發(fā)展素養(yǎng)(七)　證據(jù)推理——元素綜合推斷
探究點1　文字描述型元素綜合推斷探究點2　片段周期表型元素綜合推斷探究點3　物質(zhì)結(jié)構(gòu)型元素綜合推斷作業(yè)手冊
探究點1　文字描述型元素綜合推斷
例1 [2023·浙江卷] X、Y、Z、W四種短周期主族元素,原子序數(shù)依次增大。X、Y與Z位于同一周期,且只有X、 Y元素相鄰。X基態(tài)原子核外有2個未成對電子,W原子在同周期中原子半徑最大。下列說法不正確的是(　 )A.第一電離能:Y>Z>XB.電負性:Z>Y>X>WC.Z、W原子形成稀有氣體電子構(gòu)型的簡單離子的半徑:WY>X,故A錯誤;根據(jù)同周期主族元素從左到右電負性逐漸增大,同主族元素從上到下電負性逐漸減小,則電負性:Z>Y>X>W,故B正確;Z、W原子形成稀有氣體電子構(gòu)型的簡單離子分別為F-、Na+,根據(jù)同電子層結(jié)構(gòu)核多徑小,簡單離子的半徑:Wr(Y)>r(X)B.電負性:X>Y>ZC.R位于元素周期表中第四周期第ⅣB族D.Z的最高價氧化物對應(yīng)水化物的堿性比Q的強
[解析] X、Y、Z、Q、R為原子序數(shù)依次增大的前四周期主族元素,X和Y可以形成一種紅棕色氣體,推測該氣體是NO2,則X為N,Y為O;Q是地殼中含量最高的金屬元素,則Q為Al;Z是同周期主族元素中原子半徑最大的元素,則Z為Na;由R的基態(tài)原子中有6個未成對電子可知其價層電子排布為3d54s1,則R為Cr。同主族元素從上到下原子半徑逐漸增大,同周期主族元素從左到右原子半徑逐漸減小,故原子半徑為r(Al)>r(N)>r(O),即r(Q)>r(X)>r(Y),A錯誤;同周期主族元素從左到右電負性逐漸增強,故O>N,金屬元素的電負性小于非金屬元素,即電負性:Y>X>Z,B錯誤;R的價層電子數(shù)為6,R位于元素周期表中第四周期第ⅥB族,C錯誤;Z為Na,Z的最高價氧化物對應(yīng)的水化物為NaOH,為強堿,Q的最高價氧化物對應(yīng)的水化物為Al(OH)3,屬于兩性氫氧化物,故NaOH的堿性比Al(OH)3的強,D正確。
探究點2　片段周期表型元素綜合推斷
例2 [2024·天津南開區(qū)模擬] 短周期主族元素W、X、Y和Z在周期表中的相對位置如表所示,這四種元素原子的最外層電子數(shù)之和為21。下列關(guān)系正確的是( 　)A.電負性:Z>X>Y B.氧化物對應(yīng)水化物的酸性:Y>WC.含Y元素的鹽溶液均呈酸性D.簡單離子的半徑:YCl>Al,A錯誤;Al(OH)3顯兩性,氮元素的氧化物對應(yīng)的水化物HNO3、HNO2均顯酸性,B錯誤;含Al元素的鹽溶液可能呈酸性(如AlCl3),也可能呈堿性(如Na[Al(OH)4]),C錯誤;Al3+和O2-的電子層結(jié)構(gòu)相同,核電荷數(shù)越大,離子半徑越小,D正確。
【方法技巧】 解答周期表片段型元素推斷題的思路如下:
探究點3　物質(zhì)結(jié)構(gòu)型元素綜合推斷
例3 [2024·四川成都七中模擬] 一種工業(yè)洗滌劑中間體的結(jié)構(gòu)式如圖所示,其中短周期元素X、Y、Z、Q、W原子的半徑依次增大,X和W同主族但不相鄰,Y和Q最外層電子數(shù)之和是Z原子L層電子數(shù)的2倍,下列說法正確的是(　 )A.X、Z、Q、W均可與Y形成二元化合物B.簡單離子半徑:W>Z>YC.Y的氫化物的穩(wěn)定性和沸點都高于Q的氫化物D.X、Y、Z三種元素只能形成共價化合物
