高中化学专题复习物质的结构和元素周期律.docx
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高中化学专题复习物质的结构和元素周期律
物质的结构和元素周期律
[考纲要求] 1.了解元素、核素和同位素的含义。
2.了解原子构成；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互关系。
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和ⅦA族为例，掌握同一主族内元素性质的递变规律与原子结构的关系。
7.了解金属、非金属在周期表中的位置及其性质递变的规律。
8.了解化学键的定义；了解离子键、共价键的形成。
9.了解物质的组成、结构和性质的关系。
考点一 微粒结构及相互作用力
原子结构、离子结构是物质结构的核心内容，同样也是高考的重要考点。
复习时，注意掌握常用规律，提高解题能力；重视知识迁移、规范化学用语。
根据考纲，应从以下五个方面掌握。
1．明确微粒间“三个”数量关系
中性原子：
核电荷数＝核内质子数＝核外电子数＝原子序数
阴离子：
核外电子数＝质子数＋所带的电荷数
阳离子：
核外电子数＝质子数－所带的电荷数
2．“四同”的判断方法
判断的关键是抓住描述的对象。
（1）同位素——原子，如
H、
H、
H。
（2）同素异形体——单质，如O2、O3。
（3）同系物——有机化合物，如CH3CH3、CH3CH2CH3。
（4）同分异构体——有机化合物，如正戊烷、新戊烷。
3．注意易混淆的问题
（1）同种元素，可以有若干种不同的核素，即核素种类远大于元素种类。
（2）元素有多少种核素，就有多少种原子。
（3）同位素是同一元素不同原子的互相称谓，不指具体原子。
（4）同一元素的不同同位素原子其质量数不同，核外电子层结构相同，其原子、单质及其构成的化合物的化学性质几乎完全相同，只是某些物理性质略有差异。
4．巧记10e－、18e－微粒
10电子体和18电子体是元素推断题的重要突破口。
此外，由10电子体中的CH4、NH3、H2O、HF失去一个H剩余部分的—CH3、—NH2、—OH、—F为9电子体，两两组合得到的物质如CH3CH3、CH3OH、H2O2、N2H4、F2等也为18电子体。
5．澄清化学键与化合物的关系
说明
（1）当化合物中只存在离子键时，该化合物是离子化合物。
（2）当化合物中同时存在离子键和共价键时，该化合物是离子化合物。
（3）当化合物中只存在共价键时，该化合物是共价化合物。
（4）在离子化合物中一般既含有金属元素又含有非金属元素（铵盐除外）；共价化合物一般只含有非金属元素，但个别含有金属元素，如AlCl3也是共价化合物；只含有非金属元素的化合物不一定是共价化合物，如铵盐。
（5）非金属单质只有共价键（稀有气体除外）。
（6）气态氢化物是共价化合物，只含共价键，而金属氢化物（如NaH）是离子化合物，含离子键。
（7）离子晶体熔化时破坏离子键，原子晶体熔化时破坏共价键，而分子晶体熔化时破坏分子间作用力。
（8）分子的稳定性与分子间的作用力无关，而与分子内部的化学键的强弱有关。
题组一 化学用语“再回首”
1．正误判断，正确的划“√”，错误的划“×”。
（1）
O2－的结构示意图
（×）
（2）质子数为94，中子数为144的钚（Pu）原子
Pu（×）
（3）过氧化钙（CaO2）的电子式
（√）
（4）H2O2的结构式H—O===O—H（×）
（5）乙醇分子中甲基的电子式
，羟基的电子式
（×）
（6）NH4I的电子式
（×）
题组二 辨析概念比较数量
2．（2015·上海，1）中国科学技术名词审定委员会已确定第116号元素Lv的名称为鉝。
关于
Lv的叙述错误的是（ ）
A．原子序数116B．中子数177
C．核外电子数116D．相对原子质量293
答案 D
3．（2014·上海，7）下列各组中两种微粒所含电子数不相等的是（ ）
A．H3O＋和OH－B．CO和N2
C．HNO2和NO
D．CH
和NH
答案 D
解析 本题考查微粒中电子数目的计算。
CH
中的电子数为8，NH
中电子数为10，二者不相等。
题组三 “10e－、18e－”微粒在推断题中的应用
4．已知A、B、C、D四种物质均是由短周期元素原子组成的，它们之间有如图所示的转化关系，且A是一种含有18电子的微粒，C是一种含有10电子的微粒。
请完成下列各题：
（1）若A、D均是气态单质分子，写出A与B反应的化学方程式：
