物質(zhì)結(jié)構(gòu)試題中元素的推導(dǎo)依據(jù)及要點(diǎn)

王開山

元素推導(dǎo)往往是解答物質(zhì)結(jié)構(gòu)試題的第一步。元素推導(dǎo)主要依據(jù)的信息是元素在周期表中的位置、元素原子或離子的核外電子排布、元素的典型性質(zhì)或用途等。本文總結(jié)了元素常見的推導(dǎo)依據(jù)和解答要點(diǎn)，并解析了近年部分元素推導(dǎo)試題，供大家參考。

一、元素的推導(dǎo)依據(jù)

依據(jù)1：依據(jù)元素在周期表中的位置及原子序數(shù)關(guān)系。

（1）前四周期除第四周期第ⅡA族與第ⅢA族原子序數(shù)相差11外，其他相鄰主族原子序數(shù)都相差1。

（2）前四周期同主族相鄰周期原子序數(shù)相差2（H與Li）、8（絕大多數(shù)）或18（第三、四周期第ⅢA族至第ⅦA族）。

（3）同主族相鄰周期原子序數(shù)存在2倍關(guān)系的為（）和S，3倍關(guān)系的是Be和Mg。

（4）在元素周期表前四周期中周期序數(shù)等于主族序數(shù)的有：H、Be、Al、Ge。

（5）在元素周期表中既處于同一周期又位于同一族的元素為第四周期第Ⅷ族的元素。

（6）根據(jù)元素在周期表中的位置關(guān)系可以設(shè)某元素原子序數(shù)為x，建立起原子序數(shù)之間的方程式進(jìn)行原子序數(shù)的推導(dǎo)。

依據(jù)2：依據(jù)元素原子或離子核外電子排布。

（1）熟記1至4層分別對應(yīng)的字母為K、L、M、N。

（2）核外電子排布式結(jié)合核外電子排布圖能解決核外單電子或成對電子問題。

（3）記住一些特殊的元素：核外電子總數(shù)等于周期數(shù)的元素為H；核外L層電子數(shù)是K層電子數(shù)2倍的元素為C等。

（4）簡單陰、陽離子的核外電子排布主要是和稀有氣體原子核外電子排布進(jìn)行比較。

依據(jù)3：依據(jù)元素的化合價(jià)。

（1）主族元素的最高正價(jià)等于主族序數(shù)，非金屬元素最低負(fù)價(jià)等于主族序數(shù)減去8，最高正價(jià)與最低負(fù)價(jià)的絕對值之和為8。

注意：F無正價(jià)，O除與F結(jié)合外也無正價(jià)，H的最低負(fù)價(jià)為-1價(jià)。

（2）最高正價(jià)為最低負(fù)價(jià)絕對值7倍的元素位于第ⅦA族。

（3）最高正價(jià)為最低負(fù)價(jià)絕對值3倍的元素位于第ⅥA族。

（4）最高正價(jià)與最低負(fù)價(jià)絕對值相等的元素位于第ⅣA族。

依據(jù)4：依據(jù)元素原子或簡單離子的半徑變化。

（1）同周期主族元素原子半徑最大的在第ⅠA族。

（2）同周期元素原子簡單離子的半徑先減小后增大。

依據(jù)5：依據(jù)元素單質(zhì)及其化合物的典型應(yīng)用或典型性質(zhì)等。

（1）氧化物為紅棕色氣體的元素是N，單質(zhì)為黃色粉末狀的元素為S，單質(zhì)在空氣中燃燒發(fā)出黃色火焰的元素為Na，單質(zhì)在空氣中燃燒透過藍(lán)色鈷玻璃片觀察到紫色火焰的元素為K。

（2）非金屬性最強(qiáng)或電負(fù)性最大的元素為F；最高價(jià)氧化物對應(yīng)水化物酸性最強(qiáng)的元素是Cl。

（3）單質(zhì)廣泛用作半導(dǎo)體材料的元素為Si，最高價(jià)氧化物可用于制造光導(dǎo)纖維的元素為Si，日常生活中常見的金屬材料為Fe或Al。

（4）最高價(jià)氧化物對應(yīng)水化物有強(qiáng)脫水性的元素為S，氧化物或氫氧化物有兩性的元素為Al，兩種金屬元素各自的最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物可以反應(yīng)生鹽和水，則其中有一種必為Al元素，氣態(tài)氫化物水溶液呈堿性的元素為N。

（5）單質(zhì)在自然界硬度最大的是C，地殼中含量最高的元素是O，地殼中含量最高的金屬元素是Al，形成化合物種類最多的元素為C。

（6）工業(yè)上通過分離液態(tài)空氣獲得其單質(zhì)的元素是O₂或N₂。

（7）短周期兩種元素形成A₂B₂類型，有可能是H₂O₂、Na₂O₂或C₂H₂等。

（8）組成單質(zhì)為空間網(wǎng)狀晶體，具有很高的熔、沸點(diǎn)的元素為C或si。

二、典型試題賞析

例1 短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相對位置如圖1所示，其中W原子的質(zhì)子數(shù)是其最外層電子數(shù)的3倍，則X、Y、Z、W分別為____。

