專題講座6 元素推斷題的知識貯備和解題方法

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專題講座六　元素推斷題的知識貯備和解題方法 一、元素在周期表中的位置推斷 [知識貯備] 1．根據(jù)核外電子的排布規(guī)律 (1)最外層電子規(guī)律 最外層電子數(shù)(N) 3≤N<8 N＝1或2 N>次外層電子數(shù) 元素在周期表中的位置 主族 第ⅠA族、第ⅡA族、第Ⅷ族、副族、0族元素氦 第二周期 (2)“陰三陽四”規(guī)律 某元素陰離子最外層電子數(shù)與次外層相同，該元素位于第三周期。若為陽離子，則位于第四周期。 (3)“陰上陽下”規(guī)律 電子層結(jié)構(gòu)相同的離子，若電性相同，則位于同周期，若電性不同，則陽離子位于陰離子的下一周期——“陰上陽下”規(guī)律。 【例1】　已知X、Y、Z為三種主族元素，可分別形成Xn＋、Ym＋、Zn－三種離子，已知m>n且X、Y、Z三種原子的M層電子數(shù)均為奇數(shù)。下列說法中不正確的是(　　) A．三種離子中，Ym＋的離子半徑最小 B．Z的最高價氧化物對應(yīng)水化物的分子式為HnZO4 C．X、Y、Z一定在同一周期，且原子半徑Z>X>Y D．三種元素相應(yīng)的最高價氧化物對應(yīng)水化物之間兩兩會發(fā)生反應(yīng) 解析　根據(jù)題中X、Y、Z之間的相互關(guān)系，可以推斷出X、Y、Z分別為Na、Al、Cl元素。Na＋、Al3＋、Cl－三種離子中Al3＋的離子半徑最小，A項正確；Cl的最高價氧化物對應(yīng)水化物的分子式為HClO4，B項正確；Na、Al、Cl元素同處于第三周期，其原子半徑為Na>Al>Cl，即X>Y>Z，C項錯誤；氫氧化鋁為兩性氫氧化物，D項正確。 答案　C 【例2】　短周期元素A、B、C的原子序數(shù)依次增大，其原子的最外層電子數(shù)之和為10，A與C在周期表中位置上下相鄰，B原子最外層電子數(shù)等于A原子次外層電子數(shù)，下列有關(guān)敘述不正確的是 (　　) A．A與C可形成共價化合物 B．A的氫化物的穩(wěn)定性大于C的氫化物的穩(wěn)定性 C．原子半徑A＜B＜C D．B的氧化物的熔點比A的氧化物的熔點高 解析　A與C在周期表中位置上下相鄰，A、C同主族，且A在第二周期，B原子最外層電子數(shù)等于A原子次外層電子數(shù)，B為鎂，據(jù)A、B、C三原子的最外層電子數(shù)之和為10，則A為碳，C為硅，A與C可形成共價化合物SiC，CH4的穩(wěn)定性大于SiH4的，MgO為離子晶體，A的氧化物為分子晶體，MgO的熔點高。原子半徑B＞C＞A。 答案　C [知識貯備] 2．根據(jù)元素周期表結(jié)構(gòu)與原子電子層結(jié)構(gòu)的關(guān)系 (1)幾個重要關(guān)系式 ①核外電子層數(shù)＝周期數(shù)(對于大部分元素來說)； ②主族序數(shù)＝最外層電子數(shù)＝最高正價＝8－|最低負(fù)價| ③|最高正價|－|最低負(fù)價|＝ (2)熟悉主族元素在周期表中的特殊位置 ①族序數(shù)等于周期數(shù)的元素：H、Be、Al。 ②族序數(shù)等于周期數(shù)2倍的元素：C、S。 ③族序數(shù)等于周期數(shù)3倍的元素：O。 ④周期數(shù)是族序數(shù)2倍的元素：Li、Ca。 ⑤周期數(shù)是族序數(shù)3倍的元素：Na、Ba。 ⑥最高正價與最低負(fù)價代數(shù)和為零的短周期元素：H、C、Si。 ⑦最高正價是最低負(fù)價絕對值3倍的短周期元素：S。 ⑧除H外，原子半徑最小的元素：F。 ⑨最高正價不等于族序數(shù)的短周期元素：O(F無正價)。 【例3】　現(xiàn)有A、B、C、D四種短周期元素，它們之間的關(guān)系如下。原子半徑：AH3PO4，①正確；同一周期，從左往右，元素的非金屬性增強(qiáng)，氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性增強(qiáng)，②正確；W為Br，常溫下其單質(zhì)為液態(tài)，可與鐵粉反應(yīng)生成溴化鐵，③正確；W的原子序數(shù)比Z的大19，④錯誤。 答案　C 二、由元素及其化合物的性質(zhì)推斷 [知識貯備] (1)形成化合物種類最多的元素、單質(zhì)是自然界中硬度最大的物質(zhì)的元素或氣態(tài)氫化物中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的元素：C。 (2)空氣中含量最多的元素或氣態(tài)氫化物的水溶液呈堿性的元素：N。 (3)地殼中含量最多的元素、氫化物沸點最高的元素或氫化物在通常情況下呈液態(tài)的元素：O。 (4)等物質(zhì)的量的單質(zhì)最輕的元素：H；最輕的金屬單質(zhì)：Li。 (5)單質(zhì)在常溫下呈液態(tài)的非金屬元素：Br；金屬元素：Hg。 (6)最高價氧化物及其水化物既能與強(qiáng)酸反應(yīng)，又能與強(qiáng)堿反應(yīng)的元素：Al。 (7)元素的氣態(tài)氫化物和它的最高價氧化物對應(yīng)的水化物能起化合反應(yīng)的元素：N；能起氧化還原反應(yīng)的元素：S。 (8)元素的單質(zhì)在常溫下能與水反應(yīng)放出氣體的短周期元素：Li、Na、F。 【例5】　X、Y、Z為同一短周期中的元素，其原子半徑依次減小，它們的最高價氧化物對應(yīng)水化物之間，任意兩種混合均可反應(yīng)，M為Y、Z形成的化合物，其溶液顯酸性。下列說法正確的是 (　　) A．其簡單離子的半徑依次增大 B．將M溶液加熱蒸干并灼燒，最后可得Y的氧化物 C．X燃燒的產(chǎn)物中只含離子鍵 D．將少量X單質(zhì)投入到M溶液中，會置換出Y單質(zhì) 解析　根據(jù)題意不難判斷X、Y分別為Na、Al元素，根據(jù)“M為Y、Z形成的化合物，其溶液顯酸性”的信息可知Z為Cl元素。因為Al2S3在水溶液中是不存在的，則答案可知。 答案　B 【例6】　A、B、C、D、E都是元素周期表中前20號元素，原子序數(shù)依次增大，A是地殼中含量最高的元素，B、C、D同周期，E和其他元素既不在同周期也不在同主族，D的氫化物和最高價氧化物對應(yīng)的水化物均為強(qiáng)酸，且B、C、D的最高價氧化物對應(yīng)的水化物兩兩混合均能發(fā)生反應(yīng)生成鹽和水。據(jù)此回答下列問題： (1)A和D的氫化物中，沸點較低的是____(選“A”或“D”)。 (2)元素C在元素周期表中的位置是________，B的最高價氧化物對應(yīng)的水化物的電子式為________。 (3)A、D、E可以形成多種鹽，其中一種鹽中A、D、E三種元素的原子個數(shù)比為2∶2∶1，該鹽的名稱為________。它的水溶液與D的氫化物的水溶液反應(yīng)可生成D的單質(zhì)，該反應(yīng)的離子方程式為________________。 