物質(zhì)結(jié)構(gòu)與元素周期律高考必考題剖析

雷范軍 銀代智

物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律是每年高考的必考內(nèi)容之一，物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律高考試題一般涉及元素的推斷，并且通過元素的推斷考查原子結(jié)構(gòu)、離子結(jié)構(gòu)、化合物結(jié)構(gòu)、元素周期律、元素的單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)、強(qiáng)弱酸或堿的電離、鹽的電離和水解等知識(shí)。今年有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律的高考試題繼續(xù)秉承“源于教材、高于教材”的命題理念，密切聯(lián)系生產(chǎn)、生活實(shí)際，突出對(duì)考生應(yīng)用能力的考查，要求考生利用基本概念、基本原理、元素化合物和常見有機(jī)物等知識(shí)分析和解決元素推斷、原（或離）子半徑大小或電子層結(jié)構(gòu)比較、非金屬性強(qiáng)弱判斷、氣態(tài)氫化物熱穩(wěn)定性、最高價(jià)氧化物的水化物的酸堿性、二元化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、化學(xué)鍵的分類、元素單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)等實(shí)際問題。在設(shè)問角度、呈現(xiàn)方式等方面進(jìn)行創(chuàng)新，進(jìn)一步凸顯對(duì)信息素養(yǎng)以及化學(xué)語言表達(dá)能力的考查，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)及探究能力的考查，有利于區(qū)分不同水平的學(xué)生，對(duì)中學(xué)化學(xué)課程改革和教學(xué)具有積極的引領(lǐng)作用。

一、根據(jù)原子和單核陰陽離子的結(jié)構(gòu)特征推斷元素的位置和性質(zhì)

第一，根據(jù)短周期元素的原子、單核陰陽離子的核外電子排布特點(diǎn)，可以推斷元素的名稱、符號(hào)、位置。第二，根據(jù)化學(xué)鍵的分類和形成、離子或共價(jià)化合物的形成、元素周期律、化合物的性質(zhì)，分析解決二元化合物中元素的化合價(jià)、化學(xué)鍵的類型、原子半徑、酸堿性等實(shí)際問題。

【例1】（2016·年全國課標(biāo)II，9）a、b、c、d為短周期元素，a的原子中只有1個(gè)電子，b2-和c+的電子層結(jié)構(gòu)相同，d與b同族。下列敘述錯(cuò)誤的是（ ）

A. a與其他三種元素形成的二元化合物中其化合價(jià)均為+1

B. b與其他三種元素均可形成至少兩種二元化合物

C. c的原子半徑是這些元素中最大的

D. d與a形成的化合物的溶液呈弱酸性

解析：原子中只有1個(gè)電子，說明a是氫（H）；短周期元素形成的b2-和c+的電子層結(jié)構(gòu)相同，說明b是氧（O）、c是鈉（Na）；與b同族，說明d是硫（S）。a與其他三種元素形成的二元化合物主要有H2O、H2O2、NaH、H2S，NaH是金屬氫化物，其中鈉元素為+1價(jià)，氫為-1價(jià)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；b與其他三種元素均可形成H2O、H2O2、Na2O2、Na2O、SO2、SO3，B項(xiàng)正確；由元素原子半徑的周期性變化規(guī)律可知，Na>S>O>H，C項(xiàng)正確；d與a形成的化合物是H2S，屬于二元弱酸，在水溶液中能微弱地電離出H+，D項(xiàng)正確。

答案：A

點(diǎn)評(píng)：本題以四種短周期元素的原子核外電子數(shù)、同電子層結(jié)構(gòu)的原子和離子結(jié)構(gòu)、同主族等位置關(guān)系為載體，通過設(shè)計(jì)二元化合物的化學(xué)式或化學(xué)鍵、元素的化合價(jià)、原子半徑、二元化合物溶液的酸堿性等問題，考查考生對(duì)化學(xué)鍵的形成、根據(jù)化學(xué)式確定元素的化合價(jià)、原子半徑的周期性變化規(guī)律的應(yīng)用、化合物的類別及電離、溶液的酸堿性等的了解情況。根據(jù)原子和簡(jiǎn)單離子核外電子排布特征推斷，除了要了解1-20號(hào)元素原子或離子核外電子排布情況外，還要熟練地應(yīng)用有關(guān)規(guī)律（如陰前陽后規(guī)律：電子層結(jié)構(gòu)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）。

