元素“位-构-性”的综合推断【解析】

元素“位—构—性”的综合推断【真题导引】1.(2024·江苏卷)我国探月工程取得重大进展。月壤中含有Ca、Fe等元素的磷酸盐,下列元素位于元素周期表第二周期的是()A.O B.PC.Ca D.Fe答案A解析O的原子结构示意图为,核外有两个电子层,则O位于元素周期表中第二周期,A正确;P的原子结构示意图为,核外有三个电子层,则P位于元素周期表中第三周期,B错误;Ca的原子结构示意图为,核外有四个电子层,则Ca位于元素周期表中第四周期,C错误;Fe的原子结构示意图为,核外有四个电子层,则Fe位于元素周期表中第四周期,D错误。2.(2021·江苏卷)前4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,Y的周期序数与族序数相等,基态时Z原子3p原子轨道上有5个电子,W与Z处于同主族。下列说法正确的是()A.原子半径:r(X)<r(Y)<r(Z)<r(W)B.X的第一电离能比同周期相邻元素的大C.Y的最高价氧化物对应水化物的酸性比Z的强D.Z的简单气态氢化物的热稳定性比W的弱答案B解析前4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,则X为N元素;Y的周期序数与族序数相等,则Y为Al;基态时Z原子3p原子轨道上有5个电子,则Z为Cl;W与Z处于同一主族,则W为Br。A.根据同周期从左到右原子半径逐渐减小,同主族从上到下原子半径逐渐增大,因此原子半径:r(X)<r(Z)<r(Y)<r(W),故A错误;B.根据同周期从左到右第一电离能呈增大趋势,但N的2p处于半充满状态,因此X(N)的第一电离能比同周期相邻元素的大,故B正确;C.Y的最高价氧化物对应水化物的酸性比Z的弱即Al(OH)3<HClO4,故C错误;D.同主族从上到下,非金属性逐渐减弱,简单氢化物的稳定性逐渐减弱,所以Z的简单气态氢化物的热稳定性比W的强,故D错误。3.(2024·广东卷)一种可为运动员补充能量的物质,其分子结构式如图。已知R、W、Z、X、Y为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z和Y同族,则下列说法正确的是()A.沸点:ZR3<YR3B.最高价氧化物的水化物的酸性:Z<WC.第一电离能:Z<X<WD.ZX3答案D解析Y可形成5个共价键,Z可形成3个共价键,Z和Y同族,Y原子序数比Z大,即Z为N元素,Y为P元素;W可形成4个共价键,原子序数比N小,即W为C元素;R可形成1个共价键,原子序数比C小,即R为H元素;X可形成2个共价键,原子序数在N和P之间,即X为O元素。A.由于NH3可形成分子间氢键,而PH3不能,因此沸点:NH3>PH3,故A错误;B.W为C元素、Z为N元素,由于非金属性:C<N,因此最高价氧化物的水化物的酸性:H2CO3<HNO3,故B错误;C.同周期元素从左到右第一电离能有增大趋势,ⅡA族、ⅤA族原子第一电离能大于同周期相邻元素,即第一电离能:C<O<N,故C错误;D.NO3−的中心N原子价层电子对数为3+5+1−2×32=3,属于sp2杂化,为平面三角形,CO32−的中心C4.(2024·浙江1月选考)X、Y、Z、M和Q五种主族元素,原子序数依次增大,X原子半径最小,短周期中M电负性最小,Z与Y、Q相邻,基态Z原子的s能级与p能级的电子数相等,下列说法不正确的是()A.沸点:X2Z>X2QB.M与Q可形成化合物M2Q、M2Q2C.