________________________________________________________________________。
（2）若B、D属同主族元素的单质分子，写出C的电子式：
________________。
（3）若A、B均是含2个原子核的微粒，其中B中含有10个电子，D中含有18个电子，则A、B之间发生反应的离子方程式为____________________________________________________
____________________。
（4）若D是一种含有22电子的分子，则符合如图关系的A的物质有____________（写物质的化学式，如果是有机物则写相应的结构简式）。
答案
（1）2F2＋2H2O===4HF＋O2
（2）H
H
（3）HS－＋OH－===S2－＋H2O
（4）CH3CH3、CH3OH
解析
（1）18电子的气态单质分子为F2，则C为HF、B为H2O、D为O2，反应方程式为2F2＋2H2O===4HF＋O2。
（2）B、D为同主族元素的单质，且A含有18个电子，C含有10个电子时，则B为O2、A为H2S、C为H2O、D为S，即2H2S＋O2===2H2O＋2S↓。
（3）含2个原子核的18电子的微粒为HS－，10电子的微粒为OH－，反应离子方程式为HS－＋OH－===S2－＋H2O。
（4）含22电子的分子为CO2，则A为含18电子的含C、H或C、H、O的化合物，可能为CH3CH3和CH3OH。
小技巧
若10e－微粒满足关系：
则一定是NH
＋OH－
NH3↑＋H2O
题组四 微粒组成及相互作用力
5．（2014·上海，4）在“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气→裂化气”的变化过程中，被破坏的作用力依次是（ ）
A．范德华力、范德华力、范德华力
B．范德华力、范德华力、共价键
C．范德华力、共价键、共价键
D．共价键、共价键、共价键
答案 B
解析 本题考查微粒之间的作用力。
“石蜡→液体石蜡→石蜡蒸气”是石蜡的固、液、气三种状态的转变，属于物理变化，需要克服分子之间的作用力即范德华力，“石蜡蒸气→裂化气”是化学变化，破坏的是化学键，所以选B。
6．（2015·上海，6）将Na、Na2O、NaOH、Na2S、Na2SO4分别加热熔化，需要克服相同类型作用力的物质有（ ）
A．2种B．3种
C．4种D．5种
答案 C
7．（2015·北京理综，9）最新报道：
科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。
反应过程的示意图如下：
下列说法正确的是（ ）
A．CO和O生成CO2是吸热反应
B．在该过程中，CO断键形成C和O
C．CO和O生成了具有极性共价键的CO2
D．状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
答案 C
解析 A项，由能量—反应过程图像中状态Ⅰ和状态Ⅲ知，CO和O生成CO2是放热反应，错误；B项，由状态Ⅱ知，在CO与O生成CO2的过程中CO没有断键形成C和O，错误；C项，由状态Ⅲ及CO2的结构式COO知，CO2分子中存在碳氧极性共价键，正确；D项，由能量—反应过程图像中状态Ⅰ（CO和O）和状态Ⅲ（CO2）分析，状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO和O原子反应生成CO2的过程，错误。
考点二 正确把握元素周期表 准确运用元素周期律
在历年高考中，元素周期表、元素周期律的知识点属于高频考点，在复习时，可从以下六个方面突破：
1．强化记忆元素周期表的结构
2．注意把握元素周期表的特点
（1）短周期元素只有前三周期；
（2）主族中只有ⅡA族元素全部为金属元素；
（3）ⅠA族元素不等同于碱金属元素，H元素不属于碱金属元素；
（4）元素周期表第18列是0族，不是ⅧA族，第8、9、10三列是Ⅷ族，不是ⅧB族；
（5）长周期不一定是18种元素，第六周期有32种元素。
3．理清原子序数与元素位置的“序数差值”规律
（1）同周期相邻主族原子的“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族为相邻元素，其原子序数差为第二、三周期时相差1，第四、五周期时相差11，第六、七周期时相差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。
