第四讲 物质结构与元素周期律中的常考问题
1．(高考题组合)下列说法正确的是________。
①根据主族元素最高正化合价与族序数的关系，推出卤族元素最高正价都是＋7
(2011·安徽理综，11B)
②同周期元素(除0族元素外)从左到右，原子半径逐渐减小
(2011·天津化学，2B)
③I的化学性质与I相同
(2011·海南理综，4A)
④92U和92U是中子数不同质子数相同的同种核素
(2012·天津理综，3C)
⑤短周期第ⅣA与ⅦA族元素的原子间构成的分子，均满足原子最外层8电子结构
(2012·天津理综，3D)
A．①②③ B．②③⑤
C．③④⑤ D．②③④⑤
2．(2012·大纲全国理综，10)元素X形成的离子与钙离子的核外电子排布相同，且X的离子半径小于负二价硫离子的半径。X元素为( )。
A．Al B．P C．Ar D．K
3.
(2012·福建理综，8)短周期元素R、T、Q、W在元素周期表中的相对位置如图所示，其中T所处的周期序数与族序数相等。下列判断不正确的是( )。
A．最简单气态氢化物的热稳定性：R＞Q
B．最高价氧化物对应水化物的酸性：Q＜W
C．原子半径：T＞Q＞R
D．含T的盐溶液一定显酸性
4．(2011·新课标全国理综，13)短周期元素W、X、Y和Z的原子序数依次增大。元素W是制备一种高效电池的重要材料，X原子的最外层电子数是内层电子数的2倍，元素Y是地壳中含量最丰富的金属元素，Z原子的最外层电子数是其电子层数的2倍。下列说法错误的是( )。
A．元素W、X的氯化物中，各原子均满足8电子的稳定结构
B．元素X与氢形成的原子比为1∶1的化合物有很多种
C．元素Y的单质与氢氧化钠溶液或盐酸反应均有氢气生成
D．元素Z可与元素X形成共价化合物XZ2
考查形式
选择题、填空题
考向曝光
物质结构和元素周期律是每年必考的重点内容，主要是对原子结构、同位素等概念的考查；元素的“原子结构”“在周期表中位置”“基本性质”三者间关系的考查；化学键的考查层次较低，高考考查重点放在对概念的理解上。预计2013年高考，题型会稳中有变，用元素周期表及元素周期律进行现象解释、定性推断、归纳总结等，形式更加灵活，请同学们持续关注！
1．了解元素、核素和同位素的含义。
2．了解原子的构成；了解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的相应关系。
3．了解原子核外电子排布。
4．掌握元素周期律的实质；了解元素周期表(长式)的结构(周期、族)及其应用。
5．以第三周期为例，掌握同一周期内元素性质的递变规律与原子结构的关系。
6．以ⅠA族和ⅦA族为例，掌握同一主族内元素性质递变规律与原子结构的关系。
7．了解金属、非金属在元素周期表中的位置及其性质递变规律。
8．了解化学键的含义；了解离子键、共价键的形成。
知识必记
1．构成原子的粒子及粒子间的关系
(1)原子结构
(2)有关粒子间的关系
①质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。
②质子数＝核电荷数＝中性原子的核外电子数。
③阳离子：质子数＝核外电子数＋电荷数；
阴离子：质子数＝核外电子数－电荷数。
(3)核外电子的排布规律
①各电子层最多容纳的电子数是______个(n表示电子层)。
②最外层电子数不超过____个(K层是最外层时，最多不超过____个)；次外层电子数不超过____个；倒数第三层不超过____个。
③核外电子总是先排布在能量最低的________，然后由____向____，从能量低的电子层逐步向能量高的电子层排布(即排满____层再排____层，排满____层再排____层)。
2．“10电子”的微粒
分子
离子
一核10e－
Ne
N3－、O2－、F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋
二核10e－
