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秘籍09 物质结构与性质(含元素周期律)-备战2023年高考化学抢分秘籍(新高考专用)
展开秘籍09 物质结构与性质(含元素周期律)
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元素周期表、周期律、原子结构与性质、分子结构与性质的综合分析及应用
本专题命题采取结合新科技,新能源等社会热点为背景,命题的形式分为选择题和填空题,原子的结构与性质、分子的结构与性质是命题的三大要点。从大题的构成来看,给出一定的知识背景,然后设置成4—5个小题,每个小题考查一个知识要点是主要的命题模式,内容主要考查基本概念,如电子排布式,轨道式,电离能,电负性,杂化方式以及空间构型等,也可联系有机考查有机物中C原子的杂化。
考点一 、 “位—构—性”的关系及其应用
1.原子序数与元素位置的“序数差值”规律
(1)同周期相邻主族元素的“序数差值”规律。
①除第ⅡA族和第ⅢA族外,其余同周期相邻元素序数差为1。
②同周期第ⅡA族和第ⅢA族元素,其原子序数差分别是:第二、三周期相差1,第四、五周期相差11,第六、七周期相差25。
(2)同主族相邻元素的“序数差值”规律。
①第二、三周期的同族元素原子序数相差8。
②第三、四周期的同族元素原子序数相差有两种情况:第ⅠA族、ⅡA族相差8,其他族相差18。
③第四、五周期的同族元素原子序数相差18。
④第五、六周期的同族元素原子序数镧系之前的相差18,镧系之后的相差32。
⑤第六、七周期的同族元素原子序数相差32。
2.元素金属性、非金属性强弱的实验比较法
(1)元素金属性强弱的实验比较法。
①单质与水或非氧化性酸反应越剧烈,金属性越强。
②单质还原性越强或离子氧化性越弱,金属性越强。
③最高价氧化物对应水化物的碱性越强,金属性越强。
④若Xn++Y―→X+Ym+,则Y金属性比X强。
(2)元素非金属性强弱的实验比较法。
①与H2化合越容易,气态氢化物越稳定,非金属性越强。
②单质氧化性越强,阴离子还原性越弱,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。
④An-+B―→Bm-+A,则B非金属性比A强。
3.元素性质递变规律
(1)同周期,从左到右,主族元素的金属性减弱,非金属性增强。
(2)同主族,从上到下,元素的金属性增强,非金属性减弱。
4.“四看”突破粒子半径大小比较
(1)“一看”电子层数:当最外层电子数相同,电子层数不同时,电子层数越多,半径越大。(同主族)
(2)“二看”核电荷数:当电子层数相同时,核电荷数越大,半径越小。(同周期)
(3)“三看”核外电子数:当电子层数和核电荷数均相同时,核外电子数越多,半径越大。(同元素)
(4)“四看”原子序数:当核外电子数相同时,原子序数越高,离子半径越小。(同结构)
5.建立“位—构—性”关系模型
这类题目往往将元素化合物知识、物质结构理论、化学基本理论等知识串联起来,综合性较强,难度较大,解题的关键是正确推断元素,常用的主要方法有:
(1)原子或离子结构示意图。
(2)元素主要化合价的特征关系。
(3)原子半径的递变规律。
(4)元素周期表中短周期的特殊结构。
如:①元素周期表中第一周期只有两种元素H和He,H元素所在的第ⅠA族左侧无元素分布;
②He为0族元素,0族元素为元素周期表的右侧边界,0族元素右侧没有元素分布。
利用这个关系可以确定元素所在的周期和族。
如:已知X、Y、Z、W四种短周期元素的位置关系如图:
则可以推出X为He,再依次推知Y为F、Z为O、W为P。
考点二、第一电离能、电负性
(1)元素第一电离能的周期性变化规律。
一般
规律
同一周期,随着原子序数的增加,元素的第一电离能呈现增大的趋势,稀有气体元素的第一电离能最大,碱金属元素的第一电离能最小;同一主族,随着电子层数的增加,元素的第一电离能逐渐减小
