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主题三 物质结构与性质 元素周期律
微题型6 元素综合推断
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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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预 测 演 练
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1.(2025·黑吉辽内蒙古卷)化学家用无机物甲(YW4ZXY)成功制备了有机物乙 eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1((YW2)2XZ)) ,开创了有机化学人工合成的新纪元。其中W、X、Y、Z原子序数依次增大,X、Y、Z同周期,基态X、Z原子均有2个单电子。下列说法正确的是( )
A.第一电离能:Z>Y>X
B.甲中不存在配位键
C.乙中σ键和π键的数目比为6∶1
D.甲和乙中X杂化方式分别为sp和sp2
答案 D
解析 (YW2)2XZ为有机物,基态X、Z原子均有2个单电子,X、Z分别为ⅣA族和ⅥA族元素,X、Y、Z同周期、原子序数依次增大,若X、Y、Z为第三周期元素,则X、Y、Z分别为Si、P、S;若X、Y、Z为第二周期元素,则X、Y、Z分别为C、N、O;又YW4ZXY为无机物,(YW2)2XZ为有机物,所以X、Y、Z分别为C、N、O,W、X、Y、Z原子序数依次增大,能形成YW4ZXY,则W为H,综上所述,W、X、Y、Z分别为H、C、N、O。C、N、O同周期,同一周期主族元素,从左到右第一电离能有逐渐增大的趋势,第ⅤA族的第一电离能大于同周期相邻的两种元素,则第一电离能:N>O>C,故A错误;甲为NH4OCN,
NH eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(4)) 中有N原子提供孤对电子、H+提供空轨道形成的N→H配位键,故B错误;乙为CH2NONH2,其中有4个N—H、2个C—N、碳氧原子之间1个σ键,则一个CH2NONH2中有7个σ键、1个π键,σ键与π键的数目比为7∶1,故C错误; 甲为NH4OCN,其中的C原子与N原子形成三键、与O原子形成单键,σ键电子对数为2,无孤对电子,C原子采取sp杂化,乙为CH2NONH2,其中C原子形成3个σ键,即σ键电子对数为3,无孤对电子,C原子采取sp2杂化,故D正确。
2.(2025·陕晋宁青卷)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
答案 D
解析 基态Y的2p轨道半充满,价电子排布式为2s22p3,则Y为N;X、Y、Z均为短周期元素,X、Y价电子数相等,X与Y同主族,则X为P;X、Z电子层数相同,Z的最外层只有1个未成对电子(题图物质中Z形成1个共价键),Z为第三周期元素,基态Z的价电子排布式为3s23p5,则Z为Cl。同周期元素的第一电离能从左到右呈增大趋势,则第一电离能:Cl>P,A错误;X(P)、Y(N)同主族,其简单氢化物PH3与NH3的中心原子杂化类型及孤电子对数均相同,但是N的电负性大于P,使得NH3中成键电子对更偏向中心原子,NH3中成键电子对之间的斥力更大,所以键角:PH3<NH3,B错误;元素的非金属性越强,其最高价含氧酸的酸性越强,非金属性:N>P,所以酸性:HNO3>H3PO4,C错误;N、
P、Cl都能在化合物中呈现多种价态,能与氧形成多种氧化物,N的氧化物有NO、NO2等,P的氧化物有P2O3、P2O5等,Cl的氧化物有Cl2O、ClO2等,D正确。
