構(gòu)性觀下的《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊命題考點透視

摘要：在高考凸顯立德樹人、服務(wù)選拔、導(dǎo)向教學(xué)的三大功能下，作為教學(xué)一線的教師應(yīng)立足于高考試題，研究命題的基點、隱含的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)及學(xué)科觀念，從而更好地應(yīng)用于實際教學(xué)中去，指導(dǎo)學(xué)生理解學(xué)科思想，提高教學(xué)質(zhì)量.以物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)試題為例，以證據(jù)為基礎(chǔ)，闡述了構(gòu)性觀念的體現(xiàn)及相關(guān)核心化學(xué)知識的掌握策略.

關(guān)鍵詞：構(gòu)性觀念;命題考點;結(jié)構(gòu)與性質(zhì);應(yīng)對策略

在突出化學(xué)核心素養(yǎng)教學(xué)及立德樹人命題指導(dǎo)下，使得學(xué)科觀念學(xué)科思想在命題中更加顯現(xiàn)出來，尤其是宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知等學(xué)科素養(yǎng)包含的“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)”的構(gòu)性觀，就是化學(xué)的最基本觀念之一，其中性質(zhì)屬于宏觀層面的、結(jié)構(gòu)屬于微觀層次的，性質(zhì)表現(xiàn)出來的規(guī)律特征均可從微觀角度去探析建構(gòu)模型，從結(jié)構(gòu)角度可以分析與預(yù)測性質(zhì)的可能性，進而通過實驗來證實，使得實驗具有方向性、目的性.《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊只有一道15分值的綜合簡答大題，設(shè)置9至11個空，但在體現(xiàn)構(gòu)性觀學(xué)科思想方向具有得天獨厚的優(yōu)勢.

1考查核外電子排布規(guī)律及其相關(guān)化學(xué)符號

構(gòu)性觀的基點是原子.只有掌握原子結(jié)構(gòu)的有關(guān)知識，才能理解原子是如何轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子、如何通過何種作用力來構(gòu)成分子、原子集團，因而加強對原子結(jié)構(gòu)的重點考查才是形成構(gòu)性觀的基礎(chǔ).原子結(jié)構(gòu)的特點主要以核外電子的排布運動為重點，原子核外電子排布時遵循能量最低原理、泡利不相容原理、洪特規(guī)則及特例，并通過構(gòu)造原理（或能級順序圖）非常直觀形象地表示出電子排布的先后順序，這就從本質(zhì)上理解了原子核外每個電子層電子數(shù)為何最多為2n2個（n為電子層數(shù)或能層數(shù)）、最外層不超過8個、次外層不超過18個、倒數(shù)第三層不超過32個的排布規(guī)律，進一步理解了原子結(jié)構(gòu)示意圖、核外電子排布式、價電子排布式、軌道表達式、電子式等化學(xué)符號的書寫與不同含義，對于理解元素周期表族的劃分及元素位置具有柳暗花明之感，同時還衍生出離子的結(jié)構(gòu)示意圖核外電子排布式、電子式等化學(xué)符號的書寫.

例1（1）（2018全國I）下列Li原子電子排布圖表示的狀態(tài)中，能量最低和最高的分別為_____、_____（填標(biāo)號）.

A.

B.

C.

D.

（2）（2018全國I）基態(tài)Fe原子價層電子的電子排布圖（軌道表達圖）為_____，基態(tài)S原子電子占據(jù)最高能級的電子云輪廓圖為_____形.

（3）（2017全國I）元素Mn與0中，基態(tài)原子核外未成對電子數(shù)較多的是_____.

分析在物質(zhì)的宏觀性質(zhì)微觀組成（或結(jié)構(gòu)）和表示符號之間建立聯(lián)系是化學(xué)學(xué)科的特點，因而強化化學(xué)符號正確使用與規(guī)范，是化學(xué)學(xué)習(xí)的基本要求，也是考查熟練應(yīng)用化學(xué)用語規(guī)范表達的能力.（1）由能級高低可知C項能量最高、D項能量最低.（2）基態(tài)鐵原子的電子排布式為1s32s2p°3s'3p°3d*4s2，故其價電子排布圖為OOOOO3dO4s，因基態(tài)硫原子的電子排布式為1s2s2p'3s3p*，故占據(jù)能級最高的是3p，其電子云為啞鈴（或紡錘）形.（3）Mn的基態(tài)原子核外電子排布式為1s22s2p°3s"3p°3d'4s2，3d軌道中有5個未成對電子，而O的基態(tài)原子核外電子排布式為1s2s2p*，2p軌道中有2個未成對電子，Mn和O的基態(tài)原子核外未，成對電子數(shù)較多的是Mn.

