02 “位-构-性”综合推断题的解题方法-《中学生数理化》高考理化2024年10月刊

■广西柳州市第二中学 黄 颖(正高级教师) 廖韦德 一、推断方法 1.结构与位置互推是解题的核心。 (1)掌握四个关系式:①电子层数=周期 数;②质子数=原子序数;③最外层电子数= 主族序数;④主族元素的最高正价=主族序 数(O、F除外),最低负价=主族序数-8。 (2)熟练掌握周期表的结构及周期表中 的一些特殊规律:①“凹”型结构的“三短四 长,七主七副零八族”;②各周期元素种类;③ 稀有气体的原子序数及在周期表中的位置; ④同主族上下相邻元素原子序数的关系。 2.性质与位置互推是解题的关键。 熟悉元素周期表中同周期、同主族元素 性质的递变规律,主要包括:(1)元素的金属 性、非 金 属 性;(2)气 态 氢 化 物 的 稳 定 性; (3)最高 价 氧 化 物 对 应 水 化 物 的 酸 碱 性; (4)金属与水或酸反应置换H2 的难易程度。 3.结构和性质互推是解题的要素。 (1)电子层数和最外层电子数决定元素 原子的金属性和非金属性;(2)同主族元素最 外层电子数相同,化学性质相似;(3)正确推 断原子半径和离子半径的大小及结构特点; (4)判断元素金属性和非金属性的强弱。 “位—构—性”三者之间的关系如下。 二、原子结构特点 1.电子运动状态的各种特征。 (以 Mn为例,1s22s22p63s23p63d54s2) 不同运动状态的电子数:25。 不同空间运动状态的电子数:15。 形状不同的电子云种类:3。 不同能级(能量)的电子种类:7。 最高能级的电子数:5。 最高能层的电子数:2。 2.1~36号元素原子的空轨道数目(见 表1)。 表1 空轨道数 价电子构型 元素种类 1 ns2np2(3) 3 2 ns2np1(3)、3d34s2(1) 4 3 3d24s2(1) 1 4 3d14s2(1) 1 3.1~36号元素原子的未成对电子数(m)。 m=1:ns1(4)、ns2np1(3)、ns2np5(3)、 3d14s2(1)、3d104s1(1),共12种。 m=2:ns2np2(3)、ns2np4(3)、3d24s2(1)、 3d84s2(1),共8种。 m=3:ns2np3(3)、3d34s2(1)、3d74s2(1), 共5种。 m=4:3d64s2(1),共1种。 m=5:3d54s2(1),共1种。 m=6:3d54s1(1),共1种。 4.元 素 周 期 表 中 特 殊 位 置 的 短 周 期 元素。 族序数=周期数的元素:H、Be、Al。 族序数=周期数2倍的元素:C、S。 族序数=周期数3倍的元素:O。 周期数=族序数2倍的元素:Li。 族序数=周期数3倍的元素:Na。 最高正价与最低负价代数和为零的短周 期元素:C、Si。 最高正价是最低负价绝对值3倍的短周 期元素:S。 除H外,原子半径最小的元素:F。 5.熟记短周期元素原子核外电子排布的 5 知识篇 知识结构与拓展 高考理化 2024年10月 特征。 最外层电子数等于次外层电子数:Be、Ar。 电子层数与最外层电子数相等:H、Be、Al。 最外层电子数是内层电子总数的一半: Li、P。 次外层电子数是最外层电子数的2倍: Li、Si。 电子层数是最外层电子数的2倍:Li。 最外层电子数是电子层数的2倍:He、 C、S。 最外层电子数是次外层电子数的2倍:C。 最外层电子数是次外层电子数的3倍:O。 短周期元素中最高能级的p轨道全充满 的元素:Ne、Ar。 短周期元素中原子核外p轨道半充满的 元素:N、P。 元素原子的核外p电子数比s电子数少 1:N。 元素原子的核外s、p能级电子数相等: O、Mg。 短周期元素中原子的核外有2个未成对 电子:C、O、Si、S。 电负性最大:F。 短周期元素中第一电离能最大:He。 6.常见元素及其化合物的特征。 形成化合物种类最多的元素或对应单质 是自然界中硬度最大的物质的元素:C。 空气中含量最多的元素或气态氢化物的 水溶液呈碱性的元素:N。 地壳中含量最多的元素或简单氢化物在 通常情况下呈液态的元素:O。 地壳中含量最多的金属元素:Al。 最活泼的非金属元素,或无正化合价的 元素,或无含氧酸的非金属元素,或无氧酸可 腐蚀玻璃的元素,或气态氢化物最稳定的元 素,或阴离子的还原性最弱的元素:F。 焰色反应呈黄色的元素:Na。 常温下单质呈液态的非金属元素:Br。 