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2019-2020年高考化學一輪復習 專題講座六 元素推斷題的知識貯備和解題方法
一、元素在周期表中的位置推斷
[知識貯備]
1.根據(jù)核外電子的排布規(guī)律
(1)最外層電子規(guī)律
最外層
電子數(shù)(N)
3≤N<8
N=1或2
N>次外層
電子數(shù)
元素在周期
表中的位置
主族
第ⅠA族、第ⅡA族、第Ⅷ族、副族、0族元素氦
第二周期
(Li、Be除外)
(2)“陰三陽四”規(guī)律
某元素陰離子最外層電子數(shù)與次外層相同,該元素位于第三周期。若為陽離子,則位于第四周期。
(3)“陰上陽下”規(guī)律
電子層結構相同的離子,若電性相同,則位于同周期,若電性不同,則陽離子位于陰離子的下一周期——“陰上陽下”規(guī)律。
[例1] 已知X、Y、Z為三種主族元素,可分別形成Xn+、Ym+、Zn-三種離子,已知m>n且X、Y、Z三種原子的M層電子數(shù)均為奇數(shù)。下列說法中不正確的是( )
A.三種離子中,Ym+的離子半徑最小
B.Z的最高價氧化物對應水化物的分子式為HnZO4
C.X、Y、Z一定在同一周期,且原子半徑Z>X>Y
D.三種元素相應的最高價氧化物對應水化物之間兩兩會發(fā)生反應
解析 根據(jù)題中X、Y、Z之間的相互關系,可以推斷出X、Y、Z分別為Na、Al、Cl元素。Na+、Al3+、Cl-三種離子中Al3+的離子半徑最小,A項正確;Cl的最高價氧化物對應水化物的分子式為HClO4,B項正確;Na、Al、Cl元素同處于第三周期,其原子半徑為Na>Al>Cl,即X>Y>Z,C項錯誤;氫氧化鋁為兩性氫氧化物,D項正確。
答案 C
[例2] 短周期元素A、B、C的原子序數(shù)依次增大,其原子的最外層電子數(shù)之和為10,A與C在周期表中位置上下相鄰,B原子最外層電子數(shù)等于A原子次外層電子數(shù),下列有關敘述不正確的是( )
A.A與C可形成共價化合物
B.A的氫化物的穩(wěn)定性大于C的氫化物的穩(wěn)定性
C.原子半徑A<B<C
D.C元素組成的單質可與NaOH反應并放出H2
解析 A與C在周期表中位置上下相鄰,A、C同主族,則A在第二周期,B原子最外層電子數(shù)等于A原子次外層電子數(shù),B為鎂,據(jù)A、B、C三原子的最外層電子數(shù)之和為10,則A為碳,C為硅。A與C可形成共價化合物SiC;CH4的穩(wěn)定性大于SiH4;原子半徑B>C>A。
答案 C
[知識貯備]
2.根據(jù)元素周期表結構與原子電子層結構的關系
(1)幾個重要關系式
①核外電子層數(shù)=周期數(shù)(對于大部分元素來說);
②主族序數(shù)=最外層電子數(shù)=最高正價=8-|最低負價|
③|最高正價|-|最低負價|=
(2)熟悉主族元素在周期表中的特殊位置
①族序數(shù)等于周期數(shù)的元素:H、Be、Al。
②族序數(shù)等于周期數(shù)2倍的元素:C、S。
③族序數(shù)等于周期數(shù)3倍的元素:O。
④周期數(shù)是族序數(shù)2倍的元素:Li、Ca。
⑤周期數(shù)是族序數(shù)3倍的元素:Na、Ba。
⑥最高正價與最低負價代數(shù)和為零的短周期元素:H、C、Si。
⑦最高正價是最低負價絕對值3倍的短周期元素:S。
⑧除H外,原子半徑最小的元素:F。
⑨最高正價不等于族序數(shù)的短周期元素:O(F無正價)。
[例3] 現(xiàn)有A、B、C、D四種短周期元素,它們之間的關系如下。原子半徑:A
H3PO4,①正確;同一周期,從左至右,元素的非金屬性增強,氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性增強,②正確;W為Br,常溫下其單質為液態(tài),可與鐵粉反應生成溴化鐵,③正確;W的原子序數(shù)比Z的大19,④錯誤。
答案 C
二、元素及其化合物的性質推斷
[知識貯備]
(1)形成化合物種類最多的元素、單質是自然界中硬度最大的物質的元素或氣態(tài)氫化物中氫的質量分數(shù)最高的元素:C。
(2)空氣中含量最多的元素或氣態(tài)氫化物的水溶液呈堿性的元素:N。
(3)地殼中含量最多的元素、氫化物沸點最高的元素或氫化物在通常情況下呈液態(tài)的元素:O。
(4)等物質的量的單質最輕的元素:H;最輕的金屬單質:Li。
(5)單質在常溫下呈液態(tài)的非金屬元素:Br;金屬元素:Hg。
