物質結構試題中元素的推導依據及要點

王開山

元素推導往往是解答物質結構試題的第一步。元素推導主要依據的信息是元素在周期表中的位置、元素原子或離子的核外電子排布、元素的典型性質或用途等。本文總結了元素常見的推導依據和解答要點，并解析了近年部分元素推導試題，供大家參考。

一、元素的推導依據

依據1：依據元素在周期表中的位置及原子序數關系。

（1）前四周期除第四周期第ⅡA族與第ⅢA族原子序數相差11外，其他相鄰主族原子序數都相差1。

（2）前四周期同主族相鄰周期原子序數相差2（H與Li）、8（絕大多數）或18（第三、四周期第ⅢA族至第ⅦA族）。

（3）同主族相鄰周期原子序數存在2倍關系的為（）和S，3倍關系的是Be和Mg。

（4）在元素周期表前四周期中周期序數等于主族序數的有：H、Be、Al、Ge。

（5）在元素周期表中既處于同一周期又位于同一族的元素為第四周期第Ⅷ族的元素。

（6）根據元素在周期表中的位置關系可以設某元素原子序數為x，建立起原子序數之間的方程式進行原子序數的推導。

依據2：依據元素原子或離子核外電子排布。

（1）熟記1至4層分別對應的字母為K、L、M、N。

（2）核外電子排布式結合核外電子排布圖能解決核外單電子或成對電子問題。

（3）記住一些特殊的元素：核外電子總數等于周期數的元素為H；核外L層電子數是K層電子數2倍的元素為C等。

（4）簡單陰、陽離子的核外電子排布主要是和稀有氣體原子核外電子排布進行比較。

依據3：依據元素的化合價。

（1）主族元素的最高正價等于主族序數，非金屬元素最低負價等于主族序數減去8，最高正價與最低負價的絕對值之和為8。

注意：F無正價，O除與F結合外也無正價，H的最低負價為-1價。

（2）最高正價為最低負價絕對值7倍的元素位于第ⅦA族。

（3）最高正價為最低負價絕對值3倍的元素位于第ⅥA族。

（4）最高正價與最低負價絕對值相等的元素位于第ⅣA族。

依據4：依據元素原子或簡單離子的半徑變化。

（1）同周期主族元素原子半徑最大的在第ⅠA族。

（2）同周期元素原子簡單離子的半徑先減小后增大。

依據5：依據元素單質及其化合物的典型應用或典型性質等。

（1）氧化物為紅棕色氣體的元素是N，單質為黃色粉末狀的元素為S，單質在空氣中燃燒發出黃色火焰的元素為Na，單質在空氣中燃燒透過藍色鈷玻璃片觀察到紫色火焰的元素為K。

（2）非金屬性最強或電負性最大的元素為F；最高價氧化物對應水化物酸性最強的元素是Cl。

（3）單質廣泛用作半導體材料的元素為Si，最高價氧化物可用于制造光導纖維的元素為Si，日常生活中常見的金屬材料為Fe或Al。

（4）最高價氧化物對應水化物有強脫水性的元素為S，氧化物或氫氧化物有兩性的元素為Al，兩種金屬元素各自的最高價氧化物對應的水化物可以反應生鹽和水，則其中有一種必為Al元素，氣態氫化物水溶液呈堿性的元素為N。

（5）單質在自然界硬度最大的是C，地殼中含量最高的元素是O，地殼中含量最高的金屬元素是Al，形成化合物種類最多的元素為C。

（6）工業上通過分離液態空氣獲得其單質的元素是O₂或N₂。

（7）短周期兩種元素形成A₂B₂類型，有可能是H₂O₂、Na₂O₂或C₂H₂等。

（8）組成單質為空間網狀晶體，具有很高的熔、沸點的元素為C或si。

二、典型試題賞析

例1 短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相對位置如圖1所示，其中W原子的質子數是其最外層電子數的3倍，則X、Y、Z、W分別為____。

