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专题三　物质结构与性质
元素“位、构、性”推断
1.认识“位、构、性”关系推断的思维模型
2.理解同周期、同主族元素性质的递变规律
项目 同周期(左→右) (0族除外) 同主族(上→下)
原 子 结 构 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 减小,如Si>P>S>Cl 增大,如F离子半径 减小,如Na+>Mg2+>Al3+;P3->S2->Cl- 增大,如Li+项目 同周期(左→右) (0族除外) 同主族(上→下)
元 素 性 质 化合价 最高正价升高(O、F除外) 最高正价相同(O、F除外)
金属性 逐渐减弱 逐渐增强
非金属性 逐渐增强 逐渐减弱
离子的性质 阳离子的氧化性逐渐增强,阴离子的还原性逐渐减弱 阳离子的氧化性逐渐减弱,阴离子的还原性逐渐增强
项目 同周期(左→右) (0族除外) 同主族(上→下)
元 素 性 质 简单气态氢化 物的稳定性 增强,如SiH4HCl>HBr>HI
最高价 氧化物 对应水 化物的 酸碱性 酸性增强,如H2SiO3Mg(OH)2> Al(OH)3 酸性减弱,如HNO3>H3PO4
碱性增强,如LiOH项目 同周期(左→右) (0族除外) 同主族(上→下)
元 素 性 质 元素的 第一电离能 呈增大趋势(第ⅡA、ⅤA族突增) 逐渐减小
元素的电负性 逐渐增大 逐渐减小
3.牢记主族、副族元素的价层电子排布式
(1)主族元素
ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5
(2)第四周期副族元素
ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB
Sc: 3d14s2 Ti: 3d24s2 V: 3d34s2 Cr: 3d54s1 Mn: 3d54s2 Fe: 3d64s2 Co: 3d74s2 Ni: 3d84s2 Cu: 3d104s1 Zn:
3d104s2
4.掌握元素推断的几种方法
(1)依据物质结构式(原子的成键方式)推断元素
短周 期元素 H F、Cl C、Si N、P O、S B
族 ⅠA ⅦA ⅣA ⅤA ⅥA ⅢA
成键 方式 —X 或 或 —X≡ 或 X— —X—或== X (S元素与 O元素能形成 ) 或
【注意】一般情况下,原子通过形成共价键可达到2e-或8e-稳定状态,但硼原子既可形成6e-结构,如硼酸的电子式为 ,BF3的电子式为 ;也可形成8e-稳定结构,如硼氢化钠的电子式为Na+[H︰︰H]-等。P、S可以形成10e-、12e-结构,如PCl5、SF6等。
(2)依据元素周期表中的位置推断元素
元素特征 推断元素
族序数等于周期数的短周期元素 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倍的短周期元素 Li
周期数是族序数3倍的短周期元素 Na
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
(3)依据元素及其化合物的性质推断元素
物质特性 推断元素
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;简单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;氢化物的水溶液呈碱性的元素 N
物质特性 推断元素
地壳中含量最多的元素;简单氢化物的沸点最高的元素;简单氢化物在通常情况下呈液态的元素 O
最活泼的金属元素;最高价氧化物对应水化物碱性最强的元素;阳离子的氧化性最弱的元素(放射性元素除外) Cs
单质最易着火的非金属元素 P
焰色呈黄色的元素 Na
焰色呈紫色(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