(6)最高價氧化物及其水化物既能與強酸反應,又能與強堿反應的元素:Al。
(7)元素的氣態(tài)氫化物和它的最高價氧化物對應的水化物能起化合反應的元素:N;能起氧化還原反應的元素:S。
(8)元素的單質在常溫下能與水反應放出氣體的短周期元素:Li、Na、F。
[例5] X、Y、Z為同一短周期中的元素,其原子半徑依次減小,它們的最高價氧化物對應水化物之間,任意兩種混合均可反應,M為Y、Z形成的化合物,其溶液顯酸性。下列說法正確的是( )
A.其簡單離子的半徑依次增大
B.將M溶液加熱蒸干并灼燒,最后可得Y的氧化物
C.X燃燒的產(chǎn)物中只含離子鍵
D.將少量X單質投入到M溶液中,會置換出Y單質
解析 根據(jù)題意不難判斷X、Y分別為Na、Al元素;根據(jù)“M為Y、Z形成的化合物,其溶液顯酸性”的信息可知Z為Cl元素;因為Al2S3在水溶液中是不存在的,則答案可知。
答案 B
[例6] A、B、C、D、E都是元素周期表中前20號元素,原子序數(shù)依次增大,A是地殼中含量最高的元素,B、C、D同周期,E和其他元素既不在同周期也不在同主族,D的氫化物和最高價氧化物對應的水化物均為強酸,且B、C、D的最高價氧化物對應的水化物兩兩混合均能發(fā)生反應生成鹽和水。據(jù)此回答下列問題:
(1)A和D的氫化物中,沸點較低的是____(選“A”或“D”)。
(2)元素C在元素周期表中的位置是______________________________________________,
B的最高價氧化物對應的水化物的電子式為________。
(3)A、D、E可以形成多種鹽,其中一種鹽中A、D、E三種元素的原子個數(shù)比為2∶2∶1,該鹽的名稱為________。它的水溶液與D的氫化物的水溶液反應可生成D的單質,該反應的離子方程式為________________。
解析 A是地殼中含量最高的元素,A是氧;D的氫化物和最高價氧化物對應的水化物均為強酸,D是氯;B、C、D三元素在第三周期,它們的最高價氧化物對應的水化物兩兩混合均能反應生成鹽和水,根據(jù)B、C、D原子序數(shù)依次增大,因此B是鈉,C是鋁;據(jù)A、D、E三種元素形成的鹽中,A、D、E三種元素的原子個數(shù)比為2∶2∶1知E為+2價金屬Ca。
答案 (1)D (2)第三周期第ⅢA族
(3)次氯酸鈣 ClO-+2H++Cl-===Cl2↑+H2O
三、綜合利用“位”、“構”、“性”關系推斷
[知識貯備]
1.“位、構、性”三者之間的關系
2.推斷元素的常用思路
根據(jù)原子結構、元素周期表的知識及已知條件,可推算原子序數(shù),判斷元素在周期表中的位置等,基本思路如下:
[例7] 短周期主族元素甲、乙、丙、丁、戊五種元素在元素周期表中的位置如下圖所示,其中戊是同周期中原子半徑最小的元素。下列有關判斷正確的是(雙選)( )
甲
乙
丙
丁
戊
A.最外層電子數(shù):甲>乙>丙>丁>戊
B.簡單離子的離子半徑:丙<乙<戊<丁
C.含有丁元素的酸有多種
D.乙的氫化物多種多樣,丙、丁、戊的氫化物各有一種
解析 第一周期只有兩種元素,而短周期為前三周期,故甲、乙、丙所在周期為第二周期,戊元素原子半徑最小,故為第三周期第ⅦA族,即Cl元素,由此推知甲、乙、丙、丁分別為B、C、N、S。甲、乙、丙、丁、戊五種元素原子最外層電子數(shù)分別為3、4、5、6、7,故A錯;核外電子數(shù)相同的簡單離子,其離子半徑隨核電荷數(shù)的增加而減小,B正確;丁元素為S,含有S的酸有硫酸、亞硫酸、氫硫酸、硫氰酸等,故選項C正確;氮的氫化物有NH3、N2H4,故D錯。
答案 BC
[例8] 下表是元素周期表中的一部分,表中所列字母分別代表一種化學元素,請回答下列問題:
(1)寫出j在周期表中的位置__________。
(2)o、i、p三種元素之間能以原子個數(shù)之比1∶1兩兩形成互化物,這些互化物的性質類似于這些元素單質的性質。請寫出i、p的互化物與f、l形成的化合物等物質的量反應時的化學方程式:________________________________________________________________________。
(3)假設NH是“元素NH4”的陽離子,則“元素NH4”在周期表中的位置應該是______________;NH4的碳酸鹽應________(填“易”或“不易”)溶于水。