特殊
情况
第一电离能的变化与元素原子的核外电子排布有关。通常情况下,当原子核外电子排布在能量相等的轨道上形成全空(p0、d0、f0)、半满(p3、d5、f7)和全满(p6、d10、f14)结构时,原子的能量较低,该元素具有较大的第一电离能。如同周期主族元素,第ⅡA族元素的原子最外层s能级全充满、ⅤA族元素的原子最外层p能级半充满,比较稳定,所以其第一电离能大于同周期相邻的主族元素
(2)电负性大小判断。
规律
在周期表中,同周期主族元素电负性从左到右逐渐增大,同主族从上往下逐渐减小
方法
常常应用化合价及物质类别判断电负性的大小,如O与Cl的电负性比较:①HClO中Cl为+1价、O为-2价,可知O的电负性大于Cl;②Al2O3是离子化合物、AlCl3是共价化合物,可知O的电负性大于Cl
考点三、与分子结构有关的两种理论
1.杂化轨道理论
①基本观点:杂化轨道成键满足原子轨道最大重叠原理;杂化轨道形成的共价键更加牢固。
②杂化轨道类型与分子立体构型的关系
杂化轨道类型
杂化轨道数目
分子立体构型
实例
sp
2
直线形
CO2、BeCl2、HgCl2
sp2
3
平面三角形
BF3、BCl3、CH2O
V形
SO2、SnBr2
sp3
4
四面体形
CH4、CCl4、CH3Cl
三角锥形
NH3、PH3、NF3
V形
H2S、H2O
注意:杂化轨道数=与中心原子结合的原子数+中心原子的孤电子对数。
2.价层电子对互斥理论
①基本观点:分子的中心原子上的价层电子对(包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对)由于相互排斥,尽可能趋向彼此远离。
②价层电子对数的计算
中心原子的价层电子对数=σ键电子对数(与中心原子结合的原子数)+中心原子的孤电子对数=σ键电子对数+(a-xb)
其中a为中心原子的价电子数,x、b分别为与中心原子结合的原子数及与中心原子结合的原子最多能接受的电子数(H为1,其他原子为“8-该原子的价电子数”)。微粒为阳离子时,中心原子的价电子数要减去离子所带电荷数;微粒为阴离子时,中心原子的价电子数要加上离子所带电荷数。如SO2中硫原子的孤电子对数为=1;H3O+中氧原子的孤电子对数为=1;CO中碳原子的孤电子对数为=0。
【易错提醒】在计算孤电子对数时,出现0.5或1.5,则把小数进位为整数,即1或2。如NO2的中心原子N的孤电子对数为=0.5≈1,则价层电子对数为3,故VSEPR模型为平面三角形,分子立体构型为V形。
③利用价层电子对互斥理论判断分子(或离子)立体构型
价层电子对数
孤电子对数
分子(或离子)立体构型
示例
2
0
CO2、BeCl2
3
0
BF3、SO3、CO
3
1
SO2
4
0
CH4、NH、SO、CCl4
4
1
NH3、PCl3、H3O+
4
2
H2O、H2S
技法一、判断杂化轨道类型的一般方法
(1)看中心原子有没有形成双键或叁键,如果有1个叁键,则其中有2个π键,是sp杂化;如果有1个双键,则其中有1个π键,是sp2杂化;如果全部是单键,则是sp3杂化。
(2)杂化轨道数等于中心原子的孤对电子对数与相连的其他原子个数之和。若和为2,则中心原子sp杂化;若和为3,则中心原子sp2杂化;若和为4,则中心原子sp3杂化。如NH3,N原子有1对孤电子对,另外与3个氢原子成键,所以为1+3=4,为sp3杂化;再如CO2,C原子没有孤电子对,与2个氧原子成键,所以为0+2=2,为sp杂化。
3.中心原子A的价层电子对数的计算方法:
对ABm型化合物,中心原子A的价层电子对数n=,计算时一般说来,价电子数即为最外层电子数,但B为卤素原子、氢原子时,提供1个价电子,若为氧原子、硫原子时,则不提供电子。
4.等电子体的判断方法
(1)判断方法:一是同主族变换法,如CO2与CS2、CF4与CCl4是等电子体,二是左右移位法,如N2与CO,CO、NO 与SO3是等电子体。如果是阴离子,价电子应加上阴离子所带的电荷数;如果是阳离子,价电子应减去阳离子所带的电荷数。如NH价电子为8,CO价电子为24。