3.(2025·河南卷)我国科研人员合成了一种深紫外双折射晶体材料,其由原子序数依次增大的五种短周期元素Q、W、X、Y和Z组成。基态X原子的s轨道中电子总数比p轨道中电子数多1,X所在族的族序数等于Q的质子数,基态Y和Z原子的原子核外均只有1个未成对电子,且二者核电荷数之和为Q的4倍。下列说法正确的是( )
A.QY3为极性分子
B.ZY为共价晶体
C.原子半径:W>Z
D.1个X2分子中有2个π键
答案 D
解析 Q、W、X、Y和Z为原子序数依次增大的短周期元素,基态X原子的s轨道中电子总数比p轨道中电子数多1,所以X是N;X所在族的族序数等于Q的质子数,Q是B,所以W是C;基态Y和Z原子的原子核外均只有1个未成对电子,且二者核电荷数之和为Q的4倍,即质子数之和为20,所以Y是F,Z是Na。BF3为平面正三角形结构,结构对称,属于非极性分子,A错误;NaF是离子晶体,B错误;同周期自左向右原子半径逐渐减小,同主族从上到下原子半径逐渐增大,则原子半径:C<Li<Na,C错误;N2分子中含有三键,所以含有2个π键,D正确。
4.(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
答案 A
解析 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,则W为C元素;每个周期的第ⅡA和第ⅤA族元素的第一电离能都比左右相邻元素的高,由于配合物Y3[Z(WX)6]2中Y在外界,说明Y可以形成简单阳离子,故X和Y分别为N和Mg;Z的M层未成对电子数为4,其价层电子排布式为3d64s2,Z为Fe元素,Y3[Z(WX)6]2为Mg3[Fe(CN)6]2。W、X、Y、Z四种元素的单质中,C元素形成的金刚石熔点最高,A错误;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,难溶于NaCl溶液,由于NH4Cl为强酸弱碱盐,其溶液因NH eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(4)) 水解显酸性,可溶解Mg(OH)2,C正确;Mg3[Fe(CN)6]2中Fe3+有空轨道,CN-提供电子对与Fe3+形成配位键,D正确。
1.金属性和非金属性的比较
(1)非金属性强弱判断:①与氢气化合越容易,非金属性越强;②气态氢化物越稳定,非金属性越强;③最高价氧化物对应水化物的酸性越强,非金属性越强;④单质的氧化性越强,非金属性越强。
(2)金属性强弱判断:①金属与水或酸反应置换H2越容易(反应越剧烈),金属性越强;②最高价氧化物对应水化物的碱性越强,金属性越强;③单质的还原性越强(对应离子的氧化性越弱),金属性越强。
2.陈述型元素综合推断题的解题思路
3.常见结构中的共价键数目
(1)卤素原子或氢原子能形成一个共价键。
(2)O、S能形成两个共价键,也可能形成若干配位键。
(3)N、P能形成三个共价键,也可能形成三个共价键、一个配位键,P还能形成五个共价键。
(4)C、Si能形成四个共价键,C也可以形成双键或三键。
(5)B能形成三个共价键,也可以形成三个共价键、一个配位键。
4.结构型元素推断的技巧
结合离子键和共价键成键规律判断原子价电子数,并结合题干信息确定元素。
【例】 化学家利用短周期主族元素X、Y、Z、R、W合成一种高效消毒剂,其分子结构如图所示。已知X、Y、Z、R、W原子序数依次增大且R的原子半径在短周期主族元素中最大。下列说法正确的是( )
A.原子半径:W>R>Z
B.Y的简单氢化物和W的单质相遇会产生白烟
C.R分别与W、Z形成的化合物中含有的化学键种类相同
D.将Y的简单氢化物溶于Z的简单氢化物中,所得体系中存在5种微粒
思路分析
答案 B