[解析] 短周期元素X、Y、Z、Q、W原子的半徑依次增大,X和W同主族但不相鄰,再結(jié)合該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)式可得X為H,W為Na,Y和Q最外層電子數(shù)之和是Z原子L層電子數(shù)的2倍,則Y為O,Z為N,Q為C。H與O可形成H2O、H2O2,N與O可形成NO2、NO2等,C與O可形成CO、CO2,Na與O可形成Na2O、Na2O2,故A正確;核外電子排布相同的簡單離子,核電荷數(shù)越大,簡單離子半徑越小,簡單離子半徑:N3->O2->Na+,故B錯誤;O與C有多種氫化物,穩(wěn)定性和沸點無法比較,故C錯誤;H、N、O三種元素可形成離子化合物如NH4NO3,故D錯誤。
【方法技巧】 (1)原子形成共價鍵數(shù)目與主族序數(shù)的關(guān)系
(2)短周期主族元素原子的成鍵數(shù)目和成鍵方式
變式題 [2024·河北滄州八校聯(lián)考] W、X、Y、Z為原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素,且X、Y、Z位于同一周期。無機物[YW4]+[ZXY]-與某種有機物(如圖)互為同分異構(gòu)體。下列說法中錯誤的是( 　)A.電負性:XZ>Y>XB.鍵角:H2ZWD.電負性:Y>Z
[解析] X、Y、Z、W為原子序數(shù)依次增大的四種短周期元素,X的核外電子總數(shù)與其周期數(shù)相同,則X為氫元素;Z的最外層電子數(shù)為其內(nèi)層電子數(shù)的3倍,則Z為氧元素;Z與W同主族,則W為硫元素;Y的基態(tài)原子的價層電子中有3個未成對電子,則Y為氮元素。電子層結(jié)構(gòu)相同的離子,核電荷數(shù)越大離子半徑越小,則簡單離子半徑:O2-H2S,B錯誤;非金屬性:O>S,則氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性:H2O>H2S,C正確;電負性:NW>YB.簡單離子還原性:Z>W>XC.原子半徑:Y>W>XD.簡單氫化物的沸點:X>Y>W
[解析] 基態(tài)X原子的2p軌道上,有1個電子的自旋方向與其他電子的自旋方向相反,則X為O元素;基態(tài)W原子的電子總數(shù)是其最高能級電子數(shù)的4倍,則W為S元素;Y原子M層上有兩個未成對電子,則Y為Si;短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序數(shù)依次增大,則Z為P元素。Z為P,W為S,Y為Si,P原子3p軌道電子為半充滿穩(wěn)定狀態(tài),故第一電離能:Z>W>Y,A正確;非金屬性越強,單質(zhì)氧化性越強,而相應(yīng)簡單陰離子的還原性越弱,則簡單離子還原性:Z>W>X,B正確;
同一周期主族元素從左到右原子半徑逐漸變小,Y和W為第三周期元素,X為第二周期元素,則原子半徑:Y>W>X,C正確;Y為Si,簡單氫化物為SiH4,W為S,簡單氫化物為H2S,H2S的相對分子質(zhì)量大于SiH4,則簡單氫化物的沸點:W>Y,D錯誤。
4. [2023·湖南長郡中學(xué)模擬] W、X、Y、Z為四種原子序數(shù)依次增大的短周期非金屬主族元素,其中只有X、Y位于同周期,四種元素可形成航天飛船的火箭推進劑[XW4]+[ZY4]-,W與X的最外層電子數(shù)之和等于Y的最外層電子數(shù)。下列說法錯誤的是( 　)A.W、X、Y、Z的最高正價均等于其最外層電子數(shù)B.X的氣態(tài)氫化物處于液態(tài)時常用來作制冷劑,與其存在分子間氫鍵有關(guān)C.簡單陰離子的還原性:X>YD.W、X、Z均可與Y形成兩種或兩種以上的化合物
