1、专题二 基本理论第1讲 物质结构和元素周期律一、原子结构1.在1H、6Li、7Li、23Na、24Mg、14C、16O、14N 8种微粒中(1)以上8种微粒中包含_种元素,_种核素,其中互为同位素的是_,中子数相等的核素是_,质量数相等的是_。(2)写出由H、C、O、N、Na五种微粒单独或两两形成的10e-微粒的化学式为(写9种)_、_、_、_、_、_、_、_、_。786Li、7Li14C、14NNa+CH4NH3H2OOH-H3O+O2-N3-2.氯的原子结构示意图为_;镁离子结构示意图为_。3.A、B、C、D均为10电子微粒,若它们之间有如下转化:则该反应的离子方程式一定是_。二、元素周期
2、表与元素周期律1.在1至20号元素中,其中(用元素符号或化学式填写)(1)属于长周期的元素为_、_,该周期元素的种数是_。(2)0族元素分别为_、_、_。(3)原子半径最小的是_,原子半径最大的是_,形成的气态氢化物还原性最差的是_,最高价氧化物对应的水化物的酸性最强的是_,最高价氧化物对应的水化物显两性的是_。气态氢化物与最高价氧化物对应的水化物反应生成盐和水的化学方程式为_。KCa18HeNeArHKHFHClO4Al(OH)3NH3+HNO3=NH4NO3+H2O(4)原子最外层电子数是电子层数的2倍的是_、_和_,最外层电子数是次外层电子数3倍的是_,次外层电子数等于核外电子总数的的是
3、_、_。(5)第3周期元素形成的简单离子中,离子半径最小的是_。2.同主族元素性质的递变规律:(1)金属性:Na_K;单质与水反应的剧烈程度:Na_K;最高价氧化物对应水化物的碱性:NaOH_KOH。(2)非金属性:F_Cl;氢化物稳定性:HF_HCl;_和_没有最高价含氧酸。HeCSOBeSAl3+FO3.同周期元素性质的递变规律:(1)金属性Na_Mg;单质与水反应的剧烈程度:Na_Mg;最高价氧化物对应水化物的碱性:NaOH_Mg(OH)2。(2)非金属性:S_Cl;氢化物稳定性:H2S_HCl;最高价含氧酸的酸性H2SO4_HClO4。4.微粒半径大小比较:(1)当电子层数不同时,电子
4、层数越多,半径_。如r(Li)_r(Na)_r(K),r(O2-)_r(S2-)_r(Se2-),r(Na)_r(Na+),r(Fe)_r(Fe2+)。(2)当电子层数相同时,核电荷数越大,半径_。如r(Na)_r(Mg)_r(Al)_r(Si)_r(P)_r(S)_r(Cl),r(O2-)_r(F-)_r(Na+)_r(Mg2+)_r(Al3+)。(3)当电子层数和核电荷数均相同时,核外电子数越多,半径_。如r(Cl-)_r(Cl),r(Fe2+)_r(Fe3+)。越小越大三、微粒间作用力与物质类型的关系1.化学键与物质类型的关系:对于下列物质:NaOHNa2O2Cl2NaClC2H6H2O
5、ArNH4Cl(1)只含离子键的有_,只含共价键的有_,不含化学键的有_。(2)既含离子键又含非极性键的有_,既含离子键又含极性键的有_。(3)属于共价化合物的有_,属于离子化合物的有_。2.四种晶体判断:有下列八种物质:氯化钡;金刚石;硫;钨;氯化钠;钠;二氧化硅;干冰,回答有关这八种物质的问题。(1)将这八种物质按不同晶体类型分成四组,并填入表中:晶体类型离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体各组中物质的编号_(2)其中以共价键相结合,原子彼此间形成空间网状结构的化合物是_(填编号,下同),晶体内存在单个分子的单质是_。(3)其中硬度最大的物质是_;熔点最低的物质是_。3.分子间作用力与氢键:(
6、1)比较下列物质的沸点(用“”“=”或“”表示)H2O_H2S,HF_HCl,HCl_HBr_HI,PH3_AsH3,NH3_PH3,CH4_SiH4(1)(2013天津高考)第二周期元素从左到右,最高正价从+1递增到+7。()分析:第二周期元素O无最高正化合价,F无正化合价。(2)(2013天津高考)同周期金属元素的化合价越高,其原子失电子能力越强。()分析:同周期金属元素从左到右,元素化合价越高,其失电子能力越弱。(3)(2012山东高考)同种元素的原子均含有相同的质子数和中子数。()分析:同种元素的原子的质子数相同,但中子数不同,如同种元素的不同核素的质子数相同、中子数不同。(4)(20
