例說(shuō)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與元素周期律”的高考備考

云南

(作者單位：昆明滇池中學(xué))

近年高考化學(xué)題中“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與元素周期律”為高頻考點(diǎn)。該類(lèi)試題綜合性強(qiáng)，除了考查以“位-構(gòu)-性”關(guān)系推斷元素外，還凸顯了對(duì)元素化合物知識(shí)的綜合推斷、預(yù)測(cè)未知元素的“位-構(gòu)-性”等能力的考查。它既能考查學(xué)生對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與元素周期律基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況，又能考查學(xué)生綜合分析、邏輯推理與遷移應(yīng)用等思維能力，體現(xiàn)了對(duì)宏觀辨識(shí)與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的要求。現(xiàn)就近幾年高考試題對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的考查角度及解法歸納總結(jié)如下：

一、對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的考查

走向一：對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)考查的選項(xiàng)一般涉及原子或離子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵和化學(xué)用語(yǔ)等知識(shí)點(diǎn)。

【例1】(2017·全國(guó)卷Ⅲ·28節(jié)選)砷(As)是第四周期ⅤA族元素，畫(huà)出砷的原子結(jié)構(gòu)示意圖：________。

【例2】(各高考真題改組)下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

( )

A.(2018·全國(guó)卷Ⅰ·12改編)Ca的氫化物為離子化合物

B.(2018·江蘇卷·8改編)由O、Na組成的化合物中均不含共價(jià)鍵

D.(2017·江蘇卷·5改編)H、N和O三種元素可以組成共價(jià)化合物和離子化合物

【答案】B

【備考技巧】鞏固基礎(chǔ)。如：會(huì)寫(xiě)原子(離子)結(jié)構(gòu)示意圖，能熟記七個(gè)主族元素及0族元素；能根據(jù)核外電子排布規(guī)律、0族元素的原子序數(shù)確定某元素位置；會(huì)判斷離子鍵、共價(jià)鍵、極性鍵、非極性鍵(如Na2O2、H2O2、NH4NO3、AlCl3、Al2O3的化學(xué)鍵類(lèi)型)；會(huì)判斷離子化合物、共價(jià)化合物；會(huì)書(shū)寫(xiě)電子式、結(jié)構(gòu)式；會(huì)推主族元素原子的最高正價(jià)(等于最外層電子數(shù)，等于主族序數(shù)，其中，F(xiàn)沒(méi)有正價(jià)，O有正價(jià)但最高正價(jià)不是+6價(jià))和最低負(fù)價(jià)(最高正價(jià)+|最低負(fù)價(jià)|=8，H元素的最低負(fù)價(jià)為-1價(jià))；能確定原子、離子(單核離子、多核離子)、分子的質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、核外電子數(shù)等；明確元素、核素、同位素的概念及相互關(guān)系，同位素的性質(zhì)。

走向二：以物理上的原子轟擊實(shí)驗(yàn)為背景，考查宏觀辨識(shí)與微觀探析化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

( )

B.X、Y均可形成三氯化物

C.X的原子半徑小于Y的

D.Y僅有一種含氧酸

【答案】B

【解析】根據(jù)質(zhì)子數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可知W+4=30+1，則W=27，X與Y原子之間質(zhì)子數(shù)相差2，由于X元素為金屬元素，Y的質(zhì)子數(shù)比X大，則Y與X位于同一周期，且Y位于X右側(cè)，且“元素X、Y的最外層電子數(shù)之和為8”，設(shè)X最外層電子數(shù)為a，則Y的最外層電子為a+2，a+(a+2)=8，解得a=3，因此X為Al，Y為P。

【備考技巧】考前練習(xí)近5年高考真題時(shí)，不僅要知道是什么，為什么，而且要深入研究新的試題情境，牢記質(zhì)子數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒原則。

走向三：從物質(zhì)結(jié)構(gòu)切入的較為新穎的題型。該類(lèi)習(xí)題創(chuàng)設(shè)新情境，重點(diǎn)考查了信息的接受、吸收、整合能力，體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中宏觀辨識(shí)與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)等方面的要求。

【例4】(2019·全國(guó)卷Ⅰ·13)科學(xué)家合成出了一種新化合物(如圖1所示)，其中W、X、Y、Z為同一短周期元素，Z核外最外層電子數(shù)是X核外電子數(shù)的一半。下列敘述正確的是

( )

圖1

A.WZ的水溶液呈堿性

B.元素非金屬性的順序?yàn)閄>Y>Z

C.Y的最高價(jià)氧化物的水化物是中強(qiáng)酸

D.該新化合物中Y不滿(mǎn)足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)