物质特性 推断元素
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
常见的存在几种单质的元素 C、O、P、S
1.(2025·茂名三模)一种杀菌剂的结构式如下图所示,元素X、Y、Z、W、T、Q原子序数依次增大且在前四周期均有分布,Y、Z、W在同一周期,T和Q在同一主族,T的价层电子排布式为nsn-1npn+2,下列说法正确的是(　　)
A.的空间结构为平面三角形
B.元素的电负性大小:Q>T>X
C.元素的第一电离能:W>Z>Y
D.最高价氧化物的水化物的酸性:Y>Z
A　
【解析】C中C原子价电子对数为3,无孤电子对,空间结构为平面三角
形,A正确;元素非金属性越强,电负性越大,元素的电负性大小:Cl>Br>H,B错误; 同周期元素从左到右第一电离能有增大趋势,N原子2p能级半充满,结构稳定,N原子第一电离能大于同周期相邻元素,元素的第一电离能:N>O>C,C错误;同周期元素从左到右,最高价氧化物对应的水化物的酸性依次增强,最高价氧化物对应的水化物的酸性:HNO3>H2CO3,D错误。
2.(2025·北京海淀三模)几种短周期元素的原子半径及主要化合价如下表:
下列说法不正确的是(　　)
A.M、R在同一周期
B.元素X和Y形成的化合物中含离子键
C.工业上,用Y、Z形成的化合物制取Z
D.以上5种元素中,电负性最强的是R
C　
元素代号 X Y Z M R
原子半径(×10-10m) 1.86 0.99 1.43 0.75 0.71
主要化 合价 最高正价 +1 +7 +3 +5 -
最低负价 - -1 - -3 -1
【解析】由分析可知M、R分别为N、F,故M、R在同一周期,A正确;元素X和Y分别为Na、Cl,可形成的化合物为NaCl含有离子键,B正确;Y、Z形成的化合物为AlCl3,工业上电解Al2O3制取Al,C错误;以上5种元素中,电负性最强的是F元素,D正确。
3.(2025·广州模拟预测)如下反应相关元素中,W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,基态X原子的核外电子有5种空间运动状态,基态Y、Z原子有两个未成对电子,Q是ds区元素,焰色试验呈绿色。下列说法正确的是QZY4溶液 QZX4Y4W12溶液(　　)
A.单质沸点:W>Y
B.第一电离能:XC.简单氢化物的键角:X>Y
D.QZX4Y4W12是配合物,配位原子是Y
C　
【解析】W、Y分别为H、O, O2和H2均为分子晶体,O2的相对分子质量大于H2,O2的范德华力大于H2,所以沸点:O2>H2,A错误;同周期从左到右,第一电离能增大,而N的价电子排布式为2s22p3,半充满,第一电离能比O大,因此第一电离能:N>O,B错误; NH3、H2O中心原子的杂化轨道类型均为sp3,孤电子对数为1、2,孤电子对越多,对成键电子对的斥力越大,键角越小,键角:
NH3>H2O,C正确;Cu(NH3)4SO4中铜离子提供空轨道、NH3的N原子提供孤电子对,两者形成配位键,配位原子为N,D错误。
4.(2025·江苏盐城模拟预测)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大。X是空气中含量最多的元素,基态Y、Z原子的s能级电子总数均等于其p能级电子总数,W的主族序数与周期序数相同。下列有关说法正确的是
(　　)
A.原子半径:r(W)>r(Z)>r(Y)
B.第一电离能:I1(X)>I1(Y)>I1(Z)
C.简单气态氢化物的热稳定性:X>Y
D.最高价氧化物对应水化物的碱性:W>Z
B　
【解析】由于同周期中原子半径随原子序数增大而减小,原子半径:
Al(W)Al>O,A错误;一般规律:同周期元素原子的第一电离能随原子序数增大而增大,由于N的2p轨道处于半充满状态,N比O更稳定,第一电离能:
N(X)>O(Y);Mg(Z)为非金属元素,其电离能在三者中最小,故第一电离能:
N>O>Mg,B正确;非金属性:O>N,对应简单氢化物的热稳定性:
H2O(Y)>NH3(X),C错误;因金属性:Mg>Al,对应的碱的碱性:
Mg(OH)2(Z)>Al(OH)3(W),D错误。
5.(2024·山东潍坊质检)a、b、c、d、e为原子序数依次增大的短周期主族元素。X、Y、Z、W为这些元素形成的常见化合物,X为二元化合物,常温下0.1 mol·L-1X溶液的pH=1。物质之间的转化关系如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A.简单离子半径:e>d>b
B.b、c形成的化合物中都不含共价键
C.Z、W都能破坏水的电离平衡
D.b的氢化物稳定性一定强于e的氢化物
C　
【解析】b、d、e的简单离子分别为O2-、Al3+、Cl-,O2-、Al3+都只有两个电子层,Cl-有三个电子层,故Cl-的离子半径最大,O2-和Al3+的电子层结构相同,Al的原子序数较大,故离子半径:O2->Al3+,A错误;b为O,c为Na,它们形成的化合物Na2O2含有离子键和共价键,B错误;Z为AlCl3,W为Na[Al(OH)4],它们在水中都会发生水解,都能破坏水的电离平衡,C正确;b为O,e为Cl,O的氢化物有H2O2、H2O,Cl的氢化物为HCl,H2O2的稳定性比HCl弱,故O的氢化物稳定性不一定强于Cl的氢化物,D错误。
6.(2024·黑龙江三模)研究发现牛磺酸是影响动物健康、长寿的关键因素,牛磺酸的结构如下图所示。其中X、Y、Z、W、R均属于短周期元素且原子序数之和为38,R和Z基态原子的价层p轨道上成对电子数与未成对电子数之比均为1∶1。下列叙述正确的是(　　)
A.W位于第三周期第ⅤA族
B.电负性:W>Z>Y
C.W、X、Z不可能形成离子化合物
D.化合物XYW中Y的杂化方式为sp杂化
D　
【解析】牛磺酸结构中的五种短周期主族元素的原子序数之和为38,R和Z基态原子的价层p轨道上成对电子数与未成对电子数之比均为1∶1,即价层p轨道上有4个电子,结合牛磺酸结构可知R为S,Z为O,则R和Z的原子序数之和为24,由于五种元素的原子序数之和为38,则W、Y、Z的原子序数之和为14,由题图可知,W形成3个共价键,则W为N,Y形成4个共价键,则Y为C,可知X为H。W为N,位于第二周期第ⅤA族,故A错误;W为N,Y为C,Z为O,同周期主族元素从左到右电负性逐渐增大,因此电负性:O>N>C,故B错误;Z为O,W为N,X为H,三种元素可以形成NH4NO3等离子化合物,故C错误;化合物XYW(HCN)的结构式为H—C≡N,其中C的杂化方式为sp杂化,D正确。
7.(2024·浙南名校联盟联考)短周期主族元素W、X、Y、Z、Q原子序数依次增大,W的核外电子数等于其周期数;X与W不相邻,与Y相邻;基态Y原子的电子总数是其最高能级电子数的2倍;Z的最外层电子数为K层的一半;Q的s能级电子总数比p能级电子总数少5个,下列说法正确的是(　　)
A.元素的电负性:Y>Q>W>Z
B.简单离子半径:Z>X>Y
C.W与Y形成的10电子微粒有2种
D.由W、X、Y三种元素组成的化合物的水溶液均显酸性
A　
【解析】短周期主族元素W、X、Y、Z、Q原子序数依次增大,基态Y原子的电子总数是其最高能级电子数的2倍,则Y为O元素;W的核外电子数等于其周期数,则W为H元素;X与W不相邻,与Y相邻,则X为N元素;Z的最外层电子数为K层的一半,则Z为Na元素;Q的s能级电子总数比p能级电子总数少5个,则Q为Cl元素。金属元素的电负性小于非金属元素,则钠元素的电负性最小,元素的非金属性越强,电负性越大,氢、氧、氯三种非金属性强弱顺序为O>Cl>H,则四种元素的电负性大小顺序为O>Cl>H>Na,A正确;电子层结构相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,则简单离子半径的大小顺序为N3->O2->Na+,B错误;氢元素与氧元素形成的10电子微粒有水分子、氢氧根离子、水合氢离子,共有3种,C错误;氢、氮、氧三种元素组成的化合物一水合氨在溶液中电离出氢氧根离子使溶液呈碱性,D错误。
