2020版高考一轮复习化学通用版学案：第五章第3课时 应用层面——位、构、性关系的综合推断（怎么用）
展开第3课时 应用层面——位、构、性关系的综合推断(怎么用)
元素推断题集基本概念、基本理论及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，是每年高考全国卷的必考题型，特别是近几年试题中，元素推断题的灵活性和综合性逐年增强，主要表现在条件渗透交叉、题眼隐藏较深等，增加了考生寻找题目题眼的难度。解答这些元素推断题，不仅要求学生掌握必要的知识，还要求学生有一定的逻辑推理能力，其考查主要有以下三种题型，其解题思路如下。
题型一 依据元素原子结构的特征推断元素
利用原子结构、核外电子排布特征为元素推断的突破口，是元素推断的重要类型之一，题目通常以文字叙述的形式给出元素原子的核外电子排布，位置关系等关键信息。解题时可结合短周期元素的原子结构及元素的特殊性质，对元素进行合理的推断。
[典例1] (2017·全国卷Ⅱ)a、b、c、d为原子序数依次增大的短周期主族元素，a原子核外电子总数与b原子次外层的电子数相同；c所在周期数与族数相同；d与a同族。下列叙述正确的是( )
A．原子半径：d>c>b>a
B．4种元素中b的金属性最强
C．c的氧化物的水化物是强碱
D．d单质的氧化性比a单质的氧化性强
[解题流程]
第一步:挖掘题干信息，确定元素名称
第二步：依据元素周期律，判断选项的正误
选项 | 判断依据 | 结论 |
A | 同周期元素自左向右，原子半径逐渐减小 同主族元素自上而下，原子半径逐渐增大 故原子半径b(Na或Mg)＞c(Al)＞d(S)＞a(O) | 错误 |
B | 同周期元素自左向右，金属性逐渐减弱 同主族元素自上而下，金属性逐渐增强 故金属性b(Na或Mg)＞c(Al)>d(S)>a(O) | 正确 |
C | c(Al)的氧化物是Al2O3，对应的水化物是Al(OH)3，Al(OH)3是两性氢氧化物 | 错误 |
D | 同主族元素自上而下，非金属性逐渐减弱，对应单质的氧化性逐渐减弱，即氧化性：O2＞S | 错误 |
[答案] B
[备考方略]
1．根据核外电子的排布三大规律推断元素
(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 |
元素在周期表中的位置 | ⅢA族～ ⅦA族 | 第ⅠA族、第ⅡA族、第Ⅷ族、副族、0族元素氦 | 第二周期(Li、Be除外) |
(2)“阴三、阳四”规律
某元素阴离子最外层电子数与次外层电子数相等，该元素位于第三周期；若为阳离子，则位于第四周期。如S2－、K＋最外层电子数与次外层电子数相等，则S位于第三周期，K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，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 |
[对点练1] a、b、c、d为短周期元素，a的M电子层有1个电子，b的最外层电子数为内层电子数的2倍，c的最高化合价为最低化合价绝对值的3倍，c与d同周期，d的原子半径小于c。下列叙述错误的是( )
A．d元素的非金属性最强
B．它们均存在两种或两种以上的氧化物
C．只有a与其他元素生成的化合物都是离子化合物
D．b、c、d分别与氢形成的化合物中化学键均为极性共价键
解析：选D 短周期元素中M层电子数是1，则a的核外电子排布是2、8、1，a是Na元素；b的最外层电子数为内层电子数的2倍，则b核外电子排布是2、4，b是C元素；c的最高化合价为最低化合价绝对值的3倍，则c是S元素；c、d的原子处于同一周期，d的原子半径小于c，根据元素周期律可知d是Cl元素。A项，在上述元素中非金属性最强的元素是Cl元素，正确；B项，Na可以形成Na2O、Na2O2两种氧化物，C可以形成CO、CO2两种氧化物，S可以形成SO2、SO3两种氧化物，而Cl元素则可以形成Cl2O、ClO2、ClO3等多种价态的氧化物，正确；C项，Na是金属元素，可以与非金属元素C、S、Cl形成离子化合物，正确；D项，C元素可以与H元素形成乙烷，该分子中含有非极性键，错误。
[对点练2] (2018·全国卷Ⅱ)W、X、Y和Z为原子序数依次增大的四种短周期元素。W与X可生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原子最外层的电子数与W的电子总数相同。下列叙述正确的是( )
A．X与其他三种元素均可形成两种或两种以上的二元化合物
B．Y与其他三种元素分别形成的化合物中只含有离子键
