1、元素推断题的分类突破一、元素推断题的解题思路1.结构与位置互推是解题的核心(1)掌握四个关系式:电子层数=周期数;质子数=原子序数;最外层电子数=主族序数;主族元素的最高正价=主族序数(O、F除外),最低负价=主族序数-8。(2)熟练掌握周期表的结构及周期表中的一些特殊规律:“凹”型结构的“三短三长一不全,七主七副八零完”;各周期元素种类;稀有气体的原子序数及在周期表中的位置;同主族上下相邻元素原子序数的关系。2.性质与位置互推是解题的关键熟悉元素周期表中同周期、同主族元素性质的递变规律,主要包括:(1)元素的金属性、非金属性;(2)气态氢化物的稳定性;(3)最高价氧化物对应水化物的酸碱性;(
2、4)金属与水或酸反应置换H2的难易程度。3.结构和性质的互推是解题的要素(1)电子层数和最外层电子数决定元素原子的金属性或非金属性;(2)同主族元素最外层电子数相同,化学性质相似;(3)正确推断原子半径和离子半径的大小及结构特点;(4)判断元素金属性或非金属性的强弱。二、常见元素推断的突破口1.136号元素的原子核外电子排布特点(1)原子核内无中子的原子是H。(2)最外层s原子轨道只含一个单电子的短周期元素是H、Li、Na。(3)最外层电子数是次外层电子数2倍的元素是C。(4)最外层电子数是次外层电子数3倍的元素是O。(5)短周期元素中,电子层数和最外层电子数相等的元素是H、Be、Al。(6)
3、短周期元素原子的价电子中有3个未成对电子的是N和P。(7)N层过渡元素中,外围电子排布处于半满状态的是Cr。(8)N层过渡元素中,外围电子排布处于全满状态的是Zn。(9)前四周期元素中,价电子中未成对电子数最多的是Cr。(10)第四周期元素最外层只有1个电子,次外层的所有原子轨道均充满电子的是Cu。2.主族元素在周期表中的特殊位置族序数等于周期数的元素H、Be、Al族序数等于周期数2倍的元素C、S族序数等于周期数3倍的元素O周期数是族序数2倍的元素Li、Ca周期数是族序数3倍的元素Na、Ba最高正价与最低负价代数和为零的短周期元素H、C、Si最高正价是最低负价绝对值3倍的短周期元素S除H外,原
4、子半径最小的元素F3.常见元素及其化合物的特性物质特性推断元素形成化合物种类最多的元素或单质是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C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N电负性最大的元素F地壳中含量最多的元素或气态氢化物的沸点最高的元素或氢化物在通常情况下呈液态的元素O最活泼的金属元素或最高价氧化物对应水化物碱性最强的元素或阳离子的氧化性最弱的元素Cs单质最易着火的非金属元素P焰色反应呈黄色的元素Na焰色反应呈紫色(透过蓝色钴玻璃观察)的元素K单质密度最小的元素H单质密度最小的金属元素Li常温下单质呈液态的非金属元素Br常温下单质呈液态的金属元素Hg
5、最高价氧化物及其水化物既能与强酸反应,又能与强碱反应的元素Al元素的气态氢化物和它的最高价氧化物对应水化物发生氧化还原反应的元素S常见的一种元素存在几种单质的元素C、P、O、S【典例】(2019全国卷)X、Y、Z均为短周期主族元素,它们原子的最外层电子数之和为10。X与Z同族,Y最外层电子数等于X次外层电子数,且Y原子半径大于Z。下列叙述正确的是()A.熔点:X的氧化物比Y的氧化物高B.热稳定性:X的氢化物大于Z的氢化物C.X与Z可形成离子化合物ZXD.Y的单质与Z的单质均能溶于浓硝酸【思维建模】解答元素的思维流程一般为【解析】选B。X、Y、Z为短周期主族元素,X与Z同族,所以二者最外层电子数
