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高考热考法8 元素“位—构—性”关系的分析应用
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)
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
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可能为①1s22s22p2(C)、1s22s22p63s23p4(S)。讨论:①若W为C元素,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,则X为Si、Y为P、Z为P,不合理;②若W为S元素,则X为O、Y为N、Z为F,符合题意,所以四种短周期非金属元素W、X、Y、Z分别为S、O、N、F,据此解答该题。基态X(O)原子失去一个电子后核外电子排布式为1s22s22p3,基态Y(N)原子失去一个电子后核外电子排布式为1s22s22p2,基态O原子失去一个电子后2p能级为半充满的稳定结构,则第二电离能:O>N,A项错误;同主族元素从上到下,原子半径逐渐增大,故原子半径:O<S,同周期主族元素从左到右,原子半径逐渐减小,故原子半径:F<O,故原子半径:F<S,B项正确;Y对应的单质为N2,Z对应的单质为F2,二者均为分子晶体,相对分子质量越大,物质的沸点越高,故沸点:N2<F2,C项正确;同主族元素从上到下,电负性逐渐减小,故电负性:S<O,D项正确。
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(D)
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
解析 W、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期元素,X、Z位于同一主族,由化合物的结构可知,W、X、Y、Z分别为H、O、P、S,据此进行解答。同主族元素从上到下电负性逐渐减小,同周期元素从左到右电负性逐渐增大,故电负性:O>S>P,A项正确;该化合物中P形成4个σ键,无孤电子对,S形成2个σ键,有2对孤对电子,故P和S均采取sp3杂化,B项正确;基态H原子的价层电子排布式为1s1,基态O原子的价层电子排布式为2s22p4,基态P原子的价层电子排布式为3s23p3,则未成对电子数:H<O<P,C项正确;同主族元素从上到下第一电离能逐渐减小,同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族、ⅤA族例外,故第一电离能:O>S、P>S,D项错误。
3.(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(D)
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
解析 X、Y价电子数相等,X、Y属于同一主族,且X形成5个键,Y形成3个键,基态Y的2p轨道半充满,则X为P元素,Y为N元素,X、Z电子层数相同,Z的最外层只有1个未成对电子,Z形成1个键,Z为Cl元素,以此分析。同周期主族元素从左到右,第一电离能整体呈增大的趋势,故第一电离能:P<Cl,A项错误;N和P的简单氢化物分别为NH3和PH3,电负性:N>P,则NH3中成键电子对更靠近中心原子N,成键电子对间斥力更大,键角更大,故键角:NH3>PH3,B项错误;元素的非金属性越强,则其对应最高价含氧酸的酸性越强,非金属性:Cl>N>P,故最高价含氧酸的酸性:HClO4>HNO3>H3PO4,C项错误;N可形成NO、NO2等多种氧化物,P可形成P2O5、P4O6等多种氧化物,Cl可形成Cl2O、ClO2等多种氧化物,D项正确。
4.(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(D)
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
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,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的中心B原子价层电子对数为3+=3,无孤电子对,其空间结构为平面正三角形,正负电荷中心重合,因此BF3为非极性分子,A项错误;NaF为离子晶体,B项错误;同周期元素从左向右,原子半径逐渐减小,同主族元素从上到下,原子半径逐渐增大,因此原子半径:Na>Li>C,C项错误;N2中N原子之间为三键,因此1个N2分子中有2个π键,D项正确。
5.(2025·甘肃卷)X、Y、Z、W、Q分别为原子序数依次增大的短周期主族元素,Y、Q基态原子的价电子数相同,均为其K层电子数的3倍,X与Z同族,W为金属元素,其原子序数等于X与Z的原子序数之和。下列说法错误的是(B)
A.X与Q组成的化合物具有还原性
B.Y与Q组成的化合物水溶液显碱性
C.Z、W的单质均可在空气中燃烧
D.Z与Y按原子数1∶1组成的化合物具有氧化性
解析 X、Y、Z、W、Q分别为原子序数依次增大的短周期主族元素,Y、Q基态原子的价电子数相同,位于同主族,均为其K层电子数的3倍,判断Y为O元素,Q为S元素,X与Z同族,W为金属元素,其原子序数等于X与Z的原子序数之和,判断X为H元素,Z为Na元素,W为Mg元素,据此分析判断。H与S组成的H2S中S为-2价,能被氧化,故H2S具有还原性,A项正确;O与S组成的化合物有SO2、SO3,二者均为酸性氧化物,其水溶液显酸性,B项错误;Na、Mg的单质均能在空气中燃烧,C项正确;Na与O按原子数1∶1组成的化合物为Na2O2,其中O为-1价,故Na2O2具有氧化性,D项正确。
6.(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(D)
A.沸点:ZR3<YR3
B.最高价氧化物的水化物的酸性:Z<W
C.第一电离能:Z<X<W
D.和空间结构均为平面三角形
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的原子序数比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。由于NH3可形成分子间氢键,而PH3不能,因此沸点NH3>PH3,A项错误;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,B项错误;同周期元素从左到右第一电离能有增大趋势,ⅡA族、ⅤA族元素第一电离能大于同周期相邻元素,即第一电离能C<O<N,C项错误;的中心原子价层电子对数为3+=3,属于sp2杂化,为平面三角形,的中心原子价层电子对数为3,属于sp2杂化,为平面三角形,D项正确。
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