C．四种元素的简单离子具有相同的电子层结构
D．W的氧化物对应的水化物均为强酸
解析：选A W、X、Y、Z四种元素原子序数依次增大且为短周期元素，由W与X可生成一种红棕色有刺激性气味的气体可知，W为N，X为O；由Y的周期数是族序数的3倍可知，Y为Na；由Z原子最外层的电子数与W的电子总数相同可知，Z最外层有7个电子，Z为Cl。O与N可形成NO、NO2、N2O3等，O与Na可形成Na2O、Na2O2，O与Cl可形成Cl2O、ClO2、Cl2O7等，A项正确；Na2O2中含有共价键，B项错误；Cl－比N3－、O2－、Na＋多一个电子层，C项错误；W的氧化物中，N2O3对应的水化物HNO2是弱酸，D项错误。
题型二 依据元素周期表的“片段结构”推断元素
残缺元素周期表型推断题一般给出两种信息：
一是给出局部的元素周期表，展示出几种不同元素的相对位置；
二是给出某种元素的位置特征、原子结构特征或由该元素形成的单质或化合物的特殊性质。解答此类题目时，要先根据给出的某种元素的特殊结构或性质，确定该元素在周期表中的位置，然后以此为“坐标原点”，根据其他元素与该元素的位置关系，进而确定其他未知的元素。
[典例2] (2017·全国卷Ⅲ)短周期元素W、X、Y和Z在周期表中的相对位置如表所示，这四种元素原子的最外层电子数之和为21。下列关系正确的是( )
A．氢化物沸点：W<Z
B．氧化物对应水化物的酸性：Y>W
C．化合物熔点：Y2X3<YZ3
D．简单离子的半径：Y<X
[解题流程]
第一步：挖掘题干信息，确定元素名称与位置
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 | W(N)的氢化物是NH3，存在分子间氢键，而Z(Cl)的氢化物是HCl，不存在分子间氢键，故NH3的沸点比HCl的沸点高 | 错误 |
B | Y(Al)的氧化物对应的水化物为Al(OH)3，显两性，而W(N)的氧化物对应水化物为HNO3、HNO2，均显酸性 | 错误 |
C | Y2X3(Al2O3)为离子化合物，熔点高，而YZ3(AlCl3)为共价化合物，熔点低 | 错误 |
D | Y的简单离子为Al3＋，X的简单离子为O2－，两离子的核外电子数相同，具有相同核外电子数的离子，核电荷数越大，离子半径越小 | 正确 |
[答案] D
[归纳总结]
1．元素周期表中短周期的特殊结构的应用
(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 |
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 |
周期数是族序数3倍的元素 | Na、Ba |
最高正价与最低负价代数和为零的短周期元素 | H、C、Si |
最高正价是最低负价绝对值3倍的短周期元素 | S |
除H外，原子半径最小的元素 | F |
[对点练3] 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W原子的最外层电子数是最内层电子数的3倍。下列判断正确的是( )
A．原子半径：rW>rZ>rY>rX
B．含Y元素的盐溶液呈酸性
C．简单氢化物的热稳定性：Z>W
D．X与氢元素组成的化合物XH5与水反应可产生两种气体
解析：选D 根据题意可推知W为S、X为N、Z为Si、Y为Al。A项，原子半径：rY>rZ>rW>rX；B项，含Al元素的盐溶液不一定呈酸性，如AlCl3溶液呈酸性，而NaAlO2溶液呈碱性；C项，简单氢化物的热稳定性：H2S>SiH4；D项，NH5可写成NH4H，与水反应的化学方程式为NH4H＋H2O===NH3·H2O＋H2↑，NH3·H2O===NH3↑＋H2O，可产生两种气体。
[对点练4] 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W原子的质子数是其最外层电子数的三倍。下列说法不正确的是( )
A．原子半径：W＞Z＞Y＞X
B．最高价氧化物对应水化物的酸性：X＞W＞Z
C．最简单气态氢化物的热稳定性：Y＞X＞W＞Z
D．元素X、Z、W的最高化合价分别与其主族序数相等
解析：选A 从元素周期表的局部图可知X、Y、Z、W为二、三周期元素，W位于第三周期，W原子的质子数是其最外层电子数的三倍，故W是P元素，据此推出X、Y、Z分别是N、O、Si。根据四种元素在周期表中的位置关系可知，原子半径：Z>W>X>Y，A项错误；非金属性：O>N>P>Si，最高价氧化物对应水化物的酸性：HNO3>H3PO4>H2SiO3，即X>W>Z，氢化物的热稳定性：H2O>NH3>PH3>SiH4，即Y>X>W>Z，B、C项正确；主族元素除O、F外，其他元素最高化合价都等于其主族序数，D项正确。
