例說“物質結構與元素周期律”的高考備考

云南

(作者單位：昆明滇池中學)

近年高考化學題中“物質結構與元素周期律”為高頻考點。該類試題綜合性強，除了考查以“位-構-性”關系推斷元素外，還凸顯了對元素化合物知識的綜合推斷、預測未知元素的“位-構-性”等能力的考查。它既能考查學生對物質結構與元素周期律基礎知識的掌握情況，又能考查學生綜合分析、邏輯推理與遷移應用等思維能力，體現了對宏觀辨識與微觀探析、證據推理與模型認知等化學學科核心素養的要求。現就近幾年高考試題對該知識點的考查角度及解法歸納總結如下：

一、對物質結構的考查

走向一：對物質結構考查的選項一般涉及原子或離子結構、分子結構、化學鍵和化學用語等知識點。

【例1】(2017·全國卷Ⅲ·28節選)砷(As)是第四周期ⅤA族元素，畫出砷的原子結構示意圖：________。

【例2】(各高考真題改組)下列說法錯誤的是

( )

A.(2018·全國卷Ⅰ·12改編)Ca的氫化物為離子化合物

B.(2018·江蘇卷·8改編)由O、Na組成的化合物中均不含共價鍵

D.(2017·江蘇卷·5改編)H、N和O三種元素可以組成共價化合物和離子化合物

【答案】B

【備考技巧】鞏固基礎。如：會寫原子(離子)結構示意圖，能熟記七個主族元素及0族元素；能根據核外電子排布規律、0族元素的原子序數確定某元素位置；會判斷離子鍵、共價鍵、極性鍵、非極性鍵(如Na2O2、H2O2、NH4NO3、AlCl3、Al2O3的化學鍵類型)；會判斷離子化合物、共價化合物；會書寫電子式、結構式；會推主族元素原子的最高正價(等于最外層電子數，等于主族序數，其中，F沒有正價，O有正價但最高正價不是+6價)和最低負價(最高正價+|最低負價|=8，H元素的最低負價為-1價)；能確定原子、離子(單核離子、多核離子)、分子的質子數、中子數、核外電子數等；明確元素、核素、同位素的概念及相互關系，同位素的性質。

走向二：以物理上的原子轟擊實驗為背景，考查宏觀辨識與微觀探析化學學科核心素養。

( )

B.X、Y均可形成三氯化物

C.X的原子半徑小于Y的

D.Y僅有一種含氧酸

【答案】B

【解析】根據質子數和質量數守恒可知W+4=30+1，則W=27，X與Y原子之間質子數相差2，由于X元素為金屬元素，Y的質子數比X大，則Y與X位于同一周期，且Y位于X右側，且“元素X、Y的最外層電子數之和為8”，設X最外層電子數為a，則Y的最外層電子為a+2，a+(a+2)=8，解得a=3，因此X為Al，Y為P。

【備考技巧】考前練習近5年高考真題時，不僅要知道是什么，為什么，而且要深入研究新的試題情境，牢記質子數和質量數守恒原則。

走向三：從物質結構切入的較為新穎的題型。該類習題創設新情境，重點考查了信息的接受、吸收、整合能力，體現了化學學科核心素養中宏觀辨識與微觀探析、證據推理與模型認知、實驗探究與創新意識等方面的要求。

【例4】(2019·全國卷Ⅰ·13)科學家合成出了一種新化合物(如圖1所示)，其中W、X、Y、Z為同一短周期元素，Z核外最外層電子數是X核外電子數的一半。下列敘述正確的是

( )

