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高考化学专题研究—元素周期律的高考分析及必修一和必修二知识网络的建构

文章来源:张秀莲(教授)作者:佚名 发布时间:2014年11月10日 点击数: 字体:

元素周期律的高考分析及必修一和必修二知识网络的建构
  元素周期律在高中化学教学中占有重要的地位,是高考的热点内容之一。本专题深入研究2010-2012年广东高考理综化学试题中元素周期律的内容,分析其题型特点以及变化趋势,研究近年来高考题目中元素周期律的核心知识、核心思维能力以及题型分布,难度水平、考查的重难点等。运用建构主义的思想,本专题的重点是结合元素周期律全面系统总结复习了必修一和必修二的核心知识,围绕元素周期表展开,从结构决定性质出发,将元素化合物知识结成网络结构,使学生掌握化学的科学学习方法与思维方法,促进学生思维的发展。使教师能有针对性地设计教学、有的放矢地复习,不出冤枉力,把主要精力都投入到最主要知识点的强化训练和化学思维的提高上。通过研究高考中元素周期律的专题内容,从中得出某些规律性的东西。使教师掌握能够准确把握关于元素周期律高考的核心知识、关键的思维能力、科学思想方法和命题方向。
  一、广东高考理综化学试题元素周期律考查统计

考点

年份

分值

题型

 

2010

4分

一、单项选择题10

2011

6分

二、双选题22

2012

6分

二、双选题22


  二、考纲
  1.掌握元素周期律的实质;了解元素周期表的结构及其应用。
  2.以第三周期元素为例掌握同一周期内元素性质的递变规律与原子结构的关系。
  3.以IA和VIIA族为例掌握同一主族内元素性质的递变规律与原子结构的关系。
  4.了解金属、非金属在周期表中的位置及其性质递变规律。
  5.了解原子结构示意图、分子式、结构式、结构简式的表示方法。
  6.了解元素、核素、同位素的含义。
  7.了解原子的构成、原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数之间的相互关系。
  8.了解原子核外电子排布。
  9.了解化学键的定义、离子键和共价键的形成。
  三、命题趋势
  原子结构、化学键以及元素周期律是中学化学重要的基本理论之一,在中学化学教学中占有十分重要的地位。在历年的高考中占有较大的比重,越来越受到重视。元素周期律与元素周期表知识丰富,规律性强,命题空间极为广阔,题型多以选择题和填空题为主,主要考查元素周期律、元素周期表的结构及其应用,元素金属性和非金属性的判断及递变规律。以元素化合物知识为载体,注重知识的整合,用物质结构理论进行现象解释、定性推断、归纳总结、定量计算等。
  四、核心知识
  1.构成原子或离子的各基本粒子间的相互关系
  1)质子数+中子数=质量数=原子的近似相对原子质量
  2)原子的核外电子数=核内质子数=核电荷数
  2.元素与同位素 

  3.原子核外电子排布
  核外电子排布规律  ①各电子层最多能容纳的电子数2n2个(n表示电子层数)。
  ②最外层电子数不超8个(K层是最外层时,电子数最多不超2个),次外层电子数不超18个;倒数第三层电子数不超32个。
  ③核外电子数总是先排布在能量最低的电子层,然后由里向外从能量低的电子层逐步向能量较高的电子层排布(即排满K层,再排L层,排满L层,再排M层,依此类推)。
  4.比较元素金属性
  ①在金属活动顺序表中,金属的位置越靠前,金属性越强。
  ②在周期表中,同一周期的元素,金属的位置越靠左,金属性越强。
  同一主族的元素,金属的位置越靠下,金属性越强。
  ③金属与水(或酸)反应越容易,金属性越强。
  ④金属与盐的置换反应,一种金属(A)如能从盐中置换出另外一种金属(B),则金属(A)比另一种金属(B)更活泼。如果一种金属(A)不能从盐中置换出另外一种金属(B),则金属(A)不如另一种金属(B)活泼。
  ⑤金属元素最高价氧化物的水化物的碱性越强,则该金属的金属性越强。
  ⑥不同金属形成原电池时,活泼金属作负极,在电解池的惰性电极上不活泼的金属先析出。
  5.比较元素非金属性强弱的方法。
  ①非金属单质与H2越容易化合,非金属性越强。
  ②非金属元素形成的氢化物越稳定,非金属性越强。
  ③非金属单质与非金属化合物的置换反应,一种非金属单质(A)如能从化合物中置换出另外一种非金属(B),则非金属(A)比另一种非金属(B)更活泼。如果一种非金属(A)不能从化合物中置换出另外一种非金属(B),则非金属(A)不如另一种非金属(B)活泼。
  ④在周期表中,同一周期的元素,非金属的位置越靠右,非金属性越强。同一主族的元素,非金属的位置越靠上,非金属性越强。
  ⑤非金属元素最高价氧化物的水化物的酸性越强,则该非金属的非金属性越强。
  6.原子结构与元素周期表关系
  ①电子层数决定周期数,电子层数=周期数
  ②最外层电子数决定主族序数,最外层电子数=主族序数=元素最高正价数=价电子数
  ③核内质子数=原子序数
  ④最低负价绝对值=8-主族序数(或最高正价数)。
  ⑤原子半径越大,失电子越容易,金属的还原性越强,金属越活泼,金属性越强。
  ⑥原子半径越小,得电子越容易,非金属的氧化性越强,非金属越活泼,非金属性越强,形成的气态氢化物越稳定,形成最高价氧化物的水化物的酸性越强。
  ⑦非金属的氧化性越强,其离子的还原性越弱。
  7.原子半径的变化规律
  ①同周期的元素原子半径随原子序数的递增逐渐减少。
  ②同主族的元素原子半径随原子序数的递增逐渐增大。
  ③阳离子的半径总比相应的原子半径小。如Na+<Na。
  ④阴离子的半径总比相应的原子半径大。如Cl->Cl,S2->S。
  ⑤电子层数相同的离子半径,随着核电荷数的增大而减小,如:
  S2->Cl->K+>Ca2+,Al3+>Mg2+>Na+>F-
  原子半径的变化规律:

