2025届高三化学二轮复习 核心小专题 位—构—性综合推断 讲义

核心小专题 　　位—构—性综合推断
考向分析
高考对元素“位—构—性”综合推断的考查,主要在选择题中考查元素的推断、元素周期律的应用、分子的结构与性质、元素及其化合物的性质等,此类试题的综合性强、隐含信息较多,与典型微粒、元素的关联性强,侧重考查分析与推测能力、归纳与论证能力、理解与辨析能力
备考策略
根据原子结构、分子(或离子)结构、核外电子排布规律、电离能、元素在周期表的位置、元素及其化合物的性质等信息正确推断未知元素是解答此类试题的关键。复习备考过程中,要熟练运用多种方法比较不同物质或微粒的结构和性质的关系,建立物质结构与性质之间的网络关系,加强联想记忆,熟练运用“结构决定性质,性质反映结构”进行分析判断
必备知识
一　文字叙述型综合推断
1.短周期元素原子结构关键信息
(1)核外电子数等于其周期数[H]
(2)最外层有6个电子[O、S]
(3)最外层电子数是其内层电子数的2倍[C]
(4)最外层电子数是其内层电子数的3倍[O]
(5)最高化合价为最低化合价绝对值的3倍[S]
(6)最外层电子数为K层的一半,且周期数是族序数的3倍[Na]
(7)周期表中周期序数等于族序数[H、Be、Al]
(8)质子数是其最外层电子数的3倍[Li、P]
(9)至今发现的非金属性最强的元素且无正价[F]
(10)原子最外层电子数是其电子层数的2倍[He、C、S]
(11)原子内层电子数是最外层电子数的一半[C]
(12)原子核外有两个未成对电子[C、O、Si、S]
(13)原子半径在所有短周期主族元素中最大[Na]
(14)M电子层有1个电子[Na]
(15)M层有1个未成对的p电子[Al、Cl]
2.元素(或对应物质)的关键信息
(1)元素单质是自然界中硬度最大的物质[C(金刚石)]
(2)元素单质晶体熔点高、硬度大,是一种重要的半导体材料[Si]
(3)乙、丙、丁最高价氧化物对应的水化物两两之间能相互反应[主要考虑Na、Al、Cl或S或N]
(4)所含元素的物质焰色为黄色[Na、Na2O、Na2O2、钠盐或NaOH]
(5)气态氢化物与其最高价氧化物对应的水化物能反应[N或S]
(6)气态氢化物可用作制冷剂[N]
(7)短周期中金属性最强的元素[Na]
(8)地壳中含量最多的元素[O],空气中含量最多的元素[N]
二　结合片段式周期表分析推断
片段式元素周期表型推断题一般给出两种信息:
(1)给出局部的元素周期表,展示出几种不同元素的相对位置;
(2)给出某种元素的位置特征、原子结构特征或由该元素形成的单质或化合物的特殊性质。
解答此类题目时,要先根据给出的某种元素的特殊结构或性质,确定该元素在周期表中的位置,然后以此为“坐标原点”,根据其他元素与该元素的位置关系,进而确定其他未知的元素。
三　结合物质结构式分析推断
(1)首先将物质的结构式作为思维的突破口,结合原子的成键情况进行元素推断,思路分析如下:
(2)各元素确定后,再基于元素周期律和物质性质进行分析判断。
对于要求结合结构式进行综合推断的题目,首先需要对结构式信息进行解读,通过成键方式确定原子结构特点,进而确定各种元素(常考元素价键情况举例如下)。
价键数说明 举例
常 见 元 素 　H、F、Cl等元素常形成1个共价键 　—H、—F、—Cl
　C、Si等元素常形成4个共价键 、、
　O元素常形成2个共价键 、、
　N、P元素常形成3个或5个共价键 、、
　S元素可以形成2个、4个、6个共价键 　—S—、
考点过关
考向一　文字叙述型综合推断
例1　[2024·浙江6月选考] X、Y、Z、M四种主族元素,原子序数依次增大,分别位于三个不同短周期,Y与M同主族,Y与Z核电荷数相差2,Z的原子最外层电子数是内层电子数的3倍。下列说法不正确的是 (　)
A.键角:Y>Y
B.分子的极性:Y2X2>X2Z2
C.共价晶体熔点:Y>M
D.热稳定性:YX4>MX4
例2　[2023·浙江6月选考] X、Y、Z、W四种短周期主族元素,原子序数依次增大。X、Y与Z位于同一周期,且只有X、 Y元素相邻。X基态原子核外有2个未成对电子,W原子在同周期中原子半径最大。下列说法不正确的是 (　)
