确;非金属性N>P,则简单氢化物的稳定性:Y>Z,故C正确;C的氧化物有CO、CO2,N的氧化物有NO、NO2等,故D错误。
2.W、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期主族元素,Y(XW)Z2是一种新型净水剂,XW-是一种10电子微粒,且对水的电离有抑制作用,X和Y能形成二元化合物R,工业上电解熔融的R可制取Y的单质。下列说法正确的是( )
A.含有Y元素的离子水解一定显酸性
B.电解熔融R时,X的离子向阳极移动
C.简单离子半径:Z>Y>X
D.可用pH试纸测定Z单质水溶液的pH
解析:选B 短周期主族元素W、X、Y和Z的原子序数依次增大,由“XW-是一种10电子微粒,且对水的电离有抑制作用”,推出X为O,W为H;由“X和Y能形成二元化合物R,工业上电解熔融的R可制取Y的单质”及“Y(XW)Z2是一种新型净水剂”,可推出Y为Al,R为Al2O3;由Y(XW)Z2中各元素化合价代数和为0,推出Z为-1价,从而推出Z为Cl。A项,KAlO2溶液因AlO水解而显碱性,错误;B项,电解熔融R(Al2O3)时,X的离子(O2-)向阳极移动,正确;C项,电子层数多的离子半径大,具有相同核外电子排布的离子,原子序数小的离子半径大,则简单离子半径:Z(Cl-)>X(O2-)>Y(Al3+),错误;D项,因氯水中含具有漂白作用的HClO,故不能用pH试纸测定氯水的pH,错误。
3.X、Y、Z、W、R为五种短周期主族元素,其原子半径和最外层电子数之间的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.简单离子半径:Y<W
B.最高价氧化物对应水化物的酸性:Z<W
C.R为氧元素
D.X与Y可以形成离子化合物
解析:选C X、Y、Z、W、R为五种短周期元素,X、Y最外层只有一个电子,位于ⅠA族;Z最外层有4个电子,位于ⅣA族,W最外层有5个电子,位于ⅤA族,R最外层有6个电子,位于ⅥA族;Y原子半径最大,Y为Na元素,X原子半径最小,X为H元素;Z原子和W原子半径接近、W原子半径小于Z而最外层电子数大于Z,所以Z是C元素、W是N元素、R为S元素。故简单离子半径:Y<W,A项正确;由于Z为C元素,而W为N元素,非金属性W更强,故最高价氧化物对应水化物的酸性:Z<W,B项正确;由于R处于ⅥA族,且半径大于Z和W,故R为S元素,C项错误;X与Y可以形成NaH,属于离子化合物,D项正确。
4.短周期主族元素X、Y、Z、W、R、Q原子序数依次增大。常温下,由这些元素组成的化合物甲、乙、丙、丁的0.1 mol·L-1水溶液pH如下表,丙、丁为二元化合物。甲溶液逐滴滴入丙溶液中,先产生白色沉淀,后沉淀消失;乙由Y、Z、W三种元素组成,其水溶液常用于除油污。下列说法一定正确的是( )
0.1 mol·L-1水溶液 | 甲 | 乙 | 丙 | 丁 |
pH | 13 | 11 | 5 | 1 |
A.W和Q形成的化合物只含有离子键
B.Y和Z的氢化物沸点:Y<Z
C.离子半径:r(Q)>r(R)>r(Z)
D.Y和Q的氧化物对应水化物的酸性:Q>Y
解析:选A 常温下,0.1 mol·L-1甲溶液pH为13,说明甲为一元强碱,则甲为NaOH;0.1 mol·L-1丁溶液pH为1,且丁为二元化合物,说明丁为一元强酸,则丁为HCl;乙、丙的0.1 mol·L-1水溶液pH分别为11、5,则乙为弱碱性溶液,丙为弱酸性溶液;甲溶液逐滴滴入丙溶液中,先产生白色沉淀,后沉淀消失,则丙溶液中含有铝离子,且丙为二元化合物,则丙为AlCl3;乙由Y、Z、W三种元素组成,其水溶液常用于除油污,可能为Na2CO3溶液。根据上述分析,甲为NaOH,丁为HCl,丙为AlCl3,乙为Na2CO3溶液,6种元素,则X为H,Y为C,Z为O,W为Na,R为Al,Q为Cl。W和Q形成的化合物为氯化钠,只含有离子键,A正确;Y为C,Z为O,C的氢化物有很多种,其氢化物沸点可能高于水也可能低于水,B错误;离子的电子层数越多,离子半径越大,电子层结构相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,因此离子半径:r(Q)>r(Z)>r(R),C错误;Y和Q的氧化物对应的水化物可能分别为碳酸和次氯酸,此时酸性:H2CO3>HClO,D错误。