  主族元素原子的相对大小Relative atomic sizes for selected atoms

  第一主族元素原子半径周期性的变化:

  阳离子的半径总比相应原子半径小,阴离子的半径总比相应原子半径大。

  8.元素的价电子结构与它在周期表中的位置有关,利用元素周期表将元素分为金属、准金属、非金属(Classification of elements as metals,nonmetals,and metalloids)

  9.金属、准金属、非金属的性质
  1)金属:原子核对价电子吸引力弱,一般反应中易失去电子
  2)非金属:原子核对价电子吸引力较强,一般在反应中共用或从金属获得电子
  3)准金属:一部分性质与金属类似,另一部分性质与非金属类似,导电性介于金属与非金属之间,硅的半导体导致了计算机革命。
  10.元素的金属、准金属、非金属的性质与原子结构的关系
  金属、准金属、非金属的性质是原子的电子结构决定的。金属的价电子随它在周期表中的位置而变化的,金属对价电子抓得不紧,非金属一般有4个或4个以上的价电子,原子核对价电子抓得比较紧。准金属一般有3个至7个以上的价电子。
  第三周期及第VA主族元素的元素氧化物酸-碱性的倾向性(The trend in acid-base behavior of element oxides in Group 5A(15) and Period 3.)

  第三周期及第VA主族元素的准金属性变化(The change in metallic behavior in Group 5A(15) and Period 3.)

  11.离子键与共价键

键型

共价键

离子键

定义

原子间通过共用电子对形成的化学键

阴、阳离子间通过静电作用形成的而化学键

成键粒子

原子

阴、阳离子

成键方式

共用电子对

阴、阳离子

成键元素

一般为非金属元素

活泼金属(IA、IIA)与活泼非金属(VIA、VIIA)

  F元素的电负性最大F(EN=4.0),Cs元素的电负性最小(EN=0.7),其它元素的电负性值0.7~4.0.

  一般认为元素的电负性差大于2.0的为离子化合物,电负性差在0-2范围内的为共价化合物。

  五、高考试题评析
  2012年普通高等学校招生全国统一考试(广东卷)A
  理科综合
  题型:二、双项选择题:本大题共9小题,每小题6分,共54分。在每小题给出的四个选项中,有两个选项符合题目要求,全部选对的得6分,只选1个且正确的得3分,有选错或不答的得0分。
  22.图7是部分周期元素化合价与原子序数的关系图,下列说法正确的是

