元素周期律是高考熱門考點,在近四年的廣東高考中均占4%~6%的分值,同時,元素周期律也是梳理元素化合物性質的重要工具,在復習過程中應倍加重視。
通過分析近四年高考題,元素周期律的題型主要為選擇題,基本模式為“推斷元素種類——推斷元素性質遞變規律”,因此同學們除了梳理元素性質遞變規律的核心內容外,還要學會如何利用題干信息,快速推斷元素的種類。
一、元素周期律的核心內容
元素周期律是元素性質隨原子序數的遞增呈周期性變化的規律,本質上是核外電子排布的周期性變化。在主族元素中,周期數和電子層數相同,最外層電子數和族序數相同,因此元素的位置、結構、性質是相互聯系的,其核心內容如下:
1. 同周期元素,電子層數相同,從左往右核電核數增多,質子對核外電子的吸引力增大,半徑減小→金屬失電子能力(金屬性)減弱,非金屬得電子能力(非金屬性)增強。
2. 同主族元素,從上往下電子層數遞增,半徑增大→金屬失電子能力(金屬性)增強,非金屬得電子(非金屬性)能力減弱。
3. 元素的“綜合素質高”:(1)金屬性越強,與水(酸)反應越激烈,置換能力越強,最高價氧化物的水化物堿性越強;(2)非金屬性越強,與H2反應越容易,氫化物越穩定,置換能力越強,最高價氧化物水化物的酸性越強。
二、 推斷未知元素的題型與方法
對未知元素的推斷,基本都是利用“位置——結構——性質”的關系進行定位,主要有以下三種題型。
1. 通過文字描述,推斷未知元素
【例1】(2011·廣東化學22)短周期元素甲、乙、丙、丁的原子序數依次增大,甲和乙形成的氣態氫化物的水溶液呈堿性,乙位于第VA族,甲和丙同主族,丁的最外層電子數和電子層數相等,則( )
A. 原子半徑:丙>丁>乙
B. 單質的還原性:丁>丙>甲
C. 甲、乙、丙的氧化物均為共價化合物
D. 乙、丙、丁的最高價氧化物對應的水化物能相互反應
分析: 通過文字信息可知,甲、乙、丙、丁的原子序數依次增大,甲和乙形成的氣態氫化物的水溶液呈堿性,乙位于第VA族,可推知甲為氫元素,乙為氮元素,甲和丙同主族,可知丙為鈉元素,丁的最外層電子數和電子層數相等,可知丁為鋁元素。由元素周期律可知,同周期原子半徑從左往右逐漸變小,同主族元素原子半徑從上往下逐漸增大,可知丙(鈉)>?。ㄤX)>乙(氮),A正確;單質還原性,鈉強于鋁,B錯誤;鈉的氧化物為離子化合物,C錯誤;硝酸、氫氧化鈉、氫氧化鋁能相互反應,D正確。
這類題目,重點在于推斷元素,在推知元素的基礎上,結合元素周期律原子結構、元素性質、化合物的性質的遞變規律,通常能較為輕松地解決。但如何快速的推斷呢?同學們除了要熟知1~20號元素以外,同時應了解1~20元素的常見特殊性質,以便快速找到解題突破口:
(1)位置的特殊性:周期數=主族序數的元素有H、Be、Al;
(2)化合價的特殊性:O、F沒有最高正價,短周期中只有鋁能形成+3價簡單離子,H、C、Si最高正價和最低負價之和為0;
(3)半徑的特殊性:短周期主族元素中,H半徑最小,Na半徑最大。
(4)顏色特殊性:Cl2為短周期元素中唯一黃綠色氣體單質,S為短周期元素中唯一淡黃色固體單質;
(5)性質及應用的特殊性:短周期中Na、F分別為最強的金屬和非金屬,CO2是溫室氣體、氮硫的氧化物能形成酸雨、NH3是常見堿性氫化物,銨鹽是常見的由非金屬形成的離子化合物,Al、Al2O3、Al(OH)3具有兩性,硅是重要半導體材料,氯能用于作為漂白劑,HClO4是最強無機酸。
