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攻克高考化学推断题(连载二)

2009-1-18 13:28:13  来源:高中化学  作者:xpyhd  【 】  浏览:

. 基于元素周期表的推断

1. 元素的基本知识

   我们将1~20号元素抽出,可以看到,几乎所有的基于元素周期表的推断题,都是从这个简单的二十个元素中中衍生出来的。因此,我们首先要对它们的每一个细节都能烂熟于心,包括元素的符号、名称、具体的位置(周期、族)、原子的基本信息(原子序数、最外层电子数、电子层数、原子结构示意图等)、常见的价态、能形成的离子等等。

解答这一类问题时,我们还应该掌握一些有关元素的基本的特征性的常识。下面对标有红色字体的元素(单质)的基本特征性知识做一个总结。

1号元素 氢:原子半径最小,同位素没有中子,密度最小的气体。

6号元素 碳:形成化合物最多的元素,单质有三种常见的同素异形体(金刚石、石墨、富勒烯)。

7号元素 氮:空气中含量最多的气体(78%),单质有惰性,化合时价态很多,化肥中的重要元素。

8号元素氧:地壳中含量最多的元素,空气中含量第二多的气体(21%)。生物体中含量最多的元素,与生命活动关系密切的元素,有两种气态的同素异形体。

9号元素 氟:除H外原子半径最小,无正价,不存在含氧酸,氧化性最强的单质。

11号元素 钠:短周期元素中原子半径最大,焰色反应为黄色。

12号元素 镁:烟火、照明弹中的成分,植物叶绿素中的元素。

13号元素铝:地壳中含量第三多的元素、含量最多的金属,两性的单质(既能与酸又能与碱反应),常温下遇强酸会钝化。

14号元素 硅:地壳中含量第二多的元素,半导体工业的支柱。

15号元素磷:有两种常见的同素异形体(白磷、红磷),制造火柴的原料(红磷)、化肥中的重要元素。

16号元素 硫:单质为淡黄色固体,能在火山口发现,制造黑火药的原料。

17号元素 氯:单质为黄绿色气体,海水中含量最多的元素,氯碱工业的产物之一。

19号元素 钾:焰色反应呈紫色(透过蓝色钴玻璃观察),化肥中的重要元素。

20号元素 钙:人体内含量最多的矿质元素,骨骼和牙齿中的主要矿质元素。

2. 由基本元素的基本延伸——基本元素间形成的化合物

1)等电子情况 请熟记下面的两类特殊的等电子粒子

①常见的10电子粒子

简单原子或离子:Na+ Mg2+ Al3+F-   分子:CH4NH3H2OHFNe

复杂离子:NH2- NH4+ H3O+ OH-

②常见的18电子粒子
简单原子或离子:ArK+Ca2+Cl-S2-     分子(氢化物):HClH2SPH3SH4

分子(9+9型):F2H2O2N2H4C2H6CH3OHCH3NH2CH3FNH2OH

复杂离子:HS-

注:所谓“9+9型”分子,实际上都是几个9电子的官能团(—OH、—NH2、—CH3、—F)的两两的组合。

2)二元化合物的数据特征 在元素推断题中,元素构成化合物时的一些“数据特征”也是命题人十分青睐的命题信息。下面对一些常见的二元化合物的“数据特征”作一些总结

①多种比例的情况:最常见的是两种原子以1:1和1:2(或2:1)的组成形成化合物的情况,此时首先应考虑H2O2H2ONa2O2Na2O,此外还应注意COCO2NONO2,再延伸到过渡金属可想到FeSFeS2CuOCu2O,甚至有机物中的C2H2C2H4

②XY2型化合物的可能情况:IIA族与VIIA族化合物:BeF2BeCl2MgF2MgCl2CaF2CaCl2 氧化物与硫化物:CO2NO2SO2SiO2CS2

③XY3型化合物的可能情况:氢化物和卤化物:BF3、BCl3、AlF3、AlCl3、PCl3、NH3、PH 氧化物:SO3 氮化物:LiN3、NaN3

④其它情况:由于篇幅有限,X2Y、X3Y型化合物的情况就留给读者自己归纳了。此外,一定要注意题目的要求是“XY2”还是“X与Y以1:2组成”,如是后者,除了考虑到2:4的组成外,往往要还要考虑有机物(如1:2组成的烯烃)。