解析 (1)由元素周期表的結構知,j處于第四周期,周期表的第4個橫行的結構包括,第ⅠA~ⅡA族、第ⅢB~ⅦB族、第Ⅷ族、第ⅠB~ⅡB族、第ⅢA~ⅦA族、0族部分元素,j是第Ⅷ族。(2)由題意知i、p的互化物為BrCl,f、l形成的化合物為NaI,BrCl中Cl得電子能力強,Cl為-1價,Br為+1價,類似于鹵素單質的性質,NaI與BrCl等物質的量反應生成I2。(3)NH4的核電荷數(shù)為11,周期表中應在第三周期第ⅠA族,類似于鈉,NH4的碳酸鹽易溶于水。
答案 (1)第四周期第Ⅷ族 (2)2BrCl+2NaI===Br2+I2+2NaCl (3)第三周期第ⅠA族 易
四、元素推斷的特殊技巧舉例
[知識貯備]
1.“公式”+“驗證”巧推短周期相鄰元素
(1)若已知三元素的核外電子數(shù)(原子序數(shù))之和
經(jīng)驗公式:≈其中某元素的原子序數(shù)
注意:若整除則無解。
(2)若已知相鄰三元素的最外層電子數(shù)之和
①能被3整除,則三種元素的位置關系只能為同周期相鄰或同主族相鄰;
②同時不能被3和2整除,則必有兩元素在同一偶數(shù)族,另一元素為相鄰奇數(shù)族;
③雖然不能被3整除,但是能被2整除,則必有兩元素在同一奇數(shù)族,另一元素為相鄰偶數(shù)族。
[例9] 有三種相鄰元素A、B、C,已知A、B處于同一周期,且B、C處于同一主族相鄰位置。又知這三種元素原子的質子數(shù)之和是31,最外層電子數(shù)之和為17,試推斷A、B、C各為何種元素。
解析?。?…2,=13(整除),故一種元素為7N。又由于17既不能被3整除,也不能被2整除,則另外兩元素都在偶數(shù)族,只能是8O和16S,經(jīng)驗證符合題意。
答案 A為N元素,B為O元素,C為S元素。
[知識貯備]
2.位置圖示法
所謂圖示法就是采用圖形或圖表對題目條件進行形象化的展示,直觀地揭示題目條件間的內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律,把握解題的關鍵。
[例9]可用圖示法推斷。
解析 分析題意,我們可將A、B、C這三種元素在元素周期表中的位置,列出如下四種情形:
再根據(jù)三元素的原子序數(shù)的關系,列出代數(shù)式,求解,簡單直觀。設B的質子數(shù)為x。根據(jù)三種元素原子的質子數(shù)之和為31,綜合分析上述四種情況,可列出以下四個代數(shù)方程式:
①(x-1)+x+(x+8)=31,解之得x=8;
②x+(x+1)+(x+8)=31,解之得x=(不合理);
③(x-1)+x+(x-8)=31,解之得x=(不合理);
④(x+1)+x+(x-8)=31,解之得x=(不合理)。
則A:質子數(shù)8-1=7,是氮元素;B:質子數(shù)為8,是氧元素;C:質子數(shù)為8+8=16,是硫元素。N、O、S三種元素原子的最外層電子數(shù)之和為5+6+6=17,符合題意。
[知識貯備]
3.“直覺”+“驗證”技巧
直覺,就是一種對問題直接的、有意識的、不經(jīng)嚴密邏輯推理的思維,它可以跨越復雜的推理過程,直接得出結論。豐富的知識積累是產(chǎn)生直覺的重要前提,但由于直覺產(chǎn)生的結論只是一種可能的猜測,因此只有對結論進行嚴格的邏輯論證和檢驗,才能得出正確的答案。
[例10] A、B、C、D四種短周期元素,原子序數(shù)依次增大。A、D同族,B、C同周期。A、B組成的化合物甲為氣態(tài),其中A、B的原子數(shù)之比為4∶1,由A、C組成的兩種化合物乙、丙都是液態(tài),乙中A、C原子數(shù)之比為1∶1,丙中A、C原子數(shù)之比為 2∶1,由D、C組成的兩種化合物丁和戊都是固體,丁中D、C原子數(shù)之比為1∶1,戊中D、C原子數(shù)之比為2∶1,寫出下列物質的化學式:甲____________,乙________,丙______,丁________,戊________。
解析 根據(jù)原子個數(shù)比為4∶1的氣態(tài)化合物,直覺將甲猜為CH4,再根據(jù)乙、丙分別是由A、C元素形成的原子數(shù)之比為1∶1、2∶1的液態(tài)化合物,直覺將乙猜為H2O2,丙猜為H2O;根據(jù)A、D同主族,順推A、B、C、D四種元素分別為氫、碳、氧、鈉,最后根據(jù)B、C同周期,D、C形成原子個數(shù)比為1∶1、2∶1的固體化合物,分別為Na2O2、Na2O符合實際,則猜想正確。
答案 CH4 H2O2 H2O Na2O2 Na2O
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