7、12天津高考)和是中子数不同,质子数相同的同种核素。()分析:因对同位素和核素的概念理解不到位而造成判断错误和互为同位素,是质子数相同、中子数不同的两种不同的核素。(5)(2012海南高考)硫的原子结构示意图:。()分析:要注意区分原子结构与离子结构中最外层电子数,此图为S2-的结构示意图。(6)(2012山东高考)A族元素的阴离子还原性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性越强。()分析:A族中元素非金属性越弱,其单质氧化性越弱,对应阴离子的还原性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性越弱。(7)(2012福建高考)最简单气态氢化物的热稳定性NH3PSi,则气态氢化物稳定性NH3PH3SiH4。
8、(8)(2012山东高考)A族金属元素是同周期中金属性最强的元素。()分析:除第1周期外,同周期元素从左到右金属性逐渐减弱,各周期中A族金属元素的金属性最强。(9)(2012北京高考)热稳定性:HClAsH3HBr。()分析:非金属性ClBrAs,热稳定性:HClHBrAsH3。(10)(2012北京高考)酸性:H3AsO4H2SO4H3PO4。()分析:非金属性SPAs,其最高价氧化物对应水化物的酸性是H2SO4H3PO4H3AsO4。热点考向 1原子结构与基本粒子之间的关系【典例1】下列关于原子结构及微粒间的数量关系的说法不正确的是()A.同种元素的原子均有相同的质子数和中子数B.微粒Na
9、+、Mg2+、O2-具有相同的电子层结构C.短周期第A与A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D.的中子数比核外电子数多10(1)符号的含义是什么?A和Z之间有什么关系?决定元素种类的微粒是什么?提示:表示一个质量数是A、质子数为Z的原子,且A=Z+N(N表示中子数);元素是具有相同质子数的同一类原子的总称,故质子数(核电荷数)决定了元素的种类。(2)“相同的电子层结构”含义是什么?提示:“相同的电子层结构”是指微粒核外电子层数相同且每一层上的电子数也相同。本题答案:【解析】选A。同种元素的不同核素之间质子数相同,中子数不相同,如1H、2H和3H质子数都是1,但中子数分别是0、
10、1、2,A错误;微粒Na+、Mg2+、O2-核外都是10个电子,即核外都有2个电子层,电子数分别是2和8,B正确;A(用X表示)与A(用Y表示)形成的化合物为XY4,X形成4个共价键即4对共用电子对,最外层共8个电子,每个Y形成1个共价键即1对共用电子对,加上未成键的6个电子,共有8个电子,C正确;的质量数是48,中子数为48-20=28,核外电子数是18,则中子数比核外电子数多10,D正确。【方法归纳】1.常见的10电子和18电子微粒(电子数相同的微粒):10电子微粒18电子微粒电子数及质子数都相同的离子分子Ne、HF、H2O、NH3、CH4Ar、F2、HCl、H2S、PH3、SiH4、CH
11、3CH3、H2O2、CH3OH、N2H410电子微粒18电子微粒电子数及质子数都相同的离子阳离子Na+、Mg2+、Al3+、N 、H3O+K+、Ca2+Na+、N 、H3O+阴离子N3-、O2-、F-、OH-、NP3-、S2-、Cl-、HS-F-、OH-、N或Cl-、HS-具有相同核电荷数的微粒不一定是同一种元素,如Na+与N 等。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(2)同素异形体单质,如O2、O3;(3)同系物化合物,如CH3CH3、CH3CH2CH3;(4)同分异构体化合物,如正戊烷、新戊烷。【变式训练】(2013烟台一模)关于原子结构、元素性质的说法
