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1、元素周期律突破原子结构与元素性质的递变规律项目同周期(左右)同主族(上下)原子核外电子排布能层数相同，最外层电子数逐渐增多最外层电子数相同，能层数递增原子半径逐渐减小(0族元素除外)逐渐增大元素主要化合价最高正价由17(O、F除外，第一周期除外)，最低负价由41最高正价主族序数(O、F除外)，非金属元素最低负价主族序数8原子得、失电子能力得电子能力逐渐增强；失电子能力逐渐减弱得电子能力逐渐减弱；失电子能力逐渐增强第一电离能呈增大趋势逐渐减小电负性逐渐增大逐渐减小元素金属性、非金属性金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱最高价氧化物对应水化物的酸碱性酸性逐渐增强，碱性逐
2、渐减弱酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强气态氢化物形成难易易难稳定性逐渐增强逐渐减弱(2021山东等级考)X、Y为第三周期元素、Y最高正价与最低负价的代数和为6，二者形成的一种化合物能以XY4XY6的形式存在。下列说法错误的是()A原子半径：XYB简单氢化物的还原性：XYC同周期元素形成的单质中Y氧化性最强D同周期中第一电离能小于X的元素有4种【解析】选D。Y位于第三周期，且最高正价与最低负价的代数和为6，则Y是Cl元素，由X、Y形成的阴离子和阳离子知，X与Y容易形成共价键，根据化合物的形式知X是P元素。P与Cl在同一周期，则P半径大，即XY，A项不符合题意；两者对应的简单氢化物分别是PH3和HCl，
3、阴离子半径P3Cl，所以PH3的失电子能力强，还原性强，即XY，B项不符合题意；同周期元素从左往右，金属性减弱，非金属性增强，各元素对应的金属单质还原性减弱，非金属单质的氧化性增强，所以Cl2的氧化性最强，C项不符合题意；同一周期，从左到右，第一电离能呈现增大的趋势，第A族元素的第一电离能大于相邻元素的第一电离能；所以第三周期第一电离能从小到大依次为Na、Al、Mg、Si、S、P、Cl，所以有5种，D项符合题意。(2022葫芦岛模拟)化合物是一种高效消毒剂,其蒸汽和溶液都具有很强的杀菌能力,可用于目前新冠病毒疫情下的生活消毒。其中X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素。下列叙述正确的是()A
4、.原子半径:ZYXB.Z的第一电离能比同周期相邻元素都大C.1 mol该化合物分子中含有的非极性键数目为2NAD.该化合物中X、Y、Z都满足8电子稳定结构【解析】选C。X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期元素,结合可知Y形成四条键,推知Y可能为C或者Si,Z与Y形成双键,且存在ZZ的结构,可知Z为O,则Y为C,X形成一个键,结合原子序数可知X为H,据此分析答题。原子半径COH,即YZX,故A错误;同周期元素,从左向右第一电离能递增,但是第A族大于第A族,第A族大于第A族,Z为O位于第A族,第一电离能小于N,故B错误;成键元素相同的共价键为非极性键,中的非极性键有CC、OO键,所以1 mol该化
5、合物分子中含有的非极性键数目为2NA,故C正确;氢原子最外层为2电子,所以不是都满足8电子稳定结构,故D错误。中国科学家制备出具有几个纳米厚度的二维黑磷场效应晶体管。单层原子厚度石墨烯的发现，使二维晶体有可能改写人类电子技术发展史。与其他二维晶体材料相比，二维黑磷单晶材料更加稳定，但其单晶在常压下不容易生长。研究人员在高温高压的极端条件下成功生长出高质量的黑磷单晶材料，为实现二维黑磷单晶材料奠定了基础。此后，他们利用胶带进行机械剥落的方法，从块状单晶中剥出薄片，附着到镀有一层二氧化硅的硅晶片上，并在此基础上制备出场效应晶体管。命题视角1：晶体类型的判断阅读材料分析，二氧化硅属于哪种晶体？提示：
6、共价晶体命题视角2：同素异性体的概念阅读材料分析，黑磷、白磷、红磷的关系？提示：同素异形体命题视角3.物质的结构分析材料中黑磷的晶体结构(图A、图B)可知，黑磷晶体中P原子的杂化方式是_，层内最小环由_个P原子构成；每个P原子被3个最小环所共用；每个最小环含有_个P原子；P原子与磷磷键个数比为_。提示：sp362231(2020全国卷)Goodenough等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。回答下列问题：(1)基态Fe2与Fe3离子中未成对的电子数之比为_。(2)磷酸根离子的空间构型为_，其中P的价层电子对数为_、杂化轨道类型为_。(3
