注重证据推理 丰富数据演绎 突破思维障碍——以2022年全国乙卷理综化学第11题为例

湖北 黄晓斌 云南 刘 刚

元素推断、元素周期律试题是高考必考题型，该类试题常考常新，情境新颖，信息量大，常以文字叙述型与图表型出现，关键信息的呈现形式包括物质框图推断、部分周期表、物质结构式、核反应式、热重曲线等。尤其是2022全国乙卷的元素推断的考查，由定性分析变化为定量分析，增加了对考生计算能力的考查，要求考生具备信息整理、数据处理、演绎推理、解决问题的综合能力。本文就如何注重证据推理及丰富数据演绎，去突破解决该类试题的思维障碍进行阐述，望对备考师生有所帮助。

一、真题详细分析

(2022·全国乙卷·11)化合物(YW4X5Z8·4W2Z)可用于电讯器材、高级玻璃的制造。W、X、Y、Z为短周期元素，原子序数依次增加，且加和为21。YZ2分子的总电子数为奇数，常温下为气体。该化合物的热重曲线如图1所示，在200℃以下热分解时无刺激性气体逸出。下列叙述正确的是

图1

( )

A.W、X、Y、Z的单质常温下均为气体

B.最高价氧化物的水化物的酸性：Y

C.100～200℃阶段热分解失去4个W2Z

D.500℃热分解后生成固体化合物X2Z3

1.试题的考查内容与考查要求

试题以五硼酸铵(NH4B5O8·4H2O)的热重分析曲线为载体，通过复杂且陌生的情境，考查学生综合运用知识和能力应对复杂问题的水平。在题干信息及选项的设置上，层层设卡，环环相扣，需要考生瞻前顾后，考查学生的思维品质、思维程序和思维方法，体现考生的关键能力和学科素养。

表1 试题考查内容与考查要求分析

2.证据推理

根据化合物的分子式YW4X5Z8·4W2Z及C选项失去4个W2Z，结合化合物受热时的分解规律可知，先失去结晶水，由此可推出W为H元素，Z为O元素。由于W、X、Y、Z原子序数依次增加且加和为21，该加和值较小，且其中两种元素已经确定，再结合题意“在200℃以下热分解时无刺激性气体逸出”，则说明在200℃以上热分解时会产生刺激性气味气体，高中阶段熟知的刺激性气味气体有SO2、NO2、NH3等。已知Y的二氧化物分子的总电子数为奇数，而NO2的总电子数恰为奇数，则Y为N元素，该刺激性气体为NH3，则可推出X为B元素，该化合物的化学式为NH4B5O8·4H2O。

3.数据演绎

表2 NH4B5O8·4H2O热分解的数据演绎

4.思维障碍突破

试题情境陌生且复杂、计算量大，如果考生推理能力与计算能力较差，在考试时的有限时间内，可从熟知的知识入手，结合基础知识进行证据推理，推出化合物中的四种元素，运用元素周期律知识判断排除A、B选项，对于失去的结晶水的数目，可运用数据进行证实或证伪，即若失去4个H2O，其质量保留百分数为73.6%，明显与热重曲线图像中质量保留百分数为80.2%不吻合，综合推断排除A、B、C选项。在进行四种元素的推理时，查询本卷给出的可能用到的相对原子质量可快速判断其中一种元素为B元素，也不失为一种快速巧妙的解法。

二、题型的情境变化及创新变化

元素推断题试题情境的变化从文字叙述型到图表型，图表类型涉及物质的框图推断、部分周期表、物质结构式、核反应式，均为定性分析型，其中难度略大的为物质结构式型，考生的基础知识不牢固，无法根据化学键知识进行元素推断。热重曲线为定量分析型试题信息，难度增大，考生遇到此类问题时，会束手无策，无法快速解决此类问题。随着各省市陆续进入新高考，试题考查更注重综合性与创新性，新情境新载体题型会逐渐常态化，如在试题考查中涉及晶胞分析、定量计算的框图推断等。

图2 题型的情境变化及创新变化

三、基于数据演绎的元素推断原创模拟题

1.结合定量计算的框图推断进行考查

浙江卷的定量计算框图推断题信息量大，思维容量大，既考查基础知识，更考查考生的推理论证、数据处理的能力。

【变式1】化合物A由4种原子序数依次增大的W、X、Y、Z组成，加热A，可产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体C，取30.1 g A溶于盐酸，完成如下实验。白色沉淀E既可溶于强酸，又可溶于强碱。