二、根據(jù)元素及其化合物的特性推斷元素的位置和其它性質(zhì)

根據(jù)常見短周期主族元素的單質(zhì)及其二元或多元化合物的特性和特征反應(yīng)（如顏色、狀態(tài)、氣味、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、密度、硬度、溶解性、揮發(fā)性、導(dǎo)電性、酸性、堿性、中性、氧化性、還原性、漂白性、吸附性、吸水性、脫水性等），能夠推斷有關(guān)元素的名稱、符號(hào)及其位置，以及對(duì)應(yīng)的原子或簡(jiǎn)單離子結(jié)構(gòu)、單質(zhì)及其重要化合物的結(jié)構(gòu)和其它性質(zhì)。其次，應(yīng)用元素周期律，可以判斷離子半徑、氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性、最高價(jià)氧化物的水化物的酸堿性、化合物的性質(zhì)等。

【例2】（2016·全國III，12）四種短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增大，W、X的簡(jiǎn)單離子具有相同電子層結(jié)構(gòu)，X的原子半徑是短周期主族元素原子中最大的，W與Y同族，Z與X形成的離子化合物的水溶液呈中性。下列說法正確的是（ ）

A. 簡(jiǎn)單離子半徑：W < X < Z

B. W與X形成的化合物溶于水后溶液呈堿性

C. 氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性：W < Y

D. 最高價(jià)氧化物的水化物的酸性：Y > Z

解析：短周期主族元素原子半徑最大的是Na，則X是鈉；由原子序數(shù)依次增大、NaCl溶液呈中性可知，X是氯；由W、X的簡(jiǎn)單離子具有相同電子層結(jié)構(gòu)及W與Y同族可知，W是氧，Y是硫。由原子半徑周期性變化規(guī)律可知，O < Cl < Na，即W < Z < X，A項(xiàng)錯(cuò)誤；W是氧，X是鈉，二者可形成的化合物是氧化鈉、過氧化鈉，Na2O、Na2O2溶于水時(shí)，都能與水反應(yīng)生成燒堿，B項(xiàng)正確；由非金屬性周期性變化規(guī)律可知，O > S，即W > Y，同主族元素的非金屬性越強(qiáng)，氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性越強(qiáng)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；同周期主族元素的非金屬性隨原子序數(shù)遞增而逐漸增強(qiáng)，即S < Cl或Y < Z，元素（除氟、氧外）的非金屬性越強(qiáng)，最高價(jià)氧化物的水化物的酸性越強(qiáng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案：B

點(diǎn)評(píng)：本題以四種短周期元素在元素周期表中的位置、同電子層結(jié)構(gòu)的離子結(jié)構(gòu)、原子半徑、二元化合物的類別及重要性質(zhì)為載體，通過設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單離子半徑、二元化合物溶于水后所得溶液的酸堿性、氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性、最高價(jià)氧化物的水化物的酸性等問題，考查考生對(duì)元素推斷、簡(jiǎn)單離子半徑大小比較、鈉的氧化物的性質(zhì)、非金屬性強(qiáng)弱比較及其應(yīng)用等的了解情況，及分析問題、解決問題的能力。

三、根據(jù)元素及其化合物的特征反應(yīng)推斷元素的位置和其它性質(zhì)

首先，根據(jù)常見短周期主族元素的單質(zhì)及其二元或多元化合物的特征反應(yīng)（如顯色反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、水解反應(yīng)、取代反應(yīng)、加成反應(yīng)、消去反應(yīng)、加聚反應(yīng)、縮聚反應(yīng)等），可以推斷有關(guān)元素的名稱、符號(hào)及其位置，以及對(duì)應(yīng)的原子或簡(jiǎn)單離子結(jié)構(gòu)、單質(zhì)及其重要化合物的結(jié)構(gòu)和其它性質(zhì)。其次，應(yīng)用元素周期律，可以判斷原子半徑、非金屬性、最高價(jià)氧化物的水化物的酸堿性、化合物的性質(zhì)等。

【例3】（2016·全國課標(biāo)I，13）短周期元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)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(zhì)，通常為黃綠色氣體，q的水溶液具有漂白性，0.01 mol·L-1 r溶液的pH為2，s通常是難溶于水的混合物。上述物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是（ ）