(2)常见的等电子体
微粒
通式
价电子总数
立体构型
CH4、NH
AX4
8e-
正四面体形
CO、N2
AX
10e-
直线形
CO2、CNS-、NO、N
AX2
16e-
直线形
SO2、O3、NO
AX2
18e-
V形
CO、NO、SO3
AX3
24e-
平面三角形
PO、SO、ClO
AX3
26e-
三角锥形
SO、PO
AX4
32e-
正四面体形
技法二、键的极性与分子极性的关系
类型
实例
两个键之间的夹角
键的极性
分子的极性
空间构型
X2
H2、N2
-
非极性键
非极性分子
直线型
XY
HCl、NO
-
极性键
极性分子
直线型
XY2(X2Y)
CO2、CS2
180°
极性键
非极性分子
直线型
SO2
120°
极性键
极性分子
三角形
H2O、H2S
104.5°
极性键
极性分子
V形
XY3
BF3
120°
极性键
非极性分子
平面三角形
NH3
107.3°
极性键
非极性分子
三角锥形
XY4
CH4、CCl4
109.5°
极性键
非极性分子
正四面体
例1.(2023·上海宝山·统考一模)甲~戊均为短周期主族元素,在元素周期表中的相对位置如下图所示,戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸,下列说法可能错误的是
甲
丁
乙
丙
戊
A.非金属性:丙<戊
B.单质的熔点:甲>乙
C.简单氢化物的稳定性:丁>戊
D.最外层电子数:乙<丙
例2.(2023·河南安阳·统考二模)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,原子序数之和为32;M是由这四种元素组成的化合物,其化学式为YZX2W2(其中每种元素只有一种化合价);将8.0gM投入水中有刺激性气味的气体放出,该气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,向所得溶液中通入足量的CO2,经过滤等一系列操作后得到7.8g的白色固体。下列叙述错误的是
A.四种元素中有两种金属元素
B.原子半径:Y>Z>X
C.M与盐酸反应能生成三种离子化合物
D.Y元素最高价氧化物的水化物能溶解Z元素最高价氧化物
例3.(2023·浙江嘉兴·统考二模)(三氟化硼)熔点-127℃,沸点-100℃,水解生成(硼酸,结构如图)和(氟硼酸),与氨气相遇立即生成白色的(氨合三氟化硼)固体。下列说法不正确的是
A.和中心硼原子杂化方式不同
B.晶体含有6mol氢键
C.显酸性原因:
D.结构式为
例4.(2023·山东·潍坊一中校联考模拟预测)钴(Co)在化学上称为铁系元素,其化合物在生产生活中应用广泛。以甲醇为溶剂,Co2+可与色胺酮分子配位结合形成对DNA具有切割作用的色胺酮钴配合物(合成过程如图所示),下列说法错误的是
A.色胺酮分子中所含元素第一电离能由大到小的顺序为N>O>H>C
B.色胺酮分子中N原子均为sp3杂化
C.色胺酮钴配合物中钴的配位数为4
D.X射线衍射分析显示色胺酮钴配合物晶胞中还含有一个CH3OH分子,CH3OH是通过氢键作用与色胺酮钴配合物相结合
1.(2023春·河南郑州·高三统考)科学家合成出了一种新化合物(如图所示),其中W、X、Y、Z为同一短周期元素,Z核外最外层电子数是X核外电子数的一半。下列叙述正确的是
A.与Z同主族元素的氢化物中,Z的氢化物稳定性最强
B.W、X、Y、Z四种元素的原子半径,X的最大
C.自然界中的水晶、玛瑙的主要成分为X的氧化物
D.X的最高价氧化物的水化物为强酸
2.(2023·黑龙江哈尔滨·哈尔滨三中校考二模)抗癌药阿霉素与环糊精在水溶液中形成超分子包合物,增大了阿霉素的水溶性,控制了阿霉素的释放速度,从而提高其药效。下列说法错误的是
A.阿霉素分子中碳原子的杂化方式为sp2、sp3
