第4章 核心素养突破5 元素的综合推断-【创新教程】2025年高考化学总复习大一轮教师用书word（人教多选版）

　　　　　　　　　元素的综合推断 [素养突破] 元素周期律、元素周期表是高考的必考内容。题目命题通常有两种：一种是以图、表的形式给出；第二种是以文字形式给出，解题过程中比较图、表中的数据变化趋势，总结出规律或挖掘出文字反映的信息、特征，突破元素推断，培养学生宏观辨识与微观探析素养的发展。 元素推断题的一般思维模板 　　依据原子结构特点推断元素 (1)“阴三、阳四”规律：某元素阴离子最外层电子数与次外层相同，该元素位于第三周期；若为阳离子，则位于第四周期。 (2)“阴上、阳下”规律：电子层结构相同的离子，其电性相同，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。 [典题例证] [例1]　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、－2 B．原子半径大小为Y＞X＞W C．YX的水合物具有两性 D．W单质只有4种同素异形体 解析：A　[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，则它们均为10电子微粒，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。] [素养提升] 　A、B、C、D、E是原子序数依次增大的五种短周期元素且B、C相邻，A元素可以与B、C、E元素分别形成甲、乙、丙三种物质且甲、乙均为10电子化合物，丙为18电子化合物。D元素的最外层电子数与核外电子层数相等。已知：甲＋E2===丙＋B2，甲＋丙===丁，下列说法正确的是(　　) A．离子半径：D>C>B B．A与C两种元素共同形成的10电子粒子有3种 C．D元素在周期表中的位置可以是第二周期第ⅡA族 D．丁物质均由非金属元素组成，只含共价键 解析：B　[A、B、C、D、E是原子序数依次增大的五种短周期元素，A元素可以与B、C、E元素分别形成甲、乙、丙三种物质且甲、乙均为10电子化合物，丙为18电子化合物，则A为H,10电子化合物可能为甲烷、氨气、水、HF；已知甲＋E2===丙＋B2，甲＋丙===丁，则E为双原子分子，故E为Cl，则B为N，且B、C相邻，则C为O，故甲为NH3、乙为H2O、丙为HCl、丁为NH4Cl；D元素的最外层电子数与核外电子层数相等，原子序数大于氧元素，处于第三周期，最外层电子数为3，故D为Al。A.N3－、O2－、Al3＋电子层结构相同，核电荷数越大，离子半径越小，故离子半径N3－>O2－>Al3＋，故A错误；B.H与N两种元素共同形成的10电子粒子有NH3、NH、NH三种，故B正确；C.Al元素在周期表中的位置可以是第三周期第ⅢA族，故C错误；D.丁为NH4Cl，含有离子键、共价键，故D错误。] 　　依据元素及其化合物的性质推断 常见元素及其化合物的特性 (1)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。 (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。 (4)地壳中含量最多的金属元素：Al。 (5)最活泼的非金属元素或无正价的元素或无含氧酸的非金属元素或无氧酸(气态氢化物)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碱性最强的元素或阳离子的氧化性最弱的元素：Cs。 (7)最易着火的非金属元素的单质，其元素是：P。 (8)焰色试验呈黄色的元素：Na (9)焰色试验呈紫色(透过蓝色钴玻璃观察)的元素：K。 (10)单质密度最小的元素：H；密度最小的金属元素：Li。 (11)常温下单质呈液态的非金属元素：Br；金属元素：Hg。 (12)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。 (13)元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应水化物发生化合反应的元素：N；能发生氧化还原反应的元素：S。 (14)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单质的元素：S。 (15)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。 (16)常见的一种元素存在几种单质的元素：C、P、O、S。 [典题例证] [例2]　(2023·全国甲卷)W、X、Y、Z为短周期主族元素，原子序数依次增大，最外层电子数之和为19。Y的最外层电子数与其K层电子数相等，WX2是形成酸雨的物质之一。下列说法正确的是(　　) A．原子半径：X＞W B．简单氢化物的沸点：X＜Z C．Y与X可形成离子化合物 D．Z的最高价含氧酸是弱酸 解析：C　[W、X、Y、Z为短周期主族元素，原子序数依次增大，WX2是形成酸雨的物质之一，根据原子序数的规律，则W为N，X为O，Y的最外层电子数与其K层电子数相等，又因为Y的原子序数大于氧的，则Y电子层为3层，最外层电子数为2，所以Y为Mg，四种元素最外层电子数之和为19，则Z的最外层电子数为6，Z为S，据此解答。A.X为O，W为N，同周期从左往右，原子半径依次减小，所以半径大小为W＞X，A错误；B.X为O，Z为S，X的简单氢化物为H2O，含有分子间氢键，Z的简单氢化物为H2S，没有氢键，所以简单氢化物的沸点为X＞Z，B错误；C.Y为Mg，X为O，他们可形成MgO，为离子化合物，C正确；D.Z为S，硫的最高价含氧酸为硫酸，是强酸，D错误。] [素养提升] 1．短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加，K、L、M均是由这些元素组成的二元化合物，甲、乙分别是元素X、Y的单质，甲是常见的固体，乙是常见的气体。K是无色气体，是主要的大气污染物之一，0.05 mol·L－1丙溶液的pH为1，上述物质的转化关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A．原子半径：W<X<Y B．元素的非金属性：Z>Y>X C．化合物XYZ中只含共价键 D．K、L、M中沸点最高的是M 解析：C　[0.05 mol·L－1丙溶液的pH为1，可知丙为二元强酸，应为H2SO4，K是无色气体，是主要的大气污染物之一，且可生成H2SO4，则应为SO2，可知乙为O2，L为H2O，乙是常见的气体，且与浓硫酸和甲反应生成，可知甲为C，M为CO2，则W为H，X为C，Y为O，Z为S。A项、同周期元素，原子半径从左到右逐渐减小，C>O，A错误；B项、同主族元素，从上到下非金属性逐渐减弱，O>S，B错误；C项、化合物COS都由非金属元素组成，只含共价键，C正确；D项、K、M常温下为气体，L为水，常温下为液体，沸点最高，D错误。] 2．短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加，由这些元素组成的常见物质的转化关系如图所示，其中a、b、d、g为化合物，a为淡黄色固体，c是Z的单质，该单质能与沸水反应，且该单质可制造照明弹，f为固体单质。下列有关说法正确的是(　　) A．简单离子半径：Y>Z>X B．元素的非金属性：W>X C．最高价氧化物对应的水化物的碱性：Y>Z D．X、Y两种元素组成的化合物只含离子键 解析：C　[a为淡黄色固体，且为常见化合物，故a为Na2O2，c能与沸水反应，还可制造照明弹，故c为Mg单质，即Z为Mg，Y为Na；f为固体单质，根据图中各物质的转化关系可知f为C单质，故W为C，X为O；转化关系图中b为CO2，d为Na2CO3，e为O2，g为MgO。简单离子半径O2－ >Na＋>Mg2＋，A项错误；非金属性C<O，B项错误；NaOH的碱性比Mg(OH)2的强，C项正确；O、Na可组成Na2O、Na2O2，前者只含离子键，后者含离子键和共价键，D项错误。] 　　　依据元素周期表的“片段结构”推断元素 熟悉主族元素在周期表中的特殊位置 (1)族序数等于其周期数的元素：H、Be、Al。 (2)族序数等于其周期数2倍的元素：C、S。 (3)族序数等于其周期数3倍的元素：O。 (4)周期数是其族序数2倍的元素：Li、Ca。 (5)周期数是其族序数3倍的元素：Na、Ba。 (6)最高正价与其最低负价代数和为零的短周期元素：H、C、Si。 (7)最高正价是其最低负价绝对值3倍的短周期元素：S。 (8)除H外，原子半径最小的元素：F (9)最高正价不等于其族序数的短周期元素：O(F无正价)。 [典题例证] [例3]　(2021·浙江6月选考)已知短周期元素X、Y、Z、M、Q和R在周期表中的相对位置如下所示，其中Y的最高化合价为＋3。下列说法不正确的是(　　) A．还原性：ZQ2＜ZR4 B．X能从ZO2中置换出Z C．Y能与Fe2O3反应得到Fe D．M最高价氧化物的水化物能与其最低价氢化物反应 解析：A　[A项，ZQ2为CS2，ZR4为CCl4，CS2中硫的还原性强于CCl4中的氯元素，A错误；B项，Mg和CO2发生下述反应：2Mg＋CO22MgO＋C，B正确；C项，Al和Fe2O3发生铝热反应如下：2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe，C正确；D项，M为N，N的最高价氧化物的水化物为HNO3，最低价氢化物为NH3，二者发生如下反应：HNO3＋NH3===NH4NO3，D正确。] [素养提升] 1.(2024·山东部分重点中学联考)四种短周期主族元素在周期表中的位置如图，则下列说法错误的是(　　) A．若Y的最简单氢化物的沸点比M的低，则X单质可与强碱溶液反应 B．简单阴离子半径：M＞Z＞Y C．若Y的氢化物的水溶液呈碱性，则X的氧化物不与任何酸反应 D．最高价氧化物对应的水化物的酸性：Z＞M 解析：C　[若Y的最简单氢化物的沸点比M的低，则Y为C，从而推知X为Al，Al能与强碱溶液反应，A项正确；M、Z的简单阴离子电子层结构相同，则核电荷数越小，离子半径越大，所以简单阴离子半径：M＞Z，M、Z的简单阴离子比Y的多一个电子层，故简单阴离子半径：M＞Z＞Y，B项正确；若Y的氢化物的水溶液呈碱性，则Y为N，从而推知X为Si，SiO2能与氢氟酸反应，C项错误；非金属性：Z＞M，故最高价氧化物对应的水化物的酸性：Z＞M，D项正确。] 2．(2024·河南省实验中学高三开学考)如图为短周期的一部分，Y原子最外层电子数是其电子层数的2倍，下列说法正确的是(　　) X R Y Z A.Y的氢化物比Z的氢化物稳定 B．原子半径大小为Z>Y>R>X C．Y、R形成的化合物YR2能使酸性KMnO4溶液褪色 D．四种元素中最高价氧化物对应的水化物酸性最强的是Y 解析：C　[由元素在周期表中的相对位置可知，X、R处于第二周期，Y、Z处于第三周期，由Y原子最外层电子数是其电子层数的2倍可知，最外层电子数为6，则Y为S，X为C、R为O、Z为Cl。A.同周期元素从左到右元素的非金属性逐渐增强，非金属性Z强于Y，元素的非金属性越强，氢化物越稳定，则Z的氢化物比Y的氢化物稳定，A错误；B.同周期元素从左到右原子半径逐渐减小，同主族元素原子半径从上到下逐渐增大，则原子半径Y大于Z(或X大于R)，B错误；C.二氧化硫具有还原性，可以被酸性高锰酸钾氧化，使酸性高锰酸钾溶液褪色，C正确；D.元素的非金属性越强，最高价氧化物对应水化物的酸性越强，四种元素中Cl的非金属性最强，其最高价氧化物对应水化物的酸性最强，D错误。] 　　　依据分子“空间结构”推断元素 (1)依据个别微粒特殊的空间结构推断，如：结构式、球棍模型等 (2)依据不同非金属元素所形成共用电子对数目推断，如H、F、Cl、Br、I一对；O和S二对；N和P三对；C和Si四对。 [典题例证] [例4]　(2024·济南市模拟)利用不对称反应构建某轴手性化合物，中间产物M结构如图所示。其中X、Y、Z位于同一短周期，第一电离能X＞Z。下列说法正确的是(　　) A．基态原子未成对电子数X＞Y＞Z B．XCl3和YCl3分子的空间构型相同 C．分子M中的X、Y、Z原子不可能在同一平面上 D．分子M中采用sp2杂化与采用sp3杂化的碳原子个数之比为5∶4 解析：D　[同一周期随着原子序数增大，第一电离能增大，N(或P)的2p(或3p)轨道为半充满稳定状态，第一电离能大于同周期相邻元素；X、Y、Z位于同一短周期，X、Y形成3个共价键，Z形成2两个共价键，且第一电离能X＞Z，则X为氮(或磷)、Z为氧(或硫)；X、Y形成3个共价键，Y为硼(或铝)。A.