  A.原子半径:Z>Y>X
  B.气态氢化物的稳定性:R>W
  C.WX3和水反应形成的化合物是离子化合物
  D.Y和Z两者最高价氧化物对应的水化物能相互反应
  解析:答案为A,D.从图看知:X为O,Y为Na,Z为Al,W为S,R为Cl。A、应该是Y>Z>X。C、硫酸为共价化合物。
  点评:A考查1-18号元素在周期表的位置,同周期的元素原子半径变化规律,即同周期的元素原子半径随原子序数的递增逐渐减少。电子层数越多,原子半径越大,解题的突破口:从图中获取重要信息:X只有-2价,说明X是O元素,位于第二周期,从图中的原子序数的增大顺序结合图中给出的化合价信息(Y,+1;Z,+3)的情况,可以推出Y为第三周期的Na,Z为第三周期的Al,因此可以得出结论:A是错误的,正确的应该是:Y>Z>X,另外学生如果知道了X是O元素,Y是Na元素,Z是Al元素,根据初中知识画出这三种元素的原子结构示意图,也能得出正确的原子半径顺序。学生的难点:迅速从图中获取有用的信息的能力,即根据图中给出的原子序数的次序和化合价确定出元素。教学的建议:引导学生由浅入深,循序渐进,掌握方法和规律,难点分解,逐个突破,打好基础。不宜太笼统,讲得太快,或只讲结论,学生不知其所以然。能力培养:观察能力、分析图中给出信息的能力、逻辑推理能力、抽象思维能力。C.是错误的,由上述可以知识WX3是SO3,WX3和水反应形成的化合物是H2SO4,学生的难点在于学生以为稀H2SO4溶液中有H+和SO42-离子,能导电,误以为是离子化合物。H2SO4结构中原子之间是通过共价键作用的,没有离子键存在。考查的核心知识:离子键的概念。B.是正确的,学生从原子序数的顺序R>W>Z以及观察图中给出的化合价信息:(W,-2,+6;R,-1,+7),推出W时S元素,R是Cl元素,由于氯的非金属性比S强,因此气态氢化物的稳定性HCl>H2S,结论:气态氢化物的稳定性:R>W。考查的核心知识:非金属元素形成的氢化物越稳定,非金属性越强,同一周期的元素,非金属的位置越靠右,非金属性越强。主族序数=元素最高正价数。D是正确的,由前面的推理可以知道Y和Z两者最高价氧化物对应的水化物是NaOH与Al(OH)3,由必修二中的知识可以知道相互反应NaOH与Al(OH)3能发生如下反应:
  NaOH+Al(OH)3=NaAlO2+2H2O,该小题难度不大。
  该题有一定的难度,其中A难度最大,难度顺序为A>C>B>D

  核心知识:
  1.同周期的元素原子半径随原子序数的递增逐渐减少。电子层数越多,原子半径越大。
  2.离子键的概念,离子化合物的判断.。
  3.非金属元素形成的氢化物越稳定,非金属性越强。
  4.同一周期的元素,非金属的位置越靠右,非金属性越强。
  5.主族序数=元素最高正价数。
  6.NaOH+Al(OH)3=NaAlO2+2H2O
  难点:从图中获取有用的信息的能力,即根据图中给出的原子序数的次序和化合价确定出元素。离子键的概念,离子化合物的判断。
  学生的思维能力培养:观察能力、分析图中给出信息的能力、逻辑推理能力、抽象思维能力。
  科学的思想方法多因素的综合分析能力。综合图中的化合价和原子顺序的变化次序等因素判断出元素。
   
  2011年普通高等学校招生全国统一考试(广东卷)A
  理科综合
  题型:二、双项选择题:本大题共9小题,每小题6分,共54分。在每小题给出的四个选项中,有两个选项符合题目要求,全部选对的得6分,只选1个且正确的得3分,有选错或不答的得0分。
  22、短周期元素甲、乙、丙、丁的原子序数依次增大,甲和乙形成的气态化合物的水溶液呈碱性,乙位于第VA族,甲和丙同主族,丁原子最外层电子数与电子层数相等,则
  A、原子半径:丙>丁>乙
  B、单质的还原性:丁>丙>甲
  C、甲、乙、丙的氧化物均为共价化合物
  D、乙、丙、丁的最高价氧化物对应的水化物能相互反应
  解析:答案:AD
  点评:A、正确。
  解题思路:从短周期元素甲、乙、丙、丁的原子序数依次增大,甲和乙形成的气态化合物的水溶液呈碱性,乙位于第VA族的信息推出乙是N元素,甲是H元素,解题的突破口:确定乙是N元素。从甲和丙同主族以及短周期元素甲、乙、丙、丁的原子序数依次增大的信息推出丙是Na元素,从丁原子最外层电子数与电子层数相等以及短周期元素甲、乙、丙、丁的原子序数依次增大的信息推出丁元素是Al元素。原子半径Na>Al>N即A、原子半径:丙>丁>乙是正确的。