B.红外光谱法可推测阿霉素分子中的官能团
C.阿霉素分子含有羟基、羧基和氨基
D.阿霉素分子中,基态原子的第一电离能最大的元素为N
3.(2023·浙江·校联考二模)胆矾的结构示意图如图。下列有关胆矾的说法正确的是
A.氧原子参与形成配位键和氢键两种化学键
B.上述结构中所有氧原子都采取杂化
C.配位后形成的空间结构是正八面体
D.胆矾中的水在不同温度下可能会分步失去
4.(2023·上海虹口·统考二模)短周期主族元素W、X、Y、Z、Q原子序数依次增大。W与Q同主族,且Q的原子序数是W的2倍;X的简单离子在同周期元素形成的简单离子中半径最小。下列说法正确的是
A.元素最高正价:W = Q B.原子半径:W>X
5.(2023·辽宁·校联考二模)一种新型锅炉水除氧剂的结构式如图所示,图中W,X,Z,Y是原子序数依次增大的短周期元素,W和Y化合成的某种化合物是一种绿色氧化剂。下列说法中正确的是
A.基态X原子核外有三种能量不同的电子
B.W和X形成的氢化物的键角一定小于ZW3分子的键角
C.Z元素的氧化物对应的水化物一定为强酸
D.X和Y形成的某种分子中可能只有π键而没有σ键
6.(2023·湖北·武汉二中校联考二模)某化合物结构如图所示。其中为原子序数依次增大的短周期非金属元素,X是有机分子的骨架元素,W基态原子的M层为全充满、N层只有一个电子。下列说法正确的是
A.原子半径: B.第一电离能:
C.该配合物中X均满足8电子稳定结构 D.该配合物中X的杂化类型有
7.(2023·浙江·校联考二模)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,X原子核外p能级上的电子总数与s能级上的电子总数相等,Y原子核外没有未成对电子,Z的单质晶体是应用最广泛的半导体材料,W与X位于同一主族。下列说法正确的是
A.简单离子半径X的比Y的小
B.Y的第一电离能比同周期相邻两种元素的大
C.Z的常见氧化物是一种离子晶体
D.W的简单氢化物是非极性分子
8.(2023春·安徽·高三统考)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的前20号主族元素,Y的单质与石灰乳反应可制备漂白粉,W、X、Y三种元素组成化合物XYW的水溶液能使红色的布条褪色,Z原子的最外层电子数与其核外电子总数之比为1:10。下列说法正确的是
A.简单离子半径:Z>Y>X>W
B.第一电离能:W
D.在自然界中,元素Y既有游离态,又有化合态
9.(2023春·山西·高三校联考)布洛芬是一种解热镇痛药,其结构简式如图所示。下列有关该物质的说法错误的是
A.分子式为 B.碳原子有两种杂化方式
C.能与溶液反应 D.所有的碳原子一定共面
10.(2023·湖南·校联考二模)2022年诺贝尔化学奖授予了对点击化学和生物正交化学做出贡献的三位科学家。我国科学家在寻找新的点击反应砌块的过程中,意外发现一种安全、高效的合成化合物,其结构简式如图所示,其中X、Y、Z和W是原子序数依次增大的短周期元素,W的原子序数是Y的二倍。下列说法错误的是
A.简单氢化物的稳定性:Z>Y B.含氧酸的酸性:W>X
C.X与Y能形成多种二元化合物 D.分子结构中除W外,其他元素均满足8电子结构
11.(2023·河北沧州·统考一模)X、Y、Z、Q、R为原子序数依次增大的1~36号元素,基态X原子核外最外层有2个未成对的电子,且没有空轨道,Y的简单离子在同周期中离子半径最小,Z和X同主族,Q的一种氧化物常用作水处理剂,R原子的M层全充满,且最高能层只有一个电子,下列说法错误的是
A.为含有非极性键和极性键的极性分子
B.简单氢化物的键角:
C.Z单质和R单质直接化合生成
D.分子中存在配位键
12.(2023春·湖北武汉·高三统考)工业上制备硫酸时,用98.3%的浓硫酸吸收得到组成为的发烟硫酸。当时形成焦硫酸(),结构如图所示,它与水作用生成硫酸。下列关于焦硫酸的说法错误的是