答案（1）D;C.（2）⑥①①3d4s①①⑥;啞鈴（紡錘）.（3）Mn.

應(yīng)對策略熟記s、p能級的電子云伸展方向與形狀，理解核外電子排布遵循的三規(guī)律，熟練掌握不同化學(xué)符號表達的書寫及理解其表達含義，即原子核外電子排布及表達的“三、二、一”要點.三個原理：核外電子排布三個原理——能量最低原理、泡利原理、洪特規(guī)則及特例;兩個圖式：核外電子排布兩個表示方法——電子排布式、價電子排布圖（或軌道表達圖）.一個順序：核外電子排布順序——構(gòu)造原理.

2考查原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)關(guān)系

元素性質(zhì)取決于原子結(jié)構(gòu)特點，同時元素性質(zhì)又能反映原子結(jié)構(gòu)特點元素性質(zhì)包含原子半徑、化合價、金屬性與非金屬性、電負(fù)性、電離能等方面，其存在的周期性規(guī)律變化都是由核外電子排布的周期性決定的，其出現(xiàn)的異常也是由原子核外電子的特殊排布所致.通過對原子結(jié)構(gòu)、元素性質(zhì)的考查，利于深度理解結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的相互關(guān)系，由此還可進一步拓展到離子半徑大小、氧化性（或還原性）等方面比較.至于氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性、最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸堿性強弱元素位置等判斷知識，主要出現(xiàn)在必考選擇題中，一般在物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)模塊里不涉及.

例2（1）（2018全國I）Li+與H～具有相同的電子構(gòu)型，r（Li+）小于r（H～），原因是_____.

（2）（2018全國I）黃銅是人類最早使用的合金之一，主要由Zn和Cu組成.第一電離能I（Zn）_____I（Cu）（填“大于”或“小于”）.原因是_____.

（3）（2017全國I）元素的基態(tài)氣態(tài)原子得到一個電子形成氣態(tài)負(fù)一價離子時所放出的能量稱作第一電子親和能（E）.第二周期部分元素的E變化趨勢如圖1所示，其中除氮元素外，其他元素的E自左而右依次增大的原因是_____;氮元素的E呈現(xiàn)異常的原因是_____.

分析通過給出實際證據(jù)，在凸顯證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)下構(gòu)建問題解答的思維模型，即“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”，同時考查探析、推理等能力.（1）由于鋰的核電荷數(shù)較大，原子核對最外層電子的吸引力較大，因此Li+半徑小于H～.（2）Zn、Cu基態(tài)原子的電子排布式依次是1s2s2p°3s'3p°3dl4s2、1s2s32p°3s23p°3d°4s'，Zn.Cu原子內(nèi)層全滿，而最外層能級Zn全滿Cu是一個電子，故Cu的第一電離能小.（3）根據(jù)圖（a）可知，同周期隨著核電荷數(shù)的依次增大，原子半徑逐漸變小，故結(jié)合一個電子釋放的能量依次增大;氮元素的2P軌道為半充滿狀態(tài)，相對穩(wěn)定，不易結(jié)合電子.

答案（1）Li+核電荷數(shù)較大.（2）大于;Zn核外電子排布為全滿穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，較難失電子.（3）同周期元素隨核電荷數(shù)依次增大，原子半徑逐漸變小，故結(jié)合一個電子釋放出的能量依次增大;N原子的2p軌道為半充滿狀態(tài)，具有穩(wěn)定性，故不易結(jié)合一個電子.

應(yīng)對策略運用構(gòu)造原理熟練掌握基態(tài)原子的電子排布式，進而運用洪特規(guī)則及特例，才能正確理解元素性質(zhì)的變化規(guī)律，才能理解電離能、電子親和能等性質(zhì)異常.