A.第一电离能:Y>Z>X
B.电负性:Z>Y>X>W
C.Z、W原子形成稀有气体电子构型的简单离子的半径:WD.W2X2与水反应生成产物之一是非极性分子
例3　[2024·河北卷] 侯氏制碱法工艺流程中的主反应为QR+YW3+XZ2+W2ZQWXZ3+YW4R,其中W、X、Y、Z、Q、R分别代表相关化学元素。下列说法正确的是 (　)
A.原子半径:WC.单质沸点:Z考向二　结合片段式周期表分析推断
例1　[2022·广东卷] 甲~戊均为短周期元素,在元素周期表中的相对位置如图所示;戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸。下列说法不正确的是 (　)
A.原子半径:丁>戊>乙
B.非金属性:戊>丁>丙
C.甲的氢化物遇氯化氢一定有白烟产生
D.丙的最高价氧化物对应的水化物一定能与强碱反应
例2　[2021·浙江6月选考] 已知短周期元素X、Y、Z、M、Q和R在周期表中的相对位置如下所示,其中Y的最高化合价为+3。下列说法不正确的是 (　　)
A.还原性:ZQ2B.X能从ZO2中置换出Z
C.Y能与Fe2O3反应得到Fe
D.M最高价氧化物的水化物能与其最低价氢化物反应
考向三　结合物质结构式分析推断
例1　[2022·湖南卷] 科学家合成了一种新的共价化合物(结构如图所示),X、Y、Z、W为原子序数依次增大的短周期元素,W的原子序数等于X与Y的原子序数之和。下列说法错误的是 (　)
A.原子半径:X>Y>Z
B.非金属性:Y>X>W
C.Z的单质具有较强的还原性
D.原子序数为82的元素与W位于同一主族
例2　[2024·湖北卷] 主族元素W、X、Y、Z原子序数依次增大,X、Y的价电子数相等,Z的价电子所在能层有16个轨道,4种元素形成的化合物如图。下列说法正确的是 (　)
A.电负性:W>Y
B.酸性:W2YX3>W2YX4
C.基态原子的未成对电子数:W>X
D.氧化物溶于水所得溶液的pH:Z>Y
变式训练
1.[2024·浙江绍兴模拟] X、Y、Z、M四种主族元素,原子序数依次增大,分别处于不同的前四周期,基态Y原子s能级电子数是p能级的2倍,Z是同周期中电负性最大的元素,基态M原子核外无未成对电子,下列说法不正确的是 (　)
A.MY2和MZ2中阴阳离子个数比相同
B.Y2Z2中含有3个σ键和2个π键
C.Y6X6中所有Y原子可能在同一平面上
D.Y的氧化物对应的水化物的酸性可能比Z的氧化物对应的水化物的酸性强
2.[2024·浙江金华十校模拟] X、Y、Z、M和W五种短周期主族元素,原子序数依次增大,X元素最高化合价=|最低化合价|,Y在周期表中电负性最大,W与M、X相邻,基态Z的价电子层上只有1个电子,下列说法不正确的是 (　)
A.单核离子半径:MB.W与O原子可形成以平面三角形为结构单元的长链阴离子
C.简单氢化物的沸点:Y>W>X
D.最高价氧化物中离子键成分百分数:Z>M>X
3.[2024·浙江杭州二模] A、B、C、D、E、F为六种原子序数依次增大的短周期元素,A、B、D位于同一主族,且D的原子半径在短周期元素原子中最大,C是周期表中电负性最大的元素,基态E原子的核外电子有7种空间运动状态,基态F原子有3个未成对电子。下列说法正确的是 (　)
A.C的简单氢化物的沸点低于F的简单氢化物
B.C元素形成的简单离子半径小于B元素形成的简单离子半径
C.A、B、E形成的化合物中阴离子中心原子的杂化方式为sp2
D.C、D、E形成的某种化合物能降低冶炼E单质的能耗
4.[2023·浙江嘉兴模拟] 短周期主族元素X、Y、Z、W在周期表中的相对位置如图所示,其中X、Y、W的最外层电子数之和为15,X和Z的最外层电子数相差2,下列说法正确的是 (　)
… X Y
Z W
A.原子半径:r(Z)>r(W)>r(Y)>r(X)
B.X的氢化物的沸点一定比Y的氢化物的沸点低
C.Z与Y形成的某化合物可作耐高温材料
