解答位構性型元素推斷題的有效策略

黑龍江 盧國鋒

解答位構性型元素推斷題的有效策略

原子結構、分子結構、化學鍵、元素周期律和元素周期表一起組成結構理論，它是研究元素化合物性質的重要依據，通常用“位、構、性”對此部分知識進行高度概括，其內在的邏輯性是考查科學素養的最佳素材之一。在由能力立意轉向素質立意的過渡階段，對此類型問題進行深度剖析，可以形成有效的解題策略。

一、高考檔案

題源題干信息選項及問題簡述試題創新點2016年全國Ⅰ選擇第13題位：短周期元素；構：原子序數依次增加、二元化合物；性：黃綠色氣體單質、水溶液具有漂白性、pH、難溶于水的混合物、轉化關系原子半徑大小排序、非金屬性強弱排序、氫化物狀態、最高價氧化物的水化物酸堿性通過轉化關系凸顯元素化合物性質，并將無機化學與有機化學高度統一2016年全國Ⅱ選擇第9題位：短周期元素，同族；構：原子中只有1個電子、電子層結構相同二元化合物中的元素化合價、形成二元化合物數量、四種元素中原子半徑最大的元素、形成化合物酸性強弱二元化合物新提法，是指兩種元素形成的化合物，不是指兩個原子構成的化合物。選項重點體現H化合價的特性2016年全國Ⅲ選擇第12題位：短周期主族元素、同族元素；構：原子序數依次增大、相同電子層結構離子；性：短周期原子半徑最大元素、離子化合物的水溶液呈中性離子半徑大小排序、水溶液酸堿性、氣態氫化物熱穩定性比較、最高價氧化物的水化物酸性比較在周期表中位置、原子結構、元素性質三方面知識綜合推斷2016年天津填空第7題位：周期表一部分書寫元素位置、比較原子半徑、選擇比較非金屬性強弱的依據、熱化學方程式書寫、化學方程式書寫、電子式書寫、分子式書寫、物質的量相關計算元素化合物與化學用語、化學計算巧妙融合在一起2016年上海選擇第7題位：短周期元素、同主族、同周期構：原子序數依次增大性：唯一金屬元素原子半徑大小排序、含氧酸的酸性比較、氣態氫化物的穩定性比較、化學式的判斷所給條件不能確定具體元素，一定范圍內的元素具有多種可能性2016年江蘇選擇第4題位：短周期主族元素、ⅠA族、同一主族；構：原子序數依次增大、最外層電子6個；性：非金屬性最強電子層結構是否相同、能否形成離子化合物、氣態氫化物的熱穩定性比較、原子半徑大小排序位構性知識的學科內小綜合推斷2016年浙江選擇第9題位：短周期主族元素；構：原子序數依次增大、最外層電子數與電子層數的關系、核電荷數之比、8電子結構；性：化合物與水發生氧化還原反應與最高價氧化物的水化物反應、原子半徑大小比較、化合物中離子鍵判斷、化合物能否用作消毒劑信息具有唯一性，通過每條一信息都能準確定位相應元素2016年海南填空第13題位：短周期元素；構：電子層結構與氖相同、質子數為偶數；性：淡黃色單質固體、高硬度單質是寶石書寫元素在周期表中的位置、元素符號、二元化合物化學式、化學方程式、共價鍵類型數字特征與性質特征相融合的推理方式

