元素周期律思想突破信息給予題

摘 要:運(yùn)用元素周期律思想推測(cè)未知原子結(jié)構(gòu)、半徑，原子電離能的變化規(guī)律及元素性質(zhì)。

關(guān)鍵詞:元素周期律 推測(cè) 原子 元素 結(jié)構(gòu) 性質(zhì) 半徑 電離能 應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào):G63文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)12(b)-0138-01

元素周期律是中學(xué)化學(xué)思想的靈魂，是整個(gè)高中化學(xué)元素化合物知識(shí)的“統(tǒng)帥”，是能力立意的命題素材。該類(lèi)試題將物質(zhì)結(jié)構(gòu)、定性推斷、歸納總結(jié)、定量計(jì)算相結(jié)合，多方位、多角度、多層次考查元素及其化合物知識(shí)，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)造性思維品質(zhì)的培養(yǎng)，邏輯推理能力的培養(yǎng)，靈敏性、發(fā)散性思維品質(zhì)的訓(xùn)練都具有不可忽視的作用，一度成為歷年高考試題、各類(lèi)競(jìng)賽試題的熱點(diǎn)。

1 推測(cè)未知元素原子結(jié)構(gòu)

例1:超重元素核穩(wěn)定性理論認(rèn)為:當(dāng)原子核中質(zhì)子數(shù)目達(dá)到某一“幻數(shù)”時(shí)，這個(gè)核將是特別穩(wěn)定的。在周期表中的元素中具有2、8、20、28、50、82個(gè)質(zhì)子或中子的原子核是特別穩(wěn)定的。氦、氧、鈣、鉛的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都是幻數(shù)，具有這種雙幻數(shù)的原子核更為穩(wěn)定。科學(xué)家們用計(jì)算機(jī)算出下一個(gè)具有幻數(shù)的元素將是含114個(gè)質(zhì)子和184個(gè)中子的第114號(hào)元素X。若已知原子結(jié)構(gòu)規(guī)律不發(fā)生變化，則該元素位于周期表中什么位置？

解析:由原子結(jié)構(gòu)的排布規(guī)律可得，114號(hào)元素原子結(jié)構(gòu)排布為2、8、18、32、32、18、4，所以114號(hào)元素是第七周期第ⅣA族元素，其最外層電子數(shù)為4個(gè)，故為碳族元素。點(diǎn)評(píng):該題是新考綱增加的內(nèi)容“了解元素周期表的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用”的體現(xiàn)。該題在向考生介紹新的科技成果的同時(shí)考查思維推理能力。

2 推測(cè)未知元素的性質(zhì)

例2:錸(Re)是元素周期表中第六周期第ⅦB族元素，是自然界中最后被諾達(dá)克等六位科學(xué)家于1926年發(fā)現(xiàn)的元素，他們從數(shù)億噸的含有多種元素的礦石中，通過(guò)復(fù)雜的工藝一點(diǎn)一滴地富集濃縮，才制得了僅3mg的金屬錸，現(xiàn)代工業(yè)上采用的方法是:在800℃高溫下的氫氣流中還原高錸酸鉀中的錸元素。試?yán)媚闼鶎W(xué)知識(shí)分析:(1)錸元素的發(fā)現(xiàn)為什么如此艱難？時(shí)間上會(huì)如此漫長(zhǎng)？(2)現(xiàn)代工業(yè)上用氫氣還原制備金屬錸的化學(xué)方程式。

解析:(1)錸元素在自然界的存在分散，礦石中含量低，難于富集;錸元素與其他元素共存，難以分離。(2)2KReO4+7H2=2KOH+6H20+2Re。點(diǎn)評(píng):原子結(jié)構(gòu)和同位素的考點(diǎn)，常以重大科技成果為題材，寓教于考。今后題型將可能向多角度、多層次、多方位的方向發(fā)展，將元素周期律與元素周期表知識(shí)與元素化合物知識(shí)相結(jié)合，進(jìn)行定性推斷，歸納總結(jié)、定量計(jì)算等。