D.X、Y元素的单质均只有2种
5.四种短周期主族元素在元素周期表中的相对位置如图所示,且X、Y、Z和Q四种元素基态原子的p轨道电子总数为24。下列叙述错误的是 (　)
X Y
Z Q
A.简单氢化物的稳定性:Y>Q>Z
B.XY3分子中每个原子最外层都达到8电子稳定结构
C.最高价氧化物对应水化物的酸性:ZD.QY6分子呈正八面体形
6.[2024·浙江嘉兴二模] 化合物XWZY4可用作电极材料,其中X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,X、Y同周期,Y原子的电子总数与Z原子的L层电子数相等。基态W原子的价层电子排布为nd2n(n+1)sn-1。该电极材料所含阴离子的结构如图所示。下列说法不正确的是 (　)
A.简单离子半径:XB.简单氢化物的熔沸点:Y>Z
C.X单质在Y单质中燃烧,其产物中含有非极性共价键
D.基态W原子有15种空间运动状态不同的电子
7.[2023·浙江杭州学军中学模拟] 某新型漂白剂的结构如图所示,其组成元素均为短周期元素,其中X与Y同周期,X与W对应的简单离子核外电子排布相同,且W、Y、Z的最外层电子数之和等于X的最外层电子数。下列说法错误的是 (　)
W2+
A.四种元素中X的电负性最大
B.简单离子半径:WC.由Z和X两种元素可能形成非极性分子
D.第一电离能介于X与Y之间的同周期元素只有2种
8.[2024·湖南岳阳二模] 某种电化学的电解液的组成如图所示,X、Y、Z、Q、W为原子序数依次
增大的短周期元素,下列说法错误的是 (　)
A.熔融QW3不导电
B.ZX3空间结构为三角锥形
C.简单离子半径:QD.X、Y、Z三种元素只能形成共价化合物
答案与解析
考向一
例1　B　[解析] X、Y、Z、M四种主族元素,原子序数依次增大,分别位于三个不同短周期,则X为第一周期的H元素,Y与M同主族,分别位于第二、三周期,Y与Z核电荷数相差2,Z的原子最外层电子数是内层电子数的3倍,则Z为O元素,Y为C元素,M为Si元素。Y为C,其中C原子的杂化类型为sp2,C的空间结构为平面正三角形,键角为120°;Y为C,其中C原子的杂化类型为sp3,C的空间结构为三角锥形,由于C原子还有1个孤电子对,故键角小于109°28',因此,键角的大小关系为Y>Y,A正确。Y2X2为C2H2,为直线形分子,分子结构对称,分子中正电中心与负电中心重合,故其为非极性分子;X2Z2为H2O2,其分子结构不对称,分子中正电中心与负电中心不重合,故为极性分子,因此,两者极性的大小关系为Y2X2例2　A　[解析] X、Y、Z、W四种短周期主族元素,原子序数依次增大,X、Y与Z位于同一周期,且只有X、 Y元素相邻,X基态原子核外有2个未成对电子,则X为C,Y为N,Z为F;W原子在同周期中原子半径最大,则W为Na。根据同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势,但第ⅡA族大于第ⅢA族,第ⅤA族大于第ⅥA族,则第一电离能:Z>Y>X,故A错误;根据同周期主族元素从左到右电负性逐渐增大,同主族元素从上到下电负性逐渐减小,则电负性:Z>Y>X>W,故B正确;Z、W原子形成稀有气体电子构型的简单离子分别为F-、Na+,根据同电子层结构核多径小,简单离子的半径:W例3　C　[解析] 侯氏制碱法主反应的化学方程式为NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3↓+NH4Cl,则可推出W、X、Y、Z、Q、R分别为H元素、C元素、N元素、O元素、Na元素、Cl元素。一般原子的电子层数越多半径越大,电子层数相同时,核电荷数越大,半径越小,则原子半径:H考向二