A.属于极性分子 B.具有强氧化性
C.所有S和O均为杂化 D.其盐的溶液呈酸性
13.(2023·宁夏银川·统考一模)某种天然硅酸盐矿石主要成分的化学式为R[Z2W3Y10]•3X2Y,其中X、Y、Z、W、R是主族元素,原子序数依次增大,且处于四个不同周期。Y元素是地壳中含量最高的元素,化合物RY在实验室中常用作干燥剂。下列说法正确的是
A.原子半径:W>Z>Y B.工业制备Z单质采用热还原法
C.X和R形成的化合物,X显负价 D.W的最高价氧化物可溶于稀硝酸
14.(2023·河北沧州·统考一模)化合物A主要用作磷化铝中间体,也用于医药,其结构如图所示。已知:W、X、Y、Z为四种短周期主族元素,原子序数依次增大,Z的某种单质是生命活动中不能缺少的物质,下列说法错误的是
A.原子半径: B.化合物A中Y显价
C.简单氢化物稳定性: D.由W、Y、Z三种元素组成的化合物一定抑制水的电离
15.(2023·吉林延边·统考二模)我国“祝融号”火星车成功着陆火星,发现其矿脉中含有原子序数依次增大的短周期主族元素W、X、Y、Z。已知W、Z同主族,且Z的原子序数是W的2倍,X的氢化物可用于蚀刻玻璃,Y与Z最外层电子数之和等于8。下列说法正确的是
A.离子半径: Z>Y>W>X
B.ZW2为含极性键的非极性分子
C.简单氢化物的稳定性: X>W>Z
D.同周期第一电离能小于Z的元素有5种
16.(2023·河南新乡·模拟)一种由四种短周期主族元素组成的化合物(结构如图所示)可用于制化肥、药物、木材防火剂,其中W、X、Y、Z的原子序数依次增大,且X与Y、Z均相邻。下列有关说法错误的是
A.原子半径:Z>X>Y
B.XW3和ZW3的键角前者大于后者
C.该化合物的阴离子中除W元素外,所有原子最外层均满足8电子结构|
D.W、X、Y三种元素形成的化合物中可能既含离子键,又含共价键
17.(2023·黑龙江哈尔滨·模拟)Bi为第VA族元素,铋酸钠是分析化学中的重要试剂,不溶于冷水。测定NaBiO3粗产品纯度的步骤如下:①将NaBiO3粗产品加入足量稀硫酸和稀MnSO4溶液中,充分反应后,溶液变为紫红色,同时生成Bi3+;②向①中反应后的溶液中滴加一定浓度的草酸(H2C2O4)标准溶液,通过消耗草酸标准溶液的体积计算产品纯度。
下列有关说法正确的
A.BiO的空间结构为三角锥形
B.草酸分子中σ键与π键个数之比为3:1
C.步骤①中反应的离子方程式为5BiO+2Mn2++14H+=5Bi3++2MnO+7H2O
D.步骤②中反应的氧也产物和还原产物的物质的量之比为5:1
18.(2023·湖北武汉·华中师大一附中校考)三甲基铝的结构如图所示,在常温常压下为无色透明液体,暴露空气中瞬间着火,与水反应剧烈并生成甲烷。下列推测不合理的是
A.Al的杂化方式是
B.可与形成稳定的配合物
C.与足量反应可得到
D.若在空气中发生燃烧,可以用泡沫灭火器灭火
19.(2023·山东淄博·高三模拟)X、Y、Z、W为原子序数递增的四种短周期元素,W的s能级电子数量比p能级的少1个且s能级上有一个未成对电子;Z的原子序数等于X、Y原子序数之和,A、B、C分别为X、Y、Z形成的二元化合物,D、M分别为Y、Z元素形成的单质,相互转化关系如图。下列说法正确的是
A.氢化物的沸点:
B.第一电离能:
C.B是酸性氧化物
D.A中所有原子最外层都满足8电子结构
20.(2023·辽宁大连·高三模拟)已知氯化1-乙基-3-甲基咪唑()被广泛应用于有机合成和聚合反应、分离与提纯以及电化学研究中。下列说法错误的是
A.电负性:Cl>C>H
B.五元环处于同一平面,则两个氮原子的杂化方式分别为sp3、sp2
C.1mol氯化1-乙基-3-甲基咪唑中含有σ键数目为19NA
D.氯化1-乙基-3-甲基咪唑中的化学键类型:离子键、共价键
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