解答位構(gòu)性型元素推斷題的有效策略

黑龍江 盧國(guó)鋒

解答位構(gòu)性型元素推斷題的有效策略

原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵、元素周期律和元素周期表一起組成結(jié)構(gòu)理論，它是研究元素化合物性質(zhì)的重要依據(jù)，通常用“位、構(gòu)、性”對(duì)此部分知識(shí)進(jìn)行高度概括，其內(nèi)在的邏輯性是考查科學(xué)素養(yǎng)的最佳素材之一。在由能力立意轉(zhuǎn)向素質(zhì)立意的過(guò)渡階段，對(duì)此類型問(wèn)題進(jìn)行深度剖析，可以形成有效的解題策略。

一、高考檔案

題源題干信息選項(xiàng)及問(wèn)題簡(jiǎn)述試題創(chuàng)新點(diǎn)2016年全國(guó)Ⅰ選擇第13題位：短周期元素；構(gòu)：原子序數(shù)依次增加、二元化合物；性：黃綠色氣體單質(zhì)、水溶液具有漂白性、pH、難溶于水的混合物、轉(zhuǎn)化關(guān)系原子半徑大小排序、非金屬性強(qiáng)弱排序、氫化物狀態(tài)、最高價(jià)氧化物的水化物酸堿性通過(guò)轉(zhuǎn)化關(guān)系凸顯元素化合物性質(zhì)，并將無(wú)機(jī)化學(xué)與有機(jī)化學(xué)高度統(tǒng)一2016年全國(guó)Ⅱ選擇第9題位：短周期元素，同族；構(gòu)：原子中只有1個(gè)電子、電子層結(jié)構(gòu)相同二元化合物中的元素化合價(jià)、形成二元化合物數(shù)量、四種元素中原子半徑最大的元素、形成化合物酸性強(qiáng)弱二元化合物新提法，是指兩種元素形成的化合物，不是指兩個(gè)原子構(gòu)成的化合物。選項(xiàng)重點(diǎn)體現(xiàn)H化合價(jià)的特性2016年全國(guó)Ⅲ選擇第12題位：短周期主族元素、同族元素；構(gòu)：原子序數(shù)依次增大、相同電子層結(jié)構(gòu)離子；性：短周期原子半徑最大元素、離子化合物的水溶液呈中性離子半徑大小排序、水溶液酸堿性、氣態(tài)氫化物熱穩(wěn)定性比較、最高價(jià)氧化物的水化物酸性比較在周期表中位置、原子結(jié)構(gòu)、元素性質(zhì)三方面知識(shí)綜合推斷2016年天津填空第7題位：周期表一部分書寫元素位置、比較原子半徑、選擇比較非金屬性強(qiáng)弱的依據(jù)、熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)方程式書寫、電子式書寫、分子式書寫、物質(zhì)的量相關(guān)計(jì)算元素化合物與化學(xué)用語(yǔ)、化學(xué)計(jì)算巧妙融合在一起2016年上海選擇第7題位：短周期元素、同主族、同周期構(gòu)：原子序數(shù)依次增大性：唯一金屬元素原子半徑大小排序、含氧酸的酸性比較、氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性比較、化學(xué)式的判斷所給條件不能確定具體元素，一定范圍內(nèi)的元素具有多種可能性2016年江蘇選擇第4題位：短周期主族元素、ⅠA族、同一主族；構(gòu)：原子序數(shù)依次增大、最外層電子6個(gè)；性：非金屬性最強(qiáng)電子層結(jié)構(gòu)是否相同、能否形成離子化合物、氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性比較、原子半徑大小排序位構(gòu)性知識(shí)的學(xué)科內(nèi)小綜合推斷2016年浙江選擇第9題位：短周期主族元素；構(gòu)：原子序數(shù)依次增大、最外層電子數(shù)與電子層數(shù)的關(guān)系、核電荷數(shù)之比、8電子結(jié)構(gòu)；性：化合物與水發(fā)生氧化還原反應(yīng)與最高價(jià)氧化物的水化物反應(yīng)、原子半徑大小比較、化合物中離子鍵判斷、化合物能否用作消毒劑信息具有唯一性，通過(guò)每條一信息都能準(zhǔn)確定位相應(yīng)元素2016年海南填空第13題位：短周期元素；構(gòu)：電子層結(jié)構(gòu)與氖相同、質(zhì)子數(shù)為偶數(shù)；性：淡黃色單質(zhì)固體、高硬度單質(zhì)是寶石書寫元素在周期表中的位置、元素符號(hào)、二元化合物化學(xué)式、化學(xué)方程式、共價(jià)鍵類型數(shù)字特征與性質(zhì)特征相融合的推理方式

