例析元素周期律試題的元素推斷策略

林增輝

元素周期律是高考的常規(guī)考點，基本上是以選擇題的形式呈現(xiàn)，這類題目要求通過題干信息推斷未知元素，分析判斷元素單質及其化合物的性質遞變規(guī)律。筆者對近年來的高考題中元素周期律題目進行統(tǒng)計分析，探求考查方向，希望能對同學們的復習備考有所幫助。

元素周期律題目的主要突破口在于題干信息，從題干信息的呈現(xiàn)方式來看，主要有幾種類型：物質結構示意圖類型、核外電子數(shù)量關系類型、質子和中子數(shù)量關系類型。在同學們確定元素之后，再考查原子半徑變化規(guī)律、（非）金屬性比較、酸（堿）性比較、氫化物的熱穩(wěn)定性比較等考點。由于元素單質及其化合物的性質有比較清晰的遞變規(guī)律，因此其難點依然是落在元素的推斷上，下面重點講述如何通過分析題干信息進行元素推斷的策略。

一、物質結構示意圖類型

這一類題目，題干中除了提供必要的文字信息，還提供了化合物的結構示意圖，同學們要結合文字和物質結構的信息，推斷并確定元素，再進行選項的判斷。

【例1】（2021·廣東）一種麻醉劑的分子結構式如下圖所示。其中，X的原子核只有1個質子;元素Y、Z、W原子序數(shù)依次增大，且均位于X的下一周期;元素E的原子比W原子多8個電子。下列說法不正確的是（? ?）

A. XEZ4是一種強酸

B. 非金屬性：W>Z>Y

C. 原子半徑：Y>W>E

D. ZW2中，Z的化合價為+2價

解析：題干信息顯示，X的原子核只有1個質子，可知X為H元素;“元素Y、Z、W原子序數(shù)依次增大，且均位于X的下一周期”，結合物質結構示意圖，Y形成4條共價鍵，可推知是C元素，Z形成兩條共價鍵，可推知是O元素，W只能形成1條共價鍵，則W為F元素，而“元素E的原子比W原子多8個電子”，可知E元素為氯元素。

根據(jù)上述推斷，可知XEZ4是HClO4，是一種強酸，A正確;同一周期主族元素從左到右非金屬性逐漸增強，所以非金屬性：F>O>C，故B正確;同一主族元素從上往下原子半徑逐漸增大，原子半徑：Cl>F，C錯誤;在OF2中，F(xiàn)為-1價，則O的化合價為+2價，D正確。

【例2】（2020·全國II卷）一種由短周期主族元素組成的化合物（如圖2所示），具有良好的儲氫性能，其中元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大、且總和為24。下列有關敘述錯誤的是（? ?）

A. 該化合物中，W、X、Y之間均為共價鍵

B. Z的單質既能與水反應，也可與甲醇反應

C. Y的最高化合價氧化物的水化物為強酸

D. X的氟化物XF3中原子均為8電子穩(wěn)定結構

解析：題干主要呈現(xiàn)了兩個信息：（1）短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大、且總和為24;（2）物質的結構圖。后者是主要的突破口，W只能形成一個共價單鍵，Z可形成+1價陽離子，結合原子序數(shù)的信息，可推斷W為氫元素，Z為鈉元素，X有四條單鍵，兩個Y原子均為三條單鍵，而陰離子團只帶一個負電荷，可推斷Y形成三條共價鍵達到穩(wěn)定結構，為氮元素，根據(jù)原子序數(shù)和及成鍵數(shù)目，推斷X是序數(shù)為5的硼元素。

根據(jù)上述推斷，該化合物中，H、B、N之間均以共用電子對形成共價鍵，A選項正確;Na單質既能與水反應生成氫氧化鈉和氫氣，也能與甲醇反應生成甲醇鈉和氫氣，B選項正確;N的最高價氧化物的水化物HNO3為強酸，C選項正確;BF3中B原子最外層只有6個電子，未達到8電子穩(wěn)定結構，D選項錯誤。

這一類型的題目，化合物的結構圖是重要的突破口，利用結構圖可以判斷化學鍵類型及化合物類型，同時可以判斷元素間的共價鍵數(shù)目或離子所帶的電荷數(shù)，從而推斷出元素的最外層電子數(shù)，作為解題的重要依據(jù)。因此同學們要熟練掌握短周期主族元素的電子排布特點和成鍵特點，熟練掌握化合物的電子式書寫規(guī)則，能根據(jù)陌生物質的結構式，推斷元素成鍵數(shù)目或最外層電子數(shù)目，達到確定元素的目的。

二、核外電子數(shù)量關系類型

在這一類型的題目中，題干中主要提供元素的周期數(shù)及元素核外電子的數(shù)量關系，通過核外電子的數(shù)量關系確定元素，再分析推斷元素單質及其化合物的性質遞變規(guī)律。

【例3】（2021·全國甲卷）W、X、Y、Z為原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素，Z的最外層電子數(shù)是W和X的最外層電子數(shù)之和，也是Y的最外層電子數(shù)的2倍。W和X的單質常溫下均為氣體。下列敘述正確的是（? ?）