题型三 依据元素及其化合物的性质推断元素
利用元素及其化合物特殊组成与特殊性质的元素推断题，是近几年高考的热点题型，题目一般通过文字叙述提供某些元素及其化合物的相关性质如能腐蚀玻璃、黄绿色气体等，解题时抓住这些关键特性，首先确定其为何种元素，然后以此为突破口，推知其他未知元素。
[典例3] (2018·全国卷Ⅲ)W、X、Y、Z均为短周期元素且原子序数依次增大，元素X和Z同族。盐YZW与浓盐酸反应，有黄绿色气体产生，此气体同冷烧碱溶液作用，可得到含YZW的溶液。下列说法正确的是( )
A．原子半径大小为W＜X＜Y＜Z
B．X的氢化物水溶液酸性强于Z的
C．Y2W2与ZW2均含有非极性共价键
D．标准状况下W的单质状态与X的相同
[解题流程]
第一步：挖掘题干信息，确定元素名称
第二步：根据元素周期律，判断选项的正误
选项 | 判断依据 | 结论 |
A | 原子半径大小顺序为Y(Na)>Z(Cl)>W(O)>X(F) | 错误 |
B | HF为弱酸，HCl强酸，故酸性：HCl>HF | 错误 |
C | Na2O2中既含离子键，又含非极性共价键，ClO2中只含极性共价键，不含非极性共价键 | 错误 |
D | 标准状况下，O2、O3与F2均为气态 | 正确 |
[答案] D
[归纳总结] 常见元素及其化合物的特性
物质特性 | 推断元素 |
形成化合物种类最多的元素或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大的元素 | C |
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 |
地壳中含量最多的元素或气态氢化物的沸点最高的元素或氢化物在通常情况下呈液态的元素 | O |
最活泼的金属元素或最高价氧化物对应水化物碱性最强的元素或阳离子的氧化性最弱的元素 | Cs |
单质最易着火的非金属元素 | P |
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 |
单质密度最小的元素 | H |
单质密度最小的金属元素 | Li |
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 |
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 |
元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应水化物发生氧化还原反应的元素 | S |
常见的一种元素存在几种单质的元素 | C、P、O、S |
[对点练5] (2018·全国卷Ⅰ)主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加，且均不大于20。W、X、Z最外层电子数之和为10；W与Y同族；W与Z形成的化合物可与浓硫酸反应，其生成物可腐蚀玻璃。下列说法正确的是( )
A．常温常压下X的单质为气态
B．Z的氢化物为离子化合物
C．Y和Z形成的化合物的水溶液呈碱性
D．W与Y具有相同的最高化合价
解析：选B 可腐蚀玻璃的物质是HF。以此为切入点，根据题意进行元素推断，可知W是氟、X是钠或镁、Y是氯、Z是钾或钙。常温常压下，钠或镁的单质是固体，A项错误；钾或钙是活泼金属元素，氢是非金属元素，KH和CaH2都是离子化合物，B项正确；KCl和CaCl2水溶液呈中性，C项错误；氯有最高化合价＋7，氟没有正价，D项错误。
[对点练6] (2017·全国卷Ⅰ)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W的简单氢化物可用作制冷剂，Y的原子半径是所有短周期主族元素中最大的。由X、Y和Z三种元素形成的一种盐溶于水后，加入稀盐酸，有黄色沉淀析出，同时有刺激性气体产生。下列说法不正确的是( )
A．X的简单氢化物的热稳定性比W的强
B．Y的简单离子与X的具有相同的电子层结构
C．Y与Z形成化合物的水溶液可使蓝色石蕊试纸变红
D．Z与X属于同一主族，与Y属于同一周期
解析：选C 由题知，W为氮，X为氧，Y为钠，Z为硫。同周期元素从左至右，简单氢化物的热稳定性逐渐增强，H2O的热稳定性比NH3的强，A项正确；O2－和Na＋核外都有10个电子，B项正确；钠和硫形成的化合物为硫化钠，它是强碱弱酸盐，其水溶液呈碱性，能使红色石蕊试纸变蓝色，C项错误；氧、硫位于同主族，钠与硫同属于第三周期，D项正确。