HF
OH－
三核10e－
H2O
NH、H2F＋
四核10e－
NH3
________
五核10e－
CH4
________
3.元素周期律
(1)原子结构与元素周期表关系
①电子层数＝__________________________
②最外层电子数＝________＝____________＝________(O、F除外)
③负价绝对值＝____________
(2)元素性质的递变
①主族元素同一周期原子半径____________________________________，同一主族原子半径从上到下________。
②同一周期元素从左到右(同一主族元素从下到上)元素最高价氧化物对应水化物的酸性________，碱性________。
(3)常见特征元素
①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：____。
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：____。
③地壳中含量最多的元素或氢化物在通常情况下呈液态的元素：____；地壳中含量第二的元素：____；地壳中含量最多的金属元素：____。
④最高价氧化物及其水化物既能与强酸反应，又能与强碱反应的中学常见的元素：____。
⑤元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应的水化物能起化合反应的元素：____。
⑥单质最轻的元素：H；组成最轻的金属单质的元素：____。
⑦单质在常温下能与水反应放出气体的短周期元素：__________。
技能必备
1．短周期元素原子的结构特征
(1)原子核中无中子的原子是H。
(2)最外层有1个电子的元素是H、Li、Na。
(3)最外层有2个电子的元素是He、Be、Mg。
(4)最外层电子数等于次外层电子数的元素是Be、Ar。
(5)最外层电子数是次外层电子数2倍的元素是C，是次外层电子数3倍的元素是O，是次外层电子数4倍的元素是Ne。
(6)电子层数与最外层电子数相等的元素是H、Be、Al。
(7)电子总数为最外层电子数2倍的元素是Be。
(8)次外层电子数是最外层电子数2倍的元素是Li、Si。
2．元素的金属性和非金属性强弱的判断依据
(1)金属性强弱
①与水(或酸)反应的难易。
②金属与盐溶液的置换反应。
③金属阳离子的氧化性强弱。
④最高价氧化物对应水化物的碱性强弱。
(2)非金属性强弱
①非金属单质与氢气化合的难易及氢化物的稳定性。
②非金属的置换反应。
③非金属阴离子的还原性强弱。
④最高价氧化物对应水化物的酸性强弱(O、F除外)。
3．比较微粒半径大小的方法
(1)同周期主族元素的原子半径从左至右渐小，如：Na＞Mg＞Al＞Si。
(2)同主族元素的原子或离子半径从上到下渐大，如：Li＜Na＜K，O＜S＜Se，Li＋＜Na＋＜K＋，F－＜Cl－＜Br－。
(3)电子层结构相同(核外电子排布相同)的离子半径(包括阴、阳离子)随核电荷数的增加而减小。如O2－＞F－＞Na＋＞Mg2＋＞Al3＋，可归纳为：核外电子排布相同的离子，核电荷数大的离子半径反而小。
(4)电子数和核电荷数都不同的，一般可通过参照物进行比较。如：比较Al3＋与S2－的半径大小，可找出与Al3＋电子数相同，与S2－同一族元素的O2－比较，Al3＋＜O2－，且O2－＜S2－，故Al3＋＜S2－。
4．化学键与物质的关系
化学键决定物质类别。化学键与物质类别关系可概括如下：
(1)只含有极性共价键的物质一般是不同非金属元素形成的共价化合物，如SiO2、HCl、CH4等。
(2)只含非极性共价键的物质是同种非金属元素形成的单质，如Cl2、P4、金刚石等。
(3)既有极性键又有非极性键的物质一般为多原子(4个原子以上)分子，且相同的原子至少有2个，如H2O2、C2H4等。
