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(diǎn)，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(zhì)及其化合物的性質(zhì)遞變規(guī)律。筆者對(duì)近年來的高考題中元素周期律題目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，探求考查方向，希望能對(duì)同學(xué)們的復(fù)習(xí)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(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖類型、核外電子數(shù)量關(guān)系類型、質(zhì)子和中子數(shù)量關(guān)系類型。在同學(xué)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(diǎn)。由于元素單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)有比較清晰的遞變規(guī)律，因此其難點(diǎn)依然是落在元素的推斷上，下面重點(diǎn)講述如何通過分析題干信息進(jìn)行元素推斷的策略。

一、物質(zhì)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖，同學(xué)們要結(jié)合文字和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的信息，推斷并確定元素，再進(jìn)行選項(xiàng)的判斷。

【例1】（2021·廣東）一種麻醉劑的分子結(jié)構(gòu)式如下圖所示。其中，X的原子核只有1個(gè)質(zhì)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(gè)電子。下列說法不正確的是（? ?）

A. XEZ4是一種強(qiáng)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(jià)為+2價(jià)

解析：題干信息顯示，X的原子核只有1個(gè)質(zhì)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(jié)合物質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖，Y形成4條共價(jià)鍵，可推知是C元素，Z形成兩條共價(jià)鍵，可推知是O元素，W只能形成1條共價(jià)鍵，則W為F元素，而“元素E的原子比W原子多8個(gè)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(qiáng)酸，A正確;同一周期主族元素從左到右非金屬性逐漸增強(qiáng)，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(cuò)誤;在OF2中，F(xiàn)為-1價(jià)，則O的化合價(jià)為+2價(jià)，D正確。

【例2】（2020·全國(guó)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(chǔ)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(guān)敘述錯(cuò)誤的是（? ?）

A. 該化合物中，W、X、Y之間均為共價(jià)鍵

B. Z的單質(zhì)既能與水反應(yīng)，也可與甲醇反應(yīng)

C. Y的最高化合價(jià)氧化物的水化物為強(qiáng)酸

D. X的氟化物XF3中原子均為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)

解析：題干主要呈現(xiàn)了兩個(gè)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(zhì)的結(jié)構(gòu)圖。后者是主要的突破口，W只能形成一個(gè)共價(jià)單鍵，Z可形成+1價(jià)陽離子，結(jié)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(gè)Y原子均為三條單鍵，而陰離子團(tuán)只帶一個(gè)負(fù)電荷，可推斷Y形成三條共價(jià)鍵達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，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(duì)形成共價(jià)鍵，A選項(xiàng)正確;Na單質(zhì)既能與水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氫氣，也能與甲醇反應(yīng)生成甲醇鈉和氫氣，B選項(xiàng)正確;N的最高價(jià)氧化物的水化物HNO3為強(qiáng)酸，C選項(xiàng)正確;BF3中B原子最外層只有6個(gè)電子，未達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。

這一類型的題目，化合物的結(jié)構(gòu)圖是重要的突破口，利用結(jié)構(gòu)圖可以判斷化學(xué)鍵類型及化合物類型，同時(shí)可以判斷元素間的共價(jià)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(xué)們要熟練掌握短周期主族元素的電子排布特點(diǎn)和成鍵特點(diǎn)，熟練掌握化合物的電子式書寫規(guī)則，能根據(jù)陌生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)式，推斷元素成鍵數(shù)目或最外層電子數(shù)目，達(dá)到確定元素的目的。

二、核外電子數(shù)量關(guān)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(guān)系，通過核外電子的數(shù)量關(guān)系確定元素，再分析推斷元素單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)遞變規(guī)律。

【例3】（2021·全國(guó)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(zhì)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(qiáng)堿反應(yīng)

