例談中學(xué)化學(xué)中的對角線規(guī)則

郝劍

研究周期表中元素性質(zhì)變化規(guī)律，不難發(fā)現(xiàn)在周期表二、三周期的ⅠA～ⅣA族中，左上方和右下方的兩種元素性質(zhì)十分相似，這種現(xiàn)象特稱其為對角線規(guī)則。對角線規(guī)則是中學(xué)階段最重要的規(guī)則之一。對于此類問題只要抓住“相對應(yīng)”物質(zhì)的特殊性質(zhì)，就可以很好的解決問題。

例1根據(jù)對角線規(guī)則，下列物質(zhì)的性質(zhì)不具有相似性的是（）。

A.硼和硅B.鈹和鋁

C.鋰和鎂D.鋰和鋁

分析在周期表中，某元素的性質(zhì)和它左上方或右下方的另一元素性質(zhì)相似性，稱對角線規(guī)則。這種規(guī)則，屬于經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，尚無統(tǒng)一理論解釋。這種相似性特別明顯地存在于如圖1所示三對元素之間。

圖1

答案：D。

小結(jié)周期表中僅有圖1所示三組元素符合對角線規(guī)則。

例2在周期表中，同一主族元素的化學(xué)性質(zhì)相似。目前也發(fā)現(xiàn)有些元素的化學(xué)性質(zhì)和它在周期表中左上方或右下方的另一主族元素性質(zhì)相似，這稱為對角線規(guī)則。據(jù)此請回答：

（1）鋰在空氣中燃燒除生成外，也生成微量的（均填化學(xué)式）。

（2）下列對鋰或鎂的性質(zhì)的推斷不合理的有（填代號）

A.兩者在自然界中均無游離態(tài)

B.LiOH易溶于水，受熱不分解

C.Li遇濃硫酸不“鈍化”

D.Mg可以在二氧化碳中燃燒

E.碳酸鎂可以受熱分解生成氧化鎂

F.Li2SO4能溶于水

（3）受到對角線規(guī)則的啟發(fā)，根據(jù)NaH的存在，有人提議可將其中反氫元素放在ⅦA族，你認(rèn)為其理由是；由此推知，根據(jù)其最高正價(jià)與最低負(fù)價(jià)的絕對值相等，則也可將反氫元素放在周期表中的族。

分析空氣中除氧氣外，還有大量的氮?dú)?。由于鋰和鎂處在對角線上，根據(jù)對角線規(guī)則，結(jié)合鎂的化學(xué)性質(zhì)，不難判斷出（1）為Li2O和Li3N；對于（2）由于鎂很活潑，故此，Li和Mg在自然界中一定無游離態(tài)存在；根據(jù)Mg（OH）2難溶于水，那么，可推斷LiOH也不溶于水；依次可順推出C、D、E、F都正確。（3）VIIA元素的特征和NaH比較，可得出主要是由于H顯-1價(jià)的性質(zhì)而做出的判斷；而最高正價(jià)與最低負(fù)價(jià)的絕對值相等，只有ⅣA族。

答案：（1）Li2OLi3N；（2）B；（3）H顯 -1價(jià) ⅣA族

小結(jié)鋰與鎂相似性表現(xiàn)在：

（1）鋰、鎂在氧氣中燃燒都生成正常氧化物，而其它堿金屬生成過氧化物或超氧化物；

（2）都能與N2直接化合生成氮化物（Li3N、Mg3N2）；

（3）氫氧化物均為中等強(qiáng)度的堿，在水中溶解度不大。加熱時可分別分解為Li2O和MgO。其他堿金屬氫氧化物均為強(qiáng)堿，且加熱至熔融也不分解。

（4） 碳酸鹽在受熱時， 均能分解成相應(yīng)的氧化物（ Li2O、MgO）。

例3（1）鈹?shù)男再|(zhì)類似于鋁，下列有關(guān)鈹性質(zhì)的推斷正確的是（）。

A.鈹能與冷水反應(yīng)

B. 氫氧化鈹能與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液反應(yīng)

C.氧化鈹?shù)幕瘜W(xué)式為Be2O3

D.氧化鈹只溶于強(qiáng)酸溶液，不溶于強(qiáng)堿溶液

（2）鈹?shù)淖罡邇r(jià)氧化物的水化物屬于兩性化合物（提示：鈹酸的化學(xué)式為H2BeO2），證明這一結(jié)論的有關(guān)離子方程式為：。

（3）若已知反應(yīng)

Be2C+4H2O2Be（OH）2↓+CH4↑

則Al4C3與水反應(yīng)的化學(xué)方程式為：。

分析（1）根據(jù)題目信息，“鈹?shù)男再|(zhì)類似于鋁”，易知A、D錯，B對。對于C由于鈹在第ⅡA族，最高正價(jià)為+2價(jià)，因此，氧化鈹?shù)幕瘜W(xué)式為BeO。（2）所謂兩性即既與強(qiáng)酸反應(yīng)生成鹽和水，又與遇強(qiáng)堿反應(yīng)成鹽和水，據(jù)此可寫出其離子方程式。（3）觀察給的化學(xué)方程式不難看出，是形成了Be的氫氧化物，C的氫化物。

答案：（1）B；

（2）Be（OH）2+2H+Be2++2H2O

Be（OH）2+2OH-BeO22-+2H2O

（3）Al4C3+12H2O4Al（OH）3↓+3CH4↑

小結(jié)鈹與鋁的相似性有：

（1） 單質(zhì)均為活潑金屬；

（2） 單質(zhì)均為兩性金屬， 既能溶于酸也能溶于強(qiáng)堿，一般得都到氫氣。（如硝酸例外）

（3） 單質(zhì)都能被冷的濃硝酸鈍化；

（4） 氯化物均為共價(jià)化合物；在鹵化鋁中，除AlF3是離子化合物外，其余都是共價(jià)化合物。

（5） 氧化物的熔點(diǎn)、硬度都很大；如Al2O3因硬度大、熔點(diǎn)高而俗稱剛玉。

（6）氫氧化物的顏色均為白色固體，難溶于水，呈兩性。

Be（OH）2 + 2 H+Be2+ + 2 H2O

Be（OH）2+2OH-Be（OH）2-4

此外，硼與硅也有許多相似性。例如，兩者單質(zhì)的硬度很大，都能和強(qiáng)堿作用產(chǎn)生氫氣，含氧酸為不溶于水的固體酸、氫化物的穩(wěn)定性差，易自燃等。

（收稿日期：2017-02-15）endprint