(4)只含离子键的物质主要是由活泼非金属元素与活泼金属元素形成的化合物，如Na2S、CaCl2等。
(5)既有离子键又有极性键的物质，如NaOH、K2SO4等；既有离子键又有非极性键的物质，如Na2O2等。
(6)仅由非金属元素形成的离子化合物，如铵盐：NH4Cl、NH4NO3等。
(7)金属元素和非金属元素间可能存在共价键，如AlCl3等。
常考问题9 原子结构的考查
【题型1】
(2012·合肥模拟)不具有放射性的同位素称为稳定同位素，稳定同位素分析法近20年来在植物生理学、生态学和环境科学研究中获得广泛应用。如在陆地生态系统研究中，2H、13C、15N、18O、34S等常用作环境分析指示物。下列有关说法正确的是( )。
A．34S原子核内中子数为16
B．1HO和1HO的相对分子质量不同
C．13C和15N原子核内的质子数相差2
D．2H＋结合OH－的能力比1H＋的更强
破题关键 A项中34S的中子数为18，不正确；B项中H2O的相对分子质量由H和O的质量数决定，两个分子中O的质量数不同，故B项正确；C项中原子序数之差由质子数决定，应该为1，C项不正确；D中2H＋和1H＋化学性质相同，故D项不正确。
答案 B
——有关原子结构的新情景题设陷方向
高考题常以制取或发现的新物质、新元素或新用途的物质作为背景材料，进行有关原子结构的判断和计算，考生容易出现的问题是看不到新物质与常见物质在本质上的相同点，从而被新情境所迷惑。如：
(1)O4、N5等，其实它们分别属氧和氮元素的一种单质，O4与O2、O3，N5与N2属于同素异形体。
(2)NH5其电子式应为[HN,H]＋[H]－，属离子化合物，与H2O反应生成NH3·H2O和H2。HN3与NH3同属共价化合物。
(3)氦元素在地球上主要以He形式存在，而在月球上大量存在的是He，两种原子的差别只是中子数不同，属同位素。
【提升1】
下列关于指定粒子构成的叙述中，不正确的是( )。
A．37Cl与39K具有相同的中子数
B．第114号元素的一种核素X与82Pb具有相同的最外层电子数
C．H3O＋与OH－具有相同的质子数和电子数
D．O与S2－具有相同的质子数和电子数
常考问题10 元素周期表中位、构、性三者关系的综合应用
【题型2】
(2012·山东潍坊模拟)短周期元素甲、乙、丙、丁、戊五种元素在元素周期表中的位置如右图所示，其中戊是同周期中原子半径最小的元素。下列有关判断正确的是( )。
A．最外层电子数：甲＞乙＞丙＞丁＞戊
B．简单离子的离子半径：戊＞丁
C．含有丁元素的酸有多种
D．乙的氢化物多种多样，丙、丁、戊的氢化物各有一种
破题关键 第一周期只有两种元素，而短周期为前三周期，故甲、乙、丙所在周期为第二周期，戊元素原子半径最小，故为第三周期第ⅦA族，即氯元素，由此推知甲、乙、丙、丁分别为B、C、N、S。甲、乙、丙、丁、戊五种元素原子最外层电子数分别为3、4、5、6、7，故A错误；核外电子数相同的简单离子，其离子半径随核电荷数的增加而减小，B错误；丁元素为S，含有S的酸有硫酸、亚硫酸、氢硫酸、硫氰酸等，C正确；氮的氢化物有NH3、N2H4，D错误。
答案 C
——元素的原子序数差与周期表结构的关系
(1)同主族，相邻周期元素原子序数之差的判断。①第ⅠA、ⅡA族元素，相差上一周期元素所在周期所含元素的种数。②第ⅢA～ⅦA族元素，相差下一周期元素所在周期含有的元素的种数。
(2)同周期相邻主族元素原子序数之差的判断。①ⅠA、ⅡA元素或ⅢA～ⅦA相邻元素相差1。②ⅡA、ⅢA元素：若为第二或第三周期则相差1，若为第四或第五周期相差11，若为第六或第七周期则相差25。
【提升2】
(2012·江苏化学，12)短周期元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，X原子的最外层电子数是其内层电子总数的3倍，Y原子的最外层只有2个电子，Z单质可制成半导体材料，W与X属于同一主族。下列叙述正确的是( )。