3 推測(cè)元素原子半徑

例3:根據(jù)以下數(shù)據(jù)估算第43號(hào)人造元素锝(Tc)的原子半徑(單位為pm)，并說(shuō)明做出估算的依據(jù)。第四周期元素原子半徑 Ti:147pm V:134 pm Mn:127 pm Cr:126 pm Fe:126 pm Co:125 pm Ni:124 pm;第五周期元素原子半徑Zr:160pm Nb:146pm Mo:139pm Tc:□Ru:134pm Rh:134pm Pd:137pm;第六周期元素原子半徑Hf:159pm Ta:146pm W:140pm Re:137pm Os:135pm Ir:136pm Pt:139pm。

解析:從周期的規(guī)律分析可知，第四周期從Ti到Ni，原子半徑由大變小，開(kāi)始下降明顯，以后下降變慢;第六周期從Hf到Pt，原子半徑由大到小，以后又增大。第五周期介于第四、六周期之間，變化規(guī)律相似，可推斷Tc的半徑小于Mo，但不能肯定它是最小的，而是處于正在減小的過(guò)程中。從族的規(guī)律分析可知，鑭系收縮的影響使71號(hào)元素镥(Lu)后的Hf、Ta、W…原子半徑和第五周期同族元素Zr、Nb、Mo…的原子半徑相近，從表中數(shù)據(jù)可得，第六周期元素Hf的原子半徑比第五周期同族元素Zr的原子半徑小1pm，Nb和Ta相等，W比Mo大2pm，Os比Ru大1pm;而Ir比Rh、Pt比Pd大2pm，也就說(shuō)明鑭系收縮的影響在減弱。因此可推斷Tc的原子半徑比Re原子半徑小1pm，即136pm。

4 推測(cè)元素原子電離能的變化規(guī)律

例4:第一電離能I1是指氣態(tài)原子X(jué)(g)處于基態(tài)時(shí)，失去一個(gè)電子成為氣態(tài)陽(yáng)離子X(jué)+(g)所需的能量。下圖是部分元素原子的第一電離能I1隨原子序數(shù)變化的曲線圖。請(qǐng)回答以下問(wèn)題:

(1)認(rèn)真分析上圖中同周期元素第一電離能的變化規(guī)律，將Na—Ar之間六種元素用短線連接起來(lái)，構(gòu)成完整的圖像。(2)從上圖分析可知，同一主族元素原子的第一電離能I1變化規(guī)律是什么？(3)上圖中5號(hào)元素在周期表中的位置是怎樣？(4)上圖中4、5、6三種元素的氣態(tài)氫化物的沸點(diǎn)均比同主族上一周期的元素氣態(tài)氫化物低很多，原因是什么？

解析:(1)從第二周期從Li元素到Ne元素的第一電離能I1的變化規(guī)律，可知由第ⅡA元素到第ⅢA元素、第ⅤA元素到第ⅥA元素時(shí)，第一電離能I1均發(fā)生了突變。故Na—Ar之間六種元素的第一電離能I1變化規(guī)律見(jiàn)右上圖中粗曲線部分。(2)從上圖分析可知，由第ⅠA元素的Li到Rb的第一電離能I1變化規(guī)律不難得出，同一主族元素從上到下的第一電離能I1依次減小。(3)顯然5號(hào)元素為P元素，位于周期表中的第三周期，ⅤA族。(4)4、5、6三種元素的氣態(tài)氫化物分別為H2S、PH3、HCl，而它們同主族上一周期的元素的氫化物分別為H2O、NH3、HF，因H2O、NH3、HF分子間存在氫鍵，故它們的沸點(diǎn)反常的高。點(diǎn)評(píng):本題從定量的層面分析了元素原子第一電離能的大小與元素的金屬性、非金屬?gòu)?qiáng)弱的關(guān)系，考生須通過(guò)分析坐標(biāo)中曲線的走勢(shì)和各個(gè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，從而找出隱含其中的規(guī)律，最終求解。

5 結(jié)語(yǔ)

信息給予題中給予的信息和規(guī)律都具有內(nèi)容新穎、生疏、源于教材而高于教材的一般要求，因此對(duì)待這些規(guī)律要認(rèn)真分析，和已有的知識(shí)對(duì)比，聯(lián)系，最后綜合求解。信息給予題能極好地培養(yǎng)學(xué)生信息的接受和遷移能力，鍛煉分析綜合的思維水平，提高習(xí)慣于接納新信息并盡快聯(lián)系已有知識(shí)，發(fā)展對(duì)事物認(rèn)識(shí)的深度、廣度，培養(yǎng)勇于探究、創(chuàng)新的精神品質(zhì)。