7、)LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO4的单元数有_个。电池充电时，LiFePO4脱出部分Li，形成Li1xFePO4，结构示意图如(b)所示，则x_，n(Fe2)n(Fe3)_。【解析】(1)基态铁原子的价电子排布式为3d64s2，失去外层电子转化为Fe2和Fe3，这两种基态离子的价电子排布式分别为3d6和3d5，根据洪特规则可知，基态Fe2有4个未成对电子，基态Fe3有5个未成对电子，所以未成对电子个数比为45；(2)经过计算，PO中不含孤电子对，成键电子对数目为4，价层电子
8、对数为4，因此其构型为正四面体形，P原子是采用sp3杂化方式形成的4个sp3杂化轨道；(3)由题干可知，LiFePO4的晶胞中，Fe存在于由O构成的正八面体内部，P存在于由O构成的正四面体内部；再分析题干中给出的(a)、(b)和(c)三个不同物质的晶胞结构示意图，对比(a)和(c)的差异可知，(a)图所示的LiFePO4的晶胞中，小球表示的即为Li，其位于晶胞的8个顶点，4个侧面面心以及上下底面各自的相对的两条棱心处，经计算一个晶胞中Li的个数为8444(个)；进一步分析(a)图所示的LiFePO4的晶胞中，八面体结构和四面体结构的数目均为4，即晶胞中含Fe和P的数目均为4；考虑到化学式为Li
9、FePO4，并且一个晶胞中含有的Li、Fe和P的数目均为4，所以一个晶胞中含有4个LiFePO4单元。对比(a)和(b)两个晶胞结构示意图可知，Li1xFePO4相比于LiFePO4缺失一个面心的Li以及一个棱心的Li；结合上一个空的分析可知，LiFePO4晶胞的化学式为Li4Fe4P4O16，那么Li1xFePO4晶胞的化学式为Li3.25Fe4P4O16，所以有1x即x0.187 5。结合上一个空计算的结果可知，Li1xFePO4即Li0.812 5FePO4；假设Fe2和Fe3数目分别为x和y，则列方程组：xy1，0.812 52x3y542，解得x0.812 5，y0.187 5，则L
10、i1xFePO4中n(Fe2)n(Fe3)0.812 50.187 5133。答案：(1)45(2)正四面体形4sp3(3)4或0.187 51332(2019全国卷)磷酸亚铁锂(LiFePO4)可用作锂离子电池正极材料，具有热稳定性好、循环性能优良、安全性高等特点，文献报道可采用FeCl3、NH4H2PO4、LiCl和苯胺等作为原料制备。回答下列问题：(1)在周期表中，与Li的化学性质最相似的邻族元素是_，该元素基态原子核外M层电子的自旋状态_(填“相同”或“相反”)。(2)FeCl3中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子存在的FeCl3的结构式为_，其中Fe的配位数为_。(3)N
11、H4H2PO4中，电负性最高的元素是_；P的_杂化轨道与O的2p轨道形成_键。(4)NH4H2PO4和LiFePO4属于简单磷酸盐，而直链的多磷酸盐则是一种复杂磷酸盐，如：焦磷酸钠、三磷酸钠等。焦磷酸根离子、三磷酸根离子如图所示：这类磷酸根离子的化学式可用通式表示为_(用n代表P原子数)。【解析】(1)根据对角线原则，与Li化学性质最相似的邻族元素是Mg。Mg中M层电子为3s2，根据泡利不相容原理，M层电子自旋状态相反。(2)FeCl3的化学键与AlCl3 相同，中间存在配位键，配位数为4。(3)不同元素的电负性分别是：N为3.0，H为2.1，P为2.1，O为3.5。电负性最高的元素是O。P的
12、杂化轨道计算公式为4(538)4，所以P的sp3杂化轨道与O的2p轨道形成键。(4)根据题目提供的焦磷酸根离子、三磷酸根离子的结构可推知，这类磷酸根离子情况为 P为n时，每个P周围O个数为3个，最后一个P 再加一个O，共(3n1)个。根据化合价P为5，O为2 ，计算可得这一类磷酸根的通式为(PnO3n1)(n2)。答案：(1)Mg相反(2)4 (3)Osp3(4)(PnO3n1)(n2)关于电子排布、电离能的问题：(1)区分价电子排布式和电子排布图。(2)第一电离能在周期表中的变化规律及反常现象以及对反常现象的解释。同周期从左往右依次增大。反常现象：A A、 AA；原因：洪特规则的特例。同主族