3考查微粒之間的相互作用及空間構(gòu)型

物質(zhì)性質(zhì)包含物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)，其中物理性質(zhì)屬于宏觀層面的，一般從構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間作用力角度來分析;化學(xué)性質(zhì)屬于微觀層面的，一般從構(gòu)成微粒內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特點來分析.微粒之間的作用力有分子間作用力與化學(xué)鍵之分，其中分子間作用力很弱，化學(xué)鍵較強烈.分子間作用力含范德華力、氫鍵等，而氫鍵一般僅存在含有氟氫鍵、氧氫鍵、氮氫鍵的分子之間，具有飽和性與方向性（三原子成直線型）;化學(xué)鍵比較強，包含金屬鍵、離子鍵、共價鍵，其中共價鍵又可根據(jù)共用電子對的來源、偏移、數(shù)目及電子云的重疊方式分為極性鍵、非極性鍵;單鍵、雙鍵、三鍵;σ鍵、π鍵;普通共價鍵與配位鍵;其中π鍵又分為定域π鍵與離域π鍵.同時，成鍵原子為達到能量最低狀態(tài)，又可通過軌道雜化等方式，使自己的空間構(gòu)型盡可能達到對稱、舒展?fàn)顟B(tài).

例3（1）（2018全國I）LiAlH4是有機合成中常用的還原劑，LiAlH4中的陰離子空間構(gòu)型是

，中心原子的雜化形式為LiAlH4中存

在_____（填標(biāo)號）.

A.離子鍵

B.σ鍵

C.π鍵

D.氫鍵

（2）（2018全國）根據(jù)價層電子對互斥理論，H2S、SO2、SO3的氣態(tài)分子中，中心原子價層電子對數(shù)不同于其他分子的是______氣態(tài)三氧化硫以單分子形式存在，其分子的立體構(gòu)型為______形，其中共價鍵的類型有______種;固體三氧化硫中存在如圖2所示的三聚分子，該分子中s原子的雜化軌道類型為______.

（3）（2017全國I）經(jīng)X射線衍射測得化合物R的晶體結(jié)構(gòu)，其局部結(jié)構(gòu)如圖3所示.

①從結(jié)構(gòu)角度分析，R中兩種陽離子的相同之處為_____，不同之處為_____（填標(biāo)號）

A.中心原子的雜化軌道類型

B.中心原子的價層電子對數(shù)

C.立體結(jié)構(gòu)

D.共價鍵類型

②R中陰離子Nζ中的σ鍵總數(shù)為______個.分子中的大π鍵可用符號π°表示，其中m代表參與形成大π鍵的原子數(shù)，n代表參與形成大π鍵的電子數(shù)（如苯分子中的大π鍵可表示為π8），則N5中的大π鍵應(yīng)表示為______.

③圖3中虛線代表氫鍵，其中表示式為（NH4）N-H..CI、______、______.

分析通過圖示以體現(xiàn)客觀存在的事實與證據(jù)，考查證據(jù)分析、推理及靈活解答實際問題能力.（1）LiAlH4中的陰離子是AIH4，其中心原子鋁含有價層電子對數(shù)為4，且不存在孤對電子，故根據(jù)價層電子對互斥理論可判斷其雜化類型是sp3，構(gòu)建構(gòu)型為正四面體型;陰陽離子間存在離子鍵，Al與H之間還有共價單鍵，不存在雙鍵和氫鍵.（2）H2S、SO2、SO3的氣態(tài)分子中，其中心硫原子價層電子對數(shù)依次為4、3、3;三氧化硫分子的硫原子sp2雜化，其立體構(gòu)型為平面三角形;分子中存在氧硫雙鍵，故共價鍵類型有σ鍵、π鍵2種;固體三氧化硫中存在如圖2所示的三聚分子，該分子中S原子形成4個共價鍵，因此其雜化軌道類型為sp3.（3）①根據(jù)圖3可知，陽離子是NH4和H3O*，NH4的中心原子N含有4個σ鍵，孤電子對數(shù)為[（5-1）-（4x1）]/2=0，價層電子對數(shù)為4，雜化軌道類型為sp3;H3O*中心原子為0，含有3個σ鍵，孤電子對數(shù)為[（6-1）-3]/2=1，價層電子對數(shù)為4，雜化類型為sp3，又因含一對孤對電子，故空間構(gòu)型為三角錐形，因此二者相同之處為A、B、D，不同之處為C;②圖3中N5中σ鍵的總數(shù)為5個，根據(jù)信息可知N5的大π鍵應(yīng)表示為π3;③圖3中還含有的氫鍵是（H，O*）0H...N（N5）、（NH4）N-H-N（N5）.