6、相等,Y最外层电子数等于X次外层电子数,由于Y不是稀有气体,最外层电子数不是8,因此Y的最外层电子数为2,三种元素最外层电子数之和为10,可以求出X与Z的最外层电子数为4。结合Y原子半径大于Z,可知X为碳元素,Y为镁元素,Z为硅元素。因为CO、CO2常温下均是气体,MgO是固体,所以C的氧化物的熔点比Mg的氧化物低,A错误。因为碳元素的非金属性比硅元素强,所以碳的氢化物的热稳定性大于硅的氢化物,B正确。C和Si金属性、非金属性都不强,不易形成阴离子或阳离子,二者形成的化合物是共价化合物,C错误。金属Mg可以与浓硝酸反应而溶解,硅与浓硝酸常温下不反应,D错误。【延伸探究】(1)XO2和ZO2的化
7、学式相似,但结构和性质有很大的不同。XO2中X与O原子间形成键和键,ZO2中Z与O原子间不形成键,试从原子半径大小的角度分析原因。提示:X为C,Z为Si。由于Si的原子半径较大,Si、O原子间距离较大,pp轨道肩并肩重叠程度较小,不能形成键。(2)ZX的晶体结构与晶体Z相似,判断ZX晶体中X原子的杂化方式,并比较ZX和晶体Z的熔、沸点高低顺序。提示:晶体硅中1个硅原子与4个硅原子相连,呈正四面体结构,所以其杂化方式是sp3,SiC的晶体结构与晶体硅相似,故C原子的杂化方式也是sp3;因为SiC键的键长小于SiSi键,所以熔、沸点:碳化硅晶体硅。(3)ZX的晶胞结构如图所示:若晶胞的边长为a p
8、m,写出ZX晶体的密度表达式。提示:该晶胞中C(X)原子个数为8+6=4,Si(Z)原子个数为4,晶胞边长为a10-10 cm,体积V=(a10-10 cm)3,=。1.(双选)X是核外电子数最少的元素,Y是地壳中含量最丰富的元素,Z在地壳中的含量仅次于Y,W可以形成自然界中最硬的原子晶体。下列叙述错误的是()A.WX4是天然气的主要成分B.固体X2Y是分子晶体C.ZW是分子晶体D.ZY2的水溶液俗称“水玻璃”【解析】选C、D。经分析X为H,Y为O,Z为Si,W为C,则WX4为CH4,是天然气的主要成分,A项正确;X2Y为H2O,固态时为分子晶体,B项正确;ZW为SiC,为原子晶体,C项错误;
9、ZY2为SiO2,Na2SiO3的水溶液俗称“水玻璃”,D项错误。2.有五种元素X、Y、Z、Q、T。X元素为主族元素,X原子的M层上有两个未成对电子且无空轨道;Y原子的价电子排布为3d64s2;Z原子的L电子层的p能级上有一个空轨道;Q原子的L电子层的p能级上只有一对成对电子;T原子的M电子层上p轨道半充满。下列叙述不正确的是()A.元素Y和Q可形成化合物Y2Q3B.X与T的最高价氧化物对应的水化物,前者的酸性比后者强C.X和Q结合生成的化合物为离子化合物D.ZQ2是极性键构成的直线形分子【解析】选C。有五种元素X、Y、Z、Q、T,X元素为主族元素,X原子的M层上有两个未成对电子且无空轨道,核
10、外电子排布为1s22s22p63s23p4,故X为S元素;Y原子的特征电子构型为3d64s2,则Y为Fe;Z原子的L电子层的p能级上有一个空轨道,核外电子排布为1s22s22p2,则Z为C元素;Q原子的L电子层的p能级上有一对成对电子,核外电子排布为1s22s22p4,故Q为O元素;T原子的M电子层上p轨道半充满,核外电子排布为1s22s22p63s23p3,则T为P元素。Fe元素和O元素可形成化合物Fe2O3,故A正确;X与T的最高价氧化物对应的水化物分别是H2SO4、H3PO4,酸性H2SO4H3PO4,故B正确;X和Q结合生成的化合物为二氧化硫、三氧化硫,均为共价化合物,故C错误;CO2
