林增辉
元素周期律是高考的常规考点,基本上是以选择题的形式呈现,这类题目要求通过题干信息推断未知元素,分析判断元素单质及其化合物的性质递变规律。笔者对近年来的高考题中元素周期律题目进行统计分析,探求考查方向,希望能对同学们的复习备考有所帮助。
元素周期律题目的主要突破口在于题干信息,从题干信息的呈现方式来看,主要有几种类型:物质结构示意图类型、核外电子数量关系类型、质子和中子数量关系类型。在同学们确定元素之后,再考查原子半径变化规律、(非)金属性比较、酸(碱)性比较、氢化物的热稳定性比较等考点。由于元素单质及其化合物的性质有比较清晰的递变规律,因此其难点依然是落在元素的推断上,下面重点讲述如何通过分析题干信息进行元素推断的策略。
一、物质结构示意图类型
这一类题目,题干中除了提供必要的文字信息,还提供了化合物的结构示意图,同学们要结合文字和物质结构的信息,推断并确定元素,再进行选项的判断。
【例1】(2021·广东)一种麻醉剂的分子结构式如下图所示。其中,X的原子核只有1个质子;元素Y、Z、W原子序数依次增大,且均位于X的下一周期;元素E的原子比W原子多8个电子。下列说法不正确的是( )
A. XEZ4是一种强酸
B. 非金属性:W>Z>Y
C. 原子半径:Y>W>E
D. ZW2中,Z的化合价为+2价
解析:题干信息显示,X的原子核只有1个质子,可知X为H元素;“元素Y、Z、W原子序数依次增大,且均位于X的下一周期”,结合物质结构示意图,Y形成4条共价键,可推知是C元素,Z形成两条共价键,可推知是O元素,W只能形成1条共价键,则W为F元素,而“元素E的原子比W原子多8个电子”,可知E元素为氯元素。
根据上述推断,可知XEZ4是HClO4,是一种强酸,A正确;同一周期主族元素从左到右非金属性逐渐增强,所以非金属性:F>O>C,故B正确;同一主族元素从上往下原子半径逐渐增大,原子半径:Cl>F,C错误;在OF2中,F为-1价,则O的化合价为+2价,D正确。
【例2】(2020·全国II卷)一种由短周期主族元素组成的化合物(如图2所示),具有良好的储氢性能,其中元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大、且总和为24。下列有关叙述错误的是( )
A. 该化合物中,W、X、Y之间均为共价键
B. Z的单质既能与水反应,也可与甲醇反应
C. Y的最高化合价氧化物的水化物为强酸
D. X的氟化物XF3中原子均为8电子稳定结构
解析:题干主要呈现了两个信息:(1)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大、且总和为24;(2)物质的结构图。后者是主要的突破口,W只能形成一个共价单键,Z可形成+1价阳离子,结合原子序数的信息,可推断W为氢元素,Z为钠元素,X有四条单键,两个Y原子均为三条单键,而陰离子团只带一个负电荷,可推断Y形成三条共价键达到稳定结构,为氮元素,根据原子序数和及成键数目,推断X是序数为5的硼元素。
根据上述推断,该化合物中,H、B、N之间均以共用电子对形成共价键,A选项正确;Na单质既能与水反应生成氢氧化钠和氢气,也能与甲醇反应生成甲醇钠和氢气,B选项正确;N的最高价氧化物的水化物HNO3为强酸,C选项正确;BF3中B原子最外层只有6个电子,未达到8电子稳定结构,D选项错误。
这一类型的题目,化合物的结构图是重要的突破口,利用结构图可以判断化学键类型及化合物类型,同时可以判断元素间的共价键数目或离子所带的电荷数,从而推断出元素的最外层电子数,作为解题的重要依据。因此同学们要熟练掌握短周期主族元素的电子排布特点和成键特点,熟练掌握化合物的电子式书写规则,能根据陌生物质的结构式,推断元素成键数目或最外层电子数目,达到确定元素的目的。
二、核外电子数量关系类型
在这一类型的题目中,题干中主要提供元素的周期数及元素核外电子的数量关系,通过核外电子的数量关系确定元素,再分析推断元素单质及其化合物的性质递变规律。