答案（1）正四面體;sp';AB.（2）H2S;平面三角形;2;sp3.（3）①A、B、D;C.②πζ.③（H30*）0一H...N（N5）、（NH+）N-H-.N（N5）

應(yīng)對策略掌握化學(xué)鍵類型的判斷方法，一般是不同原子在組合時，首先分析成鍵雙方原子是否存在易得與易失電子關(guān)系，若存在則形成的是離子鍵，否則形成的是共價鍵.至于共價鍵類型的進一步細(xì)化分類時，一般從原子達到8電子結(jié)構(gòu)或價電子全部用來成鍵角度來分析，單鍵都是σ鍵、任意兩個原子之間只能形成一個σ鍵，多余的均為π鍵.

分子或復(fù)雜離子的空間構(gòu)型及中心原子軌道的雜化類型，一般運用價層電子對互斥理論、雜化軌道理論去分析，但二者研究對象不同.價層電子對互斥理論研究的是中心原子的價層電子對立體構(gòu)型，可以預(yù)測分子或復(fù)雜離子的幾何構(gòu)型，但不能解釋分子或復(fù)雜離子的成鍵情況;雜化軌道理論則是研究分子或復(fù)雜離子中中心原子的雜化類型及構(gòu)型，但不能預(yù)測分子的幾何構(gòu)型.當(dāng)中心原子無孤電子對時，則中心原子的價層電子對立體構(gòu)型就是中心原子的雜化構(gòu)型;當(dāng)中心原子有孤電子對時，則中心原子的價層電子對的立體構(gòu)型與成鍵構(gòu)型不一致.

計算中心原子價電子對數(shù)公式為n=（中心原子的價電子數(shù)+配位原子的成鍵電子數(shù)土電荷數(shù)）/2時：①當(dāng)上述公式中電荷數(shù)為正值時取“-”，電荷數(shù)為負(fù)值時取“+”;②當(dāng)配位原子為氧原子或硫原子時，成鍵電子數(shù)為零.根據(jù)n值判斷雜化類型：一般有如下規(guī)律：當(dāng)n=2，sp雜化，直線型;n=3，sp雜化，平面正三角形;n=4，sp3雜化，正四面體型”1.

4考查晶體性質(zhì)及晶胞結(jié)構(gòu)

晶體性質(zhì)主要體現(xiàn)在熔沸點、硬度、密度、導(dǎo)電性等物理性質(zhì)及光學(xué)性質(zhì)方面，因而研究或解答有關(guān)晶體某些性質(zhì)時需要構(gòu)建解答模型.晶胞是晶體的最小重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，因而加強對晶胞的考查，更進一步凸顯證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科素養(yǎng)，同時也突出了問題解答的一種思維方法，抽取關(guān)鍵點，建立模型，從而達到見微知著.

例4（1）（2018全國I）Li2O是離子晶體，其晶格能可通過圖4的Bor-Haber循環(huán)計算得到.

①li原子的第一電離能為______kJ·mol～，0=0鍵鍵能為______kJ·mol-'，Li2O晶格能為______-1kJ.mol.

②Li2O具有反螢石結(jié)構(gòu)，晶胞如圖5所示.已知晶胞參數(shù)為0.4665nm，，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則Li2O的密度為______g·cm（列出計算式）.

（2）（2017年全國I）①KIO3晶體是一種性能良好的非線性光學(xué)材料，具有鈣鈦礦型的立方結(jié)構(gòu)，邊長為a=0.446nm，晶胞中K、I、O分別處于頂角、體心、面心位置，如圖6所示.K與O間的最短距離為______nm，與K緊鄰的0個數(shù)為______.

②在KI03晶胞結(jié)構(gòu)的另一種表示中，I處于各頂角位置，則K處于______位置，0處于______位置.

（3）（2018全國I）①ZnF2具有較高的熔點（872C），其化學(xué)鍵類型是______;ZnF2不溶于有機溶劑而ZnCl2、ZnBr2、ZnI2能夠溶于乙醇、乙醚等有機溶劑，原因是______.

②金屬Zn晶體中的原子堆積方式如圖7所示，這種堆積方式稱為______.六棱柱底邊邊長為acm，高為ccm，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，Zn的密度為______g·cm-3（列出計算式）.

