解答位构性型元素推断题的有效策略

黑龙江 卢国锋

解答位构性型元素推断题的有效策略

原子结构、分子结构、化学键、元素周期律和元素周期表一起组成结构理论，它是研究元素化合物性质的重要依据，通常用“位、构、性”对此部分知识进行高度概括，其内在的逻辑性是考查科学素养的最佳素材之一。在由能力立意转向素质立意的过渡阶段，对此类型问题进行深度剖析，可以形成有效的解题策略。

一、高考档案

题源题干信息选项及问题简述试题创新点2016年全国Ⅰ选择第13题位：短周期元素；构：原子序数依次增加、二元化合物；性：黄绿色气体单质、水溶液具有漂白性、pH、难溶于水的混合物、转化关系原子半径大小排序、非金属性强弱排序、氢化物状态、最高价氧化物的水化物酸碱性通过转化关系凸显元素化合物性质，并将无机化学与有机化学高度统一2016年全国Ⅱ选择第9题位：短周期元素，同族；构：原子中只有1个电子、电子层结构相同二元化合物中的元素化合价、形成二元化合物数量、四种元素中原子半径最大的元素、形成化合物酸性强弱二元化合物新提法，是指两种元素形成的化合物，不是指两个原子构成的化合物。选项重点体现H化合价的特性2016年全国Ⅲ选择第12题位：短周期主族元素、同族元素；构：原子序数依次增大、相同电子层结构离子；性：短周期原子半径最大元素、离子化合物的水溶液呈中性离子半径大小排序、水溶液酸碱性、气态氢化物热稳定性比较、最高价氧化物的水化物酸性比较在周期表中位置、原子结构、元素性质三方面知识综合推断2016年天津填空第7题位：周期表一部分书写元素位置、比较原子半径、选择比较非金属性强弱的依据、热化学方程式书写、化学方程式书写、电子式书写、分子式书写、物质的量相关计算元素化合物与化学用语、化学计算巧妙融合在一起2016年上海选择第7题位：短周期元素、同主族、同周期构：原子序数依次增大性：唯一金属元素原子半径大小排序、含氧酸的酸性比较、气态氢化物的稳定性比较、化学式的判断所给条件不能确定具体元素，一定范围内的元素具有多种可能性2016年江苏选择第4题位：短周期主族元素、ⅠA族、同一主族；构：原子序数依次增大、最外层电子6个；性：非金属性最强电子层结构是否相同、能否形成离子化合物、气态氢化物的热稳定性比较、原子半径大小排序位构性知识的学科内小综合推断2016年浙江选择第9题位：短周期主族元素；构：原子序数依次增大、最外层电子数与电子层数的关系、核电荷数之比、8电子结构；性：化合物与水发生氧化还原反应与最高价氧化物的水化物反应、原子半径大小比较、化合物中离子键判断、化合物能否用作消毒剂信息具有唯一性，通过每条一信息都能准确定位相应元素2016年海南填空第13题位：短周期元素；构：电子层结构与氖相同、质子数为偶数；性：淡黄色单质固体、高硬度单质是宝石书写元素在周期表中的位置、元素符号、二元化合物化学式、化学方程式、共价键类型数字特征与性质特征相融合的推理方式

