基于”元素周期表與周期律”中元素推斷考查點探究

摘要：高考中關(guān)于元素周期表與周期律的考查中常常會涉及到元素的推斷問題，通過分析近年高考化學試題中涉及”元素推斷型試題”的特點， 采用歸納推理等方法，引導大家明確元素推斷問題的解題途徑與技巧.

關(guān)鍵詞：元素推斷;元素周期律;考點;高中化學

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2022）13-0129-04

針對元素周期表與周期律的考查是高考的熱點話題，該類題型中一定會涉及到未知元素的推斷，該類試題在設(shè)計上常常會滲透化學學科素養(yǎng)，試題中不僅通過元素推斷考查考生的宏微結(jié)合視角分析與解決實際問題的能力，常常還需要借助證據(jù)推理與模型假設(shè)，考查學生的邏輯推理能力.下面在湯偉名師工作室引領(lǐng)下，圍繞著安徽宿州教科研課題“新高考背景下化學校本教材的開發(fā)與實踐研究”所作出的一些階段性研究成果，筆者以近年來高考試題和聯(lián)考試題為例，針對高考考查的熱點問題做一分類分析，以此尋求元素推斷問題的解題途徑.

1 根據(jù)原子半徑推斷

元素周期表中，同周期主族元素原子半徑隨原子序數(shù)的遞增依次遞減;同主族元素原子半徑隨原子序數(shù)的遞增依次增大.根據(jù)原子半徑相對大小及原子序數(shù)可以推斷元素.

例1（2022屆吉林市高三聯(lián)考·T14）圖1是部分短周期元素原子半徑與原子序數(shù)的關(guān)系圖.下列說法正確的是（）.

A.最高價氧化物對應(yīng)的水化物的堿性：Z<M

B.X、Z兩種元素形成的化合物都屬于離子化合物

C.Y、R兩種元素氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：Y<R

D.簡單離子的半徑：Z>M>X

解析由周期表中元素原子半徑的遞變規(guī)律結(jié)合圖像可知：X、Y位于第二周期，Y元素原子半徑最小，可知Y為F，X為O.Z、M、N、R位于第三周期，分別為Na、Al、Si、Cl，結(jié)合元素周期律判斷：

最高價氧化物對應(yīng)的水化物的堿性NaOH>Al（OH）3，A項錯誤;

X、Z兩種元素形成的化合物為Na2O、Na2O2均為離子化合物，B項正確;

Y、R兩種元素氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性HF>HCl，C項錯誤;

簡單離子核外電子排布相同時，原子序數(shù)越大，離子半徑越小，O2->Na+>Al3+，D項錯誤.

答案：B

點評本題推斷角度單一，以原子半徑的遞變規(guī)律為依據(jù)推理元素，考查考生的邏輯推理能力.試題以圖像等不連續(xù)文本呈現(xiàn)，可以有效考查考生的提取信息的能力.

2 根據(jù)元素價態(tài)或原子成鍵特點推斷

元素價態(tài)及原子成鍵特點是微粒微觀結(jié)構(gòu)的重要組成部分，近年來有增強考查的趨勢.主族元素的最高正價等于最外層電子數(shù)（除氧、氟外），最低負價=最外層電子數(shù)-8.原子能夠形成的共價鍵個數(shù)也與最外層電子數(shù)有關(guān)，如第ⅥA元素可以形成2條或6條共價鍵.

例2（2021湖北選考·T8）某離子液體的陰離子的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中W、X、Y、Z、M為原子序數(shù)依次增大的短周期非金屬元素，W是有機分子的骨架元素.下列說法正確的是（）.

A. Z元素的最高價態(tài)為+7

B.基態(tài)原子未成對電子數(shù)：W>Y

C.該陰離子中X不滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)

D.最簡單氫化物水溶液的pH：X>M

解析W是有機分子的骨架元素，可知W為碳元素.在陰離子結(jié)構(gòu)中Y原子形成2條共價鍵，M形成6條共價鍵，Z形成1條共價鍵，且原子序數(shù)M>Z>Y，可知Y為氧元素，Z為氟元素，M為硫元素.陰離子具有一個負電荷，且X在結(jié)構(gòu)中存在2條共價鍵，原子序數(shù)僅大于碳元素，可知X為氮元素.由此判斷：

氟元素無正價，A項錯誤;

碳元素原子的電子排布式為1s22s22p2，有2個未成對電子;氧元素原子的電子排布式為1s22s22p4，也有2個未成對電子，B項錯誤;

氮元素原子形成2條共價鍵且得1個電子，滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，C項錯誤;

X、M的最簡單氫化物分別為NH3、H2S，可知其水溶液pH：X>M，D項正確.

