湖北 黃曉斌 云南 劉 剛

元素推斷、元素周期律試題是高考必考題型，該類試題?？汲Ｐ?，情境新穎，信息量大，常以文字?jǐn)⑹鲂团c圖表型出現(xiàn)，關(guān)鍵信息的呈現(xiàn)形式包括物質(zhì)框圖推斷、部分周期表、物質(zhì)結(jié)構(gòu)式、核反應(yīng)式、熱重曲線等。尤其是2022全國乙卷的元素推斷的考查，由定性分析變化為定量分析，增加了對考生計(jì)算能力的考查，要求考生具備信息整理、數(shù)據(jù)處理、演繹推理、解決問題的綜合能力。本文就如何注重證據(jù)推理及豐富數(shù)據(jù)演繹，去突破解決該類試題的思維障礙進(jìn)行闡述，望對備考師生有所幫助。

一、真題詳細(xì)分析

(2022·全國乙卷·11)化合物(YW4X5Z8·4W2Z)可用于電訊器材、高級玻璃的制造。W、X、Y、Z為短周期元素，原子序數(shù)依次增加，且加和為21。YZ2分子的總電子數(shù)為奇數(shù)，常溫下為氣體。該化合物的熱重曲線如圖1所示，在200℃以下熱分解時(shí)無刺激性氣體逸出。下列敘述正確的是

圖1

( )

A.W、X、Y、Z的單質(zhì)常溫下均為氣體

B.最高價(jià)氧化物的水化物的酸性：Y

C.100～200℃階段熱分解失去4個(gè)W2Z

D.500℃熱分解后生成固體化合物X2Z3

1.試題的考查內(nèi)容與考查要求

試題以五硼酸銨(NH4B5O8·4H2O)的熱重分析曲線為載體，通過復(fù)雜且陌生的情境，考查學(xué)生綜合運(yùn)用知識和能力應(yīng)對復(fù)雜問題的水平。在題干信息及選項(xiàng)的設(shè)置上，層層設(shè)卡，環(huán)環(huán)相扣，需要考生瞻前顧后，考查學(xué)生的思維品質(zhì)、思維程序和思維方法，體現(xiàn)考生的關(guān)鍵能力和學(xué)科素養(yǎng)。

表1 試題考查內(nèi)容與考查要求分析

2.證據(jù)推理

根據(jù)化合物的分子式Y(jié)W4X5Z8·4W2Z及C選項(xiàng)失去4個(gè)W2Z，結(jié)合化合物受熱時(shí)的分解規(guī)律可知，先失去結(jié)晶水，由此可推出W為H元素，Z為O元素。由于W、X、Y、Z原子序數(shù)依次增加且加和為21，該加和值較小，且其中兩種元素已經(jīng)確定，再結(jié)合題意“在200℃以下熱分解時(shí)無刺激性氣體逸出”，則說明在200℃以上熱分解時(shí)會產(chǎn)生刺激性氣味氣體，高中階段熟知的刺激性氣味氣體有SO2、NO2、NH3等。已知Y的二氧化物分子的總電子數(shù)為奇數(shù)，而NO2的總電子數(shù)恰為奇數(shù)，則Y為N元素，該刺激性氣體為NH3，則可推出X為B元素，該化合物的化學(xué)式為NH4B5O8·4H2O。

3.數(shù)據(jù)演繹

表2 NH4B5O8·4H2O熱分解的數(shù)據(jù)演繹

4.思維障礙突破

試題情境陌生且復(fù)雜、計(jì)算量大，如果考生推理能力與計(jì)算能力較差，在考試時(shí)的有限時(shí)間內(nèi)，可從熟知的知識入手，結(jié)合基礎(chǔ)知識進(jìn)行證據(jù)推理，推出化合物中的四種元素，運(yùn)用元素周期律知識判斷排除A、B選項(xiàng)，對于失去的結(jié)晶水的數(shù)目，可運(yùn)用數(shù)據(jù)進(jìn)行證實(shí)或證偽，即若失去4個(gè)H2O，其質(zhì)量保留百分?jǐn)?shù)為73.6%，明顯與熱重曲線圖像中質(zhì)量保留百分?jǐn)?shù)為80.2%不吻合，綜合推斷排除A、B、C選項(xiàng)。在進(jìn)行四種元素的推理時(shí)，查詢本卷給出的可能用到的相對原子質(zhì)量可快速判斷其中一種元素為B元素，也不失為一種快速巧妙的解法。