12、正确的是()A.16O2与18O3互为同位素B.若两种不同的核素具有相同的中子数,则二者一定不属于同种元素C.若两种元素原子的最外层电子数相同,则元素最高正价一定相同D.电子层结构相同的微粒,其化学性质一定相似【解析】选B。16O2和18O3均为单质,二者互为同素异形体,A错误;两种不同的核素具有相同的中子数,质子数一定不相同,一定不属于同种元素,如23Na和24Mg中子数均为12,B正确;两种元素原子的最外层电子数相同,如F和Cl,F无正价而Cl的最高正价为+7,C错误;电子层结构相同的微粒化学性质不一定相似,如S2-、Cl-和K+电子层结构相同但化学性质不同,D错误。热点考向 2元素周期律
13、“位构性”关系及应用【典例2】(2013潍坊一模)A、B、C、D、E、F六种短周期元素,其原子序数依次增大,其中B与C同周期,D与E和F同周期,A与D同主族,C与F同主族,C元素的原子最外层电子数是次外层电子数的三倍,D是所在周期原子半径最大的主族元素。又知六种元素所形成的常见单质在常温常压下有三种是气体,三种是固体。请回答下列问题:(1)元素D在周期表中的位置。(2)C、D、F三种元素形成的简单离子的半径由大到小的顺序是(用离子符号表示)。(3)由A、B、C三种元素以原子个数比423形成化合物X,X中所含化学键类型有。(4)若E是金属元素,其单质与氧化铁反应常用于焊接钢轨,请写出反应的化学方
14、程式:,E和D最高价氧化物对应的水化物的碱性关系是(用化学式表示)。若E是非金属元素,其单质在电子工业中有重要应用,请写出其氧化物溶于强碱溶液的离子方程式:。(5)F和C的气态氢化物中更稳定(填化学式),写出一个可以证明你的结论的化学方程式。【解题探究】(1)同一周期中,原子半径最大的主族元素位于什么位置?提示:同周期从左到右,原子半径依次减小,原子半径最大的主族元素位于每周期的A族。(2)短周期元素中所形成的常见单质在常温常压下是气体的有几种?常见的固体呢?提示:常见气体有H2、He、N2、O2、F2、Ne、Cl2、Ar;常见固体有C、Na、Mg、Al、Si、P、S等。(3)如何比较具有相同
15、电子层结构的简单离子的半径大小?提示:具有相同电子层结构的简单离子,核电荷数越大,离子半径越小;如r(O2-)r(F-)r(Na+)r(Mg2+)r(Al3+)。【解析】A、B、C、D、E、F六种短周期元素,其原子序数依次增大,C元素的原子最外层电子数是次外层电子数的三倍,C是氧元素;C与F同主族,且是短周期元素,则F是硫元素;D与E和F同周期,D是所在周期原子半径最大的主族元素,所以D是钠元素;又知六种元素所形成的常见单质在常温常压下有三种是气体,三种是固体,E处于钠和硫之间,一定是固体,则只能是元素A和B形成的单质是气体,A的原子序数小于B,A与D同主族,则A是氢元素,B是氮元素。(1)N
16、a位于第3周期第A族。(2)离子的电子层数越多离子半径越大,相同电子层结构的离子半径随着原子序数的增大而减小,则离子半径大小顺序是S2-O2-Na+。(3)由A、B、C三种元素以原子个数比423形成化合物X是NH4NO3,硝酸铵中含有离子键、共价键。(4)若E是金属元素,其单质与氧化铁反应常用于焊接钢轨,说明E是铝元素,高温下,反应方程式为2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe;E和D最高价氧化物对应的水化物分别是Al(OH)3和NaOH,二者的碱性NaOHAl(OH)3;若E是非金属元素,其单质在电子工业中有重要应用,则E是硅,二氧化硅和强碱反应生成硅酸盐和水,离子方程式为SiO2+2OH-
17、=Si +H2O。高温=(5)O的非金属性大于S,则气态氢化物中H2O比H2S更稳定,可以用反应2H2S+O2=2S+2H2O证明。答案:(1)第3周期第A族(2)S2-O2-Na+(3)离子键、共价键(4)2Al+Fe2O3 Al2O3+2FeNaOHAl(OH)3SiO2+2OH-=Si +H2O(5)H2O2H2S+O2=2S+2H2O高温=【易错警示】关于元素周期律、元素周期表的认识误区1.误认为主族元素的最高正价一定等于族序数。但是F无正价。2.误认为元素的非金属性越强,其氧化物对应水化物的酸性就越强。但是HClO、H2SO3是弱酸,忽略了关键词“最高价”。3.误认为同周期相邻两主族