解析　A是地殼中含量最高的元素，A是氧；D的氫化物和最高價氧化物對應(yīng)的水化物均為強(qiáng)酸，D是氯，B、C、D三元素在第三周期，它們的最高價氧化物對應(yīng)的水化物兩兩混合均能反應(yīng)生成鹽和水，根據(jù)B、C、D原子序數(shù)依次增大，因此B是鈉，C是鋁，據(jù)A、D、E三種元素形成的鹽中，A、D、E三種元素的原子個數(shù)比為2∶2∶1知E為＋2價金屬Ca。 答案　(1)D　(2)第三周期第ⅢA族　 (3)次氯酸鈣　ClO－＋2H＋＋Cl－===Cl2↑＋H2O 三、綜合利用“位”、“構(gòu)”、“性”關(guān)系推斷 [知識貯備] 1．“位、構(gòu)、性”三者之間的關(guān)系 2．推斷元素的常用思路 根據(jù)原子結(jié)構(gòu)、元素周期表的知識及已知條件，可推算原子序數(shù)，判斷元素在周期表中的位置等，基本思路如下： 【例7】　短周期主族元素甲、乙、丙、丁、戊五種元素在元素周期表中的位置如下圖所示，其中戊是同周期中原子半徑最小的元素。下列有關(guān)判斷正確的是 (　　) 甲 乙 丙 丁 戊 A.最外層電子數(shù)：甲>乙>丙>丁>戊 B．簡單離子的離子半徑：丙<乙<丁<戊 C．含有丁元素的酸有多種 D．乙的氫化物多種多樣，丙、丁、戊的氫化物各有一種 解析　第一周期只有兩種元素，而短周期為前三周期，故甲、乙、丙所在周期為第二周期，戊元素原子半徑最小，故為第三周期第ⅦA族，即Cl元素，由此推知甲、乙、丙、丁分別為B、C、N、S。甲、乙、丙、丁、戊五種元素原子最外層電子數(shù)分別為3、4、5、6、7，故A錯；核外電子數(shù)相同的簡單離子，其離子半徑隨核電荷數(shù)的增加而減小，B錯；丁元素為S，含有S的酸有硫酸、亞硫酸、氫硫酸、硫氰酸等，故選項C正確；氮的氫化物有NH3、N2H4，故D錯。 答案　C 【例8】　下表是元素周期表中的一部分，表中所列字母分別代表一種化學(xué)元素，請回答下列問題： (1)寫出j在周期表中的位置__________。 (2)o、i、p三種元素之間能以原子個數(shù)之比1∶1兩兩形成互化物，這些互化物的性質(zhì)類似于這些元素單質(zhì)的性質(zhì)。請寫出i、p的互化物與f、l形成的化合物等物質(zhì)的量反應(yīng)時的化學(xué)方程式：__________________________________________________。 (3)假設(shè)NH是“元素NH4”的陽離子，則“元素NH4”在周期表中的位置應(yīng)該是______________；NH4的碳酸鹽應(yīng)________(填“易”或“不易”)溶于水。 解析　(1)由元素周期表的結(jié)構(gòu)知，j處于第四周期，周期表的第4個橫行的結(jié)構(gòu)包括，第ⅠA～ⅡA族、第ⅢB～ⅦB族、第Ⅷ族、第ⅠB～ⅡB族、第ⅢA～ⅦA族部分元素，j是第Ⅷ族。 (2)由題意知i、p的互化物為BrCl，f、l形成的化合物為NaI，BrCl中Cl得電子能力強(qiáng)，Cl為－1價，Br為＋1價，類似于鹵素單質(zhì)的性質(zhì)，NaI與BrCl等物質(zhì)的量反應(yīng)生成I2。 (3)NH4的核電荷數(shù)為11，周期表中應(yīng)在第三周期第ⅠA族，類似于鈉，NH4的碳酸鹽易溶于水。 答案　(1)第四周期第Ⅷ族　(2)2BrCl＋2NaI===Br2＋I(xiàn)2＋2NaCl　(3)第三周期第ⅠA族　易 四、元素推斷的特殊技巧舉例 [知識貯備] 1．“公式”＋“驗證”巧推短周期相鄰元素 (1)若已知三元素的核外電子數(shù)(原子序數(shù))之和 經(jīng)驗公式：≈其中某元素的原子序數(shù) 注意：若整除則無解。 (2)若已知相鄰三元素的最外層電子數(shù)之和 ①能被3整除，則三種元素的位置關(guān)系只能為同周期相鄰或同主族相鄰； ②同時不能被3和2整除，則必有兩元素在同一偶數(shù)族，另一元素為相鄰奇數(shù)族； ③雖然不能被3整除，但是能被2整除，則必有兩元素在同一奇數(shù)族，另一元素為相鄰偶數(shù)族。 【例9】　有三種相鄰元素A、B、C，已知A、B處于同一周期，且B、C處于同一主族相鄰位置。又知這三種元素原子的質(zhì)子數(shù)之和是31，最外層電子數(shù)之和為17，試推斷A、B、C各為何種元素。 解析?。?…2，＝13(整除)，故一種元素為7N。又由于17既不能被3整除，也不能被2整除，則另外兩元素都在偶數(shù)族，只能是8O和16S，經(jīng)驗正符合題意。 答案　A為N元素，B為O元素，C為S元素。 [知識貯備] 2．位置圖示法 所謂圖示法就是采用圖形或圖表對題目條件進(jìn)行形象化的展示，直觀地揭示題目條件間的內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律，把握解題的關(guān)鍵。 【例9】可用圖示法推斷。 解析　分析題意，我們可將A、B、C這三種元素在元素周期表中的位置，列出如下四種情形： 再根據(jù)三元素的原子序數(shù)的關(guān)系，列出代數(shù)式，求解，簡單直觀。 設(shè)B的質(zhì)子數(shù)為x。根據(jù)三種元素原子的質(zhì)子數(shù)之和為31，綜合分析上述四種情況，可列出以下四個代數(shù)方程式： ①(x－1)＋x＋(x＋8)＝31，解之得x＝8； ②x＋(x＋1)＋(x＋8)＝31，解之得x＝(不合理)； ③(x－1)＋x＋(x－8)＝31，解之得x＝(不合理)； ④(x＋1)＋x＋(x－8)＝31，解之得x＝(不合理)。 則A：質(zhì)子數(shù)8－1＝7，是氮元素；B：質(zhì)子數(shù)為8，是氧元素；C：質(zhì)子數(shù)為8＋8＝16，是硫元素。N、O、S三種元素原子的最外層電子數(shù)之和為5＋6＋6＝17，符合題意。 [知識貯備] 3．“直覺”＋“驗證”技巧 直覺，就是一種對問題直接的、有意識的、不經(jīng)嚴(yán)密邏輯推理的思維，它可以跨越復(fù)雜的推理過程，直接得出結(jié)論。豐富的知識積累是產(chǎn)生直覺的重要前提，但由于直覺產(chǎn)生的結(jié)論只是一種可能的猜測，因此只有對結(jié)論進(jìn)行嚴(yán)格的邏輯論證和檢驗，才能得出正確的答案。 【例10】　A、B、C、D四種短周期元素，原子序數(shù)依次增大。A、D同族，B、C同周期。A、B組成的化合物甲為氣態(tài)，其中A、B的原子數(shù)之比為4∶1，由A、C組成的兩種化合物乙、丙都是液態(tài)，乙中A、C原子數(shù)之比為1∶1，丙中A、C原子數(shù)之比為2∶1，由D、C組成的兩種化合物丁和戊都是固體，丁中D、C原子數(shù)之比為1∶1，戊中D、C原子數(shù)之比為2∶1，寫出下列物質(zhì)的化學(xué)式：甲________，乙________，丙________，丁________，戊________。 解析　根據(jù)原子個數(shù)比為4∶1的氣態(tài)化合物，直覺將甲猜為CH4，再根據(jù)乙、丙分別是由A、C元素形成的原子數(shù)之比為1∶1、2∶1的液態(tài)化合物，直覺將乙猜為H2O2，丙猜為H2O；根據(jù)A、D同主族，順推A、B、C、D四種元素分別為氫、碳、氧、鈉，最后根據(jù)B、C同周期，D、C形成原子個數(shù)比為1∶1、2∶1的固體化合物，分別為Na2O2、Na2O符合實際，則猜想正確。 答案　CH4　H2O2　H2O　Na2O2　Na2O 8