13、从上往下依次减小。1(2021河北选择考节选)KH2PO4晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大KH2PO4晶体已应用于大功率固体激光器，填补了国家战略空白。回答下列问题：(1)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，核外电子排布相同的是_(填离子符号)。(2)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用表示，与之相反的用表示，称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子，其价电子自旋磁量子数的代数和为_。(3)已知有关氮、磷的单键和三键的键能(kJmol1)如表：NNNNPPPP193946197489从能量角度看，氮以N2、而白磷以P4(结构式可表示为)
14、形式存在的原因是_。(4)已知KH2PO2是次磷酸的正盐，H3PO2的结构式为_，其中P采取_杂化方式。(5)与PO电子总数相同的等电子体的分子式为_。(6)磷酸通过分子间脱水缩合形成多磷酸，如：如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸，则相应的酸根可写为_。【解析】(1)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，其中核外电子排布相同的是K和P3 。(2)基态磷原子的价电子排布式为3s23p3，其中3s轨道的2个电子自旋状态相反，自旋磁量子数的代数和为0；3p轨道3个电子的自旋状态相同，基态磷原子的价电子自旋磁量子数的代数和为或。(3)根据表中的相关共价键的键能可知，若4 mol
15、N形成类似白磷分子结构的N4分子，可以释放出的能量为193 kJ61 158 kJ；若4 mol N形成N2分子，则可释放的能量为946 kJ21 892 kJ，则形成N2分子放出的能量更多，故在N数目相同的条件下，N2具有更低的能量，能量越低越稳定。同理，若4 mol P形成P4分子，可以释放出的能量为197 kJ61 182 kJ；若4 mol P形成P2分子，则可释放的能量为489 kJ2978 kJ，显然，形成P4分子放出的能量更多，故在P数目相同的条件下，P4具有更低的能量，能量越低越稳定。(4)含氧酸分子中只有羟基上的H可以电离；由KH2PO2是次磷酸的正盐可知，H3PO2为一元酸
16、，其分子中只有一个羟基，其结构式为，其中P共形成4个键、没有孤电子对，故其价层电子对数为4，其采取sp3杂化。(5)等电子体之间的原子总数和价电子总数都相同，根据前加后减、前减后加、总数不变的原则，可以找到与PO电子总数相同的等电子体分子为SiF4、SO2F2等。(6)由题中信息可知，n个磷酸分子间脱去(n1)个水分子形成链状的多磷酸，如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸，则可脱去n个水分子得到(HPO3)n，其失去H后得到相应的酸根，故该酸根可写为PnO。答案：(1)K、P3(2)或(3)在原子数目相同的条件下，N2比N4具有更低的能量，而P4比P2具有更低的能量，能量越低越稳定(4)
17、sp3(5)SiF4、SO2F2等 (6)PnO2(2021福建选择考)类石墨相氮化碳(gC3N4)作为一种新型光催化材料，在光解水产氢等领域具有广阔的应用前景，研究表明，非金属掺杂(O、S等)能提高其光催化活性。gC3N4具有和石墨相似的层状结构，其中一种二维平面结构如下图所示。回答下列问题：(1)基态C原子的成对电子数与未成对电子数之比为_。(2)N、O、S的第一电离能(I1)大小为I1(N)I1(O)I1(S)，原因是_。(3)gC3N4晶体中存在的微粒间作用力有_(填标号)。a非极性键b金属键c键d范德华力(4)gC3N4中，C原子的杂化轨道类型为_，N原子的配位数为_。(5)每个基本