[解析] W、X、Y、Z為四種原子序數(shù)依次增大的短周期非金屬主族元素,其中只有X、Y位于同周期,則W位于第一周期,W為H;X、Y位于第二周期,Z位于第三周期,X和W可以形成[XW4]+,則X為N,W與X的最外層電子數(shù)之和等于Y的最外層電子數(shù),則Y為O;Z和Y可以形成[ZY4]-,則Z為Cl。W、X、Y、Z分別為H、N、O、Cl,O沒有+6價,其化合價最高為+2價,A錯誤;X為N,氮的氣態(tài)氫化物為NH3,液氨常用來作制冷劑,是因為氨分子之間存在分子間氫鍵,汽化時吸收大量的熱,B正確;
非金屬性越強,其簡單陰離子還原性越弱,非金屬性:O>N,則簡單陰離子的還原性:X>Y,C正確;H、N、Cl均可與O形成兩種或兩種以上的化合物:H2O、H2O2,NO、NO2、N2O5等,Cl2O、ClO2等,D正確。
5. [2024·河北衡水中學(xué)調(diào)研] 短周期元素W、X、Y、Z在元素周期表中的相對位置如圖所示,其中W的簡單氣態(tài)氫化物與其最高價氧化物對應(yīng)的水化物能相互反應(yīng),下列說法錯誤的是(　 )A.基態(tài)X原子的軌道表示式為 B.第一電離能:W>XC.簡單氫化物的穩(wěn)定性:X>YD.Z的氧化物對應(yīng)的水化物為強酸
探究點二 片段周期表型元素綜合推斷
[解析] 短周期元素W的簡單氣態(tài)氫化物與其最高價氧化物對應(yīng)的水化物能相互反應(yīng),則W為N;根據(jù)各元素在周期表中的相對位置可知,X為O,Y為S,Z為Cl。X為O,基態(tài)O原子的軌道表示式為 ,A正確;W為N,X為O,同一周期從左到右,元素的第一電離能呈增大趨勢,但是第ⅤA族元素的第一電離能高于第ⅥA族元素,故第一電離能:N>O,B正確;X為O,Y為S,同一主族,從上到下,元素的非金屬性逐漸減弱,元素的簡單氫化物的穩(wěn)定性逐漸減弱,故穩(wěn)定性:H2O>H2S,C正確;Z為Cl元素,其氧化物對應(yīng)的水化物不一定是強酸,如HClO是弱酸,D錯誤。
6. 如圖為元素周期表的一部分。X、Y、Z、W為短周期元素,其中Y元素的原子最外層電子數(shù)是其電子層數(shù)的3倍。下列說法正確的是( 　)A.Y的氫化物的沸點一定比X氫化物的沸點高B.Z的氧化物對應(yīng)水化物的酸性比W的弱C.ZY2、XW4與Na2Z的化學(xué)鍵類型相同D.根據(jù)元素周期律,可以推測存在TZ2和TW4
[解析] X、Y、Z、W為短周期元素,Y元素的原子最外層電子數(shù)是其電子層數(shù)的3倍,則Y為O元素,根據(jù)X、Y、Z、W、T在元素周期表中的相對位置關(guān)系可知,X為C元素,Z為S元素,W為Cl元素,T為Ge元素。Y的氫化物為H2O、H2O2,H2O、H2O2常溫下都呈液態(tài),X的氫化物為烴,烴分子中碳原子數(shù)不同,沸點差別很大,故Y的氫化物的沸點不一定比X氫化物的沸點高,A項錯誤; Z的氧化物對應(yīng)的水化物可能是硫酸或亞硫酸,W的氧化物對應(yīng)的水化物可能是次氯酸、氯酸或高氯酸等,因此Z的氧化物對應(yīng)水化物的酸性不一定比W的弱,如HClO屬于弱酸,H2SO4屬于強酸,B項錯誤;SO2、CCl4所含化學(xué)鍵類型為極性共價鍵,而Na2S所含化學(xué)鍵類型為離子鍵,C項錯誤;Ge與C同族,根據(jù)元素周期律可知,存在GeS2和GeCl4,D項正確。
7. [2024·湖北武漢華師一附中模擬] X、Y、Z、W、Q均為短周期元素,在元素周期表中的相對位置如圖所示;Q的最高價氧化物對應(yīng)的水化物是一種二元酸。下列說法正確的是(　 )A.第一電離能:Q>W>ZB.X與氫元素能組成直線形分子C.X、Z元素形成的單質(zhì)晶體類型一定相同D.Q元素的兩種常見氧化物分子里鍵角相同