二、策略精髓

1.整合特性信息

①氫元素：原子核外只有1個(gè)電子，氕不含中子，原子半徑最小，宇宙中最豐富的元素，成酸成堿的必要元素，與氧元素可組成兩種常溫下為液態(tài)的化合物H2O，H2O2；②鋰元素：最輕的金屬元素，唯一不能形成過(guò)氧化物的堿金屬元素，電池原料之一；③碳元素：12C是相對(duì)原子質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，形成化合物種類最多的元素，金剛石是自然界中硬度最大的物質(zhì)，石墨有金屬光澤，短周期元素中唯一導(dǎo)電的非金屬，石墨烯是制造新型電池的原料，CH4是含氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大的物質(zhì)，最高價(jià)氧化物和氫化物都有溫室效應(yīng)；④氮元素：最穩(wěn)定的單質(zhì)氣體，空氣中含量最多的元素，糧食食品保護(hù)氣，最高價(jià)氧化物水化物硝酸與氫化物氨反應(yīng)生成鹽，氫化物為NH3，液態(tài)時(shí)可以作致冷劑，在氣態(tài)氫化物水溶液中是唯一呈堿性的物質(zhì)；⑤氧元素：地殼中含量最高元素，對(duì)流層中臭氧吸收紫外線；⑥氟元素：非金屬性最強(qiáng)的元素,無(wú)正價(jià)，能與水反應(yīng)置換出水中的氧, HF為弱酸,CaF2難溶、AgF能溶于水,氫化物水溶液腐蝕玻璃；⑦鈉元素：短周期原子半徑最大、最活潑的金屬元素，焰色反應(yīng)呈黃色，過(guò)氧化鈉用作供氧劑和漂白劑；⑧鎂元素：鎂在空氣中燃燒發(fā)出耀眼白光, 鎂在二氧化碳中燃燒產(chǎn)生黑色煙, 鎂在氮?dú)庵腥紵?，鋁熱反應(yīng)的引發(fā)劑；⑨鋁元素：地殼中含量最多的金屬元素，與濃硫酸、濃硝酸在常溫下發(fā)生鈍化現(xiàn)象，鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)產(chǎn)生氣體，氧化物及氧化物對(duì)應(yīng)的水化物既能與酸又能與堿反應(yīng)，防腐所用的“銀粉”實(shí)際是鋁粉；⑩硅元素：硅化學(xué)性質(zhì)不活潑，但自然界中沒(méi)有游離態(tài)的硅，而能與HF反應(yīng)且有H2生成，與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成氫氣，含氧酸不溶于水，硅為半導(dǎo)體常做芯片，二氧化硅是熔點(diǎn)最高的非金屬氧化物，二氧化硅可作光導(dǎo)纖維；磷元素：白磷著火點(diǎn)低、易自燃，通常保存在水中，單質(zhì)在氯氣中燃燒生成白色煙霧；硫元素： 單質(zhì)為淡黃色固體，是黑火藥的主要成分之一， SO2是一種大氣污染氣體，可形成“酸雨”；氯元素： Cl2為黃綠色有毒的氣體，氣態(tài)氫化物的水溶液和最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物均為強(qiáng)酸，高氯酸在無(wú)機(jī)含氧酸中酸性最強(qiáng)，單質(zhì)的水溶液有漂白性，常用于自來(lái)水的消毒。

2.借助數(shù)學(xué)手段

不要死記硬背最外層與次外層電子數(shù)量關(guān)系，培養(yǎng)利用核外電子排布規(guī)律和畫原子結(jié)構(gòu)示意草圖的推理能力，①如最外層電子數(shù)是次外層的一半，假設(shè)次外層為2則最外層為1，可推定Li；假設(shè)次外層為8則最外層為4，可推定Si；②如次外層電子數(shù)為最外層電子的2倍或3倍，假設(shè)次外層為2則最外層為4或6，可推定C或O；③如最外層電子數(shù)+最內(nèi)層電子數(shù)=次外層電子數(shù)，信息可知該元素有3個(gè)電子層，第三層有電子意味著K、L層已排滿，最外層電子數(shù)+2 =8，最外層電子數(shù)=6，可推定S。