【答案】C

【解析】根據(jù)圖示可知Z形成1個(gè)共價(jià)鍵，說(shuō)明Z原子最外層有1個(gè)或7個(gè)電子，可能為H、F或Cl，由“W、X、Y、Z為同一短周期元素”可知Z不可能是H元素，再由“Z的核外最外層電子數(shù)是X核外電子數(shù)的一半”可知，X為Si、Z為Cl。W在該化合物中顯+1價(jià)，W為Na元素。[X2YZ6]-中元素化合價(jià)代數(shù)和為-1可知，Y元素化合價(jià)為-3，則Y為P元素。新化合物中P元素化合價(jià)為-3，P最外層有5個(gè)電子，滿(mǎn)足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

【備考技巧】同類(lèi)題型建模：在判斷非金屬元素原子是否滿(mǎn)足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)時(shí)，可以計(jì)算該原子的最外層電子數(shù)與|化合價(jià)|之和，若和為8，則說(shuō)明該原子滿(mǎn)足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

二、對(duì)元素性質(zhì)的考查

有關(guān)元素性質(zhì)的選項(xiàng)一般涉及最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的酸性(或堿性)比較、氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性的比較、熔沸點(diǎn)的比較、原子或離子半徑的比較、化合價(jià)的判斷以及一些物質(zhì)的特殊性質(zhì)與反應(yīng)等。

【例5】(2019·浙江4月選考·14)2019年是門(mén)捷列夫提出元素周期表150周年。根據(jù)元素周期律和元素周期表，下列推斷不合理的是

( )

A.第35號(hào)元素的單質(zhì)在常溫常壓下是液體

B.位于第四周期第ⅤA族的元素為非金屬元素

C.第84號(hào)元素的最高化合價(jià)是+7

D.第七周期0族元素的原子序數(shù)為118

【答案】C

【解析】35號(hào)元素為溴，溴單質(zhì)在常溫常壓下是液體，A選項(xiàng)正確；位于第四周期ⅤA族的元素是砷，為非金屬元素，B選項(xiàng)正確；第84號(hào)元素位于第六周期ⅥA族，其最高化合價(jià)為+6價(jià)，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；由每周期可容納元素可知，第七周期最后一種元素的原子序數(shù)為2+8+8+18+18+32+32=118，D選項(xiàng)正確。

【備考技巧】依據(jù)利用元素周期律預(yù)測(cè)元素性質(zhì)的步驟可知，對(duì)于陌生的主族元素，應(yīng)首先確定其在元素周期表中的位置，再確定是否為金屬元素或非金屬元素，根據(jù)同主族元素性質(zhì)的相似性、遞變性及同周期元素的性質(zhì)變化規(guī)律，從而預(yù)測(cè)該元素及其化合物的性質(zhì)。如根據(jù)鹵族元素的性質(zhì)遞變規(guī)律，可推知元素砹(At)的單質(zhì)應(yīng)為有色固體，難與H2化合，HAt不穩(wěn)定，水溶液呈酸性，AgAt不溶于水等。但同時(shí)也要注意“遞變性”，如鉈(Tl)與鋁同主族，但鉈無(wú)兩性，Si與Pb同族，Si單質(zhì)是半導(dǎo)體材料，而Pb不在金屬元素和非金屬元素的分界線處，是典型的金屬元素，其單質(zhì)不能作半導(dǎo)體材料。

【例6】(2017·全國(guó)卷Ⅰ·12)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大，W的簡(jiǎn)單氫化物可用作制冷劑，Y的原子半徑是所有短周期主族元素中最大的。由X、Y和Z三種元素形成的一種鹽溶于水后，加入稀鹽酸，有黃色沉淀析出，同時(shí)有刺激性氣體產(chǎn)生。下列說(shuō)法不正確的是

( )

A.X的簡(jiǎn)單氫化物的熱穩(wěn)定性比W的強(qiáng)

B.Y的簡(jiǎn)單離子與X的具有相同的電子層結(jié)構(gòu)

C.Y與Z形成化合物的水溶液可使藍(lán)色石蕊試紙變紅

D.Z與X屬于同一主族，與Y屬于同一周期

【答案】D

【解析】液氨是制冷劑，故W為N。鈉原子半徑是所有短周期主族元素中最大的，故Y為Na。黃色沉淀為硫單質(zhì)，根據(jù)元素守恒可知X、Y和Z三種元素必含硫元素，“W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大”，故Z為S?！癤、Y和Z三種元素形成一種鹽”，即由金屬離子(Na+)與酸根離子(含S，則另一元素為O)構(gòu)成，故Y為O。

【備考技巧】本題考查了物質(zhì)性質(zhì)及反應(yīng)，在平時(shí)的練習(xí)中要有意識(shí)地多從基本原理、基本概念入手解決問(wèn)題，既要注意規(guī)律性又要注意物質(zhì)的個(gè)性。