5.X、Y、Z、W均为常见的短周期主族元素,常温下,其最高价氧化物对应的水化物溶液(浓度均为0.01 mol·L-1)的pH和原子半径的关系如图所示。其中,Y为碳元素。下列有关说法正确的是( )
A.X是硫元素
B.Y的最高价氧化物的电子式为
C.W的最高价氧化物对应的水化物中仅含离子键
D.Z的最高价氧化物对应水化物的化学式为HClO4
解析:选D X、Y、Z、W均为短周期主族元素,由其最高价氧化物对应水化物溶液的pH和原子序数的关系图可知,X、Z对应的pH为2,高氯酸、硝酸均为一元强酸,且原子半径Z>Y>X,Y为C,则可知Z为Cl,X为N,W对应的pH为12,氢氧化钠为一元强碱,则W为Na。X为N元素,A错误;Y为C元素,其最高价氧化物为CO2,电子式为,B错误;W为Na元素,其最高价氧化物对应的水化物为NaOH,既含有离子键又含有共价键,C错误;Z为Cl元素,其最高价氧化物对应的水化物为HClO4,D正确。
6.(2021·南阳模拟)短周期元素X、Y、Z、M的原子序数依次增大且位于不同主族,它们组成一种团簇分子如图所示。X、M的周期序数分别与该元素的族序数相等,Y是地壳中含量最多的元素。则下列说法中,不正确的是( )
A.简单离子半径:Y<M<Z
B.X与Y形成的分子中可以存在非极性键
C.Z的单质可以在CO2中燃烧
D.M与Y形成的化合物具有两性
解析:选A 根据题意可知,X为H元素,Y为O元素,Z为Mg元素,M为Al元素。电子层数相同时,核电荷数越大离子半径越小,则简单离子半径:Y>Z>M,故A错误;H、O元素形成的双氧水分子中含有O—O非极性键,故B正确;Mg单质可以在CO2中燃烧生成MgO和C,故C正确;O、Al元素形成的化合物为Al2O3,Al2O3为两性氧化物,故D正确。
7.原子序数依次增大的元素a、b、c、d,它们的最外层电子数分别为1、6、7、1。a-的电子层结构与氦相同;b和c的次外层有8个电子,c-和d+的电子层结构相同。下列叙述错误的是( )
A.a和其他3种元素均能形成共价化合物
B.元素的非金属性次序为c>b>a
C.d和其他3种元素均能形成离子化合物
D.元素a、b、c各自最高和最低化合价的代数和分别为0、4、6
解析:选A 原子序数依次增大的元素a、b、c、d,它们的最外层电子数分别为1、6、7、1,a-的电子层结构与氦相同,则a为H元素;b和c的次外层有8个电子,原子只能有3个电子层,则b为S元素,c为Cl,c-和d+的电子层结构相同,则d为K元素。H元素与S元素、Cl元素分别形成H2S、HCl,二者属于共价化合物,但与K元素形成的化合物为KH,属于离子化合物,故A错误;同周期元素从左向右非金属性逐渐增强,氢化物中H元素为正价,其非金属性最弱,故非金属性:Cl>S>H,故B正确;K元素与其他元素可以形成KH、K2S、KCl,均属于离子化合物,故C正确;H元素最高正化合价、最低负化合价分别为+1、-1,S元素最高正化合价为+6、最低负化合价为-2,Cl元素最高正化合价为+7、最低负化合价为-1,则元素a、b、c各自最高和最低化合价的代数和分别为0、4、6,故D正确。
8.短周期元素X、Y、Z、W、Q在元素周期表中的相对位置如图所示,其中W原子的质子数是其M层电子数的三倍,下列说法不正确的是( )
A.X 与Y 可形成5 种以上的化合物
B.工业上常通过电解Z 的熔融氯化物的方法来制取Z的单质