例1　C　[解析] 甲~戊是短周期元素,戊的最高价氧化物对应的水化物为强酸,则可能是硫酸或高氯酸,若是高氯酸,则戊为Cl,甲为N、乙为F、丙为P、丁为S;若是硫酸,则戊为S,甲为C、乙为O、丙为Si、丁为P。根据同周期主族元素从左到右原子半径逐渐减小,同主族元素从上到下原子半径逐渐增大,可知原子半径:丁>戊>乙,故A正确;根据同周期主族元素从左到右非金属性逐渐增强,可知非金属性:戊>丁>丙,故B正确;甲的氢化物可能为氨气,也可能为甲烷、乙烷等,若是氨气,则遇氯化氢一定有白烟产生,若是甲烷、乙烷等,则遇氯化氢不反应,没有白烟生成,故C错误;丙的最高价氧化物对应的水化物可能是硅酸,也可能是磷酸,都一定能与强碱反应,故D正确。
例2　A　[解析] 由题意可知,Y为Al,X为Mg,Z为C,M为N,Q为S,R为Cl。非金属元素的非金属性越强,其阴离子(或负价元素原子)的还原性越弱,则CS2的还原性强于CCl4,A项错误;Mg与CO2反应生成MgO和C,B项正确;Al与Fe2O3发生铝热反应置换出Fe,C项正确;HNO3与NH3发生反应生成NH4NO3,D项正确。
考向三
例1　C　[解析] 由共价化合物的结构可知,W能形成4个共价键,Y形成2个共价键,X、Y、Z、W是原子序数依次增大的短周期元素,W的原子序数等于X与Y的原子序数之和,则X为C元素、Y为O元素、W为Si元素,由—X2Z5可知,Z为F元素。同周期主族元素从左到右原子半径依次减小,则C、O、F的原子半径大小顺序为C>O>F,A正确;同周期主族元素从左到右非金属性依次增强,同主族元素从上到下非金属性依次减弱,则C、O、Si的非金属性强弱顺序为O>C>Si,B正确;位于元素周期表右上角的氟元素,其非金属性最强,氟单质具有很强的氧化性,C错误;原子序数为82的元素为铅元素,与硅元素都位于元素周期表第ⅣA族,D正确。
例2　D　[解析] 主族元素W、X、Y、Z原子序数依次增大,X、Y的价电子数相等,Z的价电子所在能层有16个轨道,则Z有4个能层。根据这4种元素形成的化合物的结构可以推断,W、X、Y、Z分别为H、O、S、K。W和Y可以形成H2S,其中S显-2价,因此,电负性S>H,A不正确;H2SO3是中强酸,而H2SO4是强酸,因此,在相同条件下,后者的酸性较强,B不正确;基态H原子只有1个电子,基态O原子的2p轨道上有4个电子,其中有2个未成对电子,因此,基态原子的未成对电子数O>H,C不正确;K的氧化物溶于水且与水反应生成强碱KOH,S的氧化物溶于水且与水反应生成H2SO3或H2SO4,因此,氧化物溶于水所得溶液pH的大小关系为K>S,D正确。
变式训练
1.A　[解析] X、Y、Z、M四种主族元素,原子序数依次增大,分别处于不同的前四周期,则X为H,基态Y原子s能级电子数是p能级的2倍,则Y为C,Z是同周期中电负性最大的元素,故Z为Cl,基态M原子核外无未成对电子,故M为Ca,据此分析。CaC2中阴阳离子个数比为1∶1,CaCl2中阴阳离子个数比为2∶1,A错误;C2Cl2的结构为Cl—C≡C—Cl,含有3个σ键和2个π键,B正确;苯(C6H6)中所有C原子在同一平面上,C正确;H2CO3酸性比HClO的酸性强,D正确。
2.B　[解析] X、Y、Z、M和W五种短周期主族元素,原子序数依次增大,X元素最高化合价=|最低化合价|,X为H或C元素,Y在周期表中电负性最大,Y为F元素,W与M、X相邻,则X为C元素,W为Si元素,M为Al元素,基态Z的价电子层上只有1个电子,Z为Na元素,以此解答。一般离子的电子层数越多,离子半径越大,电子层结构相同时,核电荷数越大,离子半径越小,则单核离子半径:Al3+ SiH4>CH4,C正确;金属性越强,最高价氧化物中离子键成分百分数越大,则最高价氧化物中离子键成分百分数:Na2O>Al2O3>CO2,D正确。