二、策略精髓

1.整合特性信息

①氢元素：原子核外只有1个电子，氕不含中子，原子半径最小，宇宙中最丰富的元素，成酸成碱的必要元素，与氧元素可组成两种常温下为液态的化合物H2O，H2O2；②锂元素：最轻的金属元素，唯一不能形成过氧化物的碱金属元素，电池原料之一；③碳元素：12C是相对原子质量的标准，形成化合物种类最多的元素，金刚石是自然界中硬度最大的物质，石墨有金属光泽，短周期元素中唯一导电的非金属，石墨烯是制造新型电池的原料，CH4是含氢质量分数最大的物质，最高价氧化物和氢化物都有温室效应；④氮元素：最稳定的单质气体，空气中含量最多的元素，粮食食品保护气，最高价氧化物水化物硝酸与氢化物氨反应生成盐，氢化物为NH3，液态时可以作致冷剂，在气态氢化物水溶液中是唯一呈碱性的物质；⑤氧元素：地壳中含量最高元素，对流层中臭氧吸收紫外线；⑥氟元素：非金属性最强的元素,无正价，能与水反应置换出水中的氧, HF为弱酸,CaF2难溶、AgF能溶于水,氢化物水溶液腐蚀玻璃；⑦钠元素：短周期原子半径最大、最活泼的金属元素，焰色反应呈黄色，过氧化钠用作供氧剂和漂白剂；⑧镁元素：镁在空气中燃烧发出耀眼白光, 镁在二氧化碳中燃烧产生黑色烟, 镁在氮气中燃烧，铝热反应的引发剂；⑨铝元素：地壳中含量最多的金属元素，与浓硫酸、浓硝酸在常温下发生钝化现象，铝与氢氧化钠溶液反应产生气体，氧化物及氧化物对应的水化物既能与酸又能与碱反应，防腐所用的“银粉”实际是铝粉；⑩硅元素：硅化学性质不活泼，但自然界中没有游离态的硅，而能与HF反应且有H2生成，与强碱溶液反应生成氢气，含氧酸不溶于水，硅为半导体常做芯片，二氧化硅是熔点最高的非金属氧化物，二氧化硅可作光导纤维；磷元素：白磷着火点低、易自燃，通常保存在水中，单质在氯气中燃烧生成白色烟雾；硫元素： 单质为淡黄色固体，是黑火药的主要成分之一， SO2是一种大气污染气体，可形成“酸雨”；氯元素： Cl2为黄绿色有毒的气体，气态氢化物的水溶液和最高价氧化物对应水化物均为强酸，高氯酸在无机含氧酸中酸性最强，单质的水溶液有漂白性，常用于自来水的消毒。

2.借助数学手段

不要死记硬背最外层与次外层电子数量关系，培养利用核外电子排布规律和画原子结构示意草图的推理能力，①如最外层电子数是次外层的一半，假设次外层为2则最外层为1，可推定Li；假设次外层为8则最外层为4，可推定Si；②如次外层电子数为最外层电子的2倍或3倍，假设次外层为2则最外层为4或6，可推定C或O；③如最外层电子数+最内层电子数=次外层电子数，信息可知该元素有3个电子层，第三层有电子意味着K、L层已排满，最外层电子数+2 =8，最外层电子数=6，可推定S。

3.注意反应条件

①高温、高压、催化剂三条件的是合成氨；②催化剂、加热两条件的有氨与氧气的反应、二氧化硫与氧气的反应、氯酸钾的分解；③放电条件的有氮气与氧气反应、氧气转化为臭氧；④光照条件的有氢气与氯气的反应、次氯酸的分解反应、甲烷与氯气的取代反应；⑤电解条件有活泼金属的冶炼、电解水、氯碱工业、电解氯化铜。

4.梳理常见规律

①阴上阳下规律，具有相同电子层结构的离子，阴离子在上一周期、阳离子在下一周期，如第2周期的O2-、F-与第3周期的Na+、Mg2+、Al3+的电子层排布相同；②“四同”半径比较规律，同周期元素原子从左到右原子半径逐渐减小，同主族元素原子和离子半径从上到下逐渐增大，相同核外电子排布的离子，核电荷数越大离子半径越小，同种元素阴离子半径大于原子半径，原子半径大于阳离子半径；③上下左右规律：同主族元素从上到下非金属性减弱、金属性增强，同周期元素从左到右金属性减弱、非金属性增强；④非金属性比较四条标准，一是与氢气化合的难易，二是气态氢化物的稳定性强弱，三是最高价氧化物的水化物酸性强弱，四是非金属性强的单质置换非金属性弱的单质；⑤金属性比较四条标准，一是与水反应的剧烈程度，二是与酸反应的剧烈程度，三是最高价氧化物的水化物碱性强弱，四是金属性强的单质置换金属性弱的单质；⑥化合价规律，奇偶一致性原则即主要化合价的数值为奇数的元素，其原子序数也为奇数；主要化合价的数值为偶数的元素，其原子序数也为偶数。最高价+│最低价│=8，最高价为氧化物，最低价为氢化物，最高价+最低价=0、2、4、6，分别为ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA；⑦判断8e-相对稳定结构规律，原子最外层电子数加化合价数值(不考虑正负)是否等于8。