  B错,Na与Al均在第三周期,Na的金属性比Al强,因此金属钠的还原性比金属铝强。该小题难度不大,C错,丙(Na)的金属氧化物(NaO)是离子化合物。难点:共价化合物与离子化合物的区别和判断。D正确。乙、丙、丁的最高价氧化物对应的水化物能分别是HNO3,NaOH,Al(OH)3.能发生下列相互反应。
  核心知识:
  1.同周期的元素原子半径随原子序数的递增逐渐减少。
  2.同主族的元素原子半径随原子序数的递增逐渐增大。
  3.同一周期的元素,金属的位置越靠左,金属性越强。
  4.HNO3+NaOH=NaNO3+H2O
  5.3HNO3+Al(OH)3=Al(NO3)3+H2O
  6.NaOH+Al(OH)3=NaAlO2+2H2O
  难点:
  1.N元素的判断。
  2.共价化合物与离子化合物的区别和判断。
  学生的思维能力培养:从题中获取信息的能力、审题能力、严密的思维能力、逻辑推理能力、抽象思维能力。
  科学的思想方法多因素的综合分析能力。综合考虑原子序数的大小顺序及元素化合物的性质以及元素在周期表中的位置等因素判断出元素。
   
  2010年普通高等学校招生全国统一考试(广东卷)
  理科综合化学部分
  题型:一、单项选择题:本大题共16小题,每小题4分。共64分。在每小题给出的四个选项中,只有一个选项符合题目要求,选对的得4分,选错或不答的得0分。
  10.短周期金属元素甲~戊在元素周期表中的相对位置如下表所示。下列判断正确的是()

 

  A.原子半径:丙<丁<戊
  B.金属性:甲>丙
  C.氢氧化物碱性:丙>丁>戊
  D.最外层电子数:甲>乙
  答案为:C。
   
  同周期元素的原子半径从左向右依次减小,有丙>丁>戊,A选项错误;同主族元素的金属性从上而下依次增强,即丙>甲,B选项错误;同周期元素从左到右金属性减弱,元素对应的最高价氧化物的水化物的碱性减弱,即有丙>丁>戊,C选项正确;乙位于甲的右端,故乙的族序数大,最外层电子数多,D选项错误。
  点评:A错.考查周期表中,原子半径的变化规律,根据同周期的元素原子半径随原子序数的递增逐渐减少。原子半径应该是:丙>丁>戊。B错.考查周期表中元素的金属性的递变规律。根据同一主族的元素,金属的位置越靠下,金属性越强。正确的而是金属性:甲<丙。C正确,考查周期表中元素的金属性与其最高氧化物水化物的对应关系及其递变规律。根据同一周期的元素,金属的位置越靠左,金属性越强,金属元素最高价氧化物的水化物的碱性越强,可以推出金属性:丙>丁>戊,因此氢氧化物碱性:丙>丁>戊。D错.根据最外层电子数=主族序数,乙的主族序数大于甲,因此最外层电子数:甲<乙。
  核心知识:
  1.同周期的元素原子半径随原子序数的递增逐渐减少。
  2.同一主族的元素,金属的位置越靠下,金属性越强。
  3.金属性越强,金属元素最高价氧化物的水化物的碱性越强。
  4.最外层电子数=主族序数。
  难点:元素在周期表中的位置与原子半径、元素金属性,最高价氧化物的水化物的碱、最外层电子数之间的关系和规律。
  学生的思维能力培养:从题中获取信息的能力、审题能力、逻辑推理能力。
  科学的思想方法多因素的综合分析能力。综合考虑元素在周期表中的位置与原子半径、元素金属性,最高价氧化物的水化物的碱、最外层电子数等因素。
  广东高考元素周期律考查的试题背景、核心知识、考查点统计

高考年份

试题背景

核心知识

考查点

2010年

以表格呈现的方式给出元素在周期表中相对位置的

1.同周期、同主族元素原子半径的变化规律

2.同一主族的元素,金属的位置与金属性的关系。

3.金属性与金属元素最高价氧化物的水化物的碱性的关系。

4.最外层电子数与主族序数的关系。

 

1.比较原子的原子半径

2.比较元素的金属性

3.比较氢氧化物碱性

4.比较最外层电子数

2011年

给出元素原子序数的顺序及元素化合物的性质及部分元素在周期表中的位置

1.同周期、同主族元素原子半径的变化规律。

2.同一周期的元素,金属的位置与金属性的关系。

3.Al(OH)3的两性反应,3HNO3+Al(OH)3=Al(NO3)3+H2O

NaOH+Al(OH)3=NaAlO2+2H2O

 