圖1

A.WZ的水溶液呈堿性

B.元素非金屬性的順序為X>Y>Z

C.Y的最高價氧化物的水化物是中強酸

D.該新化合物中Y不滿足8電子穩定結構

【答案】C

【解析】根據圖示可知Z形成1個共價鍵，說明Z原子最外層有1個或7個電子，可能為H、F或Cl，由“W、X、Y、Z為同一短周期元素”可知Z不可能是H元素，再由“Z的核外最外層電子數是X核外電子數的一半”可知，X為Si、Z為Cl。W在該化合物中顯+1價，W為Na元素。[X2YZ6]-中元素化合價代數和為-1可知，Y元素化合價為-3，則Y為P元素。新化合物中P元素化合價為-3，P最外層有5個電子，滿足8電子穩定結構。

【備考技巧】同類題型建模：在判斷非金屬元素原子是否滿足8電子穩定結構時，可以計算該原子的最外層電子數與|化合價|之和，若和為8，則說明該原子滿足8電子穩定結構。

二、對元素性質的考查

有關元素性質的選項一般涉及最高價氧化物對應的水化物的酸性(或堿性)比較、氣態氫化物穩定性的比較、熔沸點的比較、原子或離子半徑的比較、化合價的判斷以及一些物質的特殊性質與反應等。

【例5】(2019·浙江4月選考·14)2019年是門捷列夫提出元素周期表150周年。根據元素周期律和元素周期表，下列推斷不合理的是

( )

A.第35號元素的單質在常溫常壓下是液體

B.位于第四周期第ⅤA族的元素為非金屬元素

C.第84號元素的最高化合價是+7

D.第七周期0族元素的原子序數為118

【答案】C

【解析】35號元素為溴，溴單質在常溫常壓下是液體，A選項正確；位于第四周期ⅤA族的元素是砷，為非金屬元素，B選項正確；第84號元素位于第六周期ⅥA族，其最高化合價為+6價，C選項錯誤；由每周期可容納元素可知，第七周期最后一種元素的原子序數為2+8+8+18+18+32+32=118，D選項正確。

【備考技巧】依據利用元素周期律預測元素性質的步驟可知，對于陌生的主族元素，應首先確定其在元素周期表中的位置，再確定是否為金屬元素或非金屬元素，根據同主族元素性質的相似性、遞變性及同周期元素的性質變化規律，從而預測該元素及其化合物的性質。如根據鹵族元素的性質遞變規律，可推知元素砹(At)的單質應為有色固體，難與H2化合，HAt不穩定，水溶液呈酸性，AgAt不溶于水等。但同時也要注意“遞變性”，如鉈(Tl)與鋁同主族，但鉈無兩性，Si與Pb同族，Si單質是半導體材料，而Pb不在金屬元素和非金屬元素的分界線處，是典型的金屬元素，其單質不能作半導體材料。

【例6】(2017·全國卷Ⅰ·12)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序數依次增大，W的簡單氫化物可用作制冷劑，Y的原子半徑是所有短周期主族元素中最大的。由X、Y和Z三種元素形成的一種鹽溶于水后，加入稀鹽酸，有黃色沉淀析出，同時有刺激性氣體產生。下列說法不正確的是

( )

A.X的簡單氫化物的熱穩定性比W的強

B.Y的簡單離子與X的具有相同的電子層結構

C.Y與Z形成化合物的水溶液可使藍色石蕊試紙變紅

D.Z與X屬于同一主族，與Y屬于同一周期

【答案】D

【解析】液氨是制冷劑，故W為N。鈉原子半徑是所有短周期主族元素中最大的，故Y為Na。黃色沉淀為硫單質，根據元素守恒可知X、Y和Z三種元素必含硫元素，“W、X、Y、Z的原子序數依次增大”，故Z為S。“X、Y和Z三種元素形成一種鹽”，即由金屬離子(Na+)與酸根離子(含S，則另一元素為O)構成，故Y為O。

