内容正文:
主题三 物质结构与性质 元素周期律
微题型2 元素性质的递变规律 电离能和电负性
主题三 物质结构与性质 元素周期律
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目录
contents
Part 01 真题精做
Part 02 疑难精讲
Part 03 预测演练
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真 题 精 做
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疑 难 精 讲
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N原子的价层电子排布式为2s22p3,
处于半充满,比较稳定,难失电子
Fe3+价层电子排布式为
3d5,为半充满结构,而Fe2+价层电子排布式为3d6
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碳原子半径比氧原子半径大,且核电荷数比氧的小,故碳原子对最外
层电子的吸引力小于氧
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预 测 演 练
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(一)选择题
1.(2025·河北卷)W、X、Y、Z为四种短周期非金属元素,W原子中电子排布已充满的能级数与最高能级中的电子数相等,X与W同族,Y与X相邻且Y原子比X原子多一个未成对电子,Z位于W的对角线位置。下列说法错误的是( )
A.第二电离能:X<Y
B.原子半径:Z<W
C.单质沸点:Y<Z
D.电负性:W<X
答案 A
解析 W、X、Y、Z为四种短周期非金属元素,W原子中电子排布已充满的能级数与最高能级中的电子数相等,则W价电子排布式可能是:1s22s22p2或1s22s22p63s23p4,若W是C,X与W同族,则X是Si,Y与X相邻且Y原子比X原子多一个未成对电子,则Y是P,Z位于W的对角线位置,则满足条件的Z是P,与Y重复;故W是S;X与W同族,则X是O;Y与X相邻且Y原子比X原子多一个未成对电子,则Y是N;Z位于W的对角线位置,则Z是F。基态X(O)原子失去一个电子后电子排布式为1s22s22p3,基态Y(N)原子失去一个电子后电子排布式为1s22s22p2,基态O原子失去一个电子后为半充满的稳定结构,则第二电离能:O>N,即X>Y,A错误;同主族从上到下,原子半径变大,同周期,从左到右
原子半径变小,Z(F)位于第二周期,W(S)位于第三周期,原子半径:S>O>F,即:Z<W,B正确;N2与F2都是分子晶体,F2范德华力大,沸点高,C正确;同主族从上到下,电负性逐渐减小,O的电负性大于S,D正确。
2.(2025·安徽卷)某化合物的结构如图所示。W、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期元素,其中X、Z位于同一主族。下列说法错误的是( )
A.元素电负性:X>Z>Y
B.该物质中Y和Z均采取sp3杂化
C.基态原子未成对电子数:W<X<Y
D.基态原子的第一电离能:X>Z>Y
答案 D
解析 W、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期元素,其中X、Z位于同一主族,且X、Z均形成2个共价键,则X为O,Z为S;Y形成5个共价键且原子序数位于O、S之间,则Y为P;W形成1个共价键,原子序数最小,则W为H。同周期从左向右电负性逐渐增大,同主族从上向下电负性逐渐减小,故元素电负性:O>S>P,即:X>Z>Y,A项正确;该物质中,P原子的价层电子对数为4+ eq \f(5-1×2-1-2,2) =4,为sp3杂化,S原子的价层电子对数为2+ eq \f(6-1-1,2) =4,为sp3杂化,B项正确;基态H原子未成对电子数为1,基态O原子的价电子排布式为2s22p4,未
成对电子数为2,基态P原子的价电子排布式为3s23p3,未成对电子数为3,则基态原子未成对电子数H<O<P,即W<X<Y,C项正确;基态原子的第一电离能同周期从左向右逐渐增大,由于ⅤA族原子的p轨道处于半充满状态,第一电离能大于同周期相邻主族元素,即P>S,D项错误。
3.(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:N<C<O
B.原子半径:C<N<O
C.I eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) 中所有I的孤电子对数相同
D.C3H8N eq \o\al(\s\up1(2+),\s\do1(6)) 中所有N—H极性相同
答案 C
解析 非金属性越强,电负性越大,故电负性:C<N<O,A错误;同周期从左到右,原子半径递减,故原子半径:C>N>O,B错误;碘的价电子数为7,I eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(3)) 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对孤电子对,中心原子I的孤电子对是 eq \f(7+1-2×1,2) =3,C正确;六元环内存在大π键,大π键具有吸电子效应, eq \o(N,\s\up6(+)) —H离大π键比较近,N—H键极性更大,D错误。
(二)简答题
1.[2023·北京,15(2)]比较S原子和O原子的第一电离能大小,从原子结构的角度说明理由:________________________。
答案 I1(O)>I1(S),氧原子半径小,原子核对最外层电子的吸引力大,不易失去一个电子