答案：D

點評本題元素推斷的主要依據(jù)是元素原子成鍵特點，其成鍵與原子最外層電子數(shù)有關(guān)，引導考生從原子微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析成鍵特點，推斷元素，有效考查考生的共價鍵概念、成鍵方式等基本概念的理解水平以及元素原子微觀結(jié)構(gòu)認知水平和邏輯推理能力.

3 根據(jù)原子核外電子排布特點推斷

波爾原子結(jié)構(gòu)模型認為元素原子核外電子由內(nèi)向外逐層填充電子，每個電子層最多填充2n2個電子，且最外層不超過8個電子，次外層不超過18個電子，倒數(shù)第三層不超過32個電子.短周期元素原子核外電子排布有很多突出特點，如Li、P的原子最外層電子數(shù)是內(nèi)層電子總數(shù)的一半;O原子核外電子總數(shù)是S原子的一半等.

例3元素X、Y、Z、M、N均為短周期主族元素，且原子序數(shù)依次增大.X、Z同主族，已知Y元素原子最外層電子數(shù)與核外電子總數(shù)之比為3∶4，M原子的質(zhì)子數(shù)是Y原子的2倍;化合物XN在常溫下為氣體.下列說法正確的是（）.

A.X、Y、Z、M、N的簡單離子半徑逐漸增大

B.Y、M、N的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：Y>M>N

C.N最高價氧化物對應(yīng)的水化物具有強氧化性

D.X、Z形成的化合物為離子化合物

解析Y元素原子最外層電子數(shù)與核外電子總數(shù)之比為3∶4，由于最外層電子數(shù)不超過8，可知Y元素原子最外層有6個電子，核外電子總數(shù)為8，為氧元素;M原子的質(zhì)子數(shù)是Y原子的2倍，則M元素為硫元素;N元素原子序數(shù)大于M元素，故N為氯元素，X、Z形成+1價陽離子，故為H或Li或Na，由于XN在常溫下為氣體，故X為氫元素;Z的原子序數(shù)大于Y，小于M，故Z為鈉元素.由此判斷：

簡單離子半徑大小順序為S2->Cl->O2->Na+>H+，A項錯誤;

HCl的穩(wěn)定性強于H2S，B項錯誤;

N的最高價氧化物對應(yīng)的水化物為HClO4，為強酸，Cl元素價態(tài)為+7價，但無強氧化性，C項錯誤;

X、Z形成的化合物為NaH，是離子化合物，D項正確.

答案：D

點評試題涉及較多的原子結(jié)構(gòu)的信息，引導考生從微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，推理宏觀元素，進一步利用元素周期律解決實際物質(zhì)的類別及性質(zhì)問題，有效考查了考生的邏輯推理能力和宏微結(jié)合核心觀念.

4 根據(jù)元素周期表中的位置推斷

元素在周期表中的位置體現(xiàn)了原子的結(jié)構(gòu)以及元素的性質(zhì).利用多種元素所在周期或族的相對位置即可以推測具體元素.

例4 某種有機發(fā)光材料由不同主族的短周期元素R、W、X、Y、Z組成.5種元素的原子序數(shù)依次增大，W和X的原子序數(shù)之和等于Z的原子序數(shù)，只有W、X、Y同周期，且W、X、Y相鄰.下列說法正確的是（）.

A.離子半徑：Z>Y>X

B.最高正價：R<W<X<Z

C.X的含氧酸均為強酸

D.R與W能組成多種化合物

解析5種元素的原子序數(shù)依次增大，只有W、X、Y同周期，則R為氫元素，Z為第三周期元素，W、X、Y均為第二周期元素;W和X的原子序數(shù)之和等于Z的原子序數(shù)，5種元素不同主族，則Z不可能為Na，若為Mg，則沒有滿足條件的W和X，若為Al，則W、X、Y分別為6、7、8號元素，即分別為C、N、O，符合題意;若Z為Si，則沒有滿足條件的W和X;若Z為P，則W、X、Y分別為7、8、9號，分別為N、O、F，N和P處于同一主族，不符合題意.綜上所述R為氫元素、W為碳元素、X為氮元素、Y為氧元素、Z為鋁元素.由此判斷：

電子層數(shù)相同時核電荷數(shù)越小離子半徑越大，所以離子半徑N3->O2->Al3+，即X>Y>Z，故A錯誤;

主族元素若有最高正價，則最高正價等于族序數(shù)，所以最高正價H<Al<C<N，即R<Z<W<X，故B錯誤;

X為氮元素，其含氧酸HNO2為弱酸，故C錯;

H與C可以組成烷烴、烯烴等多種烴類化合物，故D正確.

答案：D

點評試題信息較少，僅有元素原子序數(shù)及周期表中的相對位置關(guān)系，解決問題時，需要考生分類討論，有效考查考生的思辨能力.

5 根據(jù)物質(zhì)典型性質(zhì)推斷

物質(zhì)是由元素組成的，由典型性質(zhì)或典型反應(yīng)作為突破口，推理出具體物質(zhì)，進而確定元素.