C.简单离子的半径由大到小为Q>X>Y>Z
D.X、W、Q最高价氧化物对应水化物的酸性Q>X >W
解析:选B 这几种元素都是短周期元素,根据元素在周期表中的位置知,X、Y位于第二周期,Z、W、Q位于第三周期,W原子的质子数是其M层电子数的三倍,设其M层电子为x,则W原子质子数=2+8+x,2+8+x=3x,所以x=5,则W为P元素,则X是N元素、Y是O元素、Z是Al元素、Q是Cl元素。A项,X、Y分别是N、O元素,二者能形成多种氮氧化物,如N2O、NO、NO2、N2O4、N2O5,所以X与Y可形成5种以上的化合物,正确;B项,Z是Al元素,熔融状态下氯化铝不导电,所以工业上采用电解熔融氧化铝的方法冶炼Al,错误;C项,电子层数越多其离子半径越大,电子层结构相同的离子,离子半径随着原子序数的增大而减小,所以离子半径:Q>X>Y>Z,正确;D项,非金属性:Q>X>W,则最高价氧化物对应水化物的酸性Q>X>W,正确。
9.R、W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素,W与Y同主族,R的最外层电子数是次外层电子数的2倍。W元素形成的一种单质可用于自来水的杀菌消毒。R与W元素原子的最外层电子数之和等于X与Z元素原子的最外层电子数之和。下列说法正确的是( )
A.简单离子的半径:W<Y<Z
B.氧化物对应水化物的酸性:Z>R>X
C.X与Z形成的化合物溶于水可抑制水的电离
D.最高价氧化物的熔点:Y>R
解析:选D R、W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素,R的最外层电子数是次外层电子数的2倍,可知R含有2个电子层,最外层含有4个电子,则R为C元素;W元素形成的一种单质可用于自来水的杀菌消毒,结合原子序数关系知该单质为臭氧,W为O元素;又已知W与Y同主族,则Y为S元素;Z为短周期主族元素,原子序数大于S,则Z为Cl元素;R与W元素原子的最外层电子数之和等于X与Z元素原子的最外层电子数之和,则X的最外层电子数为4+6-7=3,已知X的原子序数大于O,则X为Al元素。离子的电子层数越多离子半径越大,电子层结构相同时,核电荷数越大离子半径越小,则简单离子半径:W<Z<Y,A项错误;氧化物对应水化物的酸性:HClO<H2CO3,B项错误;X与Z形成的化合物为AlCl3,Al3+水解促进了水的电离,C项错误;相对分子质量越大,熔、沸点越高,所以熔点:SO3>CO2,D项正确。
10.W、X、Y、Z为原子序数依次增大的四种短周期元素,其中两种为非金属元素。W的气态氢化物遇到其最高价氧化物对应的水化物产生“白烟”,Z的最外层电子数等于其电子层数的2倍,W和X的最外层电子数之和等于Z的族序数。在含X和Y的可溶性盐溶液中通入过量的CO2,产生沉淀的质量与CO2体积的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.简单离子半径:X>Y>Z>W
B.Z的氧化物对应的水化物均为强酸
C.含Y的阴离子溶液与含Y的阳离子溶液能够发生反应
D.工业上可用电解法或热还原法制备X和Y的单质
解析:选C NH3遇HNO3会生成白色固体,产生“白烟”,W为氮元素;短周期元素中,原子的最外层电子数等于电子层数2倍的元素有C、S元素,Z的原子序数大于7,所以Z为硫元素;又因为W和X的最外层电子数之和等于Z的最外层电子数,所以X为钠元素;由图知,通入CO2产生沉淀,且通入过量的CO2,沉淀不溶解,向NaAlO2、Na2SiO3溶液中通入CO2产生沉淀,且通入过量的CO2,硅酸、氢氧化铝不溶解,但四种元素中有两种非金属元素,故Y为铝元素,不是硅元素。S2-、N3-、Na+、Al3+的离子半径依次减小,A错误;硫的含氧酸有H2SO3、H2SO4,H2SO3是弱酸,B错误;含Al3+和AlO的溶液能够发生反应生成氢氧化铝沉淀,C正确;工业上可以采用电解法制备钠、铝,但是不能用热还原法制备钠、铝,D错误。