18、结构单元(图中实线圈部分)中两个N原子(图中虚线圈所示)被O原子代替，形成O掺杂的gC3N4(OPCN)。OPCN的化学式为_。【解析】(1)基态C原子的核外电子排布式是1s22s22p2，成对电子数为4，未成对电子数为2，其比值为21。(2)N、O、S的第一电离能(I1)大小为I1(N)I1(O)I1(S)，原因是相同电子层数的原子，N原子的核外电子排布式是1s22s22p3，p轨道处在半满状态，比较稳定，原子核对核外电子的束缚作用较强，较难失去第一个电子，第一电离能N大于O；O和S是同一主族元素，O原子的半径较小，原子核对核外电子的束缚作用较强，较难失去第一个电子，第一电离能O大于S；故第
19、一电离能(I1)大小为I1(N)I1(O)I1(S)。(3)根据题意，gC3N4晶体具有和石墨相似的层状结构，结合二维平面结构图，判断其存在的微粒间作用力有极性键、键和范德华力。(4)gC3N4中，结合二维平面结构图得知，C原子与N原子形成三个键，层内存在大键，不存在孤电子对，故C原子的杂化轨道类型为sp2杂化；根据二维平面结构图得知，N原子的成键有连两个C原子和连三个C原子的两种情况，故N原子的配位数为2、3两种。(5)从基本结构单元分析得知，N原子的成键有连两个C原子和连三个C原子的两种情况，连两个C原子的N原子完全属于该基本结构单元，连三个C原子的N原子处在中心的完全属于该基本结构单元，
20、处在“顶点”上的属于三个基本结构单元，故一个基本结构单元含有6个C原子和738个N原子；将图中虚线圈所示的N原子用O原子代替，则O原子完全属于该基本结构单元，故该基本结构单元含有6个C原子、6个N原子、2个O原子，则形成O掺杂的gC3N4(OPCN)的化学式为C3N3O。答案：(1)21(2)N原子2p轨道半充满，比相邻的O原子更稳定，更难失电子；O，S同主族，S原子半径大于O原子，更易失去电子(3)cd(4)sp2杂化2，3(5)C3N3O3(2020山东等级考)CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料，回答下列问题：(1)Sn为A族元素，单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下
21、SnCl4为无色液体，SnCl4空间构型为_，其固体的晶体类型为_。(2)NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为_(填化学式，下同)，还原性由强到弱的顺序为_，键角由大到小的顺序为_。(3)含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。一种Cd2配合物的结构如图所示，1 mol该配合物中通过螯合作用形成的配位键有_mol，该螯合物中N的杂化方式有_种。(4)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs2的晶胞结构如图所示，晶胞棱边夹角均为90，晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。坐标原子xy
22、zCd000Sn000.5As0.250.250.125一个晶胞中有_个Sn，找出距离Cd(0，0，0)最近的Sn_(用分数坐标表示)。CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有_个。【解析】(1)Sn为第A族元素，由于常温下SnCl4为液体，故SnCl4为分子晶体；SnCl4分子中中心原子的孤电子对数(441)0，键电子对数为4，价层电子对数为4，故SnCl4分子的空间构型为正四面体形；(2)NH3、PH3、AsH3的结构相似，结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越强，物质的沸点越高，但是NH3分子间能形成氢键，故这三种物质的沸点NH3AsH3PH3；N、P、As这三种元素位于元素周期
23、表中A族，原子序数依次增大，同一主族从上到下，随着核电荷数的增加，原子半径逐渐增大，非金属性逐渐减弱，氢化物的还原性逐渐增强，故这三种物质的还原性由强到弱的顺序为AsH3PH3NH3；NH3、PH3、AsH3中心原子都是sp3杂化，都有1对孤电子对，中心原子的电负性越小，成键电子对之间的斥力越小，键角越小，所以这三种物质键角由大到小的顺序为NH3PH3AsH3；(3)由该物质的结构简式和分析，根据题意“含有多个配位原子的配体与同一中心离子(或原子)通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物”，故该配合物中通过螯合作用形成的配位键有6 mol，CdNO2不算；该螯合物中N的杂化方式都是sp2杂化，故
