例说“物质结构与元素周期律”的高考备考

云南

(作者单位：昆明滇池中学)

近年高考化学题中“物质结构与元素周期律”为高频考点。该类试题综合性强，除了考查以“位-构-性”关系推断元素外，还凸显了对元素化合物知识的综合推断、预测未知元素的“位-构-性”等能力的考查。它既能考查学生对物质结构与元素周期律基础知识的掌握情况，又能考查学生综合分析、逻辑推理与迁移应用等思维能力，体现了对宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知等化学学科核心素养的要求。现就近几年高考试题对该知识点的考查角度及解法归纳总结如下：

一、对物质结构的考查

走向一：对物质结构考查的选项一般涉及原子或离子结构、分子结构、化学键和化学用语等知识点。

【例1】(2017·全国卷Ⅲ·28节选)砷(As)是第四周期ⅤA族元素，画出砷的原子结构示意图：________。

【例2】(各高考真题改组)下列说法错误的是

( )

A.(2018·全国卷Ⅰ·12改编)Ca的氢化物为离子化合物

B.(2018·江苏卷·8改编)由O、Na组成的化合物中均不含共价键

D.(2017·江苏卷·5改编)H、N和O三种元素可以组成共价化合物和离子化合物

【答案】B

【备考技巧】巩固基础。如：会写原子(离子)结构示意图，能熟记七个主族元素及0族元素；能根据核外电子排布规律、0族元素的原子序数确定某元素位置；会判断离子键、共价键、极性键、非极性键(如Na2O2、H2O2、NH4NO3、AlCl3、Al2O3的化学键类型)；会判断离子化合物、共价化合物；会书写电子式、结构式；会推主族元素原子的最高正价(等于最外层电子数，等于主族序数，其中，F没有正价，O有正价但最高正价不是+6价)和最低负价(最高正价+|最低负价|=8，H元素的最低负价为-1价)；能确定原子、离子(单核离子、多核离子)、分子的质子数、中子数、核外电子数等；明确元素、核素、同位素的概念及相互关系，同位素的性质。

走向二：以物理上的原子轰击实验为背景，考查宏观辨识与微观探析化学学科核心素养。

( )

B.X、Y均可形成三氯化物

C.X的原子半径小于Y的

D.Y仅有一种含氧酸

【答案】B

【解析】根据质子数和质量数守恒可知W+4=30+1，则W=27，X与Y原子之间质子数相差2，由于X元素为金属元素，Y的质子数比X大，则Y与X位于同一周期，且Y位于X右侧，且“元素X、Y的最外层电子数之和为8”，设X最外层电子数为a，则Y的最外层电子为a+2，a+(a+2)=8，解得a=3，因此X为Al，Y为P。

【备考技巧】考前练习近5年高考真题时，不仅要知道是什么，为什么，而且要深入研究新的试题情境，牢记质子数和质量数守恒原则。

走向三：从物质结构切入的较为新颖的题型。该类习题创设新情境，重点考查了信息的接受、吸收、整合能力，体现了化学学科核心素养中宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、实验探究与创新意识等方面的要求。

【例4】(2019·全国卷Ⅰ·13)科学家合成出了一种新化合物(如图1所示)，其中W、X、Y、Z为同一短周期元素，Z核外最外层电子数是X核外电子数的一半。下列叙述正确的是

( )

图1

A.WZ的水溶液呈碱性

B.元素非金属性的顺序为X>Y>Z

C.Y的最高价氧化物的水化物是中强酸

D.该新化合物中Y不满足8电子稳定结构

【答案】C

【解析】根据图示可知Z形成1个共价键，说明Z原子最外层有1个或7个电子，可能为H、F或Cl，由“W、X、Y、Z为同一短周期元素”可知Z不可能是H元素，再由“Z的核外最外层电子数是X核外电子数的一半”可知，X为Si、Z为Cl。W在该化合物中显+1价，W为Na元素。[X2YZ6]-中元素化合价代数和为-1可知，Y元素化合价为-3，则Y为P元素。新化合物中P元素化合价为-3，P最外层有5个电子，满足8电子稳定结构。