4．“三看”比较微粒半径大小
在中学化学要求的范畴内，可按“三看”规律来比较粒子半径的大小：
“一看”电子层数：
当电子层数不同时，电子层数越多，半径越大。
例：
r（Li）r（O2－）r（Na）>r（Na＋）
“二看”核电荷数：
当电子层数相同时，核电荷数越大，半径越小。
例：
r（Na）>r（Mg）>r（Al）>r（Si）>r（P）>r（S）>r（Cl）
r（O2－）>r（F－）>r（Na＋）>r（Mg2＋）>r（Al3＋）
“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。
例：
r（Cl－）>r（Cl） r（Fe2＋）>r（Fe3＋）
5．金属性、非金属性的多方面比较
金属性比较
本质
原子越易失电子，金属性越强
判断
依据
①在金属活动性顺序中位置越靠前，金属性越强
②单质与水或非氧化性酸反应越剧烈，金属性越强
③单质还原性越强或离子氧化性越弱，金属性越强
④最高价氧化物对应水化物的碱性越强，金属性越强
⑤若Xn＋＋Y―→X＋Ym＋，则Y的金属性比X强
非金属性比较
本质
原子越易得电子，非金属性越强
判断
依据
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的非金属性比A强
6.重视几个易忽略的问题
（1）比较物质非金属性强弱时，应是最高价氧化物对应水化物酸性的强弱，而不是非金属元素对应氢化物酸性的强弱。
（2）所含元素种类最多的族是ⅢB族，形成化合物种类最多的元素在第ⅣA族。
（3）化学键影响物质的化学性质，如稳定性等；分子间作用力和氢键影响物质的物理性质，如熔、沸点等。
（4）并非所有非金属元素的氢化物分子间都存在氢键，常见的只有非金属性较强的元素如N、O、F的氢化物分子间可形成氢键。
（5）金属性是指金属气态原子失电子能力的性质，金属活动性是指在水溶液中，金属原子失去电子能力的性质，二者顺序基本一致，仅极少数例外。
如金属性Pb>Sn，而金属活动性Sn>Pb。
（6）利用原电池原理比较元素金属性时，不要忽视介质对电极反应的影响。
如Al—Mg—NaOH溶液构成原电池时，Al为负极，Mg为正极；Fe—Cu—HNO3（浓）构成原电池时，Cu为负极，Fe为正极。
题组一 把握结构，记住关系，灵活应用
1．若某ⅡB族原子序数为x，那么原子序数为x＋1的元素位于（ ）
A．ⅢB族B．ⅢA族
C．ⅠB族D．ⅠA族
答案 B
解析 根据元素周期表的结构可知，从左到右依次为第ⅠA族，第ⅡA族，第ⅢB～ⅦB族，第Ⅷ族，第ⅠB、ⅡB族，第ⅢA～ⅦA族，0族，故选B。
2.在元素周期表中的前四周期，两两相邻的5种元素如图所示，若B元素的核电荷数为a。
下列说法正确的是（ ）
A．B、D的原子序数之差可能为2
B．E、B的原子序数之差可能是8、18或32
C．5种元素的核电荷数之和可能为5a＋10
D．A、E的原子序数之差可能是7
答案 C
解析 由题中所给5种元素的位置关系可以看出D一定不是第一周期元素（因为如果D是第一周期元素，则D一定属于元素周期表最左边的第ⅠA族元素或最右边的0族元素），所以A选项错误；由题意可知5种元素在前四周期，所以D、B、E分别为第二、三、四周期的元素，由元素周期表的结构可知5种元素一定在过渡元素右边，所以D、E的原子序数分别为a－8、a＋18，A、C的原子序数分别为a－1、a＋1，即只有C选项正确。
题组二 记住规律，把握特殊，准确判断
3．（2014·海南，2）下列有关物质性质的说法错误的是（ ）
A．热稳定性：
HCl>HI
B．原子半径：
Na>Mg
C．酸性：
H2SO3>H2SO4
D．结合质子能力：
S2－>Cl－
答案 C
解析 A项，同主族自上而下，元素非金属性减弱，非金属性越强氢化物越稳定，故稳定性HCl>HI，正确；B项，同周期从左到右，元素原子半径逐渐减小，所以原子半径：
Na>Mg，正确；C项，H2SO3属于中强酸，H2SO4属于强酸，故酸性：
H2SO4>H2SO3，错误；D项，酸性越弱，酸越难电离，对应的酸根离子越易结合氢离子，因为HCl酸性强于H2S，所以结合质子能力：
S2－>Cl－，正确。
4．（2014·上海，6）今年是门捷列夫诞辰180周年。
下列事实不能用元素周期律解释的只有（ ）
A．碱性：
KOH>NaOH
B．相对原子质量：
Ar>K
C．酸性：
HClO4>H2SO4
D．元素的金属性：
Mg>Al
答案 B
解析 本题考查元素周期律。