18、元素原子序数之差等于1。忽视了相差11(第4、5周期)和25(第6、7周期)。4.误认为失电子难的原子得电子的能力一定强。但是碳原子、稀有气体元素的原子失电子难,得电子也难。5.误认为得失电子多的原子,得失电子的能力一定强。其实不然,不能把得失电子数的多少与得失电子的能力混淆。6.误认为最高正价和最低负价绝对值相等的元素只有第A族的某些元素。忽视了第A族的H的最高正价为+1价,最低负价为-1价。【变式训练】(2013浙江高考)短周期元素X、Y、Z、W、Q在元素周期表中的位置如表所示,其中X元素的原子内层电子数是最外层电子数的一半,则下列说法中正确的是()A.钠与W可能形成Na2W2化合物B.由
19、Z与Y组成的物质在熔融时能导电C.W得电子能力比Q强D.X有多种同素异形体,而Y不存在同素异形体XYZW Q【解析】选A。根据五种元素在周期表中的位置,且X元素的原子内层电子数是最外层电子数的一半,因此X核外电子数为2+4=6,为碳元素。则Y为氧元素,Z为硅元素,W为硫元素,Q为氯元素。Na与O可形成Na2O2,则Na与S可形成Na2S2,A正确。由Z和Y组成的物质为SiO2,熔融时不能导电,B错误。根据同周期元素性质的递变规律,Cl得电子能力比S强,C错误。X有多种同素异形体,如金刚石、石墨、C60等;Y可形成O2、O3等同素异形体,D错误。热点考向 3元素周期表的应用和元素推断【典例3】(
20、2013海淀一模)现有短周期元素X、Y、Z、M,其中X、Y位于同主族,Z、M位于同主族,Y、Z位于同周期,X与Z、M都不在同一周期,Z的核电荷数是M的2倍。下列说法正确的是()A.简单阳离子的氧化性:YXB.气态氢化物的稳定性:ZMC.简单离子半径由大到小的顺序是ZMYD.等浓度的X2Z与Y2Z的溶液中,水的电离程度:X2ZY2Z【解题指南】(1)切入点:由“Z、M位于同主族,Z的核电荷数是M的2倍”推出Z、M分别是S和O。短周期中“X与Z、M都不在同一周期”,则X只能在第1周期,则X是H;“X、Y位于同主族,Y、Z位于同周期”,则Y只能是第3周期A族元素,即Y是Na。(2)关注点:根据元素在
21、周期表中的位置推测其性质。本题答案:【解析】选C。根据已知条件,可以推断出X、Y、Z、M分别是氢、钠、硫、氧元素。因单质的还原性NaH2,则氧化性H+Na+,A错误;非金属性OS,则气态氢化物的稳定性:H2OH2S,B错误;简单离子半径S2-O2-,Na+和O2-具有相同的电子层结构,则半径O2-Na+,故有S2-O2-Na+,C正确;X2Z和Y2Z是H2S和Na2S,H2S因电离而抑制水的电离,Na2S因水解能促进水的电离,故Na2S溶液中水的电离程度大,D错误。【方法归纳】元素推断题的常见突破口1.短周期元素的原子结构的特殊性:(1)原子核中无中子的原子:。(2)最外层有1个电子的元素:H
22、、Li、Na。(3)最外层有2个电子的元素:He、Be、Mg。(4)最外层电子数等于次外层电子数的元素:Be、Ar。(5)最外层电子数是次外层电子数2倍的元素:C;是次外层电子数3倍的元素:O;是次外层电子数4倍的元素:Ne。(6)最外层电子数是内层电子总数一半的元素:Li、P。(7)电子层数与最外层电子数相等的元素:H、Be、Al。(8)电子总数为最外层电子数2倍的元素:Be。(9)次外层电子数是最外层电子数2倍的元素:Li、Si。2.常见元素及其化合物的特性:(1)形成化合物种类最多的元素、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高的元素:C。(2)空气中含量最多的元
23、素或气态氢化物的水溶液呈碱性的元素:N。(3)地壳中含量最多的元素、氢化物沸点最高的元素或氢化物在通常情况下呈液态的元素:O。(4)单质最轻的元素:H;最轻的金属单质为Li。(5)单质在常温下呈液态的非金属元素为Br;金属元素为Hg。(6)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。(7)元素的气态氢化物和它的最高价氧化物的水化物能发生化合反应的元素:N;能发生氧化还原反应的元素:S。(8)元素的单质在常温下能与水反应放出气体的短周期元素:Li、Na、F。【变式训练】(2013江苏高考)短周期元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,且原子最外层电子数之和为13。X的原子半径