例5主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增加，且均不大于20.W、X、Z最外層電子數(shù)之和為10;W與Y同族;W與Z形成的化合物可與濃硫酸反應(yīng)，其生成物可腐蝕玻璃.下列說法正確的是（）.

A.常溫常壓下X的單質(zhì)為氣態(tài)

B.Z的氫化物為離子化合物

C.Y和Z形成的化合物的水溶液呈堿性

D.W與Y具有相同的最高化合價

解析可腐蝕玻璃的物質(zhì)為HF，可知W與Z形成的化合物為CaF2，W為氟元素，Z為鈣元素;W、X、Z最外層電子數(shù)之和為10，可知X最外層電子數(shù)為1，原子序數(shù)大于氟，為鈉元素;W與Y同族，可知Y為氯元素.由此可判斷：

X的單質(zhì)為金屬鈉，常溫常壓下為固體，A錯;

Z的氫化物為CaH2，為離子化合物，B項正確;

Y和Z形成的化合物為CaCl2，其水溶液呈中性，C錯;

氟元素沒有正價，D項錯誤.

答案：B

點評試題信息豐富，涉及原子結(jié)構(gòu)、周期表位置及物質(zhì)性質(zhì).由物質(zhì)典型性質(zhì)為突破口推測元素，有效考查考生宏微結(jié)合核心觀念.

6 根據(jù)核反應(yīng)推斷

核反應(yīng)是一種重要的物質(zhì)變化，遵循質(zhì)量守恒、質(zhì)子守恒等.根據(jù)核反應(yīng)方程式，利用守恒觀念，推理元素.

例6（2021河北高考）用中子轟擊NZX原子產(chǎn)生α粒子（即氮核42He）的核反應(yīng)為：NZX+10n→7pY+42He.已知元素Y在化合物中呈+1價.下列說法正確的是（）.

A.H3XO3可用于中和濺在皮膚上的NaOH溶液

B.Y單質(zhì)在空氣中燃燒的產(chǎn)物是Y2O2

C.X和氫元素形成離子化合物

D.6Y和7Y互為同素異形體

解析根據(jù)核反應(yīng)為：NZX+10n→7pY+42He可知，X的質(zhì)量數(shù)N為4+7-1=10，又因為Y在化合物中呈+1價，則推知Y位于ⅠA族，質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)，Y的質(zhì)量數(shù)為7，所以得出Y為Li，其質(zhì)子數(shù)p=3，所以X的質(zhì)子數(shù)Z=3+2-0=5，核電荷數(shù)=原子序數(shù)=核內(nèi)質(zhì)子數(shù)=5，則推知X屬于硼元素.據(jù)此分析判斷：

H3BO3為硼酸，氫氧化鈉溶液具有腐蝕性，若不慎將NaOH溶液濺到皮膚上，則需用大量水沖洗，同時涂抹H3BO3，以中和堿液，A正確;

Y為Li，在空氣中燃燒的產(chǎn)物只有Li2O，B錯誤;

X為B，與氫元素會形成BH3或B2H4等硼氫化合物，硼元素與氫元素以共價鍵結(jié)合，屬于共價化合物，C錯誤;

6Li和7Li兩者的質(zhì)子數(shù)均為3，中子數(shù)不同，所以兩者互為同位素，D錯誤.

答案：A

點評試題以核反應(yīng)為載體，依據(jù)核反應(yīng)中的質(zhì)量守恒、質(zhì)子守恒推斷元素，考查考生的邏輯推理能力及守恒觀念.

元素推斷試題集元素的“位、構(gòu)、性”關(guān)系、基本概念和基本原理于一身，綜合性強;且題設(shè)條件相互滲透，抽象程度高，能夠充分考查考生的邏輯推理和思辨等關(guān)鍵能力.考生解題時應(yīng)梳理信息，厘清推理依據(jù)，才能有效突破元素推斷試題.（安徽湯偉名師工作室審閱并推薦）

參考文獻：[1]

湯偉，楊寧.“原子結(jié)構(gòu)”?？贾R要點例析 ＼[J＼].數(shù)理化學習，2018（9）：64-65.

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＼[3＼] 張茹英，湯偉.位置-結(jié)構(gòu)-性質(zhì)學習要點探究 ＼[J＼].中學生數(shù)理化，2016（6）：51-52.

＼[4＼] 湯偉，王正樓，卓飛.于基于“證據(jù)推理與模型認知”素養(yǎng)下高考考查點題探究＼[J＼].高中數(shù)理化，2021（5/6）：109-112.

[責任編輯：季春陽]

收稿日期：2022-02-05

作者簡介：王海榮（1992-），女，本科，中學一級教師，從事高中化學教學研究.

基金項目：該文章為安徽宿州市教科研課題“新高考背景下化學校本教材的開發(fā)與實踐研究”（課題編號JKY2021055）階段性研究成果.

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