解析 同周期主族元素从左到右,原子半径逐渐减小,则原子半径:Na>Cl,A项错误;NH3与Cl2相遇可产生白烟NH4Cl,B项正确;NaCl、Na2O中只含有离子键,而Na2O2中含有离子键和共价键,故所含化学键的种类不一定相同,C项错误;将NH3溶于H2O中,溶液中存在NH3、H2O、NH3·H2O、NHeq \o\al(+,4)、OH-、H+共6种微粒,D项错误。
1.(2025·济南模拟)某离子液体由原子序数依次增大的短周期元素X、Y、Z、W、M组成,结构简式如图。其中Y、Z位于同周期相邻主族,W和M的p轨道均含一个未成对电子。下列说法错误的是( )
A.简单离子半径:W<Z<M
B.第一电离能:W<Y<Z
C.该离子液体的阴、阳离子均含有配位键
D.ZX5中Z的杂化方式为sp3d
答案 D
解析依据结构可知X形成一个共价键,且在五种元素中原子序数最小,则X为H,Y均形成四个共价键,则Y为C,由于Y、Z位于同周期相邻主族,故Z为N元素,该物质阳离子应该是N(CH3)3与H+结合,其中N上有1个孤电子对,H+提供空轨道,二者形成配位键,该物质的阴离子为-1价,结合W和M的p轨道均含有一个未成对电子,故W的价电子结构为3s23p1,M的价电子结构为3s23p5,该阴离子应该为AlCl eq \o\al(\s\up1(-),\s\do1(4)) ,其中Al3+提供空轨道,Cl-提供孤电子对,二者形成配位键,由此可以得知,X为H,Y为C,Z为N,W为Al,M为Cl。A.Al3+、N3-均为10电子微粒,Cl-为18电子微粒,所以Cl-的半径最大,依据序大径小的规律可
知N3->Al3+,因此简单离子半径Al3+<N3-<Cl-,故A正确;B.W为Al,其第一电离能较小,C和N属于相同周期元素,随着原子序数最大,第一电离能有增大的趋势,故第一电离能Al<C<N,故B正确;C.由上述分析可知,该离子液体中阴阳离子中均含有配位键,故C正确;D.NH5应该为NH4H,其中NH eq \o\al(\s\up1(+),\s\do1(4)) 中N的价层电子对数为4,其杂化方式为sp3,故D错误;故选D。
2.(2025·石家庄二模)某离子与其检验试剂GBHA的反应如下图所示,其中M、W、X、Y、Z为电负性依次增大的分属不同三个周期的前20号元素,下列说法正确的是( )
A.键角:XZ2<YW3
B.氢化物的沸点:X<Z
C.可通过电解熔融MCl2 获得 M的单质
D.同周期第一电离能介于X和Z之间的元素有1种
答案 C
解析 M、W、X、Y、Z为电负性依次增大的分属不同三个周期的前20号元素,再结合图中化学键数目可以推断W为H,X为C,Z为O,Y为N,M离子带两个单位正电荷,所以M为Ca(或Mg)。A.XZ2为CO2,中心原子C原子的价层电子对数是2+eq \f(1,2)(4-2×2)=2,没有孤电子对,因此为直线形分子,YW3为NH3,中心原子N原子的价层电子对数是3+eq \f(1,2)(5-3×1)=4,有1对孤对电子,因此为三角锥形,故键角
为CO2> NH3,A错误;B.C的氢化物可以是液态、固态烃类,与O的氢化物水沸点大小关系无法确定,B错误;C.电解熔融CaCl2(或MgCl2)获取单质Ca(或Mg),C正确;D.同周期没有第一电离能介于C和O之间的元素,D错误;故答案选C。
3.(2025·长沙二模)某离子液体结构如图所示。W、X、Y、Z原子序数依次增大,W、X和Y的原子序数之和为14,X和Y基态原子的核外未成对电子数之和为5,Z是第四周期元素。下列说法不正确的是( )
A.该物质的熔点低于NaZ
B.电负性:Y>X>W
C.W、Y、Z可形成既含离子键又含共价键的化合物
D.已知阳离子环与苯环的结构相似,则环上的两个Y原子的杂化方式不同
答案 D
解析 W、X、Y、Z原子序数依次增大,W、X和Y的原子序数之和为14,故W、X和Y应为前两周期的元素,且W只形成1个共价键,W为氢元素。X形成4个共价键,Y形成3个共价键,且X和Y基态原子的核外未成对电子数之和为5,故X为碳元素,Y为氮元素。Z带1个负电荷,且是第四周期元素,则Z为溴元素。A.该物质为离子液体,是室温或接近室温时呈液态的盐类物质,故A正确;B.同周期主族元素,