11、中碳氧原子间为极性键,分子中正负电荷重心重合,属于非极性分子,为直线形结构,故D正确。3.四种短周期元素X、Y、Z和W在周期表中的位置如图所示,原子序数之和为48。下列说法不正确的是()A.原子半径(r)大小比较:r(X)r(Y)B.X和W可形成共价化合物XW3C.W的非金属性比Z的强,所以W氢化物的沸点比Z的高D.Z的最低价单核阴离子的失电子能力比Y的强【解析】选C。设Y的原子序数为y,则X、Z、W的原子序数分别为y-1、y+8、y+9;由题意得y-1+y+y+8+y+9=48,故y=8,X、Y、Z、W分别为N、O、S、Cl四种元素。同周期主族元素随着原子序数的递增,原子半径逐渐减小,故A项
12、正确;N元素最外层为5个电子,Cl元素最外层为7个电子,可形成NCl3的共价化合物,B项正确;非金属性的强、弱与对应氢化物的沸点高低没有因果关系,C项错误;S2-失电子能力比O2-的强,D项正确。4.分别由短周期元素m、n、p、q组成的单质依次为甲、乙、丙、丁,有关反应关系如图所示(部分产物省略)。其中甲为黄绿色气体,甲与M反应生成乙的同时伴有白烟。M、N均为10电子分子且M的水溶液呈碱性,Q为离子化合物。下列说法中正确的是()A.原子半径的大小:mqnpB.元素非金属性:qnpC.Q的溶液可以保存在细口玻璃试剂瓶中D.n的氧化物的水化物一定为强酸【解析】选B。甲为黄绿色气体,则甲为氯气;M为
13、10电子分子且M的水溶液呈碱性,则M为氨气;氯气与氨气反应生成乙的同时伴有白烟,可推知乙为氮气,白烟是氯化铵固体;根据转化关系图可知丙为氢气,丁为氟气,所以m、n、p、q分别为Cl、N、H、F,原子半径:ClNFH,A项错误;元素非金属性:FNH,B项正确;氟化铵溶液中由于氟离子水解产生氢氟酸,会腐蚀玻璃,不能保存在细口玻璃试剂瓶中,C项错误;氮的氧化物的水化物不一定是强酸,如HNO2是弱酸,D项错误。5.如图是部分短周期元素原子(用字母表示)最外层电子数与原子序数的关系图。下列说法不正确的是()A.气态氢化物的沸点:XYRB.离子半径:RXYZC.气态氢化物的稳定性:YXWRD.X、Z形成的
14、化合物中只有离子键【解析】选D。这几种元素都是短周期元素,根据原子最外层电子数与原子序数的关系知,X、Y、Z、R、W分别是O、F、Na、S、Cl。A项,氢化物的熔、沸点与其相对分子质量成正比,但含有氢键的氢化物熔、沸点较高,硫化氢只含有分子间作用力,水和氟化氢分子间均含有氢键,氢化物的沸点:XYR,正确;B项,一般而言,电子层数越多,离子半径越大,电子层结构相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,离子半径:RXYZ,正确;C项,元素的非金属性越强,其氢化物的稳定性越强,非金属性:YXWR,则氢化物的稳定性:YXWR,正确;D项,X、Z分别是O、Na,二者形成的化合物有Na2O、Na2O2,氧化
15、钠只含离子键,过氧化钠中含有离子键和共价键,错误。6.X、Y、Z、M为前四周期中除氢以外原子序数依次增大的四种元素,X基态原子未成对电子数在所处周期中最多;Y元素原子核外共有3个能级,且最高能级电子数是前两个能级电子数之和;Z的单质常温下为淡黄色固体,ZY3分子呈平面正三角形;M原子外围电子排布式为3dn4sn。请回答下列问题:(1)X、Y、Z三种元素原子第一电离能由大到小的顺序是_(用元素符号表示)。(2)某X氢化物分子结构简式为HXXH,该分子中X原子的杂化方式为_;Y元素简单氢化物的沸点高于Z的氢化物,主要原因是_。(3)根据等电子原理,写出X2Y分子的电子式: _。(4)M晶体的原子堆
16、积方式为六方堆积(如图所示),则晶体中M原子配位数是_。某M配合物化学式是M(H2O)5ClCl2H2O,1 mol该配合物中含配位键的数目是_。【解析】Y原子的电子排布式为1s22s22p4,则Y为O;Z的单质常温下为淡黄色固体,则Z为S;由题意知,X原子序数比O小,且X基态原子未成对电子数在所处周期中最多,则X原子的电子排布式为1s22s22p3,即X为N;M原子外围电子排布式为3d24s2,则M为Ti。(1)N原子p轨道处于半充满较稳定状态,第一电离能反常,高于同周期相邻两元素。(2)类比乙烯的结构可知,X元素为sp2杂化;H2O的沸点高于H2S的原因是水分子间能够形成氢键。(3)N2O