A. 原子半徑：Z>Y>X>W

B. W與X只能形成一種化合物

C. Y的氧化物為堿性氧化物，不與強堿反應

D. W、X和Z可形成既含有離子鍵又含有共價鍵的化合物

解析：分析題干信息，在短周期主族元素中，常溫下為氣體的單質有H2、N2、O2、F2、Cl2，由于“Z的最外層電子數(shù)是W和X的最外層電子數(shù)之和，也是Y的最外層電子數(shù)的2倍”，則必定有H元素，因為其它任意兩種的最外層電子之和均超過8，且Z元素最外層必定為偶數(shù)，且不為8，因此還可以排除O、F、Cl，結合“W、X、Y、Z為原子序數(shù)依次增大”，可知W為氫元素，X為氮元素，Y為鋁元素，Z為硫元素。

根據(jù)上述推斷，同周期主族元素原子半徑從左往右依次減小，則原子半徑：Y（Al）>Z（S），A錯誤;W為H元素，X為N元素，兩者可形成NH3和N2H4等物質，B錯誤;Y為Al元素，其氧化物為兩性氧化物，可與強酸、強堿反應，C錯誤;W、X和Z可形成（NH4）2S、NH4HS等離子化合物，這些物質中既含有離子鍵又含有共價鍵，D正確。

【例4】（2021·全國乙卷）我國嫦娥五號探測器帶回1.731kg的月球土壤，經分析發(fā)現(xiàn)其構成與地球土壤類似。土壤中含有的短周期元素W、X、Y、Z，原子序數(shù)依次增大，最外層電子數(shù)之和為15。X、Y、Z為同周期相鄰元素，且均不與W同族。下列結論正確的是（? ?）

A. 原子半徑大小順序為W>X>Y>Z

B. 化合物XW中的化學鍵為離子鍵

C. Y單質的導電性能弱于Z單質的

D. Z的氧化物的水化物的酸性強于碳酸

解析：分析題干信息，可對W、X、Y、Z的最外層電子數(shù)進行如下猜測：“9、1、2、3”、“6、2、3、4”、“3、3、4、5”，可知只有第二組“6、2、3、4”符合要求，則W、X、Y、Z依次為O、Mg、Al、Si。

根據(jù)上述推斷，根據(jù)同周期主族元素原子半徑從左往右依次減小，同主族元素原子半徑從上往下依次增大的規(guī)律，可知原子半徑大小順序為Mg>Al>Si>O，A錯誤;化合物XW為MgO，屬于離子化合物，MgO中化學鍵為離子鍵，B正確;Y單質為鋁單質，鋁是電的良導體，Z單質為硅，為半導體材料，導電性比較差，C錯誤;Z的氧化物的水化物為硅酸，因為碳的非金屬性比硅強，因此碳酸的酸性強于硅酸，D錯誤。

解答這一類型的題目，需要同學們熟練掌握短周期元素的核外電子排布規(guī)律，能根據(jù)核外電子數(shù)量關系，如最外層電子數(shù)之和、核外電子數(shù)總和或不同電子層電子數(shù)目關系進行推算，此外，在有些題目中，也常以化合價體現(xiàn)電子數(shù)目關系，例如2019年全國II卷中出現(xiàn)“W與X的最高化合價之和為8”的信息，最高化合價之和，本質上依然是最外層電子數(shù)目之和。

三、質子與中子的數(shù)量關系類型

這一類型的題目，主要利用原子核內中子和質子的數(shù)量關系進行推斷，從這兩年的高考題來看，常以核反應方程式作為信息呈現(xiàn)載體。

解析：分析題干信息，Y在化合物中呈+1價，且質量數(shù)為7，可推斷Y為鋰元素;根據(jù)z=p+2，p為3，z為5，則X元素的質子數(shù)為5，可知X元素為硼元素。A選項中，H3XO3為H3BO3，是一種弱酸，能中和濺在皮膚上的NaOH溶液，該選項正確;Li單質在空氣中燃燒的產物是Li2O，B選項錯誤;硼元素與氫元素會形成BH3或B2H6等化合物，屬于共價化合物，C選項錯誤;6Li和7Li互為同位素，D選項錯誤。

解析：根據(jù)核反應方程式中質量數(shù)的關系，可知W=27，X為金屬，且X與Y原子之間質子數(shù)相差2，最外層電子數(shù)之和為8，設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為鋁元素，Y為磷元素。因為W=27，A選項錯誤;Al元素可形成AlCl3，P元素可形成PCl3，B選項正確;同周期主族元素從左至右，原子半徑依次減小，C選項錯誤;P的含氧酸有H3PO4、H3PO3等，D選項錯誤。

這一類型的題目比較新穎，同學們要熟練掌握質量數(shù)、質子數(shù)和中子數(shù)之間的數(shù)量關系，熟練掌握核素符號的書寫規(guī)則，掌握核反應方程式的意義及反應過程中各種微粒的數(shù)量關系，準確推斷元素。

責任編輯 李平安