2.[2023·浙江1月选考,17(2)改编]由硅原子核形成的三种微粒,电子排布式分别为:①[Ne]3s23p2、②[Ne]3s23p1、③[Ne]3s23p14s1,则电离一个电子所需最低能量由大到小的顺序为______________________。
答案 ②>①>③
3.[2022·河北,17(1)(2)](1)基态S原子的价电子中,两种自旋状态的电子数之比为________。
(2)Cu与Zn相比,第二电离能与第一电离能差值更大的是__________,原因是______________________________________。
答案 (1)1∶2(或2∶1) (2)Cu Cu的第一电离能比Zn的第一电离能小,但Cu失去1个电子后形成的Cu+的价层电子排布为3d10,较难失去电子,Zn失去1个电子后形成的Zn+的价层电子排布为3d104s1,较易失去1个电子达到稳定状态,Cu的第二电离能比Zn的第二电离能大
1.“位—构—性”关系模型
2.粒子半径的比较
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:当核电荷数相同时,核外电子数越多,半径越大。
3.电离能
(1)1~36号元素的第一电离能(I1)变化规律
说明:①同周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,第ⅡA、ⅢA族反常;第ⅤA、ⅥA族反常;
②同主族元素从上到下,第一电离能逐渐减小。
(2)应用
①判断元素金属性的强弱
电离能越小,金属越容易失去电子,金属性越强;反之越弱。
②判断元素的化合价
如果某元素的In+1≫In,则该元素的常见化合价为+n价,如钠元素I2≫I1,所以钠元素的常见化合价为+1价。
(3)电离能差异原因解释
【答题模板】
A原子的价层电子排布式为×××,处于半充满(全充满),比较稳定,难失电子。
【应用举例】
①第一电离能N大于O,原因:______________________________
______________________________________。
②从结构上分析Fe3+比Fe2+稳定的原因:______________________
________________________________________________________。
4.电负性
(1)电负性用来描述元素的原子在化合物中吸引键合电子能力的标度。元素的电负性越大,表示其原子在化合物中吸引键合电子的能力越强。
(2)变化规律:一般来说,同周期主族元素,从左到右电负性逐渐增大;同主族元素,从上到下电负性逐渐减小。
(3)电负性的应用
(4)解释元素电负性大小的原因
【答题模板】
A原子比B原子的半径大,且A原子的核电荷数比B原子的小,所以A原子对最外层电子的吸引力小于B,故电负性A小于B。
【应用举例】
请结合核外电子排布相关知识解释,C的电负性小于O的原因:_____________________________________________________________________________________。
(一)选择题
1.下列关于物质结构和性质的说法正确的是( )
A.第2周期元素中,第一电离能介于B、N之间的有1种
B.酸性:CH3COOH<CCl3COOH<CF3COOH
C.H2S与SO2中心原子的杂化方式相同,均为V形结构
D.乙二胺 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2NCH2CH2NH2)) 的沸点比三甲胺 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(N\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CH3))\s\do7(3))) 高的原因是乙二胺存在分子间氢键,三甲胺存在分子内氢键
答案 B
解析 A.同周期元素中从左往右第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族大于第ⅢA族,第ⅤA族大于ⅥA族,则第2周期元素中,第一电离能介于B、N之间的有Be、C、O三种,故A错误;B.电负性F>Cl>H,则吸电子能力:-CH3<-CCl3<-CF3,吸电子能力越强相应羧基的酸性越强,故B正确;C.H2S中S为sp3杂化,SO2中S为sp2杂化,杂化方式不同,故C错误;D.三甲胺分子中三个甲基,不能形成分子内氢键,故D错误;故选B。
2.(2025·山东卷)物质性质与组成元素的性质有关,下列对物质性质差异解释错误的是( )
选项
性质差异
主要原因
A
沸点:H2O>H2S
电离能:O>S
B
酸性:HClO>HBrO
电负性:Cl>Br
C
硬度:金刚石>晶体硅
原子半径:Si>C
D
熔点:MgO>NaF
离子电荷:Mg2+>Na+,O2->F-
答案 A
解析 H2O可形成分子间氢键,故沸点:H2O>H2S,A错误;元素电负性:Cl>Br,故HClO中O—H键极性大,更易断裂,故酸性:HClO>HBrO,B正确;原子半径:Si>C,则键长:Si—Si键>C—C键,键能:Si—Si键<C—C键,根据共价晶体中键能越大,形成的晶体硬度越大可知,硬度:金刚石>晶体硅,C正确;离子晶体的熔点大小与离子键强弱有关,离子所带电荷数越多、离子半径越小,离子键越强,物质熔点越高,离子电荷:Mg2+>Na+、O2->F-,半径:Mg2+<Na+,故熔点:MgO>NaF,D正确。
3.(2025·南通模拟)离子液体是室温或稍高于室温时呈液态的离子化合物,大多数离子液体有体积很大的阴、阳离子。常见的阴离子有AlCleq \o\al(-,4)、PFeq \o\al(-,6)等,一种离子液体的结构如图所示。下列关于构成离子液体常见元素的说法正确的是( )