【备考技巧】同类题型建模：在判断非金属元素原子是否满足8电子稳定结构时，可以计算该原子的最外层电子数与|化合价|之和，若和为8，则说明该原子满足8电子稳定结构。

二、对元素性质的考查

有关元素性质的选项一般涉及最高价氧化物对应的水化物的酸性(或碱性)比较、气态氢化物稳定性的比较、熔沸点的比较、原子或离子半径的比较、化合价的判断以及一些物质的特殊性质与反应等。

【例5】(2019·浙江4月选考·14)2019年是门捷列夫提出元素周期表150周年。根据元素周期律和元素周期表，下列推断不合理的是

( )

A.第35号元素的单质在常温常压下是液体

B.位于第四周期第ⅤA族的元素为非金属元素

C.第84号元素的最高化合价是+7

D.第七周期0族元素的原子序数为118

【答案】C

【解析】35号元素为溴，溴单质在常温常压下是液体，A选项正确；位于第四周期ⅤA族的元素是砷，为非金属元素，B选项正确；第84号元素位于第六周期ⅥA族，其最高化合价为+6价，C选项错误；由每周期可容纳元素可知，第七周期最后一种元素的原子序数为2+8+8+18+18+32+32=118，D选项正确。

【备考技巧】依据利用元素周期律预测元素性质的步骤可知，对于陌生的主族元素，应首先确定其在元素周期表中的位置，再确定是否为金属元素或非金属元素，根据同主族元素性质的相似性、递变性及同周期元素的性质变化规律，从而预测该元素及其化合物的性质。如根据卤族元素的性质递变规律，可推知元素砹(At)的单质应为有色固体，难与H2化合，HAt不稳定，水溶液呈酸性，AgAt不溶于水等。但同时也要注意“递变性”，如铊(Tl)与铝同主族，但铊无两性，Si与Pb同族，Si单质是半导体材料，而Pb不在金属元素和非金属元素的分界线处，是典型的金属元素，其单质不能作半导体材料。

【例6】(2017·全国卷Ⅰ·12)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大，W的简单氢化物可用作制冷剂，Y的原子半径是所有短周期主族元素中最大的。由X、Y和Z三种元素形成的一种盐溶于水后，加入稀盐酸，有黄色沉淀析出，同时有刺激性气体产生。下列说法不正确的是

( )

A.X的简单氢化物的热稳定性比W的强

B.Y的简单离子与X的具有相同的电子层结构

C.Y与Z形成化合物的水溶液可使蓝色石蕊试纸变红

D.Z与X属于同一主族，与Y属于同一周期

【答案】D

【解析】液氨是制冷剂，故W为N。钠原子半径是所有短周期主族元素中最大的，故Y为Na。黄色沉淀为硫单质，根据元素守恒可知X、Y和Z三种元素必含硫元素，“W、X、Y、Z的原子序数依次增大”，故Z为S。“X、Y和Z三种元素形成一种盐”，即由金属离子(Na+)与酸根离子(含S，则另一元素为O)构成，故Y为O。