A. 原子半徑的大小W

B. 元素的非金屬性Z>X>Y

C. Y的氧化物常溫常壓下為液態(tài)

D. X的最高價(jià)氧化物的水化物為強(qiáng)酸

解析：由題意和圖中物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，黃綠色氣體n是氯氣（Cl2），Z是氯（Cl）；0.01 mol·L-1 r溶液的pH為2，說明r是一元強(qiáng)酸，由氯氣與水反應(yīng)生成HCl和HClO的性質(zhì)可知，r是HCl，屬于二元化合物的m是水（H2O），水溶液具有漂白性的q是HClO；n與p的反應(yīng)條件是光照，且反應(yīng)產(chǎn)物之一是HCl、另一產(chǎn)物s通常是難溶于水的混合物，由此推斷二元化合物p是甲烷（CH4），s是一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳組成的混合物；H、C、O、Cl組成的上述物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)和取代反應(yīng)，且它們的原子序數(shù)依次增加，則W、X、Y、Z分別為氫、碳、氧、氯。由原子半徑的周期性變化規(guī)律可知，HO>C，即Z>Y>X，B項(xiàng)錯(cuò)誤；Y是氧，其氧化物為H2O、H2O2，二者在常溫常壓下均為液體，C項(xiàng)正確；碳酸是二元弱酸，高氯酸才是強(qiáng)酸，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案：C

點(diǎn)評(píng)：本題以短周期元素的重要單質(zhì)及其化合物的典型性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化關(guān)系為載體，要求考生首先能夠從元素單質(zhì)的性質(zhì)、常見非金屬元素化合物和有機(jī)物的性質(zhì)推斷出有關(guān)元素，進(jìn)而考查考生對(duì)基本原理和基礎(chǔ)知識(shí)的了解程度，考查考生的信息素養(yǎng)和應(yīng)用能力。題中無機(jī)物和有機(jī)物的特性和轉(zhuǎn)化關(guān)系是前幾年高考未曾出現(xiàn)過的載體，表現(xiàn)出穩(wěn)中求變、變中求新、注重學(xué)科內(nèi)綜合的命題模式。在題數(shù)有限的情況下，盡可能多地綜合考查學(xué)科內(nèi)容，既增大了物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律高考試題的知識(shí)覆蓋面，又提高了考試內(nèi)容的效度和信度，有效地考查了考生對(duì)知識(shí)的掌握程度和應(yīng)用水平。

四、根據(jù)元素位置、性質(zhì)和原子結(jié)構(gòu)的特征推斷元素、其他結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

由位置推斷結(jié)構(gòu)，常用三個(gè)等量關(guān)系：①元素的原子序數(shù)=原子的核電荷數(shù)=原子的質(zhì)子數(shù)=單核粒子+所帶電荷；②元素的周期序數(shù)=原子核外電子層數(shù)；③主族序數(shù)= 最外層電子數(shù)= 最高正價(jià)= 8 -| 最低負(fù)價(jià)| 。根據(jù)元素在周期表中的位置關(guān)系可以推斷元素的性質(zhì)，如A、B、C三元素在同一主族從上往下排列，則A、B、C元素的非金屬性依次減弱或金屬性依次增強(qiáng)，單質(zhì)的氧化性依次減弱或者還原性依次增強(qiáng)。

【例4】（2016·天津，7）（14分）下表為元素周期表的一部分。

回答下列問題

（1）Z元素在周期表中的位置為_______________________。

（2）表中元素原子半徑最大的是（寫元素符號(hào)）_______________________。

（3）下列事實(shí)能說明Y元素的非金屬性比S元素的非金屬性強(qiáng)的是_______________________；

a. Y單質(zhì)與H2S溶液反應(yīng)，溶液變渾濁

b. 在氧化還原反應(yīng)中，1 mol Y單質(zhì)比1 mol S得電子多

c. Y和S兩元素的簡(jiǎn)單氫化物受熱分解，前者的分解溫度高

（4）X與Z兩元素的單質(zhì)反應(yīng)生成1 mol X的最高價(jià)化合物，恢復(fù)至室溫，放熱687 kJ，已知該化合物的熔、沸點(diǎn)分別為-69℃和58℃，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式______________________________________________。