常温下单质呈液态的金属元素:Hg。 最高价氧化物及其水化物既能与强酸反 应,又能与强碱反应的元素:Al、Zn、Be。 元素的气态氢化物和它的最高价氧化物 对应的水化物能发生化合反应的元素:N。 单质为常见的半导体材料:Si、Ge。 题型1:有相同电子层结构的离子 解题 示 范 1:已 知 短 周 期 元 素 的 离 子aA2+、bB+、cC3-、dD-都具有相同的电子层 结构,则下列叙述正确的是( )。 A.原子半径:A>B>D>C B.原子序数:d>c>b>a C.离子半径:C3->D->B+>A2+ D.单质的还原性:A>B>D>C 解析:首先利用题目中的“具有相同的电 子层结构”排出这些元素的周期表中相对位 置(结构→位置): 然后结合位置,利用周期表的相似性和 递变性的规律,推测相应元素有关性质(位置 →性质)。同一周期,从左到右原子半径依次 减小;同一主族,从下到上原子半径依次减 小,则B>A>C>D,A项错误。同一周期从 左到右、同一主族从上到下原子序数依次增 大,则a>b>d>c,B项错误。核外电子数 相同,核电荷数越大离子半径越小,C项正 确。单质的还原性越靠左下还原性越强,则 B>A>C>D,D项错误。 答案:C 解题示范2:元素X、Y、Z原子序数之和 为36,X、Y在同一周期,X+ 与Z2- 具有相同 的核 外 电 子 层 结 构。下 列 推 测 不 正 确 的 是( )。 A.同周期元素中X的金属性最强 B.原子半径X>Y,离子半径X+>Z2- C.同族元素中Z的氢化物稳定性最高 D.同周期元素中 Y的最高价含氧酸的 酸性最强 解析:根据X+与Z2- 具有相同的核外电 子层结构,可推Z在X的上一个周期(结构 →位置),X+与Z2-是Na+、O2-或K+、S2- 又因为 X、Y、Z原子序数之和为36,且 6 知识篇 知识结构与拓展 高考理化 2024年10月 题干要求“X、Y在同一周期”,综合判断知:X 为Na元素,Z为O元素,Y为Cl元素。然后 结合位置,利用周期表的相似性和递变性的 规律,推测有关性质(位置→性质):同一周期 元素金属性越靠左越强,同一主族元素元素 氢化物越靠上越稳定,同一周期元素最高价 含氧酸酸性越靠右越强。 第三周期元素中 Na的金属性最强,A 项正确。有相同电子层时,离子半径应为“序 大径小”,则 O2->Na+,B项错误。氧族元 素氢化物中 H2O最稳定,C项正确。第三周 期元素最高价含氧酸中 HClO4 的酸性最强, D项正确。 答案:B 题型2:周期表片段推断 将文字信息转化为周期表片段的应用: 题中文字信息→推断出元素→图表中固定位 置→周期表片段→应用。 解题示范3:短周期元素 R、T、Q、W 在 元素周期表中的相对位置如下所示,其中T 所处的周期序数与族序数相等。下列判断不 正确的是( )。 A.最简单气态氢化物的热稳定性:R>Q B.最高价氧化物对应水化物的酸性: Q<W C.原子半径:T>Q>R D.含T的盐溶液一定显酸性 解析:T所处的周期序数与族序数相等, T只可能是第一周期ⅠA的 H元素,第二周 期ⅡA的Be元素,第三周期ⅢA的Al元素, 根据图示判断,T只能是Al元素,Q是Si元 素,R是N元素,W 是S元素。气态氢化物 的热稳定性NH3>SiH4,A项正确。最高价 氧化物对应水化物的酸性 H2SiO3<H2SO4, B项正确。原子半径越靠左靠下半径越大,C 项正确。AlCl3 显酸性,Na[Al(OH)4]显碱 性,D项错误。 答案:D 解题示范4:W、X、Y、Z四种短周期元素 在元素周期表中的相对位置如下所示,W 的 气态氢化物可与其最高价含氧酸反应生成离 子化合物,由此可知( )。 W X Y Z A.X、Y、Z中最简单氢化物稳定性最弱 的是Y B.Z元素氧化物对应水化物的酸性一定 强于Y C.X元素形成的单核阴离子还原性强 于Y D.Z元素单质在化学反应中只表现氧 化性 解析:W 的气态氢化物可与其最高价含 氧酸反应生成离子化合物,由此可知 W 是 N,那么可得到全部的元素。 W(N) X(O) Y(S) Z(Cl) 同周期元素从左到右最简单氢化物稳定 性依次增强,HCl>H2S;同主族元素从上到 下最简单氢化物稳定性依次减弱,H2O> H2S,A项正确。Z(Cl)元素氧化物对应水化 物的酸性不一定强于Y(S),比如HClO的酸 性比 H2SO4 的弱,但是Z(Cl)元素最高价氧 化物对应水化物 HClO4 的酸性比 H2SO4 的 强,B项错误。