【例3】(2021·全国甲卷)W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素,Z的最外层电子数是W和X的最外层电子数之和,也是Y的最外层电子数的2倍。W和X的单质常温下均为气体。下列叙述正确的是( )
A. 原子半径:Z>Y>X>W
B. W与X只能形成一种化合物
C. Y的氧化物为碱性氧化物,不与强碱反应
D. W、X和Z可形成既含有离子键又含有共价键的化合物
解析:分析题干信息,在短周期主族元素中,常温下为气体的单质有H2、N2、O2、F2、Cl2,由于“Z的最外层电子数是W和X的最外层电子数之和,也是Y的最外层电子数的2倍”,则必定有H元素,因为其它任意两种的最外层电子之和均超过8,且Z元素最外层必定为偶数,且不为8,因此还可以排除O、F、Cl,结合“W、X、Y、Z为原子序数依次增大”,可知W为氢元素,X为氮元素,Y为铝元素,Z为硫元素。
根据上述推断,同周期主族元素原子半径从左往右依次减小,则原子半径:Y(Al)>Z(S),A错误;W为H元素,X为N元素,两者可形成NH3和N2H4等物质,B错误;Y为Al元素,其氧化物为两性氧化物,可与强酸、强碱反应,C错误;W、X和Z可形成(NH4)2S、NH4HS等离子化合物,这些物质中既含有离子键又含有共价键,D正确。
【例4】(2021·全国乙卷)我国嫦娥五号探测器带回1.731kg的月球土壤,经分析发现其构成与地球土壤类似。土壤中含有的短周期元素W、X、Y、Z,原子序数依次增大,最外层电子数之和为15。X、Y、Z为同周期相邻元素,且均不与W同族。下列结论正确的是( )
A. 原子半径大小顺序为W>X>Y>Z
B. 化合物XW中的化学键为离子键
C. Y单质的导电性能弱于Z单质的
D. Z的氧化物的水化物的酸性强于碳酸
解析:分析题干信息,可对W、X、Y、Z的最外层电子数进行如下猜测:“9、1、2、3”、“6、2、3、4”、“3、3、4、5”,可知只有第二组“6、2、3、4”符合要求,则W、X、Y、Z依次为O、Mg、Al、Si。
根据上述推断,根据同周期主族元素原子半径从左往右依次减小,同主族元素原子半径从上往下依次增大的规律,可知原子半径大小顺序为Mg>Al>Si>O,A错误;化合物XW为MgO,属于离子化合物,MgO中化学键为离子键,B正确;Y单质为铝单质,铝是电的良导体,Z单质为硅,为半导体材料,导电性比较差,C错误;Z的氧化物的水化物为硅酸,因为碳的非金属性比硅强,因此碳酸的酸性强于硅酸,D错误。
解答这一类型的题目,需要同学们熟练掌握短周期元素的核外电子排布规律,能根据核外电子数量关系,如最外层电子数之和、核外电子数总和或不同电子层电子数目关系进行推算,此外,在有些题目中,也常以化合价体现电子数目关系,例如2019年全国II卷中出现“W与X的最高化合价之和为8”的信息,最高化合价之和,本质上依然是最外层电子数目之和。
三、质子与中子的数量关系类型
这一类型的题目,主要利用原子核内中子和质子的数量关系进行推断,从这两年的高考题来看,常以核反应方程式作为信息呈现载体。
解析:分析题干信息,Y在化合物中呈+1价,且质量数为7,可推断Y为锂元素;根据z=p+2,p为3,z为5,则X元素的质子数为5,可知X元素为硼元素。A选项中,H3XO3为H3BO3,是一种弱酸,能中和溅在皮肤上的NaOH溶液,该选项正确;Li单质在空气中燃烧的产物是Li2O,B选项错误;硼元素与氢元素会形成BH3或B2H6等化合物,属于共价化合物,C选项错误;6Li和7Li互为同位素,D选项错误。
解析:根据核反应方程式中质量数的关系,可知W=27,X为金属,且X与Y原子之间质子数相差2,最外层电子数之和为8,设X最外层电子数为a,则Y的最外层电子为a+2,a+a+2=8,解得a=3,因此X为铝元素,Y为磷元素。因为W=27,A选项错误;Al元素可形成AlCl3,P元素可形成PCl3,B选项正确;同周期主族元素从左至右,原子半径依次减小,C选项错误;P的含氧酸有H3PO4、H3PO3等,D選项错误。
这一类型的题目比较新颖,同学们要熟练掌握质量数、质子数和中子数之间的数量关系,熟练掌握核素符号的书写规则,掌握核反应方程式的意义及反应过程中各种微粒的数量关系,准确推断元素。
责任编辑 李平安