知识立意向能力立意转变的新尝试——谈高考对元素周期律的考查

在复习元素周期律和元素周期表时要清楚元素周期律是元素周期表的理论根据，元素周期表是元素周期的具体表现形式，元素周期律不是象春夏秋冬那样周而复始的变化规律，而是一种否定之否定的螺旋式的变化规律。只有基于这种认识才能对元素周期律有着较深刻的认识和理解，正因为元素周期律发现和运用的历史是一种人类对自然规律的认识从必然王国走向自由王国的历史，故元素周期律和元素周期表一直是高考改革以来变知识立意为能力立意的命题素材，成为近年高考的热点，现分别简介如下。
    热点之一：元素周期律的迁移应用
    [例1]下表是元素周期表的一部分，表中所列的字母分别代表某一化学元素
    
    （1）下列__________（填写编号）组元素的单质可能都是电的良导体。
    

    ①a、c、h　　②b、g、k　　③c、h、l　　④d、e、f
    

    （2）如果给核外电子足够的能量，这些电子便会摆脱原子核的束缚而离去。核外电子离开该原子或离子所需要的能量主要受两大因素的影响：
    

    1、原子核对核外电子的吸引力　　2、形成稳定结构的倾向
    

    下表是一些气态原子失去核外不同电子所需的能量（kj?mol-1）：
    

	锂	x	y
失去第一个电子	519	502	580
失去第二个电子	7296	4570	1820
失去第三个电子	11799	6920	2750
失去第四个电子		9550	11600

    ①通过上述信息和表中的数据分析为什么锂原子失去核外第二个电子时所需的能量要远远大于失去第一个电子所需的能量__________________________________。
    ②表中x可能为以上13种元素的_______________（填写字母）元素。用元素符号表示x和j形成化合物的化学式_____________________________________________。
    ③y是周期表中________________________________族元素。
    ④以上13种元素中，__________________________（填写字母）元素原子失去核外第一个电子需要的能量最多。
    

    [解析]
    

    解答本题时可顺序作答：除凡是金属元素形成的单质可能都是电的良导体外，还应注意到一个特例即碳元素形成的单质——石墨也是电的良导体。根据碳元素和金属元素在元素周期表中的位置可作出判断。
    在解答li原子失去核外第二个电子时所需能量为什么要远远大于失去第一个电子的能量要充分利用题给两个信息：锂原子不稳定，li^＋已形成稳定结构；由表中所提供数据表明，x原子最外层只有一个电子，因为打掉第一个e^－所需能量与打掉第2个电子所需能量相差倍，而分别打掉第2个电子、第3个电子、直至打掉第4个电子所耗掉的能量分别为4570kj·mol-1、6920kj·mol-1和9550kj·mol-1相差均不到2倍，说明x原子最外电子层只有1个电子，其余3个电子处于同一电子层，故可推知x是钠元素的原子，由j在元素周期表中的位置可推出j是氧元素，同理可分析出，y元素原子的最外层有3个电子，其理由是当打掉y原子核外第一个电子时耗能量580kj·mol-1，而打掉第二个电子时耗掉能量1820kj·mol-1，是打掉第一个电子能量的3.1倍，而打掉第3个电子所耗能量约是打掉第二个电子能量的1.5倍，而打掉第四个电子所耗能量约是打掉第3个电子所耗能量的4.24倍，说明前3个电子能量相差不大，而前3个电子与第四个电子能量相差较大，故前3个电子处于一个电子层，后一个电子位于另一个电子层，因其最外层只有3个电子，故y元素位于iiia族。na和o可形成na₂o和na₂o₂两种化合物。因为m元素是o族元素为稀有气体元素，故该元素原子失去核外第一个电子需要的能量最多。
    

    [答案]（1）①④　（1）①li原子失去一个电子后，li⁺已经形成稳定结构，此时再失去一个电子很困难 　②ana₂o和na₂o₂③iiia或第三主族　④m
    本题是2003年上海高考试题，试题通过给出新信息打掉气态原子核外第一个电子所耗掉能量的数据，让考生通过自学掌握划分电子层的新方法是一种对自学能力知识迁移能力的考查。这种考查形式实质上是元素周期律的迁移应用。
    热点之二：围绕元素周期元素考查研究性学习的能力
    [例2]为探究乙炔与溴的加成反应，甲同学设计并进行了如下实验：先取一定量工业用电石与水反应，将生成的气体通入溴水中，发现溶液褪色，即证明乙炔与溴水发生了加成反应。
    乙同学发现在甲同学的实验中，褪色后的溶液里有少许淡黄色浑浊，推测在制得的乙炔中还可能含有少量还原性的杂物质气体，由此他提出必须先除去后，再与溴水反应。
    