还原性S2->O2-,C项错误。 由Cl2+H2O􀪅􀪅HCl+HClO可知,Cl2 既表 现氧化性又表现还原性,D项错误。 答案:A 题型3:给出分子结构推断 小窍门1:如何判断离子化合物的各原 子有 多 少 键? 将 离 子 化 合 物 改 为 共 价 化 合物。 例如Y+ ZW X W W 􀪅􀪅 􀭠 􀭡 􀪁 􀪁 􀪁 􀪁 􀭤 􀭥 􀪁 􀪁 􀪁 􀪁 2- Y+,推断 W 是 什么元素时,面临一个问题,W 可以形成双 键又可以形成单键,是什么元素? 其实可以 这样理解:假设是共价化合物拆除[]变成 7 知识篇 知识结构与拓展 高考理化 2024年10月 ZWY X W Y W 􀪅􀪅 ,3个 W 都是2个键了。 请 对 比 Na+ PO F O O 􀪅􀪅 􀭠 􀭡 􀪁 􀪁 􀪁 􀪁 􀭤 􀭥 􀪁 􀪁 􀪁 􀪁 2- Na+ 和 POH F O H O 􀪅􀪅 。 小窍门2:很多物质的键“违背常理”,考 虑配位键。 例如,X、Y、Z序数依次增大,其中Z的 氧化物是常见污染性气体,它们组成的一种 化合物结构式为 ZX X X Y X X X 。Z和 Y 都 能形成4个键,可能想到C和Si,但是X、Y、 Z序数依次增大,Z是C,意味着Y的序数要 比C的小,因此正常的思路无法推断出来。 其实该物质是氨硼烷: NH H H B H H H ,其中 的N—B键是配位键N→B。 小窍门3:多认识几种含氧酸的结构。 硫代硫酸(H2S2O3): SOH O ↑ S ↓ O H 。 过二硫酸(H2S2O8): H O S O ↑ O ↓ O O S O ↑ O ↓ O H 。 亚磷酸(H3PO3): POH H O H O 􀪅􀪅 。 次磷酸(H3PO2):H O P H H O􀪅 。 解题示范5:短周期元素W、X、Y、Z的原 子序数依次增大,W、Z位于同主族,四种元 素 组 成 的 一 种 化 合 物 的 结 构 式 为 Y+ [X Z W W W]-􀪅 。下列说法不正确的是( )。 A.W的最简单氢化物的稳定性比X的弱 B.X、Y形成的化合物水溶液显碱性 C.W 与Y形成的化合物中一定含有离 子键 D.原子半径:Y>Z>X>W 解析:W、X、Y、Z四种元素依次为 O、F、 Na、S。化 合 物 的 结 构 存 在 配 位 键: ,因此F、S、O满足8e- 稳定结 构,该 化 合 物 也 可 以 看 做 氟 代 硫 酸 ( )和氢氧化钠中和产物。氧的非 金属性比氟的弱,稳定性 H2O<HF,A项正 确。NaF溶液显碱性,B项正确。Na2O2 和 Na2O中均含有离子键,C项正确。原子半径 Na>S>O>F,D项错误。 答案:D 解题示范6:科学家合成出了一种新化 合物,如下所示,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( )。 W+ X Z Z Z Y X Z Z Z􀭠 􀭡 􀪁 􀪁 􀪁􀪁 􀭤 􀭥 􀪁 􀪁 􀪁􀪁 - 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 解析:W、X、Y、Z为同一短周期元素,可 能同处于第二或第三周期,观察新化合物的 结构示意图可知,X为4价,X可能为C或 Si。若X为C,则Z核外最外层电子数为C 原 子核外电子数的一半, 即为 3, 对应 B 元 8 知识篇 知识结构与拓展 高考理化 2024年10月 􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗􀥗 素,不符合成键要求,不符合题意,故X为Si, W能形成+1价阳离子,可推出 W 为Na元 素,Z核外最外层电子数为Si原子核外电子 数的一半,即为7,可推出Z为Cl元素。Y能 与2个Si原子形成共价键,另外得到1个电 子达到8电子稳定结构,说明Y原子最外层 有5个电子,进一步推出Y为P元素,即 W、 X、Y、Z分别为 Na、Si、P、Cl元素。WZ为 NaCl,其水溶液呈中性,A项错误。元素非金 属性Cl>P>Si,B项错误。P的最高价氧化 物的水化物为 H3PO4,是中强酸,C项正确。 P原子最外层有5个电子,与2个Si原子形 成共价键,另外得到1个电子,在该化合物中 P原子满足8电子稳定结构,D项错误。 答案:C (责任编辑 谢启刚) 9 知识篇 知识结构与拓展 高考理化 2024年10月