以上幾點只是比較常見的特殊性質,也由此可見,元素周期律是以元素化合物的性質作為基礎的,在復習過程中應有意識地利用元素周期律,梳理元素化合物的性質。
2. 通過元素周期表的片段,推斷未知元素。
【例2】(2013·廣東化學,22)元素R、X、T、Z、Q在元素周期表中的相對位置如下表所示, 其中R單質在暗處與H2劇烈化合并發生爆炸。則下列判斷正確的是( )
A. 非金屬性:Z B. R與Q的電子數相差26 C. 氣態氫化物穩定性:R D. 最高價氧化物的水化物的酸性:T>Q 分析: 由R單質在暗處與H2劇烈化合并發生爆炸,可知R為F,由周期表的相對位置可以確定X為S、T為Cl、Z為Ar、Q為Br。非金屬性氯強于硫,A錯誤;R的(原子序數)電子數為9,Q的(原子序數)電子數為35,35—9=26,B正確;F、Cl、Br三種元素位于同主族,同主族元素從上到下非金屬性依次減弱,氫化物的穩定性依次減弱,最高價氧化物對應水化物酸性減弱,C錯誤、D正確。 【例3】(2010·廣東化學,10)短周期金屬元素甲~戊在元素周期表中的相對位置如右表所示:下面判斷正確的是( ) A. 原子半徑: 丙<丁<戊 B .金屬性:甲>丙 C. 氫氧化物堿性:丙>丁>戊 D. 最外層電子數:甲>乙 分析: 由周期表1~3周期特征可知,第一周期有左右兩個角(氫和氦),而上表不符合第一周期的特征,因此可快速判斷該片段處于第二、第三周期。再推斷C為正確選項。 這類題型主要考查同學們對元素周期表的掌握程度,目前的長式周期中有以下幾個特征: (1)1~7周期的元素數目分別2、8、8、18、18、32、26; (2)18個縱行,1~7縱行,11~17縱行,呈現主族副族交替,縱行序數的個位數和主族或副族序數相同。8、9、10縱行為第VIII族,18縱行為0族; (3)112號元素位于第7周期,第IIB族,“2”和“II”對應,可推斷第七周期后續元素的序號個位數和族序號相同,例如114號元素應位于第7周期,IVA族; (4)第一周期有左右兩個角,左角為氫,右角為氦。 同學們應熟記以上規律,才能快速分析周期表片段所在的位置,確定元素種類。 3. 通過半徑、化合價的數據推斷未知元素。 【例5】(2012·廣東化學,22)下圖是部分短周期元素化合價與原子序數的關系圖,下列說法正確的是( ) A. 原子半徑:Z>Y>X B. 氣態氫化物的穩定性:R>W C. WX3和水反應形成的化合物是離子化合物 D. Y和Z兩者最高價氧化物對應的水化物能相互反應 分析: 由圖可知:X為O,Y為Na,Z為Al,W為S,R為Cl。A、應該是Y>Z>X。C、硫酸為共價化合物,正確答案為BD。 這類題型的突破口是通過元素的最高正價或最低負價確定元素的主族序數,再通過同主族元素的半徑大小判斷元素所處的周期,達到確定元素種類的目的,再推斷性質的規律。 可見,同學們應熟知元素周期律的核心內容,并掌握元素推斷的方法,才能輕松駕馭元素周期律的題目。元素周期律的內容雖然在高考中的比例不高,但卻是學好化學的重要工具,它能幫助同學們將必修一學過的鈉、鋁、鐵及硅、氯、硫等孤立的知識點,通過同周期、周主族性質的遞變規律,形成知識網絡,同時通過這些元素及其典型化合物的性質,去推斷和認識其它未元素的性質;因此在復習過程中,應注重這方面的訓練,才能更好地理解和應用元素周期律。 (作者單位:中山市第二中學) 責任編校 李平安