化学键中离子键成分的百分数:M2Z>M2QD.YZ3答案D解析X半径最小为H,短周期电负性最小则M为Na,Z原子的s能级与p能级的电子数相等,则Z为O,Z与Y、Q相邻,Y为N,Q为S,以此分析;A.H2O中含有氢键,则沸点高于H2S,A正确;B.Na与O形成Na2O、Na2O2,则O与S同族化学性质相似,B正确;C.Na2O的电子式为Na+[︰O‥‥︰]2-Na+,Na2S的电子式为Na+[︰S‥‥︰]2-Na+,离子键百分数是依据电负性差值计算出来的,差值越大,离子键百分数越大,O的电负性大于S,则Na2O离子键成分的百分数大于Na2S,C正确;D.YZ3−是NO3−,NO3−中N原子为sp2杂化,孤电子对数为0,为平面三角形,QZ5.(2023·湖北卷)W、X、Y、Z为原子序数依次增加的同一短周期元素,其中X、Y、Z相邻,W的核外电子数与X的价层电子数相等,Z2是氧化性最强的单质,4种元素可形成离子化合物(XY)+(WZ4)-。下列说法正确的是()A.分子的极性:WZ3<XZ3B.第一电离能:X<Y<ZC.氧化性:X2Y3<W2Y3D.键能:X2<Y2<Z2答案A解析Z2是氧化性最强的单质,则Z是F,X、Y、Z相邻,且X、Y、Z为原子序数依次增加的同一短周期元素,则X为N,Y为O,W的核外电子数与X的价层电子数相等,则W为B,即W为B、X为N、Y为O、Z是F,以此解题。A.由分析可知,WZ3为BF3,XZ3为NF3,其中前者的价层电子对数为3且无孤电子对,空间构型为平面三角形,为非极性分子,后者的价层电子对数为4,有一对孤电子对,空间构型为三角锥形,为极性分子,则分子的极性:BF3<NF3,A正确;B.由分析可知,X为N、Y为O、Z是F,同一周期越靠右,第一电离能越大,但是N的价层电子排布式为2s22p3,为半满稳定结构,其第一电离能大于同周期相邻的元素,则第一电离能:O<N<F,B错误;C.由分析可知,X2Y3为N2O3,W2Y3为B2O3,N2O3中N元素化合价为+3价,同亚硝酸盐中氮元素的价态相同,具有较强的氧化性,B2O3则性质相对稳定,故氧化性N2O3>B2O3,故C错误;D.氮气分子中是氮氮三键,氧气分子中是氧氧双键,氟气分子中是单键,键能越大,物质越稳定,则键能:N2>O2>F2,故D错误。考情分析:“位—构—性”的综合推断,是高考必考题,题给信息一般有原子序数关系、原子核外电子排布、元素和物质的性质、物质的应用等。考查角度:(1)微粒的半径、氧化性或还原性、简单氢化物的稳定性、最高价氧化物水化物的酸碱性等。(2)化学键类型、化合物类型、原子个数组成等。(3)物质的性质和应用。【核心整合】1.结构与位置互推是解题的核心(1)对同一元素的原子,掌握四个关系式:①质子数=原子序数;②能层数=周期数;③最外层电子数=主族序数;④主族元素的最高正价=主族序数(O、F除外),最低负价=主族序数-8。(2)熟练掌握元素周期表的结构及元素周期表中的一些特殊规律:①“凹”型结构的“三短四长七刚满,七主八副同零完”;②前四周期元素种类;③稀有气体元素的原子序数及在元素周期表中的位置;④同主族相邻元素原子序数的关系。2.性质与位置互推是解题的关键熟悉元素周期表中同周期、同主族元素性质的递变规律,主要包括:(1)元素的金属性、非金属性;(2)简单气态氢化物的稳定性;(3)最高价氧化物对应水化物的酸碱性;(4)金属与水或酸反应置换出H2的难易程度。3.结构和性质互推是解题的要素(1)电子层数和最外层电子数决定元素原子的金属性和非金属性;(2)同主族元素最外层电子数相同,化学性质相似;(3)正确推断原子半径和离子半径的大小及结构特点;(4)判断元素金属性和非金属性的强弱。4.元素的推断(1)根据元素(短周期)在周期表中的特殊位置推断①周期序数(电子层数)等于主族序数(最外层电子数)2倍的元素:Li。②周期序数(电子层数)等于主族序数(最外层电子数)3倍的元素:Na。③最高正价是最低负价绝对值3倍的元素:S。④W与X是同主族的短周期元素,X的原子序数是W的2倍,W是O,X是S。⑤最高正价与最低负价代数和为6的元素:Cl。⑥最高正价与最低负价代数和为4的元素:S。⑦最高正价与最低负价代数和为2的元素:N、P。⑧最高正价与最低负价代数和为0的元素:H、C、Si。