3)常考到的多元化合物 元素推断题中,常会对三种以上的基本元素组成的化合物的性质进行考察。下面对1~20号元素间可形成的化合物进行一些总结

离子化合物 几种常考到的酸根离子NO3-CO32-HCO3-SO32-HSO3-SO42-HSO4-HS-PO43-H2PO42-HPO4-SiO32AlO2-与Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Al3+等形成的多元离子化合物是常见的考察内容。其中常见的命题内容有:NO3-在酸性条件下的氧化性,CO32-和HCO3-、SO32-和HSO3-、Al3+、AlO2-和Al(OH)3的相互转化,SO32-、HSO3-、HS-的还原性,弱酸根的水解方程式的书写(尤其是负二价弱酸根的分步水解)。

上述的这些阴离子中,有一个极易被忽略但又极容易考到的离子——HSO4-,当题目问到上面这些离子之间的相互反应时,我们应马上想到它。HSO4-最大的特性是它是唯一有强酸性的阴离子,它的性质是H+SO42-的共同性质,上面的CO32-、HCO3-、SO32-、HSO3-、HS-、AlO2-等离子与HSO4-的反应都曾在题目中出现。

共价化合物 元素推断题中对多元共价化合物的考察主要是对氧化物的水化物的考察,高中阶段常见的有H2CO3、HNO3、NaOH、Mg(OH)2、Al(OH)3、H2SiO3、H3PO4、H2SO3、H2SO4、HClO4、KOH、Ca(OH)2,应熟悉他们之间酸性、碱性、氧化性、还原性的基本比较。

3. 实际题目的推断演练——快速确定元素种类

下面给出几道高考试题或高考模拟题中元素周期表推断题的题干描述,请以最快的速度将题目中的各字母所代表的元素推出。

(1)(07重庆)a、b、c、d、e是短周期元素,周期表中a与b、b与e相邻;a与e的最外层电子数之比为2∶3,b的最外层电子数比c的最外层电子数少1个;常见化合物d2c2与水反应生成c的单质,且溶液使酚酞试液变红。

(2)(08全国II)Q、R、X、Y、Z 为前 20 号元素中的五种, Q 的低价氧化物与X 单质分子的电子总数相等, R 与 Q 同族, Y 和 Z 的离子与 Ar 原子的电子结构相同, Q 能分别与 Y、Z 形成的共价化合物,且原子序数Y<Z。

(3)(07上海)现有部分短周期元素的性质或原子结构如下表:

 

元素编号

元素性质或原子结构

T

M层上有2对成对电子

X

最外层电子数是次外层电子数的2倍

Y

常温下单质为双原子分子,其氢化物水溶液呈碱性

Z

元素最高正价是+7价

 

(4)(07天津)U、V、W、X、Y、Z是原子序数依次增大的六种常见元素。Y的单质在W2中燃烧的产物可使品红溶液褪色。Z和W元素形成的化合物Z3W4具有磁性。U的单质在W2中燃烧可生成UW和UW2两种气体。X的单质是一种金属,该金属在UW2中剧烈燃烧生成黑、白两种固体。

(5)(07南昌统考)现有A、B、C、D、E五种常见短周期元素,已知:
①元素的原子序数按A、B、C、D、E依次增大,原子半径按D、E、B、C、A顺序依次减小;
②A、D同主族,A是所有元素中原子半径最小的元素;B与C的位置相邻;C元素原子最外层电子数是次外层电子数的3倍;
③B、D、E三者的最高价氧化物有水化物依次为甲、乙、丙,它们两两之间均可反应生成可溶性盐和水,且所得盐中均含C元素;
④B、E两种元素原子最外层电子数之和等于A、C、D三种元素原子最外层电子数之和。

(6)(07北京朝阳二模)表中为一短周期元素及相应氢化物沸点的数据:

 

元素
性质

元素编号

氢化物的沸点(℃)

-60.7

-33.4

100

-87.7

19.54

-84.9

最高化合价

+6

+5

 

+5

 

+7

最低化合价

-2

-3

-2

-3

-1

-1

 