元素性質(zhì)多為基礎(chǔ)性知識(shí)，復(fù)習(xí)時(shí)要注重夯實(shí)基礎(chǔ)：會(huì)比較同周期(或同主族)元素的金屬性、非金屬性、陽(yáng)離子氧化性、陰離子還原性的強(qiáng)弱；會(huì)比較最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的酸性(或堿性)強(qiáng)弱，最簡(jiǎn)氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性大小。這里要特別注意“最高價(jià)含氧酸”“最簡(jiǎn)氫化物”這類(lèi)說(shuō)法，有些非金屬對(duì)應(yīng)的含氧酸、氫化物常常有多種，如：氯元素的含氧酸有HClO、HClO2、HClO3、HClO4，碳元素的氫化物有CH4及烴CxHy，氧元素的氫化物有H2O、H2O2，氮元素的氫化物有NH3、N2H4等；會(huì)比較原子或離子半徑的大?。粫?huì)比較物質(zhì)的熔沸點(diǎn)高低，這里建議引入分子晶體、離子晶體、共價(jià)晶體、分子間作用力、氫鍵與熔沸點(diǎn)高低的關(guān)系，有利于理解記憶，同時(shí)也可根據(jù)物質(zhì)在常溫下的狀態(tài)，巧妙進(jìn)行比較，如：水常溫下是液態(tài)，故水是短周期所有簡(jiǎn)單氫化物中沸點(diǎn)最高的，硫常溫下是固態(tài)，故硫的熔點(diǎn)比溴(常溫下是液態(tài))高。

還應(yīng)多多積累元素的用途(如其單質(zhì)是自然界中硬度最大的元素、制備半導(dǎo)體材料的元素、考古時(shí)常用來(lái)鑒定一些文物所在年代的元素、形成化合物種類(lèi)最多的元素)、在自然界中的存在情況(如：地殼中含量排前3的元素、空氣中含量最多的元素)、特殊性質(zhì)(如：短周期中，氣態(tài)氫化物水溶液酸堿性、原子半徑最大或最小、最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物的酸堿性、氣態(tài)氫化物能與其最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物發(fā)生化合反應(yīng)的元素等。

【例7】(2016·全國(guó)卷Ⅰ·13)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2所示。下列說(shuō)法正確的是

( )

圖2

A.原子半徑的大小W

B.元素的非金屬性Z>X>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

【答案】C

【解析】根據(jù)“q的水溶液具有漂白性”，可知q為HClO，由“0.01 mol·L-1r溶液的pH為2”，可判斷r為一元強(qiáng)酸，則r為HCl，然后根據(jù)n和p的反應(yīng)條件“光照”以及“s通常是難溶于水的混合物”可知p為烷烴，s為烷烴的氯代物；再根據(jù)題干“短周期元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增加”可推知W、X、Y、Z分別為H、C、O、Cl。

【備考技巧】本題融合了物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系，綜合性較強(qiáng)，常由于未掌握好物質(zhì)的某性質(zhì)導(dǎo)致失誤。元素周期表中的元素推斷經(jīng)常與?？荚厝鏝a、Cl、N、S、C、Si的單質(zhì)及化合物的性質(zhì)、檢驗(yàn)、用途或關(guān)聯(lián)其他知識(shí)，如鹽類(lèi)水解、pH、電離平衡、有機(jī)化學(xué)等聯(lián)系起來(lái)，故應(yīng)進(jìn)行綜合性復(fù)習(xí)。

三、抓住“位-構(gòu)-性”特點(diǎn)，突破元素推斷

1.“位-構(gòu)-性”的關(guān)系模型

圖3

2.元素推斷的兩種題型

(1)殘缺元素周期表(或周期表片段)推斷。此類(lèi)題常以元素周期表中的序差規(guī)律作為解題的突破點(diǎn)。常見(jiàn)的元素周期表的片段有：

①“┴”形元素原子序數(shù)之間的規(guī)律

②“┬”形元素原子序數(shù)之間的規(guī)律

③“┼”形元素原子序數(shù)之間的規(guī)律

(2)文字信息型綜合推斷

圖4

【例8】(2019·全國(guó)卷Ⅲ·9)X、Y、Z均為短周期主族元素，它們?cè)拥淖钔鈱与娮訑?shù)之和為10，X與Z同族，Y最外層電子數(shù)等于X次外層電子數(shù)，且Y原子半徑大于Z。下列敘述正確的是

( )

A.熔點(diǎn)：X的氧化物比Y的氧化物高

B.熱穩(wěn)定性：X的氫化物大于Z的氫化物

C.X與Z可形成離子化合物ZX

D.Y的單質(zhì)與Z的單質(zhì)均能溶于濃硝酸

【答案】B

【備考技巧】熟悉主族元素在周期表中的特殊位置。如族序數(shù)等于周期數(shù)的元素(H、Be、Al)，族序數(shù)等于周期數(shù)2倍的元素(C、S)，族序數(shù)等于周期數(shù)3倍的元素(O)，周期數(shù)等于族序數(shù)2倍的元素(Li、Ca)，周期數(shù)等于族序數(shù)3倍的元素(Na、Ba)，最高正價(jià)與最低負(fù)價(jià)代數(shù)和為零的短周期元素(H、C、Si)，最高正價(jià)是最低負(fù)價(jià)絕對(duì)值3倍的短周期元素(S)。