解析：W原子的質子數是其最外層電子數的3倍，則W為P，根據元素在周期表中的位置關系可確定X為N，Y為O，Z為Si。

點評：根據四種元素在周期表中的位置關系，只要確定出任意一種元素，其他三種元素就可知。

例2 隨原子序數遞增，八種短周期元素（用字母x等表示）原子半徑的相對大小、最高正價或最低負價的變化如圖2所示。

試確定八種元素的名稱。

解析：從圖2中原子半徑可知x為第一周期，y、z、d在第二周期，e、f、g、h在第三周期。再根據化合價可以推出x是H，y是C，z是N，d是O，e是Na，f是Al，g是S，h是Cl。

點評：熟練掌握常見元素的最高正價和最低負價，以及短周期元素半徑的變化規律，是解答該試題的關鍵。

例3 短周期主族元素X、Y、Z、W原子序數依次增大，X原子最外層有6個電子，Y是至今發現的非金屬性最強的元素，Z在周期表中處于周期序數等于族序數的位置，W的單質廣泛用作半導體材料。則X、Y、Z、W分別為____。

解析：短周期主族元素X、Y、Z、W原子序數依次增大，X原子最外層有6個電子，則X為O；Y是至今發現的非金屬性最強的元素，則Y為F；Z元素位于第3周期，其周期序數等于族序數，則Z為Al；W的單質廣泛用作半導體材料，則W為Si。

點評：部分元素及其單質或化合物的特殊性質、用途等是解答該試題的突破口。

例4 周期表前四周期的元素a、b、c、d、c，原子序數依此增大。a的核外電子總數與其周期數相同，b的價電子層中的未成對電子有3個，c的最外層電子數為其內層電子數的3倍，d與c同族，e的最外層只有1個電子，但次外層有18個電子。則a、b、c、d、e分別為____。

解析：題目所給的信息“周期表前四周期的元素a、b、c、d、c，原子序數依此增大”。a的核外電子總數與其周期數相同，則a是H；b的價電子層中的未成對電子有3個，畫出電子排布圖可知b為N；c的最外層電子數為其內層電子數的3倍，則c是O；d與c同族，則d是S元素；e的最外層只有1個電子，但次外層有18個電子，則e是Cu元素。

點評：a元素可通過周期序數代入法得到，畫出b的核外電子排布圖可求得b，畫出e的電子排布式可快速求得e。

例5 X、Y、Z、R為前四周期元素且原子序數依次增大。X的單質與氫氣可以化合生成氣體G，其水溶液pH>7；Y單質是一種黃色晶體；R基態原子3d軌道的電子數是4s軌道電子數的3倍。Y、Z可以分別與鈉元素形成化合物Q和J，J的水溶液與AgNO₃溶液反應可生成不溶于稀硝酸的白色沉淀L；Z與氫元素形成的化合物與G反應生成M。則X、Y、Z、R分別為____。

解析：根據X的單質與氫氣可以化合生成氣體G，其水溶液pH>7可知X為N；Y單質是一種黃色晶體，Y為S；R基態原子3d軌道的電子數是4s軌道電子數的3倍，則R的電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，R為Fe；J的水溶液與AgNO₃溶液反應可生成不溶于稀硝酸的白色沉淀L，則J中含有Cl，Z為Cl。

點評：部分元素及其單質或化合物的特殊性質常常是解答的突破口。

例6 X、Y、Z、w是短周期元素，X元素原子的最外層未達到8電子穩定結構，工業上通過分離液態空氣獲得其單質；Y元素原子最外電子層上s、p電子數相等；Z元素+2價陽離子的核外電子排布與氖原子相同；W元素原子的M層有1個未成對的p電子。則X、Y、Z、W分別為____。

解析：工業上通過分離液態空氣獲得的單質有O₂和N₂，所以X為N或O；Y元素原子最外電子層上s、p電子數相等，其電子排布為ns²np²，Y為C或Si；z元素+2價陽離子的核外電子排布與氖原子相同，則Z為Mg；W元素原子的M層有1個未成對的p電子，其排布為3s²3p¹或3s²3p⁵，即W為Al或Cl。

點評：對該題，通過信息只能確定X、Y、W的范圍，不能確定出它們具體是什么元素。

（責任編輯 謝啟剛）