同族元素原子序數差值規律及其應用

普通高中《化學課程標準》在化學必修主題1物質結構基礎第4點要求高中學生能描述元素周期表的結構。其中對元素周期表的結構定量考查不得不涉及同族元素的原子序數差值計算。由于元素周期表獨特的結構，給同族元素的原子序數差值計算帶來很大麻煩，學生遇到此類題型得分率很低。筆者在教學中介紹選取特殊族找規律法，使學生在解此類題型時準確率幾乎達到100%。

一、同族元素的原子序數差值規律

在教學中有必要讓學生記憶元素周期表中第0族稀有氣體元素的周期數及原子序數。

算出兩相鄰元素的原子序數差值，畫線路圖如下：

一 +8 二 +8 三 +18 四 +18 五 +32 六

由于第0族元素位于元素周期表第18縱列，筆者稱以上線路圖為“后縱差”。

再選擇另一特殊位置族第IA族（元素周期表第1縱列）作為研究對象，在第0族元素原子序數基礎上很容易導出第IA族各元素的原子序數，列表如下：

同樣算出相鄰兩元素的原子序數差值，畫線路圖如下（筆者稱為“前縱差”）

一 +2 二 +8 三 +8 四 +18 五 +18 六 +32 七

把上述兩線路圖合在一起表示如下：

一 +2+8 二 +8+8 三 +8+18 四 +18+18 五 +18+32 六 +32 七

由于第六周期第ⅢB族出現鑭系元素，第七周期第ⅢB族出現錒系元素，因此，線路圖上排“前縱差”適合第IA族與ⅡA族的同族元素原子序數差值計算，下排“后縱差”適合第ⅣB族至第0族的同族元素原子序數差值計算。

二、同族元素的原子序數差值規律的應用

1.同族元素的原子序數差值的“純數字”題型

應用上述總線路圖可列出同族元素的原子序數差值可為2、8、18、32或它們合理的組合。

【例1】 同一主族的兩種元素的原子數之差不可能是（ ）。

A.16 B.26 C.36 D.46

解析：16可分解成8+8，26可分解成8+18，36可分解成18+18，故A、B、C項都合理，答案為D。46分解成（32+14）或（18+18+10）均不合理。若42分解成（18+18+8+2）也不符合線路圖中原子序數差值規律。

2.元素在元素周期表位置為“十字架”題型

【例2】 在元素周期表中前四周期的五種元素的位置關系如圖1所示，若B的質子數為Z，則五種元素核電荷數之和為（ ）。

A.5Z B.5Z+18 C.5Z+10 D.5Z+8

解析：第一步，根據元素在周期表中元素位置關系知，D、B、E不為第IA族、第ⅡA族。

第二步，根據D不為第一周期，確定D為第二周期，A、B、C為第三周期，E為第四周期。

第三步，根據上述第一步，只能用“后縱差”線路圖解題。

二 +8 三 +18 四

已設B的質子數為Z，則D的質子數為Z-8，E的質子數為Z+18，又得A的質子數為Z-1，C的質子數為Z+1。則五種元素核電荷數之和為5Z+10，選C。

3.元素在元素周期表位置為“直斜線”題型

圖2

【例3】 已知x、y、z三種主族元素在周期表中位置如圖2所示，且x原子序數為a，下列說法不正確的是（ ）。

A.y、z原子序數之和可能為2a

B.y的原子序數可能是a-17

C.z的原子序數可能是a+31

D.x、y、z一定是短周期元素

解析：根據題干中“主族”概念要求，y不能為第ⅢB族元素，所以只能用“后縱差”線路圖解題。

y也不能為第一周期元素，當y為第一周期He元素時，屬于第0族，不符合題意，D為本題的選項。

列出“后縱差”線路圖，驗證A、B、C可能性：

二 +8 三 +18 四 +18 五 +32 六

當y、x、z分別位于元素周期表中第三、四、五周期，y、z原子序數之和可能為2a，若x的原子數為a，則y的原子數為a-17。

當y、x、z分別位于元素周期表中第四、五、六周期，若x的原子序數為a，則z的原子序數為a+31。因此A、B、C選項都有可能，說法正確。

(責任編輯 廖銀燕）