24、比Y的小,X与W同主族,Z是地壳中含量最高的元素。下列说法正确的是()A.原子半径的大小顺序:r(Y)r(Z)r(W)B.元素Z、W的简单离子的电子层结构不同C.元素Y的简单气态氢化物的热稳定性比Z的强D.只含X、Y、Z三种元素的化合物,可能是离子化合物,也可能是共价化合物【解析】选D。本题首先要依据题干信息推断出相关元素。地壳中含量最高的元素是氧元素,故Z为氧元素;X的原子半径比Y小,且X、Y、Z、W短周期元素原子序数依次增大,故X在Y的上一周期,则X为氢元素,W为钠元素;根据四种原子最外层电子数之和为13,则Y为氮元素。钠元素的原子半径最大,A错误;Z、W的简单离子的电子层结构相同,B错误
25、;氨气的热稳定性比水的热稳定性差,C错误;只含X、Y、Z三种元素的化合物,铵盐是离子化合物,硝酸是共价化合物,D正确。热点考向 4微粒间作用力与晶体类型的判断【典例4】(2011浙江高考)X、Y、Z、M、W为五种短周期元素。X、Y、Z是原子序数依次递增的同周期元素,且最外层电子数之和为15,X与Z可形成XZ2分子;Y与M形成的气态化合物在标准状况下的密度为0.76 gL-1;W的质子数是X、Y、Z、M四种元素质子数之和的1/2。下列说法正确的是()A.原子半径:WZYXMB.XZ2、X2M2、W2Z2均为直线型的共价化合物C.由X元素形成的单质不一定是原子晶体D.由X、Y、Z、M四种元素形成的
26、化合物一定既有离子键,又有共价键【解题指南】(1)切入点:气体的摩尔质量M=Vm=0.76 gL-122.4 Lmol-117 gmol-1。Y与M形成的气态化合物为氨气。(2)关键点:X、Y、Z是原子序数依次递增的同周期元素,且X和Z能形成XZ2分子,X和Z即为碳和氧两种元素。本题答案:【解析】选C。X、Y、Z、M、W依次为C、N、O、H、Na。A项错误,同一周期中随着原子序数的递增原子半径递减,所以,原子半径:CNO;B项错误,W2Z2即Na2O2为离子化合物;C项正确,石墨、C60等不是原子晶体;D项错误,NH4HCO3为离子化合物,符合条件,而CH3NO2为共价化合物,不符合条件。【变
27、式训练】(2013江西重点中学联考)X、Y、Z、R、W是五种短周期元素,原子序数依次增大;它们可组成离子化合物Z2Y和共价化合物RY3、XW4;已知Y、R同主族,Z、R、W同周期。下列说法错误的是()A.原子半径:ZRWB.气态氢化物稳定性:HWH2RC.XW4分子中各原子均满足8电子结构D.Y、Z、R三种元素组成的化合物水溶液一定显碱性【解析】选D。根据“Y、R同主族,可形成共价化合物RY3”及原子序数关系,可以推知Y、R分别是O和S,则W只能是Cl,则不难推出X和Z分别是C和Na。同周期从左到右原子半径逐渐减小,A正确;非金属性ClS,气态氢化物稳定性HClH2S,B正确;CCl4中C形成
28、4个共价键是8电子结构,每个Cl形成一个共价键,加上6个未成键电子也是8电子结构,C正确;O、Na、S容易形成Na2SO4和Na2SO3,前者水溶液呈中性而后者水溶液呈碱性,D错误。【方法归纳】1.微粒间作用力与晶体类型的关系2.判断化学键类型的技巧:(1)离子化合物及晶体中一定存在离子键,可能存在共价键;共价化合物中一定不存在离子键。(2)金属元素与非金属元素形成的化合物不一定都是离子化合物,如AlCl3;只由非金属元素形成的化合物不一定都是共价化合物,如铵盐。(3)分子中不一定都有化学键,如稀有气体分子为单原子分子,不存在化学键。(4)化学键不仅对物质的化学性质有影响,有些情况下对物理性质也有影响,如熔点、硬度等。3.根据微粒间作用力判断晶体:(1)离子晶体一定有离子键,可能有共价键。如Na2O2、NaOH等。(2)分子晶体一定有分子间作用力(包括氢键),一定无离子键,有些可能在分子内存在共价键,如干冰。(3)原子晶体一定有共价键,一定没有离子键。(4)金属晶体有金属键,一定没有离子键。