A、B、Y均为上表中的元素,X是一种历史悠久,应用广泛的金属元素。
Ⅰ.X与Y可形成化合物XY、XY2,二者可用接触法制强酸甲;
Ⅱ.A与B可形成化合物AB、AB2,二者可用于制备强酸乙。

(7)(07武汉)X、Y、Z、W为原子序数依次增大的四种短周期元素,其中X元素原子的核外电子总数等于其电子层数,Z元素的气态氢化物和它的氧化物在常温下反应生成Z单质和水,X与Y、W可分别形成YX3和XW型共价化合物,YX3极易溶于水。

(8)(07湖北联考)已知A、B、C、D均为短周期元素,且原子序数依次递增;A、B、C三种元素的核电荷数之和等于D元素的核电荷数,且D元素的核电荷数为C的2倍;C、D两元素同主族,且能在一定条件下发生下面两个反应
①化合物(只含A、B)跟化合物(只含B、C)按物质的量比2:3反应生成单质(含B)和化合物(只含A、C)
②化合物(只含A、D)跟化合物(只含C、D)按物质的量比2:1反应生成单质(含D)和化合物(只含A、C)

下面是上面题目的答案:

(1)a. C  b. N  c. O  d. Na  e. S     (2)Q. C  R. Si  X. N  Y. S  Z Cl

(3)T. Mg  X. C  Y. N  Z. Cl        (4)U. C  V. N  W. O  X. Mg  Y.S  Z. Fe

(5)A. H  B. C  C. O  D.Na  E. Si   (6)A. N  B. O  X. Fe  Y. S

(7)X. H  Y. N  Z. S  W. Cl         (8)A.H  B. N  C. O  D. S

    我们可以发现,上面的8道题中,H、C、N、O、S五种非金属元素的出现频率都非常高,尤其是N和S,出现了7次,而这两种元素恰恰是高中化学元素和化合物部分中最重要的两种元素。因此,我们在做元素推断题时,一定要对这两者多一个“心眼”。

在推断上面的题目的过程中,读者们一定对题目的“突破口”有了更深刻的认识。元素推断题往往会出现一两个直观的信息,能直接从中推出相应的元素。下面将一些在解答上面题目的过程中的重要的“突破口”列举出来:

(1)常见化合物d2c2与水反应生成c的单质,且溶液使酚酞试液变红——联想到Na2O2

(2)Q的低价氧化物与X 单质分子的电子总数相等——由“低价氧化物”和“单质分子”不难推知二者为CON2

(5)A、D同主族,A是所有元素中原子半径最小的元素——很容易想到第一主族的HNa;C元素原子最外层电子数是次外层电子数的3倍;——显然只能为O

(6)X是一种历史悠久,应用广泛的金属元素——易知XFe
(7)X元素原子的核外电子总数等于其电子层数——电子层数大于1时易知不可能,故只能为H;YX3极易溶于水——显然是NH3

(8)A、B、C、D均为短周期元素,且原子序数依次递增,A、B、C三种元素的核电荷数之和等于D元素的核电荷数,且D元素的核电荷数为C的2倍;C、D两元素同主族——核电荷数能成倍数的同族元素只可能是OS,不难得到AHBN

我们可以总结出确定元素种类的一些基本方法:①由核外电子排布确定 ②由元素原子的一些基本信息(原子序数、原子半径等)确定 ③由元素的一些特性确定(见前面的归纳)

④由元素间形成的化合物的组成比确定 ⑤由元素间形成化合物的性质确定

4. 实际题目的推断演练——准确解答题中的问题

化学推断题中,推断的内容一般只是题目中的一个部分,而要真正将整道题目完成,我们还需要正确地答出题中的问题。下面给出上面8道题中的一些有难度的小问。

(1)④一定量的d2c2与ac2反应后的固体物质,恰好与0.8 mol稀盐酸溶液完全反应,并收集到0.25 mol气体,则用物质的量表示该固体物质的组成为                   

(2)②R的氢化物分子的空间构型是__________,属于__________分子(填“极性”或“非极性”);它与 X 形成的化合物可作为一种重要的陶瓷材料,其化学式是;_______________;

(3)④探寻物质的性质差异性是学习的重要方法之一。T、X、Y、Z四种元素的最高价氧化物的水化物中化学性质明显不同于其他三种的是                   ,理由是                 