1.确定元素在周期表中的位置,比较原子半径。

2.比较金属单质的还原性

3.离子化合物和共价化合物的判断

4.Al(OH)3与碱等酸碱反应。

2012年

图形呈现的方式中给出元素的化合价和原子序数的顺序。

1.同周期的元素原子半径的变化规律。

2.离子键的概念,离子化合物、与共价化合物的判断。

3.非金属元素形成的氢化物的稳定与非金属性的关系。

4.主族序数与元素最高正价数的关系。

NaOH+Al(OH)3=NaAlO2+2H2O

 

1.确定元素在周期表中的位置,比较原子半径。

2.比较气态氢化物的稳定性

3.离子化合物和共价化合物的判断

4.Al(OH)3与碱的反应

  2010年-2012年高考题的共同点:近三年必考的内容有:比较原子的原子半径,说明同周期、同主族元素原子半径的变化规律。2010年的考查内容比较元素的金属性与2011年的考查内容比较元素金属单质的还原性十分相似。2011年和2012年的考查内容有不少相似的地方:比如:都考查了离子化合物和共价化合物的判断、Al(OH)3与碱的反应。离子化合物和共价化合物的判断是近两年出现的新的考点。
  高考对教学的启示:元素周期表中的规律及1-18号元素化合物的性质的掌握要牢固,特别是1-18号元素在周期表中的位置要十分清楚。要培养学生一些关键的思维能力—从题意或图表中获取有用信息的能力、逻辑推理能力、综合分析判断能力,以及严谨、周密的思维习惯的培养都是很重要的。
  2010年-2012年高考题的差异性:2010年高考题中元素周期律的考查出现在一、单项选择题中赋分值4分,难度不大,但是2011年和2012年出现在二、双选题22小题中,题号都没变,赋分值6分,由只有一个选项符合题目要求提升到有两个选项符合题目要求,难度提高了,说明了一种变化趋势:高考越来越重视元素周期律,说明元素周期律理论在高中教学中的地位和要求提高了,应该引起老师们足够的重视,另外2012年题型的图形的方式呈现,考查学生从图形分析中获取信息的能力,对学生思维能力的要求提高了。
  六、用元素周期表构建知识网络----必修一和必修二核心知识的网络结构
  1.了解原子结构是学习元素周期律的基础,原子结构的学习引入化学史,让学生了解原子理论的发展过程,同时增加学生的学习兴趣。
  原子理论的发展过程:

  2. 香港中学教材中原子结构的清晰、形象的表示方式

  原子的核外电子排布图
   3. 香港中学教材中一些原子结构中电子排布的表示方式

   3. 国外中学教材中一些原子结构中电子排布的表示方式

   原子序数 质子数 核电荷数 电子数 ?
   6.元素周期表的发展历程:

   7.元素的应用

   8. 周期表中元素单质在常温常压下的存在状态

   10. 原子半径以及元素性质的递变规律

   11. 第三周期元素性质的递变规律

   金属 : 原子核对价电子吸引力弱,一般反应中易失去电子
   非金属:原子核对价电子吸引力较强,一般在反应中共用或从金属获得电子
   准金属 :一部分性质与金属类似,另一部分性质与非金属类似,导电性介于金属与非金属之间,硅的半导体导致了计算机革命
   12. 第三周期元素最外层电子数与元素性质的关系及其递变规律

      金属、准金属、非金属的性质是原子的电子结构决定的。
   金属的价电子随它在周期表中的位置而变化的,金属对价电子抓得不紧,非金属一般有 4个
   或 4个以上的价电子,原子核对价电子抓得比较紧。准金属一般有 3个至 7个以上的价电子
   13. 第三周期元素最外层电子数与元素化合价的关系、元素的性质及其递变规律

   14. 第三周期元素最高价氧化物的水化物的酸、碱性的递变规律

   15.第三周期元素由金属过渡到非金属的递变规律与其元素化合物性质的关系

   16. 碱金属与碱土金属最外层电子数与元素性质的关系及其同主族的性质递变规律

   17. 钠及其化合物的化学性质

   18. 钠的化合物的性质与应用

   19. 碱金属与碱土金属结构与性质的差异

   20. 第 IVA 主族元素、碳单质及化合物的性质

   21. 第 IVA 主族元素、硅化合物的性质

   22. VA 主族元素、氮元素的化合价及其化合物的性质

   23. VIA 主族元素、硫元素的化合价及其化合物的性质

   24. VIIA 主族元素、氯元素的化合价及其化合物的性质

 

文章作者:张秀莲(教授)

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