1.(2025·广东卷)元素a~i为短周期元素,其第一电离能与原子序数的关系如
图。下列说法正确的是(　　)
A.a和g同主族
B.金属性:g>h>i
C.原子半径:e>d>c
D.最简单氢化物沸点:b>c
B　
【解析】a是B,g是Na,二者不同主族,A错误;Na、Mg、Al属于同周期,从左到右金属性依次减弱,B正确;e、d、c分别是F、O、N,属于同周期元素,同周期主族元素从左到右原子半径依次减小,原子半径:c>d>e,C错误;b为C,c为N,NH3分子间存在氢键,沸点高,沸点:NH3>CH4,D错误。
2.(2025·甘肃卷)我国科学家制备了具有优良双折射性能的C3H8N6I6·3H2O材料。下列说法正确的是(　　)
A.电负性:NB.原子半径:CC.中所有I的孤电子对数相同
D.C3H8中所有N—H极性相同
C　
【解析】非金属性越强,电负性越大,故电负性:CN>O,B错误;碘的价电子数为7,中心原子I与两个碘通过共用电子对形成共价键,则两边的碘存在3对孤对电子,中心原子I的孤对电子数是=3,C正确;六元环内存在大π键,大π键具有吸电子效应,-H离大π键比较近,N-H键极性更大,D错误。
3.(2025·陕晋青宁卷)一种高聚物(XYZ2)n被称为“无机橡胶”,可由如图所示的环状三聚体制备。X、Y和Z都是短周期元素,X、Y价电子数相等,X、Z电子层数相同,基态Y的2p轨道半充满,Z的最外层只有1个未成对电子,下列说法正确的是(　　)
A.X、Z的第一电离能:X>Z
B.X、Y的简单氢化物的键角:X>Y
C.最高价含氧酸的酸性:Z>X>Y
D.X、Y、Z均能形成多种氧化物
D　
【解析】第一电离能同周期从左到右有增大趋势,第一电离能:Cl>P,A错
误;X、Y的简单氢化物分别为:PH3和NH3,电负性:N>P,共用电子对距N近,成键电子对斥力N-H大于P-H,键角:NH3>PH3,B错误;元素的非金属性越强,其最高价含氧酸酸性越强,非金属性:Cl>N>P,酸性:HClO4>HNO3>H3PO4,C错误;P、N、Cl均能形成多种氧化物,D正确。
4.(2024·全国甲卷)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素。W和X原子序数之和等于Y-的核外电子数,化合物W+[ZY6]-可用作化学电源的电解质。下列叙述正确的是(　　)
A.X和Z属于同一主族
B.非金属性:X>Y>Z
C.气态氢化物的稳定性:Z>Y
D.原子半径:Y>X>W
A　
【解析】由题意知W和X原子序数之和等于Y-的核外电子数,且W可以形成W+,并且其原子序数较小,故W为Li,根据[ZY6]-显-1价,结合题意可以推测Y为F,Z为P,则X为N元素。N和P均位于第ⅤA族,A正确;同周期元素从左到右,元素的非金属性逐渐增强,同主族元素从上到下,元素的非金属性逐渐减弱,故非金属性:F>N>P,B错误;元素的非金属性越强,对应的简单气态氢化物越稳定,非金属性:F>P,故稳定性:HF>PH3,C错误;同周期主族元素从左到右,原子半径逐渐减小,故原子半径:Li>N>F,D错误。
5.(2024·湖北卷)主族元素W、X、Y、Z原子序数依次增大,X、Y的价电子数相等,Z的价电子所在能层有16个轨道,4种元素形成的化合物如图。下列说法正确的是(　　)
A.电负性:W>Y
B.酸性:W2YX3>W2YX4
C.基态原子的未成对电子数:W>X
D.氧化物溶于水所得溶液的pH:Z>Y
D　
【解析】Z的价电子所在能层有16个轨道,故Z为第四周期元素,结合题给化合物的结构图可知,Z为K元素;W、X、Y、Z原子序数依次增大,X、Y的价电子数相等,结合题给结构图可知,X为O元素、Y为S元素;W形成一个共价键,则W为H元素。电负性:HH2SO4,B错误;基态H原子中未成对电子数为1,基态O原子中未成对电子数为2,故C错误;K的氧化物溶于水可产生KOH,溶液pH>7,S的氧化物溶于水生成H2SO3或H2SO4,溶液pH<7,故D正确。