A.简单离子的半径:r(Al3+)>r(Cl-)>r(F-)
B.稳定性:PH3>NH3
C.第一电离能:I1(C)>I1(B)>I1(Al)
D.酸性:HF>HNO3>H3PO4
答案 C
解析 具有相同电子层结构的离子,核电荷数越大,半径越小,故简单离子的半径:r(F-)>r(Al3+),A错误;元素非金属性越强,其气态氢化物的稳定性越强,故稳定性:NH3>PH3,B错误;同周期元素从左到右,第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族元素的第一电离能大于第ⅢA族元素的第一电离能,故第一电离能:I1(C)>I1(B)>I1(Al),C正确;元素非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性越强,但HF为弱酸,故酸性:HNO3>H3PO4>HF,D错误。
4.(2025·浙江1月卷)根据元素周期律,下列说法不正确的是( )
A.第一电离能:N>O>S
B.化合物中键的极性:SiCl4>PCl3
C.碱性:LiOH>KOH
D.化合物中离子键百分数:MgO>Al2O3
答案 C
解析 同一周期从左到右元素的第一电离能呈增大趋势,第ⅡA族与第ⅤA族元素的第一电离能大于同周期相邻元素,同一主族从上到下元素的第一电离能逐渐减小,故第一电离能:N>O>S,A正确;已知同周期主族元素从左到右电负性依次增大,故电负性:Si<P<Cl,电负性差值越大,键的极性越大,故化合物中键的极性:SiCl4>PCl3,B正确;同一主族元素从上到下金属性依次增强,其最高价氧化物对应水化物的碱性依次增强,故碱性:LiOH<KOH,C错误;因电负性:Mg<Al<O,故Mg与O的电负性差值大于Al与O的电负性差值,电负性差值越大,离子键百分数越大,故化合物中离子键百分数:MgO>Al2O3,D正确。
5.(2025·沈阳一模)短周期主族元素X、Y、Z、R的原子序数依次增大,某种性质递变规律如图所示,下列元素性质与元素对应正确的是( )
A.原子半径:F、Cl、Br、I
B.电负性:Si、P、S、Cl
C.第一电离能:Si、P、S、Cl
D.最高化合价:C、N、O、F
答案 C
解析 A.同主族元素,从上到下原子半径依次增大,则溴原子的原子半径大于氯原子,故A错误;B.同周期元素,从左到右非金属性依次增强,电负性依次增大,则硫元素的电负性大于磷元素,故B错误;C.同周期元素,从左到右第一电离能呈增大趋势,磷原子的3p轨道为稳定的半充满结构,元素的第一电离能大于相邻元素,则第一电离能由大到小的顺序为Cl>P>S>Si,故C正确;D.氟元素的非金属性强,没有正化合价,故D错误;故选C。
(二)简答题
6.(1)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中,核外电子排布相同的是___________(填离子符号)。
(2)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态,若一种自旋状态用+eq \f(1,2)表示,与之相反的用-eq \f(1,2)表示,称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子,其价电子自旋磁量子数的代数和为____________。
答案 (1)K+和P3- (2)+eq \f(3,2)或-eq \f(3,2)
解析 (1)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子分别为H+ (或H-)、O2-、K+和P3-,其中核外电子排布相同的是K+和P3-。(2)对于基态的磷原子,其价电子排布式为3s23p3,其中3s轨道的2个电子自旋状态相反,自旋磁量子数的代数和为0;根据洪特规则可知,其3p轨道的3个电子的自旋状态相同,因此,基态磷原子的价电子的自旋磁量子数的代数和为+eq \f(3,2)或-eq \f(3,2)。
7.(1)基态Fe2+与Fe3+离子中未成对的电子数之比为_________。
(2)Li及其周期表中相邻元素的第一电离能(I1)如表所示。I1(Li)> I1(Na),原因是_____________________________。I1(Be)> I1(B)> I1(Li),原因是________________________。
答案 (1)4∶5
(2)Na与Li同主族,Na的电子层数更多,原子半径更大,故第一电离能更小 Li,Be和B为同周期元素,同周期元素从左至右,第一电离能呈现增大的趋势;但由于基态Be原子的s能级轨道处于全充满状态,能量更低更稳定,故其第一电离能大于B的
8.(1)黄铜是由铜和锌所组成的合金,元素铜与锌的第一电离能分别为ICu=746 kJ·mol-1,IZn=906 kJ·mol-1,ICu<IZn的原因是____________________________________。
(2)《本草纲目》中记载炉甘石(主要成分为ZnCO3)可止血、消肿毒、生肌、明目等。Zn、C、O的电负性由大至小的顺序是________________。
答案 (1)锌失去的是全充满的4s2电子,铜失去的是4s1电子 (2)O>C>Zn
解析 (1)Cu与Zn的第一电离能分别为ICu=746 kJ·mol-1,IZn=906 kJ·mol-1,ICu<IZn的原因是锌失去的是全充满的4s2电子,铜失去的是4s1电子。(2)通常非金属性越强的元素其电负性越大,且一般情况下,非金属的电负性比金属的电负性大,故Zn、C、O电负性由大至小的顺序是O>C>Zn。
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