元素周期律是随着原子序数的增大，元素的化学性质（原子半径、最高正价和最低负价、金属性与非金属性等）出现了周期性的递变规律；而元素的相对原子质量在数值上近似等于质子数＋中子数，与元素周期律无关。
考点三 元素推断及综合运用
元素推断题是高考考查的热点，这类题往往将元素化合物的知识、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。
常用方法有：
1．根据原子或离子的结构示意图推断
（1）已知原子结构示意图，可由下列等式确定元素在周期表中的位置和元素的种类：
电子层数＝周期数，最外层电子数＝主族序数。
如果已知离子的结构示意图，则须将其转化为原子结构示意图来确定。
（2）电子层结构相同的微粒：
阴离子对应的元素在具有相同电子层结构的稀有气体元素的前面，阳离子对应的元素在具有相同电子层结构的稀有气体元素的下一周期的左边位置，简称“阴前阳下”。
2．根据元素化合价的特征关系推断
（1）根据等式确定元素在周期表中的位置：
最高正化合价数＝最外层电子数＝主族序数（O、F除外）。
（2）如果已知负化合价（或阴离子的符号），则须用等式先求出最高正化合价：
最高正化合价＝8－|负化合价|，再确定元素在周期表中的位置。
3．根据原子半径的递变规律推断
根据原子半径来推断元素的相对位置：
同周期中左边元素的原子半径比右边元素的原子半径大，同主族中下边元素的原子半径比上边元素的原子半径大。
4．根据元素的原子结构特征推断
（1）利用元素的原子结构特征确定元素在周期表中的位置：
①最外层电子数等于或大于3（小于8）的一定是主族元素。
②最外层有1个或2个电子，则可能是ⅠA或ⅡA族元素，还有可能是副族、Ⅷ族或0族元素氦。
③次外层电子数是2的元素在第二周期；次外层电子数是8的元素在第三周期或第四周期的ⅠA、ⅡA族；最外层电子数比次外层电子数多的元素一定位于第二周期。
④某元素阴离子的最外层电子数与次外层电子数相同，该元素位于第三周期；若为阳离子，则对应元素位于第四周期。
（2）利用元素的特征来推断元素的位置：
如根据“形成化合物最多的元素”、“空气中含量最多的元素”、“地壳中含量最多的元素”等特征来推断。
5．根据稀有气体的原子序数推断
各周期最后的元素都是稀有气体元素，其原子序数的数值实际上等于前几周期的元素种数之和。
熟记这些原子序数，对推断某元素在周期表中的位置很有帮助。
题组一 表格片断式“位—构—性”推断
1．（2015·山东理综，8）短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相对位置如图所示。
已知Y、W的原子序数之和是Z的3倍，下列说法正确的是（ ）
Y
Z
X
W
A.原子半径：
XB．气态氢化物的稳定性：
X>Z
C．Z、W均可与Mg形成离子化合物
D．最高价氧化物对应水化物的酸性：
Y>W
答案 C
解析 由题意可知，短周期元素X、Y、Z、W分别位于2、3周期，设Z的原子序数为x，则Y、W的原子序数分别为x－1、x＋9，则有x－1＋x＋9＝3x，解得x＝8，则元素X、Y、Z、W分别为Si、N、O、Cl。
A项，原子半径应为X>Y>Z，错误；B项，气态氢化物的稳定性应为XNHNO32．（2015·福建理综，10）短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相对位置如图所示，其中W原子的质子数是其最外层电子数的三倍。
下列说法不正确的是（ ）
A．原子半径：
W>Z>Y>X
B．最高价氧化物对应水化物的酸性：
X>W>Z
C．最简单气态氢化物的热稳定性：
Y>X>W>Z
D．元素X、Z、W的最高化合价分别与其主族序数相等
答案 A
解析 根据短周期元素W原子的质子数是其最外层电子数的3倍，可推知W是P元素。
结合元素在周期表中的相对位置可知：
X是N元素，Y是O元素，Z是Si元素。
A项，同周期元素，由左到右原子序数增大，原子半径减小；同主族元素，由上到下原子序数增大，原子核外电子层数增多，半径增大。
所以原子半径关系为Si>P>N>O，错误；B项，元素的非金属性越强，其最高价氧化物对应的水化物的酸性越强。
元素的非金属性：
N>P>Si，所以它们的最高价氧化物对应的水化物的酸性：
HNO3>H3PO4>H2SiO3，正确；C项，元素的非金属性越强，其对应的最简单气态氢化物的热稳定性就越强。
元素的非金属性：
O>N>P>Si，所以对应最简单气态氢化物的热稳定性：