（5）碳與鎂形成的1 mol化合物Q與水反應(yīng)，生成2 mol Mg（OH）2和1 mol 烴，該烴分子中碳?xì)滟|(zhì)量比為9 ： 1，烴的電子式為_______________________。Q與水反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________________。

（6）銅與一定濃度的硝酸和硫酸的混合酸反應(yīng)，生成的鹽只有硫酸銅，同時(shí)生成的兩種氣體均由表中兩種元素組成，氣體的相對(duì)分子質(zhì)量都小于50。為防止污染，將產(chǎn)生的氣體完全轉(zhuǎn)化為最高價(jià)含氧酸鹽，消耗1 L 2.2 mol·L-1 NaOH溶液和1 mol O2，則兩種氣體的分子式及物質(zhì)的量分別為_______________________，生成硫酸銅物質(zhì)的量為_______________________。

解析：根據(jù)元素周期表的結(jié)構(gòu)可知，與碳同主族的X為硅（Si），與氮同周期或與硫同主族的Y為氧（O）；與硫同周期的Z為氯（Cl）。（1）由原子的電子層數(shù)=元素的周期序數(shù)、最外層電子數(shù)=主族序數(shù)可知，氯（Cl）在元素周期表中位于第三周期第VIIA族；（2）同一周期，從左到右，原子半徑逐漸減小，則C>N>O、Si>S>Cl；同一主族，從上到下，原子半徑逐漸增大，則CS，非金屬原子得電子能力：O>S，因此非金屬性：O>S，故a正確；得電子的多少只與化合價(jià)降低總數(shù)有關(guān)，而與非金屬單質(zhì)氧化性的強(qiáng)弱無關(guān)，得電子的難易程度才能說明非金屬單質(zhì)的氧化性強(qiáng)弱，故b錯(cuò)誤；同主族元素的氣態(tài)氫化物受熱分解溫度越高（或低），說明其越難（或易）分解，非金屬性越強(qiáng)（或弱），故c正確；（4）X與Z分別是硅和氯，二者的單質(zhì)化合生成四氯化硅，硅元素由0價(jià)升高到+4價(jià)，配平可得：Si + 2 Cl2= SiCl4；由于-69℃<25℃<58℃，則室溫下反應(yīng)物和生成物的狀態(tài)分別為固體、氣體、液體，該反應(yīng)的ΔH = -Q放/ n = -687 kJ·mol-1，則熱化學(xué)方程式為Si（s）+2Cl2（g）= SiCl4（1）； ΔH = -687 kJ·mol-1；（5）設(shè)烴的質(zhì)量為10 g，由碳?xì)滟|(zhì)量比可知，C、H的質(zhì)量分別為9g、1g，由m/M可知，它們的物質(zhì)的量分別為9/12 mol、1/1 mol，二者的最簡(jiǎn)整數(shù)比為3 ： 4，則該烴的分子式為C3H4；由碳四價(jià)、氫一價(jià)的成鍵特點(diǎn)可知，該烴的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為H-C≡C-CH3，含有4個(gè)C-H、1個(gè)C≡C、1個(gè)C-C鍵，則電子式為 ；由題意可知，Q + H2O → 2 Mg（OH）2 + C3H4↑，由原子個(gè)數(shù)守恒可知，反應(yīng)物中水的化學(xué)計(jì)量系數(shù)為4，Q的化學(xué)式為Mg2C3，則水解反應(yīng)方程式為Mg2C3 + 4H2O = 2 Mg（OH）2 + C3H4↑；（6）由題意及SO2、NO2、NO的相對(duì)分子質(zhì)量分別為64、46、30可知，則反應(yīng)式為Cu + 4 H+ + 2 NO3- = Cu2+ + 2 NO2 ↑+ 4H2O、3 Cu + 8 H+ + 2 NO3- = 3 Cu2+ + 2NO ↑+ 4H2O，設(shè)生成的NO2、NO分別為x mol、y mol，則溶解的Cu為x/2 mol + 3/2 y mol；由題意可知，NO2、NO完全氧化為NaNO3，氮元素分別由+4價(jià)升高到+5價(jià)、+2價(jià)升高到+5價(jià)，每個(gè)NO2、NO分別失去1、3個(gè)電子，則還原劑NO2、NO共失去電子x mol+3 y mol；O2是氧化劑，氧元素由0價(jià)降低為-2價(jià)，每個(gè)O2得到4個(gè)電子，則1 mol O2共得到1 mol×4 = 4 mol電子；由電子得失守恒原理可知，4 mol = x mol+3 y mol①；由c·V可知，n（NaOH）= 2.2 mol·L-1 ×1 L = 2.2 mol；由鈉元素質(zhì)量守恒關(guān)系式：NaOH～NaNO3可知，n（NaNO3）= 2.2 mol；由氮元素質(zhì)量守恒關(guān)系式：NO2～NaNO3、NO～NaNO3可知，n（NO）+n（NO）= x mol+y mol = 2.2 mol②；解方程①②可得，y=0.9，x=1.3，則1.3/2 mol + 0.9×3/2 = 2 mol；由銅元素質(zhì)量守恒關(guān)系式：Cu～CuSO4可知，n（CuSO4）= 2 mol。