3.注意反應(yīng)條件

①高溫、高壓、催化劑三條件的是合成氨；②催化劑、加熱兩條件的有氨與氧氣的反應(yīng)、二氧化硫與氧氣的反應(yīng)、氯酸鉀的分解；③放電條件的有氮?dú)馀c氧氣反應(yīng)、氧氣轉(zhuǎn)化為臭氧；④光照條件的有氫氣與氯氣的反應(yīng)、次氯酸的分解反應(yīng)、甲烷與氯氣的取代反應(yīng)；⑤電解條件有活潑金屬的冶煉、電解水、氯堿工業(yè)、電解氯化銅。

4.梳理常見(jiàn)規(guī)律

①陰上陽(yáng)下規(guī)律，具有相同電子層結(jié)構(gòu)的離子，陰離子在上一周期、陽(yáng)離子在下一周期，如第2周期的O2-、F-與第3周期的Na+、Mg2+、Al3+的電子層排布相同；②“四同”半徑比較規(guī)律，同周期元素原子從左到右原子半徑逐漸減小，同主族元素原子和離子半徑從上到下逐漸增大，相同核外電子排布的離子，核電荷數(shù)越大離子半徑越小，同種元素陰離子半徑大于原子半徑，原子半徑大于陽(yáng)離子半徑；③上下左右規(guī)律：同主族元素從上到下非金屬性減弱、金屬性增強(qiáng)，同周期元素從左到右金屬性減弱、非金屬性增強(qiáng)；④非金屬性比較四條標(biāo)準(zhǔn)，一是與氫氣化合的難易，二是氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性強(qiáng)弱，三是最高價(jià)氧化物的水化物酸性強(qiáng)弱，四是非金屬性強(qiáng)的單質(zhì)置換非金屬性弱的單質(zhì)；⑤金屬性比較四條標(biāo)準(zhǔn)，一是與水反應(yīng)的劇烈程度，二是與酸反應(yīng)的劇烈程度，三是最高價(jià)氧化物的水化物堿性強(qiáng)弱，四是金屬性強(qiáng)的單質(zhì)置換金屬性弱的單質(zhì)；⑥化合價(jià)規(guī)律，奇偶一致性原則即主要化合價(jià)的數(shù)值為奇數(shù)的元素，其原子序數(shù)也為奇數(shù)；主要化合價(jià)的數(shù)值為偶數(shù)的元素，其原子序數(shù)也為偶數(shù)。最高價(jià)+│最低價(jià)│=8，最高價(jià)為氧化物，最低價(jià)為氫化物，最高價(jià)+最低價(jià)=0、2、4、6，分別為ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA；⑦判斷8e-相對(duì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)規(guī)律，原子最外層電子數(shù)加化合價(jià)數(shù)值(不考慮正負(fù))是否等于8。

5.消除認(rèn)知誤區(qū)

①最外層電子數(shù)的多少不是劃分金屬與非金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)，如H、He最外層電子數(shù)均小于4，最外層電子數(shù)的多少與金屬性、非金屬性強(qiáng)弱沒(méi)有必然聯(lián)系；②氫元素在化合物中一般為+1價(jià)，但在金屬氫化物中為-1價(jià)；③含金屬元素的離子也可能為陰離子，如AlO-2，不含金屬元素的離子也可能是陽(yáng)離子，如NH+4；④Na2O2中含有1個(gè)陰離子O2-2，Na2O2既有離子鍵也有非極性共價(jià)鍵；⑤稀有氣體中不存在化學(xué)鍵，NH4NO3等銨鹽是由非金屬元素組成的離子化合物，AlCl3是由金屬元素和非金屬元素組成的共價(jià)化合物；⑥質(zhì)量數(shù)、核素的相對(duì)原子質(zhì)量、元素的相對(duì)原子質(zhì)量是不同的三個(gè)概念，計(jì)算時(shí)可近似處理，不是所有元素都存在同位素，如鈉只有一種核素；⑦只有由分子構(gòu)成的物質(zhì)才有分子式如CO2，而NaCl和C屬于化學(xué)式，表示物質(zhì)的組成元素和原子的最簡(jiǎn)整數(shù)比。