D. W、X和Z可形成既含有離子鍵又含有共價(jià)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(zhì)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?yàn)槠渌我鈨煞N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(jié)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(cuò)誤;W為H元素，X為N元素，兩者可形成NH3和N2H4等物質(zhì)，B錯(cuò)誤;Y為Al元素，其氧化物為兩性氧化物，可與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿反應(yīng)，C錯(cuò)誤;W、X和Z可形成（NH4）2S、NH4HS等離子化合物，這些物質(zhì)中既含有離子鍵又含有共價(jià)鍵，D正確。

【例4】（2021·全國(guó)乙卷）我國(guó)嫦娥五號(hào)探測(cè)器帶回1.731kg的月球土壤，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)其構(gòu)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(jié)論正確的是（? ?）

A. 原子半徑大小順序?yàn)閃>X>Y>Z

B. 化合物XW中的化學(xué)鍵為離子鍵

C. Y單質(zhì)的導(dǎo)電性能弱于Z單質(zhì)的

D. Z的氧化物的水化物的酸性強(qiáng)于碳酸

解析：分析題干信息，可對(duì)W、X、Y、Z的最外層電子數(shù)進(jìn)行如下猜測(cè)：“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?yàn)镸g>Al>Si>O，A錯(cuò)誤;化合物XW為MgO，屬于離子化合物，MgO中化學(xué)鍵為離子鍵，B正確;Y單質(zhì)為鋁單質(zhì)，鋁是電的良導(dǎo)體，Z單質(zhì)為硅，為半導(dǎo)體材料，導(dǎo)電性比較差，C錯(cuò)誤;Z的氧化物的水化物為硅酸，因?yàn)樘嫉姆墙饘傩员裙鑿?qiáng)，因此碳酸的酸性強(qiáng)于硅酸，D錯(cuò)誤。

解答這一類型的題目，需要同學(xué)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(guān)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(guān)系進(jìn)行推算，此外，在有些題目中，也常以化合價(jià)體現(xiàn)電子數(shù)目關(guān)系，例如2019年全國(guó)II卷中出現(xiàn)“W與X的最高化合價(jià)之和為8”的信息，最高化合價(jià)之和，本質(zhì)上依然是最外層電子數(shù)目之和。

三、質(zhì)子與中子的數(shù)量關(guān)系類型

這一類型的題目，主要利用原子核內(nèi)中子和質(zhì)子的數(shù)量關(guān)系進(jìn)行推斷，從這兩年的高考題來看，常以核反應(yīng)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(jià)，且質(zhì)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(zhì)子數(shù)為5，可知X元素為硼元素。A選項(xiàng)中，H3XO3為H3BO3，是一種弱酸，能中和濺在皮膚上的NaOH溶液，該選項(xiàng)正確;Li單質(zhì)在空氣中燃燒的產(chǎn)物是Li2O，B選項(xiàng)錯(cuò)誤;硼元素與氫元素會(huì)形成BH3或B2H6等化合物，屬于共價(jià)化合物，C選項(xiàng)錯(cuò)誤;6Li和7Li互為同位素，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。

解析：根據(jù)核反應(yīng)方程式中質(zhì)量數(shù)的關(guān)系，可知W=27，X為金屬，且X與Y原子之間質(zhì)子數(shù)相差2，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為鋁元素，Y為磷元素。因?yàn)閃=27，A選項(xiàng)錯(cuò)誤;Al元素可形成AlCl3，P元素可形成PCl3，B選項(xiàng)正確;同周期主族元素從左至右，原子半徑依次減小，C選項(xiàng)錯(cuò)誤;P的含氧酸有H3PO4、H3PO3等，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。

這一類型的題目比較新穎，同學(xué)們要熟練掌握質(zhì)量數(shù)、質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之間的數(shù)量關(guān)系，熟練掌握核素符號(hào)的書寫規(guī)則，掌握核反應(yīng)方程式的意義及反應(yīng)過程中各種微粒的數(shù)量關(guān)系，準(zhǔn)確推斷元素。

責(zé)任編輯 李平安