3.D　[解析] A、B、C、D、E、F为六种原子序数依次增大的短周期元素,A、B、D位于同一主族,且D的原子半径在短周期元素原子中最大,则A是H元素,B是Li元素,D是Na元素;C是周期表中电负性最大的元素,则C是F元素;基态E原子的核外电子有7种空间运动状态,则E原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p1,E是Al元素;基态F原子有3个未成对电子,则F原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p3,F是P元素,然后根据元素周期律及物质的性质分析解答。C是F元素,F是P元素,它们形成的简单氢化物分别为HF、PH3,HF分子之间除存在范德华力外,还存在氢键,导致其沸点比只存在范德华力的PH3高,A错误;C是F元素,B是Li元素,F形成的简单离子是F-,Li形成的简单离子是Li+,一般电子层数越多,离子半径越大,所以离子半径:F->Li+,B错误;A是H元素,B是Li元素,E是Al元素,三种元素形成的化合物为LiAlH4,其阴离子Al中心原子的价层电子对数是4+=4,因此中心Al原子杂化类型是sp3,C错误;根据上述分析可知:C是F元素,D是Na元素,E是Al元素,三种元素形成的化合物是Na3AlF6,Na3AlF6俗称冰晶石,单质Al冶炼时采用电解熔融Al2O3的方法,但由于该物质熔点很高,为降低其熔点,通常要加入冰晶石,可以降低熔化温度,从而节约能源、降低能耗,D正确。
4.C　[解析] 由“X、Y、W的最外层电子数之和为15”及图中相对位置,可确定X、W、Y的最外层电子数依次递增,则三者的最外层电子数分别为4、5、6,由此确定X为C、W为P、Y为O,由“X和Z的最外层电子数相差2”及图中相对位置,从而确定Z为Mg。同周期主族元素自左向右原子半径逐渐减小,则原子半径:r(X)>r(Y),A不正确;X的氢化物为烃,Y的氢化物可以是水、过氧化氢,X的氢化物的沸点不一定比Y的氢化物的沸点低,B不正确;Mg与O形成的MgO熔点高,可制作耐高温材料,C正确;X元素的单质有金刚石、石墨、C60等,D不正确。
5.B　[解析] 由图可知,X、Y在第二周期,Z、Q在第三周期,又X、Y、Z和Q四种元素基态原子的p轨道电子总数为24,设X的p轨道电子数为x,即2p轨道电子数为x,则x+(x+4)+(6+x+1)+(6+x+3)=24,解得x=1,则X为B,Y为F,Z为Si,Q为S,据此分析解答。元素非金属性越强,简单氢化物越稳定,非金属性:F>S>Si,则简单氢化物的稳定性:HF>H2S>SiH4,故A正确;BF3分子中B原子最外层为6个电子,未达到8电子稳定结构,故B错误;非金属性:S>Si,最高价氧化物对应水化物的酸性:H2SiO36.C　[解析] 基态W原子的价层电子排布为nd2n(n+1)sn-1,其核外电子排布:1s22s22p63s23p63d64s2,为Fe元素;Z原子可形成5个共价键,为第ⅤA族元素,Y原子可形成2个共价键,为第ⅥA族元素,结合Y原子的电子总数与Z原子的L层电子数相等可知,Y为O元素,Z为P元素,X、Y同周期,结合化合物XWZY4可知,X为Li。一般电子层数越多,离子半径越大,则离子半径:Li+PH3,B正确;Li在氧气中燃烧生成氧化锂,不含非极性共价键,C错误;基态铁原子核外电子占据的原子轨道数为15,故空间运动状态有15种,D正确。
7.C　[解析] 短线表示共价键和配位键,X形成两个键,可能是O或S,Z形成一个键,可能是H或F或Cl,根据“W、Y、Z的最外层电子数之和等于X的最外层电子数”,Z只能是H,W原子最外层有2个电子,可推出Y原子最外层有3个电子,说明结构中Y形成的化学键中有配位键,再根据“X与W对应的简单离子核外电子排布相同”,且X与Y同周期,W只能是Mg,X是O,Y是B。四种元素中,O的电负性最大,A正确;Mg2+和O2-的核外电子排布相同,Mg的核电荷数大r(Mg2+)8.D　[解析] 根据组成结构以及成键特点,X和W只形成一个共价键,可能为H或卤族元素,Y形成四个共价键,五种元素X、Y、Z、Q、W的原子序数依次增大,且属于短周期元素,因此Y为C,X为H,W应为Cl,一个Z可形成三个共价键,该物质为离子化合物,形成四个键的Z失去一个电子,因此Z为N,Q形成四个共价键的一价阴离子,则Q为Al。AlCl3是共价化合物,熔融AlCl3不导电,A正确;NH3的空间结构为三角锥形,B正确;Cl-比Al3+、N3-多一个电子层,离子半径最大,Al3+与N3-的核外电子层结构相同,核电荷数越大,离子半径越小,故离子半径Al3+