图3

下列说法正确的是

( )

A.原子半径：Y>Z>X>W

B.化合物XW3、XZ3均满足8电子稳定结构

C.将产生的气体C溶于水配成1 L溶液，其pH为13

D.白色固体F的化学式为Y2O3，其质量为10.2 g

【参考答案】D

【试题分析】

①证据推理：使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体为NH3，可推断出A中含有N、H两种元素；白色沉淀E是由溶液D与CO2反应生成，结合已有知识，可知白色沉淀E为Al(OH)3，可推断出A中含有Al元素；溶液B2与过量硝酸酸化的AgNO3溶液反应生成白色沉淀G，成分为AgCl，可知溶液B2中含有Cl-，Cl-可能来源于盐酸，也可能来源于化合物A，则基本可推断出A中含有Cl元素。

表3

【命题思路及试题点评】试题改编于2021年浙江卷高考试题，在命题中，笔者对数据进行了简单的处理，且未给出白色固体F的质量，使试题难度加大。试题中数据设计的巧妙之处在于对溶液B分为两等份，在计算时应特别注意两倍的关系。

2.结合晶体结构分析进行考查

新教材新高考背景下，物质结构与性质为选择性必修内容，原子结构、分子结构、晶体结构是学习的重点与难点，晶胞的分析渗透是对宏观辨识与微观探析学科核心素养的考查，涉及晶胞的分析、密度的计算、分数坐标的确定等。以此为载体进行元素推断题的命制，别具一番风味。

图4

下列说法错误的是

( )

A.Z位于元素周期表第三周期第ⅥA族

B.该晶体的化学式可表示为XYZ2

C.Y2Z3既能与强酸反应，也能与强碱反应

D.完全煅烧0.1 mol该矿石，可生成4.48 L ZO2(折算成标准状况下体积)

【参考答案】C

【试题分析】

①证据推理：金属元素的焰色试验中，各金属元素的焰色分别为Na—黄色，K—紫色，Ca—砖红色，Cu—绿色，据此可知X为Cu元素；在高中阶段熟知Fe3O4为磁性氧化铁，具有磁性，则Y为Fe元素；Z元素原子序数最小，且为非金属元素，结合D项可知Z可能为S元素，恰与A项吻合。

【命题思路及试题点评】试题以黄铜矿的晶胞结构为情境载体，根据密度计算公式计算出非金属元素的相对原子质量为32，由此确定该元素为S元素。若无法计算晶体密度，也可通过直选法得到试题的正确答案。通过密度的计算，考查考生提取信息、数据处理的综合能力。

3.结合电化学装置进行考查

电化学基础与氧化还原反应、元素及其化合物知识关系紧密，以电化学装置为情境载体考查元素周期律、化学基础知识与理论、得失电子守恒关系等，试题考查面广，打破考点之间的界限，有助于化学学科核心素养的培养。

【变式3】原子序数依次递增的三种短周期元素X、Y、Z组成的物质在金属有机框架(MOF)催化剂作用下发生电化学催化反应，原理如图5所示。三种元素原子序数加和值为15，若电路中转移2 mol e-，a极可生成0.5 mol Z2。

图5

下列说法正确的是

( )

A.氢化物的沸点：Z>Y

B.X、Y、Z仅能形成一种化合物X2YZ3

C.X与Y、Z均能形成含18e-的化合物

D.YZ2与X2Z的中心原子的杂化类型相同

【参考答案】C

【试题分析】

①证据推理：试题题图信息丰富，可直接根据分子的球棍模型，推断出三种元素X、Y、Z分别为H元素、C元素、O元素，其原子序数加和值为15。

【命题思路及试题点评】试题电化学还原CO2为高附加值的化学产品为情境载体，以a电极生成O2的量与转移电子数的关系作为数据依托，得到各元素的化合价，推断出元素。考查了电化学的相关知识及物质结构的相关知识，如电极反应式、中心原子的杂化类型等。试题综合性强，但难度不大。

四、备考启示

不论试题情境中关键信息如何呈现，是文字叙述型还是图表型，是定性分析还是定量分析，元素推断题所考查的重点仍然是元素周期律的核心知识，充分理解题意，明确题干中的量的关系，首先采用定性的分析方法进行证据推理，再采用定量的分析方法确定元素及进行相关的计算。备考时，也应关注各种图像图表，图像图表的交替使用或是新高考命题的一种趋势，只有做到充分了解各种图像图表的涵义，才能让学生在遇到复杂且陌生的化学试题做到游刃有余。