11.几种短周期元素的原子半径及主要化合价如下表所示:
元素代号 | X | Y | Z | W | V |
原子半径/pm | 160 | 143 | 70 | 66 | 110 |
主要化合价 | +2 | +3 | +5、-3 | -2 | +5、+3、-3 |
下列叙述正确的是( )
A.X、Y元素的最高价氧化物对应的水化物的碱性:X<Y
B.简单离子的半径:Z<W<X<Y
C.一定条件下,W的单质可以将Z的单质从其氢化物中置换出来
D.X与Z形成的化合物为共价化合物
解析:选C 同一周期元素,原子半径随着原子序数的增大而减小;同一主族元素,原子半径随着原子序数的增大而增大;主族元素中的最高正化合价与其主族序数相同,最低负价=主族序数-8,根据表中数据知,X为Mg元素,Y为Al元素,Z为N元素,W为O元素,V为P元素。金属性:Mg>Al,最高价氧化物对应的水化物的碱性:X>Y,A错误;对于简单离子而言,电子层数越多,离子半径越大,电子层结构相同时,核电荷数越大,离子半径越小,所以简单离子半径:Y<X<W<Z,B错误;一定条件下,氧气可以和氨气反应生成水和氮气,C正确;Mg与N形成的化合物Mg3N2为离子化合物,D错误。
12.短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大。m、p、q、r、s是由这些元素组成的二元化合物,常温常压下r为液体,其余均为无色气体,m的摩尔质量为p的2倍,n是元素Y的单质,是绿色植物光合作用产生的无色气体,p能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,q能使品红溶液褪色。上述物质之间的转化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.原子半径:X<Y<Z
B.非金属性:X>Y>Z
C.p与s、m与q在一定条件下均能发生反应
D.q与s均为酸性氧化物,m的水溶液显酸性
解析:选C 短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大;m、p、q、r、s是由这些元素组成的二元化合物,常温常压下r为液体,其余均为无色气体,q能使品红溶液褪色,q为SO2,n是元素Y的单质,是绿色植物光合作用产生的无色气体,n为O2,m的摩尔质量为p的2倍,p能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,则p为NH3,m为H2S,r为H2O,s为NO,结合原子序数关系可以知道,W为H,X为N,Y为O,Z为S。原子半径:Y<X<Z,A错误;非金属性:Y>X、Y>Z,B错误;根据元素化合价的变化规律可以判断:p为NH3,s为NO,二者在一定条件下发生反应生成氮气和水;m为H2S,q为SO2,二者在一定条件下发生反应生成硫和水,C正确;q为SO2,SO2为酸性氧化物;s为NO,NO为不成盐氧化物,D错误。
13.R、X、Y、Z、A是短周期主族元素,它们在周期表中的相对位置如图所示。X原子最外层电子数等于其电子层数的3倍。下列推断正确的是( )
R | X | Y |
Z |
| A |
A.气态氢化物的热稳定性由强到弱的顺序为Z>R>X>Y
B.原子半径由小到大的顺序为Z<A<Y<X
C.最高价氧化物对应的水化物酸性由弱到强的顺序为Z<R<A
D.RY3、A2X、ZA5分子中每个原子最外层都达到8电子结构