(4)④YW2气体通人BaCl2和HNO3的混合溶液,生成白色沉淀和无色气体VW,有关反应的离子方程式为                             ,由此可知VW和YW2还原性较强的是(写化学式)                                      

(5)④将质量分数为5 .2%的乙溶液1L(密度为1.06g·cm3)用铂电极电解,写出电解时,阳极发生的电极方程式                    。电解一段时间后,阴极析出的物质的质量为20g,此时乙溶液的质量分数为               

(6)②下列有关强酸甲、乙说法正确的是                    
 a.二者的浓溶液在常温时均可用铁制成铝制的容器贮运
 b.二者的浓溶液压在敞口容器中放置,质量都会变化
 c.工业生产强酸甲、乙时,都要用水吸收相应的氧化物
 d.二者的稀溶液均是强氧化剂

(7)⑤已知X单质和Y单质反应生成YX3是可逆反应,△H<0。将X、Y的两种单质以等物质的量充入一密闭容器中,在适当催化剂和恒温、恒压下反应。下列说法正确的是                  
    a.达到化学平衡时,热呢后一种物质的正反应速率与逆反应速率相等
    b.反应过程中,Y单质的体积分数始终为50%
    c.达到化学平衡时,X、Y两种单质在混合气体中的物质的量之比为1:1
    d.达到化学平衡的过程中气体平均相对分子质量减小
    e.达到化学后,升高温度,YX3的体积分数增大

(8)④含有这四种元素(四种元素都含有)的各种化合物中,相同浓度下,溶液的pH最小的化合物的化学式为_________,该化合物的晶体中阳离子与阴离子的个数比为________。

 

这8道小问涉及到了高中化学的各个方面,其中元素化合物的基本知识和化学计算知识是命题人最为青睐的“区分度”设置点。而化学的基本理论,如化学平衡理论、电解质溶液理论和电化学理论同样也是重要的命题点。下面对这几个小问的方法进行简要的点拨。

(1已知反应后的固体必为Na2O2Na2CO3的混合物,结合方程式和题中的数据0.8 mol稀盐酸0.25 mol气体(CO2),利用方程组的方法即可求解。

(2)R的氢化物为SiH4,参考CH4的基本知识不难得到答案。而Si与N间形成的化合物由化合价规则即可确定为Si3N4

(3)本题为开放性问题,四种物质皆有其特性,如Mg(OH)2为难溶性碱,H2CO3为弱酸,HNO3为常温下强化型极强的酸,HClO4为酸性最强的酸

(4)SO2通入BaCl2和HNO3的混合溶液,先发生氧化还原反应,然后SO42-Ba2+结合成沉淀。据此不难写出方程式,由方程式知还原性SO2>NO。

(5)电解NaOH溶液,阳极发生氧化反应,OH-放电生成O2。而电解的过程相当于电解水,阴极析出20gH2时,溶液质量减少了10×18g,而溶质NaOH的质量不变,于是不难算出反应后溶质的质量分数。

(6)c. 吸收SO3采用的是98%的浓硫酸;d. 稀硫酸为弱酸

(7)c. 反应中N2H2的化学计量数比为13,平衡时二者体积比不可能相等;d. 正反应的体积减小,混合气体平均相对分子质量增大;e. 升高温度反应向逆反应方向移动,NH3体积分数减小。

(8)含有四种元素的化合物必为铵根和硫的含氧酸根形成的盐,同浓度时能完全电离的HSO4-应是pH最小的,硫酸氢盐以晶体形式存在或熔融时只含有NH4+和HSO4-

答案:(10.3 mol Na2O20.1 mol Na2CO 2)正四面体;非极性;Si3N4

3)略  43SO22NO33Ba22H2O3BaSO42NO4H SO2

54OH4e2H2O+O26.26%  6a 7a 8NH4HSO411

我们可以看出,在元素推断题中出现的计算题和基本理论的问题的难度并不大,这与综合题的基本特性是相符的。命题人在命制综合题的过程中,由于必须从多方面、多角度考虑问题,又必须遵循推断题的基本模式,因而这类综合题的小问通常只是涉及的知识面较宽而已,并不会有太大的难度。


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