【备考技巧】本题考查了物质性质及反应，在平时的练习中要有意识地多从基本原理、基本概念入手解决问题，既要注意规律性又要注意物质的个性。

元素性质多为基础性知识，复习时要注重夯实基础：会比较同周期(或同主族)元素的金属性、非金属性、阳离子氧化性、阴离子还原性的强弱；会比较最高价氧化物对应的水化物的酸性(或碱性)强弱，最简气态氢化物的稳定性大小。这里要特别注意“最高价含氧酸”“最简氢化物”这类说法，有些非金属对应的含氧酸、氢化物常常有多种，如：氯元素的含氧酸有HClO、HClO2、HClO3、HClO4，碳元素的氢化物有CH4及烃CxHy，氧元素的氢化物有H2O、H2O2，氮元素的氢化物有NH3、N2H4等；会比较原子或离子半径的大小；会比较物质的熔沸点高低，这里建议引入分子晶体、离子晶体、共价晶体、分子间作用力、氢键与熔沸点高低的关系，有利于理解记忆，同时也可根据物质在常温下的状态，巧妙进行比较，如：水常温下是液态，故水是短周期所有简单氢化物中沸点最高的，硫常温下是固态，故硫的熔点比溴(常温下是液态)高。

还应多多积累元素的用途(如其单质是自然界中硬度最大的元素、制备半导体材料的元素、考古时常用来鉴定一些文物所在年代的元素、形成化合物种类最多的元素)、在自然界中的存在情况(如：地壳中含量排前3的元素、空气中含量最多的元素)、特殊性质(如：短周期中，气态氢化物水溶液酸碱性、原子半径最大或最小、最高价氧化物对应水化物的酸碱性、气态氢化物能与其最高价氧化物对应的水化物发生化合反应的元素等。

【例7】(2016·全国卷Ⅰ·13)短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加。m、p、r是由这些元素组成的二元化合物，n是元素Z的单质，通常为黄绿色气体，q的水溶液具有漂白性，0.01 mol·L-1r溶液的pH为2，s通常是难溶于水的混合物。上述物质的转化关系如图2所示。下列说法正确的是

( )

图2

A.原子半径的大小W

B.元素的非金属性Z>X>Y

C.Y的氢化物常温常压下为液态

D.X的最高价氧化物的水化物为强酸

【答案】C

【解析】根据“q的水溶液具有漂白性”，可知q为HClO，由“0.01 mol·L-1r溶液的pH为2”，可判断r为一元强酸，则r为HCl，然后根据n和p的反应条件“光照”以及“s通常是难溶于水的混合物”可知p为烷烃，s为烷烃的氯代物；再根据题干“短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加”可推知W、X、Y、Z分别为H、C、O、Cl。

【备考技巧】本题融合了物质转化关系，综合性较强，常由于未掌握好物质的某性质导致失误。元素周期表中的元素推断经常与常考元素如Na、Cl、N、S、C、Si的单质及化合物的性质、检验、用途或关联其他知识，如盐类水解、pH、电离平衡、有机化学等联系起来，故应进行综合性复习。

三、抓住“位-构-性”特点，突破元素推断

1.“位-构-性”的关系模型

图3

2.元素推断的两种题型

(1)残缺元素周期表(或周期表片段)推断。此类题常以元素周期表中的序差规律作为解题的突破点。常见的元素周期表的片段有：

①“┴”形元素原子序数之间的规律

②“┬”形元素原子序数之间的规律

③“┼”形元素原子序数之间的规律

(2)文字信息型综合推断

图4

【例8】(2019·全国卷Ⅲ·9)X、Y、Z均为短周期主族元素，它们原子的最外层电子数之和为10，X与Z同族，Y最外层电子数等于X次外层电子数，且Y原子半径大于Z。下列叙述正确的是

( )

A.熔点：X的氧化物比Y的氧化物高

B.热稳定性：X的氢化物大于Z的氢化物

C.X与Z可形成离子化合物ZX

D.Y的单质与Z的单质均能溶于浓硝酸

【答案】B

【备考技巧】熟悉主族元素在周期表中的特殊位置。如族序数等于周期数的元素(H、Be、Al)，族序数等于周期数2倍的元素(C、S)，族序数等于周期数3倍的元素(O)，周期数等于族序数2倍的元素(Li、Ca)，周期数等于族序数3倍的元素(Na、Ba)，最高正价与最低负价代数和为零的短周期元素(H、C、Si)，最高正价是最低负价绝对值3倍的短周期元素(S)。