解析:选C 由元素在周期表中的位置关系知,X位于第二周期,只有氧原子的最外层电子数等于其电子层数的3倍,则X为氧元素,由此推知R为氮元素,Y为氟元素,Z为磷元素,A为氯元素。A项,热稳定性:PH3<NH3<H2O<HF,错误;B项,原子半径:r(P)>r(Cl)>r(O)>r(F),错误;C项,最高价氧化物对应的水化物酸性:H3PO4<HNO3<HClO4,正确;D项,PCl5分子中磷原子最外层有10个电子,错误。
14.短周期元素x、y、d、f的最高正化合价或最低负化合价、原子半径的相对大小随原子序数的变化如图1所示;短周期元素z、e、g、h的最高价氧化物对应水化物的溶液(浓度均为0.01 mol·L-1)的pH与原子序数的关系如图2所示。
下列有关说法正确的是( )
A.离子半径大小顺序:e>f>g>h
B.由x、z、d三种元素形成的化合物中一定不含离子键
C.y、d、g的简单气态氢化物中沸点最高的是g的氢化物
D.装满zd2气体的小试管倒扣水槽中充分反应,试管液面上升约
解析:选D 由题意可知,x是H元素,y是C元素,z是N元素,d是O元素,f是Al元素,e是Na元素,g是S元素,h是Cl元素。离子半径:g>h>e>f,故A错误;H、N、O形成的硝酸铵中含有离子键,故B错误;y、d、g的简单气态氢化物中,沸点最高的是d(O)的氢化物,故C错误;zd2气体为NO2,根据反应的化学方程式3NO2+H2O===2HNO3+NO可知,反应后试管中液面上升约,故D正确。
15.W、X、Y、Z均为短周期主族元素,原子序数依次增大,且原子核外L电子层的电子数分别为0、5、8、8,它们的最外层电子数之和为18。下列说法正确的是( )
A.单质的沸点:W>X
B.阴离子的还原性:W>Z
C.氧化物的水化物的酸性:Y<Z
D.X与Y元素不能存在于同一离子化合物中
解析:选B W、X、Y、Z均为短周期主族元素,原子序数依次增大,且原子核外L电子层的电子数分别为0、5、8、8,则W是H元素,X是N元素,Y、Z均处于第三周期,四种元素原子的最外层电子数之和为18,故Y、Z最外层电子数之和是18-1-5=12,最外层电子数只能为5、7,又因为Y的原子序数小于Z,则Y是P元素,Z是Cl元素,W、X、Y、Z分别是H、N、P、Cl元素。A项,H2、N2常温下都是气体,相对分子质量越大,分子间作用力越大,熔、沸点越高,故单质的沸点:W<X,错误;B项,元素的非金属性:H<Cl,所以阴离子的还原性:W>Z,正确;C项,元素的非金属性:P<Cl,最高价氧化物对应水化物的酸性:H3PO4<HClO4,但氧化物对应水化物的酸性不一定存在此规律,如磷酸的酸性大于次氯酸的酸性,错误;D项,X、Y分别是N、P元素,可以形成铵盐,如磷酸铵、磷酸一氢铵、磷酸二氢铵,都属于离子化合物,错误。
16.X、Y、Z、W为原子序数依次增大的四种短周期元素,其中Z为金属元素,X、W为同一主族元素。X、Z、W形成的最高价氧化物分别为甲、乙、丙。x、y2、z、w分别为X、Y、Z、W的单质,丁是化合物。其转化关系如图所示,下列判断错误的是( )
A.反应①、②、③都属于氧化还原反应
B.X、Y、Z、W四种元素中,Y的原子半径最小
C.Na着火时,可用甲扑灭
D.一定条件下,x与甲反应生成丁
解析:选C 根据题中信息可判断x为碳,丙为二氧化硅,在高温条件下碳与二氧化硅反应生成的w为硅,丁为一氧化碳;y2为氧气,碳与氧气点燃反应生成的甲为二氧化碳;z为镁,镁在二氧化碳中点燃反应生成碳和氧化镁(乙)。A项,①二氧化碳与镁反应、②碳与氧气反应、③碳与二氧化硅反应都属于氧化还原反应,正确;B项,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,故C、O、Mg、Si四种元素中,O的原子半径最小,正确;C项,Na着火时,不可用二氧化碳扑灭,因为过氧化钠可以和二氧化碳反应生成氧气,氧气具有助燃性,错误;D项,碳与二氧化碳在高温条件下反应生成一氧化碳,正确。
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