解析：W原子的質(zhì)子數(shù)是其最外層電子數(shù)的3倍，則W為P，根據(jù)元素在周期表中的位置關(guān)系可確定X為N，Y為O，Z為Si。

點(diǎn)評：根據(jù)四種元素在周期表中的位置關(guān)系，只要確定出任意一種元素，其他三種元素就可知。

例2 隨原子序數(shù)遞增，八種短周期元素（用字母x等表示）原子半徑的相對大小、最高正價(jià)或最低負(fù)價(jià)的變化如圖2所示。

試確定八種元素的名稱。

解析：從圖2中原子半徑可知x為第一周期，y、z、d在第二周期，e、f、g、h在第三周期。再根據(jù)化合價(jià)可以推出x是H，y是C，z是N，d是O，e是Na，f是Al，g是S，h是Cl。

點(diǎn)評：熟練掌握常見元素的最高正價(jià)和最低負(fù)價(jià)，以及短周期元素半徑的變化規(guī)律，是解答該試題的關(guān)鍵。

例3 短周期主族元素X、Y、Z、W原子序數(shù)依次增大，X原子最外層有6個(gè)電子，Y是至今發(fā)現(xiàn)的非金屬性最強(qiáng)的元素，Z在周期表中處于周期序數(shù)等于族序數(shù)的位置，W的單質(zhì)廣泛用作半導(dǎo)體材料。則X、Y、Z、W分別為____。

解析：短周期主族元素X、Y、Z、W原子序數(shù)依次增大，X原子最外層有6個(gè)電子，則X為O；Y是至今發(fā)現(xiàn)的非金屬性最強(qiáng)的元素，則Y為F；Z元素位于第3周期，其周期序數(shù)等于族序數(shù)，則Z為Al；W的單質(zhì)廣泛用作半導(dǎo)體材料，則W為Si。

點(diǎn)評：部分元素及其單質(zhì)或化合物的特殊性質(zhì)、用途等是解答該試題的突破口。

例4 周期表前四周期的元素a、b、c、d、c，原子序數(shù)依此增大。a的核外電子總數(shù)與其周期數(shù)相同，b的價(jià)電子層中的未成對電子有3個(gè)，c的最外層電子數(shù)為其內(nèi)層電子數(shù)的3倍，d與c同族，e的最外層只有1個(gè)電子，但次外層有18個(gè)電子。則a、b、c、d、e分別為____。

解析：題目所給的信息“周期表前四周期的元素a、b、c、d、c，原子序數(shù)依此增大”。a的核外電子總數(shù)與其周期數(shù)相同，則a是H；b的價(jià)電子層中的未成對電子有3個(gè)，畫出電子排布圖可知b為N；c的最外層電子數(shù)為其內(nèi)層電子數(shù)的3倍，則c是O；d與c同族，則d是S元素；e的最外層只有1個(gè)電子，但次外層有18個(gè)電子，則e是Cu元素。

點(diǎn)評：a元素可通過周期序數(shù)代入法得到，畫出b的核外電子排布圖可求得b，畫出e的電子排布式可快速求得e。

例5 X、Y、Z、R為前四周期元素且原子序數(shù)依次增大。X的單質(zhì)與氫氣可以化合生成氣體G，其水溶液pH>7；Y單質(zhì)是一種黃色晶體；R基態(tài)原子3d軌道的電子數(shù)是4s軌道電子數(shù)的3倍。Y、Z可以分別與鈉元素形成化合物Q和J，J的水溶液與AgNO₃溶液反應(yīng)可生成不溶于稀硝酸的白色沉淀L；Z與氫元素形成的化合物與G反應(yīng)生成M。則X、Y、Z、R分別為____。

解析：根據(jù)X的單質(zhì)與氫氣可以化合生成氣體G，其水溶液pH>7可知X為N；Y單質(zhì)是一種黃色晶體，Y為S；R基態(tài)原子3d軌道的電子數(shù)是4s軌道電子數(shù)的3倍，則R的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，R為Fe；J的水溶液與AgNO₃溶液反應(yīng)可生成不溶于稀硝酸的白色沉淀L，則J中含有Cl，Z為Cl。

點(diǎn)評：部分元素及其單質(zhì)或化合物的特殊性質(zhì)常常是解答的突破口。

例6 X、Y、Z、w是短周期元素，X元素原子的最外層未達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，工業(yè)上通過分離液態(tài)空氣獲得其單質(zhì)；Y元素原子最外電子層上s、p電子數(shù)相等；Z元素+2價(jià)陽離子的核外電子排布與氖原子相同；W元素原子的M層有1個(gè)未成對的p電子。則X、Y、Z、W分別為____。

解析：工業(yè)上通過分離液態(tài)空氣獲得的單質(zhì)有O₂和N₂，所以X為N或O；Y元素原子最外電子層上s、p電子數(shù)相等，其電子排布為ns²np²，Y為C或Si；z元素+2價(jià)陽離子的核外電子排布與氖原子相同，則Z為Mg；W元素原子的M層有1個(gè)未成對的p電子，其排布為3s²3p¹或3s²3p⁵，即W為Al或Cl。

點(diǎn)評：對該題，通過信息只能確定X、Y、W的范圍，不能確定出它們具體是什么元素。

（責(zé)任編輯 謝啟剛）