分析可知，基态原子未成对电子数N＞O＞B(或P＞S＞Al)，A错误；B.NCl3中氮形成3个共价键且含有1对孤电子对，为三角锥形；BCl3中B形成3个共价键且无孤电子对，为平面三角形；B错误；C.分子M中Y形成3个共价键且无孤电子对，为sp2杂化，则与Y直接相连的原子可能共面，C错误；D.环上碳原子为sp2杂化，饱和碳原子为sp3杂化，故分子M中采用sp2杂化与采用sp3杂化的碳原子个数之比为10∶8＝5∶4，D正确。] [素养提升] 1.(2024·河北名校联考)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，四种元素可组成一种分子簇，其分子结构如图所示(小球大小表示原子半径的相对大小)，W、X位于不同周期，X原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍，Z的族序数等于其周期数。下列说法正确的是(　　) A．W单质的沸点比X单质的高 B．W、Y组成的化合物为离子化合物 C．Y的最高价氧化物对应的水化物的碱性比Z的弱 D．Y、Z的简单离子均不影响水的电离平衡 解析：B　[X原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍，则X为O；Z的原子序数大于X，且Z的族序数等于其周期数，则Z为Al；W的原子序数比X小，且与X位于不同周期，则W为H；由分子簇中原子半径的相对大小可知Y为Na或Mg，化学式为H2Al2Y2O6，由化合物中各元素正负化合价的代数和为0可知Y为Mg。单质的相对分子质量越大，沸点越高，沸点H2<O2，A项错误；MgH2为离子化合物，B项正确；Mg的金属性比Al的强，则Mg(OH)2的碱性比Al(OH)3的强，C项错误；Mg2＋、Al3＋在水溶液中均能水解，促进了水的电离，D项错误。] 2．(双选)(2024·江西质检)短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W、Z位于同主族，四种元素组成的一种化合物的结构式为。下列说法不正确的是(　　) A．W的最简单氢化物的稳定性比X的强 B．X、Y形成的化合物水溶液显碱性 C．W与Y形成的化合物中一定含有离子键 D．原子半径：Y＜Z＜X＜W 解析：AD　[W、X、Y、Z四种元素依次为O、F、Na、S。氧的非金属性比氟的弱，A项错误；NaF溶液显碱性，B项正确；Na2O2和Na2O中均含有离子键，C项正确；原子半径：Na>S>O>F，D项错误。] ◆[题组1]　晶体类型的判断　 1.(2021·辽宁卷)单质硫和氢气在低温高压下可形成一种新型超导材料，其晶胞如图。下列说法错误的是(　　) A．S位于元素周期表p区 B．该物质的化学式为H3S C．S位于H构成的八面体空隙中 D．该晶体属于分子晶体 解析：D　[A.S的价层电子排布式为：3s23p4，故S位于元素周期表p区，A正确；B.由该物质形成晶体的晶胞可知：S个数为8×＋1＝2，H个数为：12×＋6×＝6，故H、S原子个数比为3∶1，故该物质的化学式为H3S，B正确；.C.S位于H构成的八面体空隙中，如图所示，C正确； D.由于该晶体是一种新型超导材料，说明其是由阴、阳离子构成的，故该晶体属于离子晶体，D错误。] 2．(1)(2019·全国卷Ⅲ)苯胺()的晶体类型是________。 (2)(高考全国卷Ⅲ)①GaF3的熔点高于1 000 ℃，GaCl3的熔点为77.9 ℃，其原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm－3，其晶胞结构如图所示。该晶体的类型为________，Ga与As以________键键合。 (3)(高考全国卷Ⅰ，37(4))CO能与金属Fe形成Fe(CO)5，该化合物的熔点为253 K，沸点为376 K，其固体属于______晶体。 (4)(全国卷Ⅱ)A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素，A2－和B＋具有相同的电子构型，C、D为同周期元素，C核外电子总数是最外层电子数的3倍；D元素最外层有一个未成对电子。 