答案：（1）第三周期，ⅦA族 （2）Si （3）ac

（4）Si（s） + 2 Cl2（g） = SiCl4（1）；ΔH = -687 kJ·mol-1

（5） Mg2C3 + 4H2O = 2 Mg（OH）2 + C3H4↑

（6）NO 0.9 mol NO2 1.3 mol 2 mol

點(diǎn)評(píng)：本題根據(jù)表中信息容易推斷元素，由易到難地設(shè)計(jì)了元素在周期表中的位置、元素的原子半徑和非金屬性的周期性變化規(guī)律及實(shí)驗(yàn)或事實(shí)證據(jù)、熱化學(xué)方程式的書寫、金屬碳化物的水解反應(yīng)、烴組成元素的定性和定量分析、電子式（及分子式、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式）的書寫、化學(xué)方程式的書寫、NOx污染的治理原理及有關(guān)計(jì)算等問題，考查了考生主動(dòng)應(yīng)用化學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)分析解決實(shí)際問題的能力，有利于考生了解化學(xué)在資源利用、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的具體應(yīng)用，進(jìn)一步培養(yǎng)考生的社會(huì)責(zé)任感。

五、根據(jù)元素位置、性質(zhì)和原子結(jié)構(gòu)的特征推斷元素、其他結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

元素的位置特征是推斷元素的重要突破口，如短周期主族元素只有18-3=15種，第IA族元素只有原子序數(shù)分別為1、3、11的氫、鋰、鈉三種等。元素的性質(zhì)也是推斷元素的重要依據(jù)，如非金屬性最強(qiáng)的元素是氟，短周期主族元素的原子半徑最大的是鈉，最小的是氫等。原子結(jié)構(gòu)是推斷元素常用的方法之一，最外層電子數(shù)等于或大于3（小于8）的一定是主族元素，最外層有1個(gè)或2個(gè)電子，則可能是ⅠA、ⅡA族元素，也可能是副族、Ⅷ族元素或0族元素氦；最外層電子數(shù)比次外層電子數(shù)多的元素一定位于第二周期；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。推斷元素是解答此類問題的必要條件，成功得到結(jié)論之后，還要應(yīng)用原子結(jié)構(gòu)、離子結(jié)構(gòu)、化合物結(jié)構(gòu)、元素周期律等知識(shí)分析每個(gè)選項(xiàng)。

【例5】（2016·江蘇，4）短周期主族元素X、Y、Z、W原子序數(shù)依次增大，X原子的最外層有6個(gè)電子，Y是迄今發(fā)現(xiàn)的非金屬性最強(qiáng)的元素，在周期表中Z位于IA族，W與X屬于同一主族。下列說法正確的是（ ）