A．元素X的简单气态氢化物的热稳定性比W的强
B．元素W的最高价氧化物对应水化物的酸性比Z的弱
C．化合物YX、ZX2、WX3中化学键的类型相同
D．原子半径的大小顺序：rY＞rZ＞rW＞rX
【题型3】
(2012·苏州模拟)下表为元素周期表的一部分，已列出10种元素在周期表中的位置。用元素符号回答下列问题。
ⅠA
ⅡA
ⅢA
ⅣA
ⅤA
ⅥA
ⅦA
0
第2周期
⑥
⑦
第3周期
①
③
⑤
⑧
⑩
第4周期
②
④
⑨
(1)10种元素中，化学性质最不活泼的是________。
(2)①③⑤三种元素最高价氧化物对应的水化物中，碱性最强的是________；过量的①的最高价氧化物对应的水化物和⑤的最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式为________________________，离子方程式为________________________。
(3)②③④三种元素形成的离子，离子半径由大到小的顺序是________＞________＞________。
(4)元素⑦的氢化物的化学式为________；该氢化物常温下和元素②的单质反应的化学方程式为__________________________；该氢化物和元素⑧的单质反应的化学方程式为______________________________；
(5)①和⑨的最高价氧化物对应的水化物的化学式分别为________和________。①和⑨两元素形成的化合物的化学式为________；该化合物灼烧时焰色为________色。
(6)⑥和⑧形成的化合物的化学式为________；单质⑨溶于该化合物所得的溶液呈________色。
(7)⑧和⑨两元素的核电荷数之差为________。
破题关键 本题需根据元素周期表进行推断，要求学生对元素在周期表中的位置非常熟悉，可先将对应元素都写出来再进行答题，避免在答题时出现不必要的错误。
(1)根据题中所给的10种元素在元素周期表中的位置，可知⑩元素最不活泼，⑩元素在周期表中的位置为第3周期0族，故⑩元素为Ar。
(2)①③⑤三种元素分别在第3周期ⅠA、ⅡA、ⅢA族，可知①③⑤三种元素分别为Na、Mg、Al，三种元素最高价氧化物对应的水化物的碱性最强的是NaOH。Al(OH)3和过量的NaOH反应的化学方程式为NaOH＋Al(OH)3===NaAlO2＋2H2O，离子方程式为OH－＋Al(OH)3===AlO＋2H2O。
(3)②④元素在第4周期ⅠA、ⅡA族，可知②④元素分别为K、Ca。根据当核外电子排布相同时，核电荷数越大，离子半径越小，可知离子半径②＞④。③④两种元素是同一主族元素，根据同一主族元素随着电子层数递增，原子半径逐渐增大，可知离子半径④＞③，故②③④三种元素形成的离子，离子半径由大到小的顺序是②＞④＞③。
(4)⑦位于第2周期ⅥA族，可知⑦元素为O，所形成的氢化物为H2O，与②元素K反应的化学方程式为2H2O＋2K===2KOH＋H2↑。元素⑧位于第3周期ⅦA族，可知其为Cl元素，其单质为Cl2，Cl2与H2O反应的化学方程式为H2O＋Cl2HClO＋HCl。
(5)①元素为Na，其最高价氧化物对应的水化物为NaOH，⑨元素位于第4周期ⅦA族，可知其为Br，其最高价氧化物对应的水化物为HBrO4。①和⑨两元素形成的化合物的化学式为NaBr，Na元素发生焰色反应时的火焰颜色为黄色。
(6)⑥位于第2周期ⅣA族，可知其为C，元素⑧为Cl，二者形成的化合物的化学式为CCl4。单质⑨为Br2，溶于CCl4所得溶液呈橙红色。
(7)⑧⑨两元素分别为Cl和Br，两元素的核电荷数之差为18。
答案 (1)Ar
(2)NaOH NaOH＋Al(OH)3===NaAlO2＋2H2O OH－＋Al(OH)3===AlO＋2H2O
(3)K＋ Ca2＋ Mg2＋
(4)H2O 2H2O＋2K===2KOH＋H2↑ H2O＋Cl2HClO＋HCl