24、该物质中N的杂化方式有1种；(4)由部分Cd原子的分数坐标为(0，0，0)，可知8个Cd在晶胞的顶点，4个Cd在晶胞的面上，1个在晶胞的体心；部分Sn原子的分数坐标为(0，0，0.5)，4个Sn在晶胞的棱上，6个Sn在晶胞的面上；部分As原子的分数坐标为(0.25，0.25，0.125)，8个As在晶胞内；所以1个晶胞中Sn的个数为464；距离Cd(0，0，0)最近的Sn是(0.5，0，0.25)、(0.5，0.5，0)；由晶胞结构图可知，CdSnAs2晶体中与单个Sn键合的As有4个。答案：(1)正四面体形分子晶体(2)NH3、AsH3、PH3AsH3、PH3、NH3 NH3、PH3、AsH
25、3(3)61(4)4(0.5，0，0.25)、(0.5，0.5，0)4【加固训练】(2017海南高考)A族元素及其化合物在材料等方面有重要用途。回答下列问题：(1)碳的一种单质的结构如图(a)所示。该单质的晶体类型为_，原子间存在的共价键类型有_，碳原子的杂化轨道类型为_。(2)SiCl4分子的中心原子的价层电子对数为_，分子的立体构型为_，属于_分子(填“极性”或“非极性”)。(3)四卤化硅SiX4的沸点和二卤化铅PbX2的熔点如图(b)所示。SiX4的沸点依F、Cl、Br、I次序升高的原因是_。结合SiX4的沸点和PbX2的熔点的变化规律，可推断：依F、Cl、Br、I次序，PbX2中的化学
26、键的离子性_、共价性_。(填“增强”“不变”或“减弱”)【解析】(1)图(a)是石墨晶体的结构图，石墨属于混合型晶体，层内碳原子之间形成键，层间的碳原子间形成的是键，石墨中每个碳原子形成3条键，无孤电子对，因此杂化类型为sp2。(2)SiCl4中心原子是Si，有4个键，孤电子对数(441)/20，价层电子对数为4，空间构型为正四面体，属于非极性分子。(3)SiX4都是分子晶体，随着相对分子质量的增大，分子间作用力逐渐增大，沸点逐渐升高；一般来说，离子晶体的熔沸点高于分子晶体的熔沸点。PbX2都是离子晶体，依F、Cl、Br、I次序，离子半径逐渐增大，晶格能逐渐减小，熔点逐渐降低，电负性逐渐减小，
27、PbX2中的化学键的离子性减弱、共价性增强。答案：(1)混合型晶体键、键sp2(2)4正四面体 非极性(3)它们都是分子晶体，随着相对分子质量的增大 ，分子间作用力逐渐增大，沸点逐渐升高减弱增强【典例】(2022深圳模拟)H、N、P、Mg、Al、Cu 6种元素及其化合物可以形成用于生活和工业、国防中的重要材料。(1)上述6种元素的基态原子中，只含有1个未成对电子的有_种。(2)肼(N2H4)可视为NH3分子中的一个氢原子被NH2取代所形成的一种物质。NH3分子的空间构型是_，肼的沸点比氧气的沸点高的原因是_。(3)下表列出的是某元素的第一至第四电离能(单位：kJmol1)的数据。I1I2I3I
28、44203 1004 4005 900上述6种元素中元素的电离能有类似变化的是_(填元素符号)。(4)氮和磷相结合能形成一类偶磷氮烯的化合物，其链状高聚物的结构为，则P的杂化方式为_。(5)Mg、Cu合金的拉维斯结构如图所示，Mg以金刚石方式堆积，八面体空隙和半数的四面体空隙中，填入以四面体方式排列的Cu。若1号原子的坐标为(0，0，0)，3号原子的坐标为(1，1，1)，则2号原子的坐标为_。该晶胞的化学式为_。【解析】(1)上述6种元素的基态原子中，只含有1个未成对电子的有H、Al、Cu，共计是3种。(2)NH3分子中氮原子的价层电子对数是34，含有1对孤电子对，空间构型是三角锥形，由于肼分子间形成了氢键，所以肼的沸点比氧气的沸点高。(3)根据表中数据可知第二电离能远大于第一电离能，属于第A族或第B族，由于氢原子只有1个电子，因此满足条件的是Cu；(4)由高聚物的结构可知，P原子含有3个单键和1个双键，共形成4个键、没有孤电子对，杂化轨道数目为4，为四面体形，P原子采用的杂化方式为sp3。(5)若1号原子的坐标为(0，0，0)，3号原子的坐标为(1，1，1)，2号原子位于面心处，其坐标为(，1)。晶胞中Mg原子个数8648，Cu原子个数16，该晶胞的化学式为MgCu2。答案：(1)3(2)三角锥形肼分子间形成了氢键(3)Cu(4)sp3(5)(，1)MgCu2