5.消除认知误区

①最外层电子数的多少不是划分金属与非金属元素的标准，如H、He最外层电子数均小于4，最外层电子数的多少与金属性、非金属性强弱没有必然联系；②氢元素在化合物中一般为+1价，但在金属氢化物中为-1价；③含金属元素的离子也可能为阴离子，如AlO-2，不含金属元素的离子也可能是阳离子，如NH+4；④Na2O2中含有1个阴离子O2-2，Na2O2既有离子键也有非极性共价键；⑤稀有气体中不存在化学键，NH4NO3等铵盐是由非金属元素组成的离子化合物，AlCl3是由金属元素和非金属元素组成的共价化合物；⑥质量数、核素的相对原子质量、元素的相对原子质量是不同的三个概念，计算时可近似处理，不是所有元素都存在同位素，如钠只有一种核素；⑦只有由分子构成的物质才有分子式如CO2，而NaCl和C属于化学式，表示物质的组成元素和原子的最简整数比。

三、招法应用

例1短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加。m、p、r是由这些元素组成的二元化合物，n是元素Z的单质，通常为黄绿色气体，q的水溶液具有漂白性，0.01 mol·L-1r溶液的pH为2，s通常是难溶于水的混合物。上述物质的转化关系如图所示。

下列说法正确的是

( )

A.原子半径的大小Wlt;Xlt;Y

B.元素的非金属性Zgt;Xgt;Y

C.Y的氢化物常温常压下为液态

D.X的最高价氧化物的水化物为强酸

解析：将题目信息转译为对应的元素，n为黄绿色气体单质，n可确定为Cl2，q为含氯元素漂白性物质可确定是HClO，二元化合物意思是两种元素组成的化合物，二元化合物m为H2O、二元化合物r是HCl，Cl2光照条件与p反应生成HCl，确定二元化合物p含H，难溶于水，含氯元素混合物为卤代烃，二元化合物p为烷烃。H2O、CH4、HCl所含元素按原子序数从小到大排列为H、C、O、Cl。运用半径“四同”规律确定原子半径的大小：Wlt;Ylt;X，A选项错误；运用上下左右关系，非金属性强弱：Ygt;X，B选项错误；O的氢化物H2O和H2O2常温常压下为液态，C选项正确；X的最高价氧化物的水化物碳酸为弱酸，D选项错误。答案选C。

例2短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，X、Y的原子序数之和等于Z的原子序数；Y、Z为同周期相邻元素；X、W、Y分别排列在三个连续的奇数族，下列说法正确的是

( )

A.简单离子半径：Ygt;Zgt;W

B.最高价氧化物对应水化物的酸性：Ylt;Z

C.X分别与Y、Z形成的最简单化合物均属于电解质

D.工业上制备W单质的方法为电解熔融的W的氯化物

解析：从数量关系进行突破，依据原子序数和的关系列等式X+Y=Z，Y、Z为同周期相邻元素，原子序数应相差1，推得X的原子序数为1，为H元素；X、W、Y分别排列在三个连续的奇数族，应该是ⅠA、ⅢA、ⅤA，考虑原子序数依次增大条件，推得W为Al元素，Y为N元素，Z的原子序数=1+7=8，为O元素。A选项，具有相同电子层结构的离子，核电荷数越大离子半径越小，r(N3-)gt;r(O2-)gt;r(Al3+)；B选项，O元素没有最高价含氧酸，B错误；C选项，H分别与N、O形成的最简单化合物为水、氨气，水为电解质，氨气为非电解质，C错误；D选项，氯化铝为共价化合物，熔融氯化铝不导电，无法通过电解熔融氯化铝制取金属铝，D错误；答案选A。

例3已知W、X、Y、Z为短周期元素，原子序数依次增大。W、Z同主族，X、Y、Z同周期，其中只有X为金属元素。下列说法一定正确的是( )

A.原子半径：Xgt;Ygt;Zgt;W

B.W的含氧酸的酸性比Z的含氧酸的酸性强

C.W的气态氢化物的稳定性小于Y的气态氢化物的稳定性

D.若W与X原子序数差为5，则形成化合物的化学式为X3W2

解析：通过已知信息将元素定位于元素周期表中，W、Z同主族，结合原子序数大小，可将W定位在上一周期、Z在下一周期，再根据X、Y、Z同周期画出初步草图如下：

WXYZ

黑龙江省大庆市第五十六中学)