17、与CO2为等电子体,所以N2O为直线形分子。(4)依据图形,同一层与中心球紧靠的有6个小球,上下两层各有3个小球,所以配位数为12。中心离子的配体有5个H2O和1个Cl-,所以1 mol该配合物中含6 mol配位键。答案:(1)NOS(2)sp2H2O分子间形成了氢键,而H2S分子间不能形成氢键(3) (4)1266.021023【加固训练】1.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()YZXWA.原子半径:XYZC.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:YW【解析】选C。由X、Y、Z、W四种元素
18、的相对位置关系和Y、W的原子序数之和是Z的3倍可推出:X是硅,Y是氮,Z是氧,W是氯。A项,原子半径:XYZ。B项,气态氢化物的稳定性:XY(N),故最高价氧化物对应水化物的酸性:WY。2.下表是a、b、c、d、e、f六种短周期元素的部分化合价、电负性和原子半径数据。下列说法正确的是()元素abcdef化合价+1-2-1-2-1+1电负性2.12.53.03.54.00.9原子半径/nm0.0370.1020.0990.0730.0710.154A.a的单质中含有金属键B.f2d2含有非极性共价键C.沸点:a2dc【解析】选B。b、d的化合价都是-2,应该位于A族,b的原子半径大于d,则b为S
19、元素、d为O元素;a、f的化合价都是+1价,应该位于A族,a的原子半径小于f,则a为H元素,f的原子半径大于S,则f为Na元素;c、e的化合价都是-1价,应该位于A族,c的原子半径大于e,则c为Cl元素、e为F元素。a为H元素,其单质为氢气,含有的化学键为共价键HH,故A错误;f2d2为Na2O2,过氧化钠中含有OO非极性键,故B正确;a2d为H2O,ae为HF,常温下HF为气体、水为液态,则二者熔沸点a2dae,故C错误;非金属性越强,最高价氧化物对应水化物的酸性越强,非金属性ClS,则最高价氧化物对应水化物的酸性:bc,故D错误。3.A、B、D、E、F、G为短周期元素,且原子序数依次递增。
20、A、F同主族,E、G同主族。A与其他非金属元素化合时易形成共价键,F与其他非金属元素化合时易形成离子键,且F+与E2-核外电子排布相同。由以上元素组成的物质BE和D2具有相同的电子数。请回答以下问题:(1)F位于第_周期第_族。(2)G的离子结构示意图为_。(3)用电子式表示D2的形成过程:_。(4)由A、E、F三种元素形成的化合物的化学式为_,含有的化学键有_(填写完整化学键类型),属于_化合物。(5)B的最高价是_,由A、B组成的化合物中,含A量最高的物质的化学式是_;与D2相对分子质量相等的物质的化学式是_,含有的化学键有_(填写完整化学键类型),有_对共用电子对。【解析】A、F同主族,且A与其他非金属元素化合时易形成共价键,但F与其他非金属元素化合时易形成离子键,则为第A族元素,且A为氢元素。F+与E2-核外电子排布相同,则F为Na,E为O,B为C,D为N,E、G同主族,且为短周期元素,则G为S。(1)Na位于第三周期第A族。(2)S2-结构示意图为。(3)N2的形成过程为。(4)NaOH中既有离子键又有极性共价键,属于离子化合物。(5)C的最高化合价为+4;C2H4中既有极性共价键(CH)又有非极性共价键(CC)。答案:(1)三A(2)(3) (4)NaOH离子键和极性共价键离子(5)+4CH4C2H4极性共价键和非极性共价键6