二、策略精髓

1.整合特性信息

①氫元素：原子核外只有1個電子，氕不含中子，原子半徑最小，宇宙中最豐富的元素，成酸成堿的必要元素，與氧元素可組成兩種常溫下為液態的化合物H2O，H2O2；②鋰元素：最輕的金屬元素，唯一不能形成過氧化物的堿金屬元素，電池原料之一；③碳元素：12C是相對原子質量的標準，形成化合物種類最多的元素，金剛石是自然界中硬度最大的物質，石墨有金屬光澤，短周期元素中唯一導電的非金屬，石墨烯是制造新型電池的原料，CH4是含氫質量分數最大的物質，最高價氧化物和氫化物都有溫室效應；④氮元素：最穩定的單質氣體，空氣中含量最多的元素，糧食食品保護氣，最高價氧化物水化物硝酸與氫化物氨反應生成鹽，氫化物為NH3，液態時可以作致冷劑，在氣態氫化物水溶液中是唯一呈堿性的物質；⑤氧元素：地殼中含量最高元素，對流層中臭氧吸收紫外線；⑥氟元素：非金屬性最強的元素,無正價，能與水反應置換出水中的氧, HF為弱酸,CaF2難溶、AgF能溶于水,氫化物水溶液腐蝕玻璃；⑦鈉元素：短周期原子半徑最大、最活潑的金屬元素，焰色反應呈黃色，過氧化鈉用作供氧劑和漂白劑；⑧鎂元素：鎂在空氣中燃燒發出耀眼白光, 鎂在二氧化碳中燃燒產生黑色煙, 鎂在氮氣中燃燒，鋁熱反應的引發劑；⑨鋁元素：地殼中含量最多的金屬元素，與濃硫酸、濃硝酸在常溫下發生鈍化現象，鋁與氫氧化鈉溶液反應產生氣體，氧化物及氧化物對應的水化物既能與酸又能與堿反應，防腐所用的“銀粉”實際是鋁粉；⑩硅元素：硅化學性質不活潑，但自然界中沒有游離態的硅，而能與HF反應且有H2生成，與強堿溶液反應生成氫氣，含氧酸不溶于水，硅為半導體常做芯片，二氧化硅是熔點最高的非金屬氧化物，二氧化硅可作光導纖維；磷元素：白磷著火點低、易自燃，通常保存在水中，單質在氯氣中燃燒生成白色煙霧；硫元素： 單質為淡黃色固體，是黑火藥的主要成分之一， SO2是一種大氣污染氣體，可形成“酸雨”；氯元素： Cl2為黃綠色有毒的氣體，氣態氫化物的水溶液和最高價氧化物對應水化物均為強酸，高氯酸在無機含氧酸中酸性最強，單質的水溶液有漂白性，常用于自來水的消毒。

2.借助數學手段

不要死記硬背最外層與次外層電子數量關系，培養利用核外電子排布規律和畫原子結構示意草圖的推理能力，①如最外層電子數是次外層的一半，假設次外層為2則最外層為1，可推定Li；假設次外層為8則最外層為4，可推定Si；②如次外層電子數為最外層電子的2倍或3倍，假設次外層為2則最外層為4或6，可推定C或O；③如最外層電子數+最內層電子數=次外層電子數，信息可知該元素有3個電子層，第三層有電子意味著K、L層已排滿，最外層電子數+2 =8，最外層電子數=6，可推定S。

3.注意反應條件

①高溫、高壓、催化劑三條件的是合成氨；②催化劑、加熱兩條件的有氨與氧氣的反應、二氧化硫與氧氣的反應、氯酸鉀的分解；③放電條件的有氮氣與氧氣反應、氧氣轉化為臭氧；④光照條件的有氫氣與氯氣的反應、次氯酸的分解反應、甲烷與氯氣的取代反應；⑤電解條件有活潑金屬的冶煉、電解水、氯堿工業、電解氯化銅。

4.梳理常見規律

①陰上陽下規律，具有相同電子層結構的離子，陰離子在上一周期、陽離子在下一周期，如第2周期的O2-、F-與第3周期的Na+、Mg2+、Al3+的電子層排布相同；②“四同”半徑比較規律，同周期元素原子從左到右原子半徑逐漸減小，同主族元素原子和離子半徑從上到下逐漸增大，相同核外電子排布的離子，核電荷數越大離子半徑越小，同種元素陰離子半徑大于原子半徑，原子半徑大于陽離子半徑；③上下左右規律：同主族元素從上到下非金屬性減弱、金屬性增強，同周期元素從左到右金屬性減弱、非金屬性增強；④非金屬性比較四條標準，一是與氫氣化合的難易，二是氣態氫化物的穩定性強弱，三是最高價氧化物的水化物酸性強弱，四是非金屬性強的單質置換非金屬性弱的單質；⑤金屬性比較四條標準，一是與水反應的劇烈程度，二是與酸反應的劇烈程度，三是最高價氧化物的水化物堿性強弱，四是金屬性強的單質置換金屬性弱的單質；⑥化合價規律，奇偶一致性原則即主要化合價的數值為奇數的元素，其原子序數也為奇數；主要化合價的數值為偶數的元素，其原子序數也為偶數。最高價+│最低價│=8，最高價為氧化物，最低價為氫化物，最高價+最低價=0、2、4、6，分別為ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA；⑦判斷8e-相對穩定結構規律，原子最外層電子數加化合價數值(不考慮正負)是否等于8。