    （1）写出甲同学实验中两个主要的化学方程式_______________________。
    （2）甲同学设计的实验____________（填能或不能）验证乙炔与溴发生加成反应，其现由是_______（多选扣分）。
    

    (a)使溴水褪色的反应，未必是加成反应
    (b)使溴水褪色的反应，就是加成反应
    (c)使溴水褪色的物质，未必是乙炔
    (d)使溴水褪色的物质，就是乙炔
    

    （3）乙同学推测此乙炔中必定含有一种杂质气体是____________，它与溴水反应的化学方程式是___________________________；在实验过程中必须全部除去。
    （4）请你选用下列四个装置（可重复使用）来实现乙同学的实验方案，将它们的编号填入方框，并写出装置内所放的化学药品。
    
    （5）为验证这一反应是加成而不是取代反应，丙同学提出可用ph试纸来测试反应后溶液的酸性，理由是__________________________________________________________。
    

    [解析]
    

    本题的起点并不高，既通过第（1）小题课本知识的再现，让考生回忆实验制取c2h2和验证乙炔使溴水褪色的两个重要反应：
    
    然后通过设计第（2）小题引起考生对课本知识的反思——溴水褪色的原因的探究。实验室制得的乙炔中可能含有还原性气体与br₂具强氧化性是学生已知的基础知识，如果实验用的乙炔气不纯净，甲同学的方案就不能证明发生了加成反应，答案也就十分明确了（不能，a、c）。这自然地提出了需要进一步研究的课题：怎样证明乙炔与溴的加成反应才是合理的？
    第（3）小题需要考生根据甲同学的实验结果（少许淡黄色浑浊）来确定乙炔中可能含有的杂质气体及其关反应：
    而第（4）小题的实验方案设计将考生思维推向了高潮。对还是错？必须弄清混合气体中各种成分的来龙去脉，设计并评价一些合理或不合理的过程。容易发现，启普发生器不能用作乙炔气的发生器，于是问题集中到了如何选择气体的发生装置和净化装置上，而难点则是如何除去h₂s并有效地检验是否除净。这一问题的解决方案可以是多种多样的，最常见的方法是可以两次使用盛有cuso₄溶液的b装置，即：
    
    （电石、水）　　　　　　（cuso4溶液）　　　　　（cuso4溶液）　　　　　　（溴水）
    另外，除去h₂s也可以先使混合气体通过盛有浓naoh溶液的洗气瓶，再通过盛有cuso₄溶液的洗气瓶（检验h₂s是否被除尽）。但是，本题却不能两次都使用浓naoh溶液或者先使混合气体通过盛有cuso₄溶液的洗气瓶，再通过盛有浓naoh溶液的洗气瓶，这样操作的结果是导致无法验证h₂s是否除尽。
    

    [答案]
    

    （1）
    
    （2）不能a、c
    （3）
    （4）　　　
    
    （5）如若发生取代反应，必定生成hbr，溶液酸性将会明显增强，故可用ph试纸验证。
    

    热点之三：围绕元素性质的周期性变化规律，考查考生对图表信息的处理和归纳总结的能力
    [例3]不同元素的气态原子失去最外层一个电子所需要的能量（设其为e）如下图。试根据元素在周期表中的位置，分析图中曲线的变化特点，并回答下列问题。
    
    

    （1）同主族内不同元素的e值变化的特点是_______________。各主族中e值这种变化特点体现了元素性质的____________________变化规律。
    （2）同周期内，随着原子序数的增大，e值增大。但个别元素的e值出现反常现象。试预测下列关系式中正确的是__________________（填写编号，多选倒扣）。
    ①e（砷）>e（硒）②e（砷）<e（硒）③e（溴）>e（硒）④e（溴）<e（硒）
    （3）估计1mol气态ca原子失去最外层一个电子所需能量e值的范围：_____<e<___。
    （4）10号元素e值较大的原因是_________________________________。
    

    [解析]
    

    解答此题的关键是对图表信息的处理，首先要求考生对图表认真观察，而后根据元素在周期表中的位置，找出随原子序数递增e值的变化规律，并回答问题。
    （1）同主族元素的e值变化特点：以3、11、19号元素为例不难发现，随着原子序数增大，e值变小。各主族e值的变化特点体现了元素性质的周期性变化规律。
    （2）从第二、三周期可知，iia、va族元素e值出现反常，高于邻近的两元素，所以e（砷）>e（硒），又e（溴）<e（硒），故答案为①③。
    （3）从第二主族的铍、镁元素的变化规律着手，e（铍）>e（镁），因此e（镁）>e（钙）,得出结论：e（镁）>e（钙）>e（钾）
    （4）10号元素是稀有气体氖，该原子最外层已达8电子稳定结构，不易失电子，故e值大。
    