回答下列问题： 单质A有两种同素异形体，其中沸点高的是________(填分子式)，原因是________________________________； A和B的氢化物所属的晶体类型分别为________和________________。 答案：(1)分子晶体 (2)①GaF3为离子晶体，GaCl3为分子晶体　②共价晶体　共价　 (3)分子 (4)O3　O3的相对分子质量较大，范德华力大　分子晶体　离子晶体 ◆[题组2]　典型晶体模型与晶胞计算　 3．(双选)(2023·聊城市二模)LiFePO4的晶胞如图所示，其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构，电池充电时，LiFePO4脱出部分Li＋，形成Li1－xFePO4晶胞。 下列说法正确的是(　　) A．每个LiFePO4晶胞中含有4个O原子 B．Li1－xFePO4晶胞中，≈4.3 C．每个LiFePO4晶胞完全转化为FePO4晶胞时，转移电子数为1 D．1 mol Li1－xFePO4全转化为LiFePO4时，消耗x mol Fe3＋ 解析：BD　[A.由晶胞结构可知，LiFePO4晶胞中位于顶点、面心和棱上的锂离子个数为8×＋4×＋4×＝4，由磷酸铁锂的化学式为LiFePO4可知，晶胞中含有16个氧原子，故A错误；B.由晶胞结构可知，Li1－xFePO4比LiFePO4少了1个面心和1个棱上的锂离子，则1－x＝，解得x＝0.187 5，Li1－xFePO4的化学式为Li0.812 5FePO4，设亚铁离子为a，由元素正负化合价代数和为0可得：0.187 5＋2a＋3(1－a)＝8，解得a＝0.812 5，则＝≈4.3，故B正确；C.由晶胞结构可知，LiFePO4晶胞中位于顶点、面心和棱长的锂离子个数为8×＋4×＋4×＝4，则每个LiFePO4晶胞完全转化为FePO4晶胞时，转移电子数为，故C错误；D.由化学式可知，Li1－xFePO4全转化为LiFePO4时，铁元素的化合价降低，消耗x个铁离子，则1 mol Li1－xFePO4全转化为LiFePO4时，消耗x mol铁离子，故D正确。] 4．(1)(2019·江苏高考(4))一个Cu2O晶胞(如图)中，Cu原子的数目为________。 (2)(2019·全国卷Ⅲ (5))NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示： 这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为__________(用n代表P原子数)。 (3)(全国Ⅲ)GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm－3，其晶胞结构如图所示。Ga和As的摩尔质量分别为MGa g·mol－1和MAs g·mol－1，原子半径分别为rGapm和rAspm，阿伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为________________________________________________________________________。 解析：(1)考查晶胞的计算，白球位于顶点和内部，属于该晶胞的个数为8×＋1＝2，黑球全部位于晶胞内部，属于该晶胞的个数为4，化学式为Cu2O，因此白球为O原子，黑球为Cu原子，即Cu原子的数目为4。 (2)可以根据磷酸根、焦磷酸根、三磷酸根的化学式推导：PO、P2O、P3O 磷原子的变化规律为：1,2,3,4，n 氧原子的变化规律为：4,7,10,3n＋1 酸根电荷的变化规律为：3,4,5，n＋2 因此这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为[PnO3n＋1](n＋2)－。 (3)首先用均摊法计算出1个晶胞中含有As原子的个数：8×＋6×＝4，再通过观察可知1个晶胞中含有4个 Ga原子。4个As原子和4个Ga原子的总体积V1＝ 4× cm3；1个晶胞的质量为4个As原子和4个Ga原子的质量之和，即 g，所以1个晶胞的体积V2＝(MAs＋MGa) cm3。最后由V1/V2即得结果。 答案：(1)4　(2)[PnO3n＋1](n＋2)－ (3)×100% 学科网（北京）股份有限公司 $$