A. 元素X、W的簡(jiǎn)單陰離子具有相同的電子層結(jié)構(gòu)

B. 由Y、Z兩種元素組成的化合物是離子化合物

C. W的簡(jiǎn)單氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性比Y的強(qiáng)

D. 原子半徑：r（X） < r（Y） < r（Z） < r（W）

解析：迄今發(fā)現(xiàn)，氟元素的非金屬性最強(qiáng)，則Y是氟（F）；由原子序數(shù)的大小、原子最外層電子數(shù)可知，X是氧（O）；由原子序數(shù)的大小、位于IA族可知，Z是鈉（Na）；由原子序數(shù)的大小、與X屬于同一主族可知，W是硫（S）。X、W分別是原子序數(shù)為8、16的氧和硫，二者的簡(jiǎn)單陰離子分別為O2-、S2-，兩種離子分別具有28、288電子層結(jié)構(gòu)，故A錯(cuò)誤；Y、Z分別是原子序數(shù)為9、11的氟和鈉，二者分別屬于活潑非金屬、活潑金屬元素，組成的NaF是只含離子鍵的離子化合物，故B正確；隨著原子序數(shù)的增大，同周期主族元素的非金屬性逐漸增強(qiáng)，同主族元素的非金屬性逐漸減弱，則非金屬性：Y>X>W或F>O>S，則最低價(jià)氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性：HF > H2O > H2S，即W的簡(jiǎn)單氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性比Y的弱，故C錯(cuò)誤；隨著原子序數(shù)的增大，同周期主族元素的原子半徑逐漸減小，同主族元素的原子半徑逐漸增大，則原子半徑：r（Y） < r（X） < r（W） < r（Z）或r（F） < r（O） < r（S） < r（Na），故D錯(cuò)誤。

答案：B

點(diǎn)評(píng)：本題已知四種短周期主族元素原子序數(shù)的大小、原子最外層電子數(shù)、非金屬性最強(qiáng)、周期表中的主族序數(shù)、同主族等信息，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單陰離子電子層結(jié)構(gòu)的異同、二元化合物的類型、氣態(tài)氫化物的熱穩(wěn)定性強(qiáng)弱、原子半徑大小的判斷、比較、推斷等問題，考查考生對(duì)原子結(jié)構(gòu)與元素周期律（表）、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的了解程度。本題推斷元素的捷徑是“元素性質(zhì)之最”：（1）形成化合物種類最多的元素、單質(zhì)是自然界中硬度最大的物質(zhì)的元素或氣態(tài)氫化物中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的元素是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是N；（3）地殼中含量最多的元素或氫化物在通常情況下呈液態(tài)的元素是O；（4）相同條件下，單質(zhì)密度最小的元素是H；單質(zhì)密度最小的金屬是Li等。

六、根據(jù)原子、離子結(jié)構(gòu)和單質(zhì)、化合物的反應(yīng)特征推斷元素、其他結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

根據(jù)短周期主族元素的原子、單核離子的電子層結(jié)構(gòu)、單質(zhì)及其化合物的反應(yīng)特征，可以推斷元素的名稱、符號(hào)、位置。根據(jù)化學(xué)鍵的含義和離子或共價(jià)化合物的形成、元素周期律、物質(zhì)的分類及其性質(zhì)，判斷單質(zhì)、氧化物、酸、堿、鹽之間能否反應(yīng)或轉(zhuǎn)化、比較原子半徑的大小、推斷化學(xué)鍵的類型、辨別單質(zhì)及其化合物在生活中的用途酸等問題。

【例6】（2016·浙江，9）短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序數(shù)依次增大，X原子核外最外層電子數(shù)是其電子層數(shù)的2倍，X、Y的核電荷數(shù)之比為3 ： 4。W-的最外層為8電子結(jié)構(gòu)。金屬單質(zhì)Z在空氣中燃燒生成的化合物可與水發(fā)生氧化還原反應(yīng)。下列說法正確的是（ ）