【備考技巧】本題考查了物質性質及反應，在平時的練習中要有意識地多從基本原理、基本概念入手解決問題，既要注意規律性又要注意物質的個性。

元素性質多為基礎性知識，復習時要注重夯實基礎：會比較同周期(或同主族)元素的金屬性、非金屬性、陽離子氧化性、陰離子還原性的強弱；會比較最高價氧化物對應的水化物的酸性(或堿性)強弱，最簡氣態氫化物的穩定性大小。這里要特別注意“最高價含氧酸”“最簡氫化物”這類說法，有些非金屬對應的含氧酸、氫化物常常有多種，如：氯元素的含氧酸有HClO、HClO2、HClO3、HClO4，碳元素的氫化物有CH4及烴CxHy，氧元素的氫化物有H2O、H2O2，氮元素的氫化物有NH3、N2H4等；會比較原子或離子半徑的大小；會比較物質的熔沸點高低，這里建議引入分子晶體、離子晶體、共價晶體、分子間作用力、氫鍵與熔沸點高低的關系，有利于理解記憶，同時也可根據物質在常溫下的狀態，巧妙進行比較，如：水常溫下是液態，故水是短周期所有簡單氫化物中沸點最高的，硫常溫下是固態，故硫的熔點比溴(常溫下是液態)高。

還應多多積累元素的用途(如其單質是自然界中硬度最大的元素、制備半導體材料的元素、考古時常用來鑒定一些文物所在年代的元素、形成化合物種類最多的元素)、在自然界中的存在情況(如：地殼中含量排前3的元素、空氣中含量最多的元素)、特殊性質(如：短周期中，氣態氫化物水溶液酸堿性、原子半徑最大或最小、最高價氧化物對應水化物的酸堿性、氣態氫化物能與其最高價氧化物對應的水化物發生化合反應的元素等。

【例7】(2016·全國卷Ⅰ·13)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2所示。下列說法正確的是

( )

圖2

A.原子半徑的大小W

B.元素的非金屬性Z>X>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

【答案】C

【解析】根據“q的水溶液具有漂白性”，可知q為HClO，由“0.01 mol·L-1r溶液的pH為2”，可判斷r為一元強酸，則r為HCl，然后根據n和p的反應條件“光照”以及“s通常是難溶于水的混合物”可知p為烷烴，s為烷烴的氯代物；再根據題干“短周期元素W、X、Y、Z的原子序數依次增加”可推知W、X、Y、Z分別為H、C、O、Cl。

【備考技巧】本題融合了物質轉化關系，綜合性較強，常由于未掌握好物質的某性質導致失誤。元素周期表中的元素推斷經常與常考元素如Na、Cl、N、S、C、Si的單質及化合物的性質、檢驗、用途或關聯其他知識，如鹽類水解、pH、電離平衡、有機化學等聯系起來，故應進行綜合性復習。

三、抓住“位-構-性”特點，突破元素推斷

1.“位-構-性”的關系模型

圖3

2.元素推斷的兩種題型

(1)殘缺元素周期表(或周期表片段)推斷。此類題常以元素周期表中的序差規律作為解題的突破點。常見的元素周期表的片段有：

①“┴”形元素原子序數之間的規律

②“┬”形元素原子序數之間的規律

③“┼”形元素原子序數之間的規律

(2)文字信息型綜合推斷

圖4

【例8】(2019·全國卷Ⅲ·9)X、Y、Z均為短周期主族元素，它們原子的最外層電子數之和為10，X與Z同族，Y最外層電子數等于X次外層電子數，且Y原子半徑大于Z。下列敘述正確的是

( )

A.熔點：X的氧化物比Y的氧化物高

B.熱穩定性：X的氫化物大于Z的氫化物

C.X與Z可形成離子化合物ZX

D.Y的單質與Z的單質均能溶于濃硝酸

【答案】B

【備考技巧】熟悉主族元素在周期表中的特殊位置。如族序數等于周期數的元素(H、Be、Al)，族序數等于周期數2倍的元素(C、S)，族序數等于周期數3倍的元素(O)，周期數等于族序數2倍的元素(Li、Ca)，周期數等于族序數3倍的元素(Na、Ba)，最高正價與最低負價代數和為零的短周期元素(H、C、Si)，最高正價是最低負價絕對值3倍的短周期元素(S)。