H2O>NH3>PH3>SiH4，正确；D项，主族元素原子的最外层电子数一般等于该元素的最高正化合价（O、F除外），也等于主族序数，故N、Si、P的最高正化合价分别与其主族序数相等，正确。
题组二 文字叙述式“位—构—性”推断
3．（2015·全国卷Ⅰ，12）W、X、Y、Z均为短周期主族元素，原子序数依次增加，且原子核外L电子层的电子数分别为0、5、8、8，它们的最外层电子数之和为18。
下列说法正确的是（ ）
A．单质的沸点：
W>X
B．阴离子的还原性：
W>Z
C．氧化物的水化物的酸性：
YD．X与Y不能存在于同一离子化合物中
答案 B
解析 W的L层无电子，则W为氢元素。
X的L层为5个电子，则X为氮元素。
Y、Z的L层均为8个电子，均在第三周期，最外层电子数之和为12。
Y、Z的最外层电子数可能分别为5、7或6、6（若为4、8，则Z为Ar，不是主族元素），若为6、6，则Y为氧元素（不在第三周期），不可能，所以Y为磷元素，Z为氯元素。
A项，N2的相对分子质量大于H2，分子间的作用力强，所以N2的沸点高于H2，错误；B项，因为氢的非金属性弱于氯（可根据HCl中氢显＋1价判断），所以H－还原性强于Cl－，正确；C项，由于没有说明是最高价氧化物的水化物，所以氯元素的氧化物的水化物的酸性不一定大于磷元素的氧化物的水化物的酸性，如H3PO4的酸性强于HClO，错误；D项，如离子化合物（NH4）3PO4中同时存在氮和磷两种元素，错误。
4．（2015·全国卷Ⅱ，9）原子序数依次增大的元素a、b、c、d，它们的最外层电子数分别为1、6、7、1。
a－的电子层结构与氦相同，b和c的次外层有8个电子，c－和d＋的电子层结构相同。
下列叙述错误的是（ ）
A．元素的非金属性次序为c>b>a
B．a和其他3种元素均能形成共价化合物
C．d和其他3种元素均能形成离子化合物
D．元素a、b、c各自最高和最低化合价的代数和分别为0、4、6
答案 B
解析 a－的电子层结构与氦相同，则a为氢元素；b和c的次外层有8个电子，且最外层电子数分别为6、7，则b为硫元素，c为氯元素；d的最外层电子数为1，且c－和d＋的电子层结构相同，则d为钾元素。
A项，元素的非金属性次序为Cl>S>H，正确；H2S和HCl是共价化合物，KH、K2S和KCl是离子化合物，B项错误，C项正确；D项，氢、硫、氯三种元素的最高和最低化合价分别为＋1和－1、＋6和－2、＋7和－1，因此它们各自最高和最低化合价的代数和分别为0、4、6，正确。
题组三 半径、化合价比较式“位—构—性”推断
5．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
M
R
Q
原子半径
（×10－10m）
1.86
0.99
1.43
1.60
0.75
0.74
主要化
合价
最高正价
＋1
＋7
＋3
＋2
＋5
—
最低负价
—
－1
—
—
－3
－2
下列说法正确的是（ ）
A．元素X和Q形成的化合物中不可能含有共价键
B．X、Z、R的最高价氧化物的水化物之间可两两相互反应
C．Q2－比R3－更容易失去电子
D．M（OH）2的碱性比XOH的碱性强
答案 B
解析 根据原子半径的大小关系和元素的主要化合价，可以推断X为Na，Y为Cl，Z为Al，M为Mg，R为N，Q为O。
A项，Na和O2反应生成的Na2O2中含有共价键；C项，N3－比O2－更容易失去电子；D项，NaOH的碱性大于Mg（OH）2。
题组四 元素推断的综合应用
6．已知A、B、C、D、E是原子序数依次增大的五种短周期元素，A与C同主族，A与B、A与E形成共价化合物，A与B形成的最简单化合物的水溶液呈碱性，E的最高正化合价与最低负化合价的代数和为6，D是同周期中简单离子半径最小的元素。
（1）五种元素中，E在元素周期表中的位置是________________，画出C的原子结构示意图________________。
（2）B的气态氢化物与其最高价氧化物对应的水化物反应生成的化合物中存在的化学键类型为________________。
（3）C的最高价氧化物对应的水化物与D的最高价氧化物反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）已知X、Y、Z三种物质中均含有上述元素中的某一种元素，它们之间存在如图所示的转化关系：
X
Y
Z
①X、Y、Z均含有同一种金属元素，若W固体俗称干冰，则反应Y―→Z的离子方程式为______
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