A. X與Y能形成多種化合物，一般條件下都能與Z的最高價(jià)氧化物的水化物發(fā)生反應(yīng)

B. 原子半徑大?。篨 < Y，Z > W

C. 化合物Z2Y和ZWY3都只存在離子鍵

D. Y、W的某些單質(zhì)或兩元素之間形成的某些化合物可作水的消毒劑

解析：原子核外最外層電子數(shù)是其電子層數(shù)的2倍，電子層結(jié)構(gòu)可能是24、286；短周期主族元素X、Y的核電荷數(shù)之比為3 ： 4，說明X、Y的核電核數(shù)可能是分別是3和4、6和8、9和12、12和16；綜合上述結(jié)論可知，X是碳（C），Y是氧（O）；金屬單質(zhì)在空氣中燃燒生成的化合物可與水發(fā)生氧化還原反應(yīng)，說明Z一定是鈉（Na）；由于X、Y、Z、W的原子序數(shù)依次增大，W-的最外層為8電子結(jié)構(gòu)，則W是氯（Cl）。X、Y、Z分別是碳、氧、鈉，碳、氧可形成CO、CO2，鈉的最高價(jià)氧化物的水化物是NaOH，CO是不成鹽氧化物，不能與堿反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；隨著原子序數(shù)的增大，同周期主族元素的原子半徑逐漸減小，則位于第二、三周期元素的原子半徑：X > Y或C > O，Z > W或Na > Cl，故B錯(cuò)誤；Z2Y和ZWY3分別為Na2O、NaClO3，前者所含 Na+與O2-、后者所含Na+與ClO3-之間的作用力都是離子鍵，但后者所含ClO3-中氯原子和氧原子之間的作用力是共價(jià)鍵或極性共價(jià)鍵，故C錯(cuò)誤；Y、W單質(zhì)或兩元素之間形成的二元化合物包括O2、O3、Cl2、ClO2等，O3、Cl2、ClO2都可以作水的消毒劑，故D正確。

答案：D

點(diǎn)評(píng)：本題注重了物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律的核心、主干知識(shí)的覆蓋面，重視化學(xué)與生活、生產(chǎn)實(shí)際的聯(lián)系，考查學(xué)生的基本科學(xué)素養(yǎng)。本題推斷元素在周期表中的位置有2種規(guī)律和技巧：（1）周期表特殊位置的元素（1～20號(hào)元素）：最外層電子數(shù)或族序數(shù)等于電子層數(shù)或周期序數(shù)的元素是H、Be、Al，最外層電子數(shù)或族序數(shù)等于電子層數(shù)或周期序數(shù)2倍的元素是C、S，最外層電子數(shù)或族序數(shù)等于電子層數(shù)或周期序數(shù)3倍的元素是O，電子層數(shù)或周期序數(shù)是最外層電子數(shù)或族序數(shù)2倍的元素是Li、Ca，電子層數(shù)或周期序數(shù)是最外層電子數(shù)或族序數(shù)3倍的元素是Na；（2）相同電子層結(jié)構(gòu)法：主族元素的陽離子與上一周期的0族元素原子的電子層結(jié)構(gòu)相同，主族元素的陰離子與同一周期的0族元素原子的電子層結(jié)構(gòu)相同。

【例7】（2016·海南，13）（8分）短周期元素X、Y、Z、M的原子序數(shù)依次增大，元素X的一種高硬度單質(zhì)是寶石，Y2+電子層結(jié)構(gòu)與氖相同，Z的質(zhì)子數(shù)為偶數(shù)，室溫下M單質(zhì)為淡黃色固體，回答下列問題：

（1）M元素位于周期表中的第 周期、 族。

（2）Z元素是 ，其在自然界中常見的二元化合物是 。

（3）X與M的單質(zhì)在高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式為

，產(chǎn)物分子為直線形，其化學(xué)鍵屬 共價(jià)鍵（填“極性”或“非極性”）。

（4）四種元素中的 可用于航空航天合金材料的制備，其單質(zhì)與稀鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。

解析：由常見元素單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)和題意可知，X是碳（C）、M是硫（S）；由簡(jiǎn)單離子電子層結(jié)構(gòu)與氖原子相同可知，Y是鎂（Mg）；由原子序數(shù)依次增大、12

答案：（1）三 VIA （2）Si SiO2 （3）C + 2 S CS2 極性 （4）Mg Mg + 2 HCl = MgCl2 + H2↑

點(diǎn)評(píng)：本題重視理論聯(lián)系實(shí)際，以生活以及化工生產(chǎn)的真實(shí)過程為問題情境，以化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用為載體，將化學(xué)研究的基本思想與方法、基本概念與原理、重要物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用巧妙地融合于試題之中，既考查了化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本能力，又考查了學(xué)生的基本科學(xué)素養(yǎng)。同時(shí)試題呈現(xiàn)的情境向?qū)W生傳遞了化學(xué)學(xué)科在生產(chǎn)生活中的積極作用以及為生活質(zhì)量的提高所做出的貢獻(xiàn)，體現(xiàn)了化學(xué)科學(xué)的基礎(chǔ)地位和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