(2)根据金属性、非金属性推断①短周期中金属性最强的元素:Na。②非金属性最强的元素:F。③常见的半导体材料:Si。(3)根据含量推断①空气中含量最多的元素:N。②地壳中含量最多的元素:O。③地壳中含量最多的金属元素:Al。(4)根据特殊性质推断①既能与强酸反应又能与强碱反应的常见物质:Al、Al2O3、Al(OH)3、NaHCO3。②形成化合物种类最多、其某一种单质是硬度最大的物质的元素:C。③气态氢化物溶于水显碱性的元素:N。④密度最小的气体:H2。⑤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。⑥气态氢化物和其最高价氧化物对应的水化物能反应生成离子化合物的元素:N。⑦同主族并且能够形成离子化合物的元素:H、Na或Li。⑧同周期的三种元素,最高价氧化物对应水化物两两之间反应生成盐和水:Na、Al、S(或Cl)。【模拟预测】1.(2023·全国乙卷)一种矿物由短周期元素W、X、Y组成,溶于稀盐酸有无色无味气体生成。W、X、Y原子序数依次增大。简单离子X2-与Y2+具有相同的电子结构。下列叙述正确的是()A.X的常见化合价有-1、-2B.原子半径大小为Y>X>WC.YX的水合物具有两性D.W单质只有4种同素异形体答案A解析W、X、Y为短周期元素,原子序数依次增大,简单离子X2-与Y2+具有相同的电子结构,则X位于第二周期,Y位于第三周期,X为O,Y为Mg,W、X、Y组成的物质能溶于稀盐酸有无色无味的气体产生,则W为C,产生的气体为二氧化碳,据此解答。A.X为O,氧的常见价态有-1价和-2价,如H2O2和H2O,A正确;B.W为C,X为O,Y为Mg,同主族时电子层数越多,原子半径越大,电子层数相同时,原子序数越小,原子半径越大,所以原子半径大小为:Y>W>X,B错误;C.Y为Mg,X为O,他们可形成MgO,水合物为Mg(OH)2,Mg(OH)2只能与酸反应生成盐和水,不能与碱反应,所以YX的水合物没有两性,C错误;D.W为C,碳的同素异形体有:金刚石、石墨、石墨烯、富勒烯、碳纳米管等,种类不止四种,D错误。2.A、B、C、D、E为原子序数依次增大的短周期主族元素,分布在三个不同周期。X、Y、Z、W为这些元素形成的化合物,X为二元化合物且为强电解质,W的水溶液呈碱性,物质的转化关系如图所示。下列说法正确的是()A.离子半径:C>D>BB.化合物Y中既有离子键又有共价键C.电解熔融状态下的化合物Z,可制备D的单质D.向X溶液中逐滴滴入W溶液,现象是先产生沉淀,后沉淀溶解答案B解析由转化关系可知两性化合物应为Al(OH)3,D为Al,X为HCl,Z为AlCl3,W为Na[Al(OH)4],Y为NaOH,气体单质为氢气,则A为H元素,B为O元素,C为Na元素,D为Al元素,E为Cl元素。O2-、Na+、Al3+的核外电子排布相同,核电荷数越大,离子半径越小,则离子半径:O2->Na+>Al3+,A错误;Y为NaOH,NaOH中既有离子键又有共价键,B正确;AlCl3为共价化合物,熔融状态下没有自由移动的离子,不能用电解熔融状态下的AlCl3制备Al单质,C错误;向盐酸中逐滴滴入Na[Al(OH)4]溶液,相当于盐酸过量,先发生反应4H++[Al(OH)4]-===Al3++4H2O,后发生反应:3[Al(OH)4]-+Al3+===4Al(OH)3↓,则现象是先没有沉淀生成,后产生沉淀,D错误。3.(2024·镇江调研)前4周期元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,基态X原子的电子总数是其最高能级电子数的3倍;在同周期元素中,第一电离能数值比Y大的元素有2种;Z是金属性最强的短周期元素;W元素基态原子最外层只有2个电子,且内层轨道均排满电子。下列说法中正确的是()A.Y在周期表中位于第二周期ⅥA族B.