    近年来高考化学试题中出现了一类以有关化学研究的热点与进展的背景材料，要求学生运用中学相关知识点和具有的能力来进行解答的试题，此举体现了高考在能力考查方向的探索和创新，是高考命题由知识立意向能力立意转变的一种新尝试。
    1、命题体现了新元素的有关新进展
    [例1]1999年新发现的114号元素的同位素，其中子数为184，该同位素的质量数为（ ）
    

    a、70　　b、114　　c、228　　d、298
    

    [解析]原子组成的有关内容，一直是高考选择命题的热点，因为与原子组成的相关知识是理、化的基础知识，但为什么不考查中学生熟悉的元素呢？例如，，如果这样命题，则只能引导学生死记硬背，为揭示动态的知识鼓励学生的科学探索精神，将最新科研成果引入高考试卷有利于将课本知识与高科技相联系。
    [答案]d
    2、命题体现了探索精神
    [例2]有人认为在元素周期表中，位于ia族的氢元素，也可以放在viia族，下列性质能支持这种观点的是（ ）
    

    a、　　b、　　c、　　d、
    

    [解析]
    

    本题为2002年上海高考化学试题，试题以假说为背景材料，目的就是要使学生了解对已知物质的性质进一步探索是化学研究的方向。
    “氢元素也可以放在viia族”这是一些化学家提出的一种假说，要肯定这个假说，就要有一个事实能说明氢元素的性质与卤素的性质相似。联想到卤族元素原子的结构、性质，结构特征是最外层再得到一个电子就可达到稳定结构，对应的典型性质之一是能表现－1价。以此入手分析四个选项，可发生“nah”中氢元素显－1价，h^－离子的最外层电子结构达到2电子稳定结构，与卤素有相似之处。选c。
    

    [答案]c
    3、命题体现了试题的开放性与学科整合思想
    （2003年全国，31）a、b、c是短周期ia和iia族元素的碳酸盐，它们的质量分别为ma、mb、mc，与足量盐酸完全反应，消耗盐酸的物质的量分别为。
    已知：
    请填空：
    

    （1）写出短周期ia和iia族元素形成的所有碳酸盐的名称：______________。
    （2）若以ma、mb、mc分别表示a、b、c的相对分子质量，试写出ma、mb和mc三者的相互关系式____________________________。
    （3）a的正确选择有____________种，其化学式为：____________________。
    （4）若a和b为iia族元素的碳酸盐，c为ia族元素的碳酸盐，则a、b、c的化学式依次为________________mb∶mc=1∶_________。（保留2位小数）
    

    [解析]
    （1）根据元素周期表判断得出，所有碳酸盐分别为：碳酸锂、碳酸钠、碳酸铍、碳酸镁。
    （2）分别用ma、mb、mc表示相对分子质量，na、nb、nc表示其物质的量。根据题中已知条件：
    可得：
    因为无论是ia元素还是iia元素的碳酸盐，与盐酸发生化学反应时物质的量的关系均为1∶2，即　　
    则根据已知条件可得即得方程组
    
    将②代入①整理得：
    （3）根据（2）的结论得：
    讨论：①若,则，即
    ②若，则，即
    综上可知：ma的值在四种碳酸盐中既不最大，也不最小。（lico₃=74beco₃=69naco₃=106mgco₃=84）所以，a盐有两种可能，即可能是mgco₃，也可能是li₂co₃。
    （4）因为a、b均为iia碳酸盐，结合（3）中结论，则a为mgco₃、b为beco₃、c为na₂co₃。
    由（2）可知：
    问题的设计有很强的层资助性，象（1）向写出短周期ia、iia族元素形成的所有碳酸盐名称，大多数考生都可以入手而（2）部则是全题的“瓶劲”它影响到考生后面两小问的解答。
    本题从化学知识的角度主要考查了学生对元素周期表的熟练掌握情况，而其推理过程则借数学手段加以推导，这样的命题方式打破了过去那种过分单纯考查化学知识的片面做法，相反，试题体现了学科之间的整合思想。这就相应地要求学生具有更加深广的思维层面，这样的命题有利于培养学生的创新能力。体现了高考改革的新思路——变知识立意为能力立意。
    

（责任编辑：admin）

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