6.(2024·新课标卷)我国科学家最近研究的一种无机盐Y3[Z(WX)6]2纳米药物具有高效的细胞内亚铁离子捕获和抗氧化能力。W、X、Y、Z的原子序数依次增加,且W、X、Y属于不同族的短周期元素。W的外层电子数是其内层电子数的2倍,X和Y的第一电离能都比左右相邻元素的高。Z的M层未成对电子数为4。下列叙述错误的是(　　)
A.W、X、Y、Z四种元素的单质中Z的熔点最高
B.在X的简单氢化物中,X原子轨道杂化类型为sp3
C.Y的氢氧化物难溶于NaCl溶液,可以溶于NH4Cl溶液
D.Y3[Z(WX)6]2中WX-提供电子对与Z3+形成配位键
A　
【解析】W的外层电子数是其内层电子数的2倍,则W为C元素;X、Y的第一电离能都比左右相邻元素的高,则X、Y为第ⅡA族或第ⅤA族元素,W、X、Y、Z的原子序数依次增加,且W、X、Y属于不同族的短周期元素,则X为N元素,Y为Mg元素;Z的M层未成对电子数为4,则其3d轨道上有4个未成对电子,其价层电子排布式为3d64s2,则Z为Fe元素。W、X、Y、Z四种元素的单质中,N元素的单质形成分子晶体,Mg和Fe均形成金属晶体,C元素既可以形成金刚石又可以形成石墨,石墨的熔点最高,A不正确;X的简单氢化物是NH3,其中N原子轨道杂化类型为sp3,B正确;Y的氢氧化物是Mg(OH)2,属于中强碱,难溶于NaCl溶液,由于NH4Cl水解使溶液显酸性,因此Mg(OH)2可以溶于NH4Cl溶液,C正确;Mg3[Fe(CN)6]2中Fe3+有空轨道,CN-提供孤电子对,可与Fe3+形成配位键,D正确。
7.(2024·辽宁卷)如下反应相关元素中,W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,基态X原子的核外电子有5种空间运动状态,基态Y、Z原子有两个未成对电子,Q是ds区元素,焰色呈绿色。下列说法错误的是(　　)
A.单质沸点:Z>Y>W
B.简单氢化物键角:X>Y
C.反应过程中有蓝色沉淀产生
D.QZX4Y4W12是配合物,配位原子是Y
D　
【解析】Q是ds区元素,焰色呈绿色,则Q为Cu元素;基态X原子的核外电子有5种空间运动状态,则X为第二周期元素,满足此条件的主族元素有N(1s22s22p3)、O(1s22s22p4)、F(1s22s22p5);X、Y、Z的原子序数依次增大,基态Y、Z原子有两个未成对电子,若Y、Z为第二周期元素,则满足条件的可能为C(1s22s22p2)或O(1s22s22p4),C原子序数小于N,所以Y不可能为C,若Y、Z为第三周期元素,则满足条件的可能为Si(1s22s22p63s23p2)或S(1s22s22p63s23p4),Y、Z可与Cu形成CuZY4,而O、Si、S中只有O和S形成的S才能与Cu2+形成CuZY4,所以Y、Z分别为O、S元素,则X只能为N元素;W能与X形成XW3,则W为第ⅠA族或第ⅦA族元素,但W原子序数小于N,所以W为H元素,综上所述,W、X、Y、Z、Q分别为H、N、O、S、Cu。W、
Y、Z分别为H、O、S,常温下S单质呈固态,S的沸点高于O2和H2,O2和H2均为分子晶体,O2的相对分子质量大于H2,O2的范德华力大于H2,所以沸点:S>O2>H2,A正确;Y、X的简单氢化物分别为H2O和NH3,H2O的中心O原子的价层电子对数为2+=4,孤电子对数为2,空间结构为V形,键角约105°,NH3的中心N原子的价层电子对数为3+=4,孤电子对数为1,空间结构为三角锥形,键角约107°,所以键角:X>Y,B正确;硫酸铜溶液中逐渐通入NH3,先生成氢氧化铜蓝色沉淀,后氢氧化铜溶解,生成[Cu(NH3)4]SO4,即反应过程中有蓝色沉淀产生,C正确;QZX4Y4W12为[Cu(NH3)4]SO4,其中铜离子提供空轨道、NH3中N原子提供孤电子对,二者形成配位键,配位原子为N,D错误。

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