三、招法應(yīng)用

例1短周期元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增加。m、p、r是由這些元素組成的二元化合物，n是元素Z的單質(zhì)，通常為黃綠色氣體，q的水溶液具有漂白性，0.01 mol·L-1r溶液的pH為2，s通常是難溶于水的混合物。上述物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示。

下列說(shuō)法正確的是

( )

A.原子半徑的大小Wlt;Xlt;Y

B.元素的非金屬性Zgt;Xgt;Y

C.Y的氫化物常溫常壓下為液態(tài)

D.X的最高價(jià)氧化物的水化物為強(qiáng)酸

解析：將題目信息轉(zhuǎn)譯為對(duì)應(yīng)的元素，n為黃綠色氣體單質(zhì)，n可確定為Cl2，q為含氯元素漂白性物質(zhì)可確定是HClO，二元化合物意思是兩種元素組成的化合物，二元化合物m為H2O、二元化合物r是HCl，Cl2光照條件與p反應(yīng)生成HCl，確定二元化合物p含H，難溶于水，含氯元素混合物為鹵代烴，二元化合物p為烷烴。H2O、CH4、HCl所含元素按原子序數(shù)從小到大排列為H、C、O、Cl。運(yùn)用半徑“四同”規(guī)律確定原子半徑的大?。篧lt;Ylt;X，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；運(yùn)用上下左右關(guān)系，非金屬性強(qiáng)弱：Ygt;X，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；O的氫化物H2O和H2O2常溫常壓下為液態(tài)，C選項(xiàng)正確；X的最高價(jià)氧化物的水化物碳酸為弱酸，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。答案選C。

例2短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序數(shù)依次增大，X、Y的原子序數(shù)之和等于Z的原子序數(shù)；Y、Z為同周期相鄰元素；X、W、Y分別排列在三個(gè)連續(xù)的奇數(shù)族，下列說(shuō)法正確的是

( )

A.簡(jiǎn)單離子半徑：Ygt;Zgt;W

B.最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸性：Ylt;Z

C.X分別與Y、Z形成的最簡(jiǎn)單化合物均屬于電解質(zhì)

D.工業(yè)上制備W單質(zhì)的方法為電解熔融的W的氯化物

解析：從數(shù)量關(guān)系進(jìn)行突破，依據(jù)原子序數(shù)和的關(guān)系列等式X+Y=Z，Y、Z為同周期相鄰元素，原子序數(shù)應(yīng)相差1，推得X的原子序數(shù)為1，為H元素；X、W、Y分別排列在三個(gè)連續(xù)的奇數(shù)族，應(yīng)該是ⅠA、ⅢA、ⅤA，考慮原子序數(shù)依次增大條件，推得W為Al元素，Y為N元素，Z的原子序數(shù)=1+7=8，為O元素。A選項(xiàng)，具有相同電子層結(jié)構(gòu)的離子，核電荷數(shù)越大離子半徑越小，r(N3-)gt;r(O2-)gt;r(Al3+)；B選項(xiàng)，O元素沒(méi)有最高價(jià)含氧酸，B錯(cuò)誤；C選項(xiàng)，H分別與N、O形成的最簡(jiǎn)單化合物為水、氨氣，水為電解質(zhì)，氨氣為非電解質(zhì)，C錯(cuò)誤；D選項(xiàng)，氯化鋁為共價(jià)化合物，熔融氯化鋁不導(dǎo)電，無(wú)法通過(guò)電解熔融氯化鋁制取金屬鋁，D錯(cuò)誤；答案選A。

例3已知W、X、Y、Z為短周期元素，原子序數(shù)依次增大。W、Z同主族，X、Y、Z同周期，其中只有X為金屬元素。下列說(shuō)法一定正確的是( )

A.原子半徑：Xgt;Ygt;Zgt;W

B.W的含氧酸的酸性比Z的含氧酸的酸性強(qiáng)

C.W的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性小于Y的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性

D.若W與X原子序數(shù)差為5，則形成化合物的化學(xué)式為X3W2

解析：通過(guò)已知信息將元素定位于元素周期表中，W、Z同主族，結(jié)合原子序數(shù)大小，可將W定位在上一周期、Z在下一周期，再根據(jù)X、Y、Z同周期畫出初步草圖如下：

WXYZ

黑龍江省大慶市第五十六中學(xué))