分析通過給出已知的Born-Haber循環(huán)模型、晶胞模型，不但展現(xiàn)出問題分析的一一個思路，即復(fù)雜問題解答或變化多樣的現(xiàn)象均可以抽取實質(zhì)構(gòu)建一種模型去解答、去解釋，尤其是從圖7抽取出圖8更是一種直接的思維模型構(gòu)建案例，同時也通過給出的微觀模型進一步體現(xiàn)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的思想（1）根據(jù)示意圖4可知Li原子的第一電離能是1040kJ/mol+2=520kJ/mol;0.5mol氧氣轉(zhuǎn)化為氧原子時吸熱是249kJ，所以0=0鍵能是249kJ/molx2=498kJ/mol;根據(jù)晶格能的定義及示意圖4可知，Li2O的晶格能是2908kJ/mol.

根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)5可知鋰全部在晶胞中，共計8個，根據(jù)化學(xué)式Li2O可知氧原子個數(shù)是4個，則Li2O的密度是ρ=m=_8x7+4x16Na（0.4665x10-7）38cm.（2）根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)圖6知，K與0間的最短距離是面對角線的一半，即為2_-nm=0.315nm，距離K最近的0的個數(shù)為12個;根據(jù)KIO，化學(xué)式以及晶胞結(jié)構(gòu)圖6，可知K處于體心、0處于棱心.（3）根據(jù)氟化鋅的熔點可以判斷其為離子化合物，所以一定存在離子鍵.根據(jù)相似相溶原理可知，氟化鋅在有機溶劑中應(yīng)該不溶;氯化鋅、溴化鋅和碘化鋅都是共價化合物，分子的極性較小，能夠溶于乙醇等弱極性有機溶劑.

為計算方便，可選取該六棱柱結(jié)構(gòu)圖7[注意;六棱柱并不是該晶體的晶胞，其晶胞為圖8，a、β、γ角依次為120°、60°90°]進行計算本題.六棱柱頂點的原子是6個六棱柱共用，面心是兩個六棱柱共用，所以該六棱柱中的鋅原子為12：x1-6+2x1一2+3=6個，所以該結(jié)構(gòu)的質(zhì)量為6x65/Nag.該六棱柱的底面為正六邊形，邊長為acm，底面的面積為6個邊長為acm的正三角形面積之和，根據(jù)正三角形面積的計算公式，該底面的面積為6x4acmn2，高為ccm，所以體積為6x4aCcm.

所以密度為：6x65N65-38·cm6x?-a"cai2cN44A

答案（1）①520;498;2908.②，8x7+4x16N（0.4665x10-7）3”（2）①0.315;12.②體心;棱心.（3）①離子鍵;ZnF2為離子化合物，ZnCl2、ZnBr，、ZnI2的化學(xué)鍵以共價鍵為主極65x6性較?、诹阶蠲芏逊e（A3型）;NAx6x^/3Xa～c24

應(yīng)對策略晶體物理性質(zhì)如硬度、熔沸點等比較，一般是先分析晶體類型（作用力一般是原子晶體>離子晶體>分子晶體），然后再分析各種作用力的影響因素（原子晶體中原子之間的作用力是共價單鍵，主要與原子得電子能力、半徑有關(guān);離子晶體中陰陽離子之間的作用力就是離子鍵，其實質(zhì)就是庫侖力，故影響因素取決于離子所帶電荷數(shù)及離子半徑，晶格能則是離子鍵強弱的最直接數(shù)據(jù)體現(xiàn);分子晶體中分子之間的作用力就是分子間作用力，除氫鍵外，范德華力主要取決于相對分子質(zhì)量的大小）.

至于晶體的摩爾質(zhì)量、密度、構(gòu)成粒子的配位數(shù)等內(nèi)容，則一般從晶胞角度分析.晶胞一般為平行六面體，所以分析晶胞內(nèi)所含原子數(shù)目時，則常采用均攤法：①位于晶胞頂點的原子為8個晶胞共用，對一個晶胞的貢獻為1/8;②位于晶胞面心的原子為2個晶胞共用，對一個晶胞的貢獻為1/2;③位于晶胞棱心的原子為4個晶胞共用，對一個晶胞的貢獻為1/4;④位于晶胞體心的原子為1個晶胞共用，對一個晶胞的貢獻為1[2].

由.上可知，物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)模塊的考查主要體現(xiàn)構(gòu)性觀等學(xué)科思想，以體現(xiàn)化學(xué)的邏輯、系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)化，使繁雜多樣的物質(zhì)性質(zhì)、現(xiàn)象都能找到根源與思考的基點，即結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)，只有理解構(gòu)性觀等學(xué)科思想與觀念，才能夠真正地學(xué)好化學(xué)，感悟化學(xué)的神奇、價值與學(xué)科素養(yǎng).

參考文獻：

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