5.消除認知誤區

①最外層電子數的多少不是劃分金屬與非金屬元素的標準，如H、He最外層電子數均小于4，最外層電子數的多少與金屬性、非金屬性強弱沒有必然聯系；②氫元素在化合物中一般為+1價，但在金屬氫化物中為-1價；③含金屬元素的離子也可能為陰離子，如AlO-2，不含金屬元素的離子也可能是陽離子，如NH+4；④Na2O2中含有1個陰離子O2-2，Na2O2既有離子鍵也有非極性共價鍵；⑤稀有氣體中不存在化學鍵，NH4NO3等銨鹽是由非金屬元素組成的離子化合物，AlCl3是由金屬元素和非金屬元素組成的共價化合物；⑥質量數、核素的相對原子質量、元素的相對原子質量是不同的三個概念，計算時可近似處理，不是所有元素都存在同位素，如鈉只有一種核素；⑦只有由分子構成的物質才有分子式如CO2，而NaCl和C屬于化學式，表示物質的組成元素和原子的最簡整數比。

三、招法應用

例1短周期元素W、X、Y、Z的原子序數依次增加。m、p、r是由這些元素組成的二元化合物，n是元素Z的單質，通常為黃綠色氣體，q的水溶液具有漂白性，0.01 mol·L-1r溶液的pH為2，s通常是難溶于水的混合物。上述物質的轉化關系如圖所示。

下列說法正確的是

( )

A.原子半徑的大小Wlt;Xlt;Y

B.元素的非金屬性Zgt;Xgt;Y

C.Y的氫化物常溫常壓下為液態

D.X的最高價氧化物的水化物為強酸

解析：將題目信息轉譯為對應的元素，n為黃綠色氣體單質，n可確定為Cl2，q為含氯元素漂白性物質可確定是HClO，二元化合物意思是兩種元素組成的化合物，二元化合物m為H2O、二元化合物r是HCl，Cl2光照條件與p反應生成HCl，確定二元化合物p含H，難溶于水，含氯元素混合物為鹵代烴，二元化合物p為烷烴。H2O、CH4、HCl所含元素按原子序數從小到大排列為H、C、O、Cl。運用半徑“四同”規律確定原子半徑的大?。篧lt;Ylt;X，A選項錯誤；運用上下左右關系，非金屬性強弱：Ygt;X，B選項錯誤；O的氫化物H2O和H2O2常溫常壓下為液態，C選項正確；X的最高價氧化物的水化物碳酸為弱酸，D選項錯誤。答案選C。

例2短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序數依次增大，X、Y的原子序數之和等于Z的原子序數；Y、Z為同周期相鄰元素；X、W、Y分別排列在三個連續的奇數族，下列說法正確的是

( )

A.簡單離子半徑：Ygt;Zgt;W

B.最高價氧化物對應水化物的酸性：Ylt;Z

C.X分別與Y、Z形成的最簡單化合物均屬于電解質

D.工業上制備W單質的方法為電解熔融的W的氯化物

解析：從數量關系進行突破，依據原子序數和的關系列等式X+Y=Z，Y、Z為同周期相鄰元素，原子序數應相差1，推得X的原子序數為1，為H元素；X、W、Y分別排列在三個連續的奇數族，應該是ⅠA、ⅢA、ⅤA，考慮原子序數依次增大條件，推得W為Al元素，Y為N元素，Z的原子序數=1+7=8，為O元素。A選項，具有相同電子層結構的離子，核電荷數越大離子半徑越小，r(N3-)gt;r(O2-)gt;r(Al3+)；B選項，O元素沒有最高價含氧酸，B錯誤；C選項，H分別與N、O形成的最簡單化合物為水、氨氣，水為電解質，氨氣為非電解質，C錯誤；D選項，氯化鋁為共價化合物，熔融氯化鋁不導電，無法通過電解熔融氯化鋁制取金屬鋁，D錯誤；答案選A。

例3已知W、X、Y、Z為短周期元素，原子序數依次增大。W、Z同主族，X、Y、Z同周期，其中只有X為金屬元素。下列說法一定正確的是( )

A.原子半徑：Xgt;Ygt;Zgt;W

B.W的含氧酸的酸性比Z的含氧酸的酸性強

C.W的氣態氫化物的穩定性小于Y的氣態氫化物的穩定性

D.若W與X原子序數差為5，則形成化合物的化學式為X3W2

解析：通過已知信息將元素定位于元素周期表中，W、Z同主族，結合原子序數大小，可將W定位在上一周期、Z在下一周期，再根據X、Y、Z同周期畫出初步草圖如下：

WXYZ

黑龍江省大慶市第五十六中學)