七、根據(jù)元素在周期表中的位置和種類特點(diǎn)探究元素及其化合物的性質(zhì)

根據(jù)短周期元素的位置特征（如原子序數(shù)的大小順序、同主族、同周期）和元素的種類（金屬元素、非金屬元素），可以大致確定元素的名稱、符號(hào)、位置。再結(jié)合元素周期律和各個(gè)選項(xiàng)的內(nèi)容逐一分析，通過大膽假設(shè)、小心求證地科學(xué)探究，可以解答有關(guān)元素的原子半徑的大小、最高價(jià)含氧酸的酸性、氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性、元素化合物的組成和性質(zhì)等問題。

【例8】（2016·上海，7）已知W、X、Y、Z為短周期元素，原子序數(shù)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：X>Y>Z>W

B. W的含氧酸的酸性比Z的含氧酸的酸性強(qiáng)

C. W的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性小于Y的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性

D. 若W與X原子序數(shù)差為5，則形成化合物的化學(xué)式為X3W2

解析：由于原子序數(shù)按W、X、Y、Z依次增大，W與Z是同一主族的元素，而X、Y、Z是同一周期的元素，且只有X是金屬元素，則這四種元素在元素周期表中的相對(duì)位置為

對(duì)于同周期主族元素，由于電子層數(shù)相同，原子序數(shù)逐漸增大，原子核對(duì)最外層電子的吸引力逐漸增大，所以原子半徑逐漸減小，而對(duì)于同主族元素，由于原子最外層電子數(shù)相同，原子序數(shù)增大，電子層數(shù)增大，內(nèi)層電子對(duì)最外層電子的排斥力增大，所以原子半徑增大，由題意可知，原子半徑：X>Y>Z>W，故A正確；同主族元素，原子序數(shù)越大，非金屬性越弱，則W的非金屬性比Z強(qiáng)，W的最高價(jià)含氧酸的酸性一定比Z的強(qiáng)，而含氧酸的酸性不一定比Z的強(qiáng)，如W的含氧酸可能是HNO2，Z的含氧酸是H3PO4，酸性HNO2< H3PO4，故B錯(cuò)誤；同周期主族元素，原子序數(shù)越大，非金屬性越強(qiáng)，則Y的非金屬性弱于Z，因此非金屬性：W>Z>Y，則氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性：W>Z>Y，故C錯(cuò)誤；由題意可知W位于第二周期，X、Y、Z位于第三周期，只有X為金屬元素，則Y可能是Si或P或S，Z可能是P或S或Cl，因此W可能是N或O或F，若W、X原子序數(shù)相差5，當(dāng)W為原子序數(shù)為7的N時(shí)，X為Mg，氮化鎂的化學(xué)式為Mg3N2，滿足X3W2，當(dāng)W為原子序數(shù)為8的O時(shí)，X為Al，氧化鋁的化學(xué)式為Al2O3，滿足X2W3，當(dāng)W為原子序數(shù)為9的F時(shí)，X為Si，氟化硅的化學(xué)式為SiF4，滿足XW4，故D錯(cuò)誤。

答案：A

點(diǎn)評(píng)：本題以四種短周期中同主族、同周期元素的位置、類別為載體，考查考生對(duì)元素的原子半徑和元素的非金屬性強(qiáng)弱隨原子序數(shù)變化的周期性規(guī)律的了解情況，對(duì)元素周期表和元周期律、二元化合物的化學(xué)式或化學(xué)鍵的了解程度，檢驗(yàn)考生的推理能力、應(yīng)用能力和科學(xué)探究能力。頭腦中能夠輕易地建構(gòu)短周期元素周期表的模型，就能知道第二、三周期金屬元素分別有2（鋰、鈹）、3（鈉、鎂、鋁）種，往往能夠快速、準(zhǔn)確地對(duì)題給元素進(jìn)行定位，從而減少失誤和失分。

通過上述分析可知，2016年全國各地高考有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律的必考題突出了對(duì)教材核心和主干知識(shí)、科學(xué)素養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)與探究能力、應(yīng)用能力、自主學(xué)習(xí)能力以及創(chuàng)新思維能力的考查，對(duì)2017年高考備考具有較好的導(dǎo)向作用。

責(zé)任編輯 李平安