[解析] X、Y、Z、W、Q均為短周期元素,Q的最高價氧化物對應(yīng)的水化物是一種二元酸,則Q為S元素,根據(jù)其相對位置可知,X為C元素、Y為Al元素、Z為Si元素、W為P元素。同一周期隨著原子序數(shù)增大,第一電離能呈增大趨勢,P的3p軌道為半充滿穩(wěn)定狀態(tài),第一電離能大于同周期相鄰元素,故第一電離能:P>S>Si,A錯誤;乙炔(C2H2)屬于直線形分子,B正確;
C元素形成的單質(zhì)可能是共價晶體如金剛石,也可能是混合型晶體如石墨,可能是分子晶體如C60,C錯誤;SO2和SO3中硫原子均為sp2雜化,但是二氧化硫分子的中心S原子存在一個孤電子對,孤電子對與成鍵電子對之間的斥力大于成鍵電子對之間的斥力,故兩者的鍵角不相等,D錯誤。
8. 已知前四周期元素X、Y、Q、R、Z和W在周期表中的位置如圖所示,其中Z位于ds區(qū),基態(tài)W原子的價電子中在不同形狀的原子軌道中運動的電子數(shù)相等。下列說法正確的是( 　)A.最高正化合價:X=QZC.原子半徑:Z>X>Y>WD.Z的最高價氧化物對應(yīng)的水化物為強酸
[解析] 短周期元素W只形成1個共價鍵,其中W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大且X與Y、Z均相鄰,則W是H元素;由化合物的結(jié)構(gòu)可知,X形成4個共價鍵且陽離子帶一個單位正電荷,則X是N元素,Y能夠形成2個共價鍵,且可以與H形成共價鍵,則Y是O;根據(jù)Z在周期表中與N元素相鄰,原子序數(shù)大于O,則Z是P元素。根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)可知該化合物的化學(xué)式是NH4H2PO4,其中P元素的化合價為+5價,A正確。
X是N,Z是P,二者位于同一主族,它們形成的簡單氫化物NH3、PH3都是由分子構(gòu)成的物質(zhì),但由于NH3分子之間存在氫鍵,增加了分子之間的作用力,導(dǎo)致物質(zhì)的沸點升高,故簡單氫化物的沸點:NH3>PH3,B正確。同一周期主族元素,原子序數(shù)越大,原子半徑越小;不同周期元素,一般電子層數(shù)越多,原子半徑就越大,則四種元素的原子半徑大小關(guān)系為Z(P)>X(N)>Y(O)>W(H),C正確。Z是P元素,P的最高價氧化物對應(yīng)的水化物是H3PO4,H3PO4屬于中強酸,不屬于強酸,D錯誤。
13.[2023·遼寧沈陽一模] 如圖所示的有機化合物是核酸病毒保存液的重要成分之一。其中W、X、Y、Z為原子序數(shù)依次增大的短周期元素,只有X和Y同周期,Z的價層電子數(shù)等于X的原子序數(shù)。下列說法中正確的是(　 )A.第一電離能:X>YB.W、Y、Z可形成離子化合物C.分子中可能所有原子均共面D.X、Y、Z的簡單氫化物均是強酸
[解析] 根據(jù)結(jié)構(gòu)式中W、X、Y、Z的成鍵特征及原子序數(shù)大小可得X為C,W為H,只有X和Y同周期,Y為N,Z的價層電子數(shù)等于X的原子序數(shù),Z為S。第一電離能:N>C,A錯誤;H、N、S可形成離子化合物NH4HS,B正確;該分子中與S原子相連的N原子為sp3雜化,故所有原子不可能都共平面,C錯誤;C、N、S的簡單氫化物分別為CH4、NH3、H2S,三者都不是強酸,D錯誤。
14.已知X、Y、Z、W、M為原子序數(shù)依次增大的5種短周期主族元素,Y、Z、W、M位于同一周期,這5種元素可與氯元素形成一種離子型材料,可吸附甲醇,部分晶體結(jié)構(gòu)如圖所示,已知[Z(WX2)3]+中所有原子共平面。下列說法錯誤的是(　 )A.[Z(WX2) 3]+的化學(xué)式為[C(NH2)3]+B.基態(tài)原子的第一電離能:Z

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