从左往右,电负性增大,电负性:N>C>H,故B正确;C.H、N、Br可形成既含离子键又含共价键的化合物NH4Br,故C正确;D.阳离子环与苯环的结构相似,则环上的5个原子均为sp2杂化,其中带正电荷的Y原子的p轨道提供1个电子,另一个Y原子的p轨道提供1对电子,形成大π键6,5)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(π))
,故D错误;故选D。
4.(2025·昆明模拟)物质W常用作漂白剂和氧化剂,其构成元素均为短周期主族元素,各元素原子半径与原子序数的关系如图所示,实验室中常用CS2洗涤残留在试管壁上的N单质。下列说法错误的是( )
A.X、Z形成的化合物与M、N形成的化合物可以发生氧化还原反应
B.实验室中用CS2洗涤残留在试管壁上的N单质,利用了N单质的还原性
C.Z的氢化物的沸点不一定大于Y的氢化物的沸点
D.化合物W常用作氧化剂,不宜在高温下使用
答案 B
解析 物质W常用作漂白剂和氧化剂,其构成元素均为短周期主族元素,各元素原子半径与原子序数的关系如图所示,X位于第一周期,为H元素,Y、Z位于第二周期,M、N位于第三周期;实验室中常用CS2洗涤残留在试管壁上的N单质,则N为S元素;Y形成4个共价键,Z形成2个共价键,M形成的+1价阳离子,则Y为C元素,Z为O元素,M为Na元素,以此分析解答。根据分析可知,X为H元素,Y为C元素,Z为O元素,M为Na元素,N为S元素,A.X、Z形成的化合
物为水和过氧化氢,M、N形成的化合物为硫化钠,过氧化氢能够与硫化钠发生氧化还原反应,故A正确;B.N的单质为硫,硫单质为非极性分子,CS2为非极性溶剂,根据相似相溶原理,硫单质易溶于CS2,所以实验室中用CS2洗涤残留在试管壁上的硫单质,与S单质的还原性无关,故B错误;C.Y的氢化物为烃,Z的氢化物为水、双氧水,碳原子数较多的烃常温下为固态,其沸点大于水和双氧水,Z的氢化物的沸点不一定大于Y的氢化物的沸点,故C正确;D.W分子中含有H-O-O-H结构,结合过氧化氢性质可知,化合物W具有强氧化性,可用作氧化剂,但过氧化氢不稳定,该物质不宜在高温下使用,故D正确。答案选B。
5.(2025·安徽三模)我国科学家成功合成了世界上首个五氮阴离子盐eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Y5))
eq \s\do7(6)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(W3X))
eq \s\do7(3)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(YW4))
eq \s\do7(4)Z,经X射线衍射测得该化合物的晶体结构,其局部结构如图所示。其中Y为氮原子,W与X、W与Y均可形成10电子化合物,Z与其他原子均不同族,且Z的单质可以用于自来水消毒,图中虚线表示氢键。
下列说法正确的是( )
A.键角:YW3>W2X
B.电负性:Z>X
C.阴离子Neq \o\al(-,5)中的N原子为sp杂化
D.该晶体中含有的两种阳离子具有相同的空间结构
答案 A
解析 结合图示结构,W为氧,Y为氮原子,则X为氧,Z的单质可以用于自来水消毒,则Z为氯,据此分析。键角:NH3>H2O,故A正确;电负性:O>Cl,故B错误;根据图示阴离子Neq \o\al(-,5)结构可知,N原子为sp2杂化,故C错误;该化合物中的两种阳离子分别为NHeq \o\al(+,4)和H3O+,空间构型分别为正四面体与三角锥形,故D错误。
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