二、題型的情境變化及創(chuàng)新變化

元素推斷題試題情境的變化從文字?jǐn)⑹鲂偷綀D表型，圖表類型涉及物質(zhì)的框圖推斷、部分周期表、物質(zhì)結(jié)構(gòu)式、核反應(yīng)式，均為定性分析型，其中難度略大的為物質(zhì)結(jié)構(gòu)式型，考生的基礎(chǔ)知識不牢固，無法根據(jù)化學(xué)鍵知識進(jìn)行元素推斷。熱重曲線為定量分析型試題信息，難度增大，考生遇到此類問題時(shí)，會束手無策，無法快速解決此類問題。隨著各省市陸續(xù)進(jìn)入新高考，試題考查更注重綜合性與創(chuàng)新性，新情境新載體題型會逐漸常態(tài)化，如在試題考查中涉及晶胞分析、定量計(jì)算的框圖推斷等。

圖2 題型的情境變化及創(chuàng)新變化

三、基于數(shù)據(jù)演繹的元素推斷原創(chuàng)模擬題

1.結(jié)合定量計(jì)算的框圖推斷進(jìn)行考查

浙江卷的定量計(jì)算框圖推斷題信息量大，思維容量大，既考查基礎(chǔ)知識，更考查考生的推理論證、數(shù)據(jù)處理的能力。

【變式1】化合物A由4種原子序數(shù)依次增大的W、X、Y、Z組成，加熱A，可產(chǎn)生使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體C，取30.1 g A溶于鹽酸，完成如下實(shí)驗(yàn)。白色沉淀E既可溶于強(qiáng)酸，又可溶于強(qiáng)堿。

圖3

下列說法正確的是

( )

A.原子半徑：Y>Z>X>W

B.化合物XW3、XZ3均滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)

C.將產(chǎn)生的氣體C溶于水配成1 L溶液，其pH為13

D.白色固體F的化學(xué)式為Y2O3，其質(zhì)量為10.2 g

【參考答案】D

【試題分析】

①證據(jù)推理：使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)的氣體為NH3，可推斷出A中含有N、H兩種元素；白色沉淀E是由溶液D與CO2反應(yīng)生成，結(jié)合已有知識，可知白色沉淀E為Al(OH)3，可推斷出A中含有Al元素；溶液B2與過量硝酸酸化的AgNO3溶液反應(yīng)生成白色沉淀G，成分為AgCl，可知溶液B2中含有Cl-，Cl-可能來源于鹽酸，也可能來源于化合物A，則基本可推斷出A中含有Cl元素。

表3

【命題思路及試題點(diǎn)評】試題改編于2021年浙江卷高考試題，在命題中，筆者對數(shù)據(jù)進(jìn)行了簡單的處理，且未給出白色固體F的質(zhì)量，使試題難度加大。試題中數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的巧妙之處在于對溶液B分為兩等份，在計(jì)算時(shí)應(yīng)特別注意兩倍的關(guān)系。

2.結(jié)合晶體結(jié)構(gòu)分析進(jìn)行考查

新教材新高考背景下，物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)為選擇性必修內(nèi)容，原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，晶胞的分析滲透是對宏觀辨識與微觀探析學(xué)科核心素養(yǎng)的考查，涉及晶胞的分析、密度的計(jì)算、分?jǐn)?shù)坐標(biāo)的確定等。以此為載體進(jìn)行元素推斷題的命制，別具一番風(fēng)味。