电负性大小:x(Z)<x(X)<x(Y)C.X的最高价氧化物的水化物酸性比Y的强D.W元素在元素周期表中的s区答案B解析基态X原子的电子总数是其最高能级电子数的3倍,则X的电子排布为1s22s1或1s22s22p2,X为Li或C。Z是金属性最强的短周期元素,Z为Na。在同周期元素中,第一电离能数值比Y大的元素有2种,Y为N。W元素基态原子最外层只有2个电子,且内层轨道均排满,W可能为Mg或Zn。A.Y为第二周期ⅤA族,A项错误;B.同周期从左往右电负性增强,同族元素从下往上电负性增强,则电负性Z<X<Y,B项正确;C.同周期从左往右非金属性增强,最高价氧化物的水化物酸性增强,即X的最高价氧化物的水化物酸性比Y的弱,C项错误;D.若W为Zn,则属于ds区元素,D项错误。4.(2024·盐城模拟)W、X、Y、Z、M为20号以前的元素,原子序数依次增加。W元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn;W与Y位于同一周期,基态Y原子的s轨道与p轨道电子数相等;Z、M元素的基态原子都只有一个未成对电子,它们相互作用形成的离子的电子层结构相同,并且离子最高能级的电子对数等于其能层数,下列说法正确的是()A.简单氢化物的沸点:Z>Y>X>WB.同周期元素第一电离能小于Y的有5种C.氧化物对应的水化物的酸性:Z>X>WD.W、Z形成的化合物和Y、M形成的化合物可能含有非极性键答案D解析W、X、Y、Z、M为20号以前的元素,原子序数逐渐增大,W元素的原子最外层电子排布式为nsnnpn,n=2,外围电子排布2s22p2,为C元素,W与Y位于同一周期,基态Y原子的s轨道与p轨道电子数相等,判断Y为O元素,X为N元素,Z、M元素的基态原子都只有一个未成对电子,它们相互作用形成的离子的电子层结构相同,并且离子最高能级的电子对数等于其最高能层的电子层数,判断Z为Cl元素,M为K元素。A.简单氢化物中X为NH3,Y为H2O,分子间都可以形成氢键,沸点高,水分子形成氢键多,沸点最高,W和Z形成的氢化物,相对分子质量越大,沸点越高,氢化物的沸点:H2O>NH3>HCl>CH3,A错误;B.Y为O元素,为第二周期,从左到右第一电离能呈增大趋势,第ⅡA、ⅤA元素原子的第一电离能大于同周期相邻元素原子,同周期元素第一电离能小于Y的有Li、Be、B、C,共4种,故B错误;C.最高价氧化物对应水化物的酸性为Z>X>W,不是最高价氧化物对应水化物形成的酸性不一定,如HClO<H2CO3,故C错误;D.W、Z形成的化合物C2Cl4中含非极性共价键,Y、M形成的化合物可以是K2O2含有非极性共价键,故D正确。5.(2024·江苏押题卷)[W(X2Z)6]2+[(Y5)2(X2Z)4]2-是合成某种全氮阴离子配合物所需的中间体。其中,X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期主族元素,X元素基态原子的电子只有一种自旋取向,Y与Z是同周期相邻非金属元素,且Y的第一电离能大于Z。下列说法正确的是()A.简单氢化物的沸点:Y>ZB.简单离子的半径:W>Z>Y>XC.1mol该中间体中含σ键的数目为30NAD.X2Z分子的VSEPR模型名称为四面体答案D解析X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期主族元素,X元素基态原子的电子只有一种自旋取向,X为H元素;Y与Z是同周期相邻非金属元素,且Y的第一电离能大于Z,则Y为N元素,Z为O元素,根据[W(X2Z)6]2+[(Y5)2(X2Z)4]2-判断W为+2价金属,即为Mg元素;A.Y和Z的简单氢化物分别为NH3、H2O,沸点H2O>NH3,故A错误;B.N3-、O2-、Mg2+的电子层结构相同,核电荷数越大半径越小,故简单离子的半径:N3->O2->Mg2+