(5)NaOH HBrO4 NaBr 黄 (6)CCl4 橙红 (7)18
一般来说，对于一种元素利用元素周期律可“知一推二”，即元素在周期表中的位置、原子结构、元素的性质，知道三者中的一个可根据元素周期律推知另外的两个。
【提升3】
几种短周期元素的原子半径及主要化合价如下表：
元素代号
X
Y
Z
W
原子半径/pm
160
143
70
66
主要化合价
＋2
＋3
＋5、＋3、－3
－2
下列叙述正确的是( )。
A．X、Y元素的金属性X＜Y
B．一定条件下，Z单质与W的常见单质直接生成ZW2
C．Y的最高价氧化物对应的水化物能溶于稀氨水
D．一定条件下，W单质可以将Z单质从其氢化物中置换出来
1．文字中的信息；
2．化学方程式中的信息；
3．实验装置图中的信息；
4．实验操作步骤中的信息；
5．图表中的信息；
6．所给数据中的信息。
案例导析
(1)O 第三周期第ⅢA族 Al＞C＞N＞O＞H (3)34 H2SeO4
参考答案
第一部分 高频考点及重点题型突破
第四讲 物质结构与元素周期律中的
常考问题
【细研考题】
1．B
2．D [与Ca2＋核外电子排布相同的离子有S2－、Cl－、K＋等，三者离子半径依次减小，D正确，其他三项错误。]
3．D [由各元素的相对位置可以判断R在第二周期，T、Q、W三种元素在第三周期，再根据T所处的周期序数与族序数相等可判断T为Al，则R为N、Q为Si，W为S。
最简单气态氢化物的稳定性：NH3＞SiH4，故A正确；最高价氧化物对应水化物的酸性：H2SiO3＜H2SO4，故B正确；原子半径：Al＞Si＞C＞N，故C正确；含有铝的盐溶液也可能显碱性，如NaAlO2溶液，故D错误。]
4．A [X原子的最外层电子数是内层电子数的2倍，可推知X为C；元素Y是地壳中含量最丰富的金属元素，则Y为Al；Z原子的最外层电子数是其电子层数的2倍，且Z的原子序数大于Al，故Z为S；元素W是制备一种高效电池的重要材料，且原子序数小于C，可推知W为Li。A项，LiCl中，锂原子是2电子的稳定结构，错；B项，C与H可形成C2H2、C6H6等多种化合物，正确；C项，Al与NaOH溶液或盐酸反应均有H2生成，正确；D项，S与C可形成共价化合物CS2，正确。]
【细研考纲】
知识必记
1．(3)①2n2 ②8 2 18 32 ③电子层 里 外 K L L M
2．H3O＋ NH
3．(1)①周期数 ②主族序数 最高正价数 价电子数
③8－主族序数 (2)①从左到右依次减小(稀有气体元素除外) 依次增大 ②依次增强 依次减弱 (3)①C ②N ③O Si Al ④Al ⑤N、S ⑥Li ⑦Li、Na、F
【细研考点】
提升
1．C [37Cl和39K含有的中子数都是20，A正确；X与82Pb的核电荷数之差为114－82＝32，即相差一个电子层，属于同一主族元素，最外层有相同的电子数，B正确；H3O＋与OH－具有相同的电子数但质子数不同，C错误；O与S2－的电子数都是18，质子数都是16，D正确。]
2．AD [短周期元素中，X、Y、Z、W原子序数递增，X原子最外层电子数是其内层电子总数的3倍，可确定X为氧，Z单质为半导体材料，Z为硅，Y最外层只有两个电子，Y为镁，W与X同族，W为硫。氧的非金属性强于硫，A正确；硫的非金属性强于硅，B错误；MgO含离子键，SiO2和SO3中含共价键，C错误；镁、硅、硫同周期，原子序数递增半径递减，氧、硫同主族，氧原子半径小于硫原子半径，D正确。]
3．D [由半径和主要化合价可确定这四种元素为
N
O
Mg
Al
金属性Mg＞Al，故A错；N2＋O22NO，故B错；Al(OH)3只溶于强碱，而不溶于氨水，故C错；因O2的非金属性比N2强，故反应4NH3＋3O22N2＋6H2O可以发生。]
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