圖4

下列說法錯(cuò)誤的是

( )

A.Z位于元素周期表第三周期第ⅥA族

B.該晶體的化學(xué)式可表示為XYZ2

C.Y2Z3既能與強(qiáng)酸反應(yīng)，也能與強(qiáng)堿反應(yīng)

D.完全煅燒0.1 mol該礦石，可生成4.48 L ZO2(折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積)

【參考答案】C

【試題分析】

①證據(jù)推理：金屬元素的焰色試驗(yàn)中，各金屬元素的焰色分別為Na—黃色，K—紫色，Ca—磚紅色，Cu—綠色，據(jù)此可知X為Cu元素；在高中階段熟知Fe3O4為磁性氧化鐵，具有磁性，則Y為Fe元素；Z元素原子序數(shù)最小，且為非金屬元素，結(jié)合D項(xiàng)可知Z可能為S元素，恰與A項(xiàng)吻合。

【命題思路及試題點(diǎn)評】試題以黃銅礦的晶胞結(jié)構(gòu)為情境載體，根據(jù)密度計(jì)算公式計(jì)算出非金屬元素的相對原子質(zhì)量為32，由此確定該元素為S元素。若無法計(jì)算晶體密度，也可通過直選法得到試題的正確答案。通過密度的計(jì)算，考查考生提取信息、數(shù)據(jù)處理的綜合能力。

3.結(jié)合電化學(xué)裝置進(jìn)行考查

電化學(xué)基礎(chǔ)與氧化還原反應(yīng)、元素及其化合物知識關(guān)系緊密，以電化學(xué)裝置為情境載體考查元素周期律、化學(xué)基礎(chǔ)知識與理論、得失電子守恒關(guān)系等，試題考查面廣，打破考點(diǎn)之間的界限，有助于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

【變式3】原子序數(shù)依次遞增的三種短周期元素X、Y、Z組成的物質(zhì)在金屬有機(jī)框架(MOF)催化劑作用下發(fā)生電化學(xué)催化反應(yīng)，原理如圖5所示。三種元素原子序數(shù)加和值為15，若電路中轉(zhuǎn)移2 mol e-，a極可生成0.5 mol Z2。

圖5

下列說法正確的是

( )

A.氫化物的沸點(diǎn)：Z>Y

B.X、Y、Z僅能形成一種化合物X2YZ3

C.X與Y、Z均能形成含18e-的化合物

D.YZ2與X2Z的中心原子的雜化類型相同

【參考答案】C

【試題分析】

①證據(jù)推理：試題題圖信息豐富，可直接根據(jù)分子的球棍模型，推斷出三種元素X、Y、Z分別為H元素、C元素、O元素，其原子序數(shù)加和值為15。

【命題思路及試題點(diǎn)評】試題電化學(xué)還原CO2為高附加值的化學(xué)產(chǎn)品為情境載體，以a電極生成O2的量與轉(zhuǎn)移電子數(shù)的關(guān)系作為數(shù)據(jù)依托，得到各元素的化合價(jià)，推斷出元素?？疾榱穗娀瘜W(xué)的相關(guān)知識及物質(zhì)結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識，如電極反應(yīng)式、中心原子的雜化類型等。試題綜合性強(qiáng)，但難度不大。

四、備考啟示

不論試題情境中關(guān)鍵信息如何呈現(xiàn)，是文字?jǐn)⑹鲂瓦€是圖表型，是定性分析還是定量分析，元素推斷題所考查的重點(diǎn)仍然是元素周期律的核心知識，充分理解題意，明確題干中的量的關(guān)系，首先采用定性的分析方法進(jìn)行證據(jù)推理，再采用定量的分析方法確定元素及進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。備考時(shí)，也應(yīng)關(guān)注各種圖像圖表，圖像圖表的交替使用或是新高考命題的一種趨勢，只有做到充分了解各種圖像圖表的涵義，才能讓學(xué)生在遇到復(fù)雜且陌生的化學(xué)試題做到游刃有余。