精析“物质结构与性质”试题，科学备战新高考

《普通高中化学课程标准》（2017年版2020年修订）中对高中化学选择性必修课程的要求是“学生根据个人需求与升学考试要求”必须学习的课程，“若选择化学作为计入高校招生录取总成绩的学业水平考试科目的学生，需要修习选择性必修课程全部3个模块的内容，获得6个学分”。自多省市使用2019年国家教材委员会专家委员会审核通过的人教版高中化学新教材及实行新高考以来，《选择性必修2物质结构与性质》（以下简称“物质结构与性质”）就成了化学教学与考试中不能选择，无可规避的模块。

高考的核心功能是“立德树人、服务选才、引导教学”。通过对近几年高考化学真题中“物质结构与性质”相关试题的分析，笔者提出相应的备考建议，希望可以引导教师克服对“物质结构与性质”的畏难心理，理顺教学与考试的关系，增强“以考促学”的主动意识，实现“以考促教”的目的，从而达成立德树人的核心目标。

一、高考真题中对“物质结构与性质”考查的呈现方式和相关知识点

（一）整题考查“物质结构与性质”

这类题型通常会依据陌生物质、高新科技等情境，给出一种多元素组成的物质，然后围绕组成与结构进行设问。试题一般兼顾金属或非金属元素的综合考查，外观上为文字和图示的结合。虽然情境不同，但考查点基本相同，均从原子结构与性质（主要涉及电子排布式、价层电子排布图、特殊能层电子排布情况、微粒半径、电负性和第一电离能等）、分子结构与性质（主要涉及杂化方式、化学键类型、空间构型、氢键、配位键、配合物等）、晶体结构与性质（主要围绕晶胞考查表示晶体组成的化学式、密度等的计算，晶体的性质主要涉及熔点、沸点的比较等）三方面进行考查，对学生的信息获取与加工、推理判断、逻辑论证、语言表达能力提出了较高的要求。

例1 （2022·全国甲卷·35）2008年北京奥运会的“水立方”，在2022年冬奥会上华丽转身为“冰立方”，实现了奥运场馆的再利用，其美丽的透光气囊材料由乙烯（CH2=CH2）与四氟乙烯（CF2=CF2）的共聚物（ETFE）制成。回答下列问题：

（1）基态F原子的价电子排布图（轨道表示式）为_________。

（2）图1a、b、c分别表示C、N、O和F的逐级电离能I变化趋势（纵坐标的标度不同）。第一电离能的变化图是________（填标号），判断的根据是________；第三电离能的变化图是________（填标号）。

（3）固态氟化氢中存在（HF）n形式，画出（HF）3的链状结构 ________。

（4）CF2=CF2和ETFE分子中C的杂化轨道类型分别为________和________；聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯，从化学键的角度解释原因_________。

（5）萤石（CaF2）是自然界中常见的含氟矿物，其晶胞结构如图2所示，X代表的离子是  ；若该立方晶胞参数为a pm，正负离子的核间距最小为 ________pm。

【必备知识】（1）化学用语与概念：价电子排布图、电离能、杂化轨道类型、化学键、键能、晶胞等基本概念。（2）物质结构与性质：价电子排布式的书写；电离能变化趋势分析；根据氢键的表示方法书写（HF）3的结构；根据键能影响物质稳定性的规律分析两种物质的稳定性差异；利用均摊法计算晶胞中各粒子的个数，判断粒子种类及进行相关计算。

【试题分析】（1）F为第9号元素，其电子排布为1s22s22p5，则其价电子排布图为。

（2）C、N、O、F四种元素在同一周期，同一周期第一电离能的总体趋势是依次升高，但由于N元素的2p能级的电子排布为半充满状态，比较稳定，因此N元素的第一电离能较C、O两种元素高，C、N、O、F四种元素的第一电离能从小到大的顺序为C<O<N<F，满足这一规律的图像为图1a。C、N、O、F失去两个电子后，价电子排布式分别为2s2、2s22p1、2s22p2、2s22p3，此时F的2p能级上的电子排布处于半充满状态，比较稳定，其第三电离能最大，N的2p能级仅剩1个电子，失去即可成为较稳定的全空状态，使其第三电离能小于O和C，则满足这一规律的图像为图1b。

（3）F电负性较大，HF分子间形成氢键，则（HF）3的链状结构为>。

（4）CF2=CF2分子中存在碳碳双键，故CF2=CF2分子中C的杂化轨道类型为sp2；共聚物ETFE中C原子均形成4个单键，故C的杂化轨道类型为sp3；由于F元素的电负性较大，因此在与C原子的结合过程中形成的C-F键的键能大于聚乙烯中C-H的键能，键能的大小决定物质的化学性质，键能越大，化学性质越稳定，因此聚四氟乙烯的化学稳定性高于聚乙烯。

（5）根据萤石晶胞结构，X离子分布在晶胞的顶点和面心上，则1个晶胞中X离子共有8×+6×=4（个），Y离子分布在晶胞内部，则1个晶胞中共有8个Y离子，因此该晶胞的化学式应为XY2，结合萤石的化学式可知，X为Ca2+。将CaF2晶胞分成8个相等的小立方体，仔细观察，不难发现F-位于晶胞中8个小立方体的体心，小立方体边长为a pm，体对角线为a pm，Ca2+与F-之间的距离就是小立方体体对角线的一半，因此晶体中正负离子的核间距的最小距离为a pm。

【易错点分析】一是学生不能根据电子排布和应用洪特规则特例分析电离能的相对大小，从而无法比较C、N、O、F四种元素的第三电离能；二是不能根据晶胞确定Ca2+和F-的相对位置，无法进行Ca2+与F-之间距离的计算。

例2 （2022·辽宁卷·5）短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大。基态X、Z、Q原子均有两个单电子，W简单离子在同周期离子中半径最小，Q与Z同主族。下列说法错误的是（ ）

A.X能与多种元素形成共价键

B.简单氢化物沸点：Z<Q

C.第一电离能：Y>Z

D.电负性：W<Z

【必备知识】元素周期律和元素周期表相关知识、核外电子排布、化学键、氢化物沸点与氢键的关系、第一电离能、电负性。

【试题分析】短周期元素X、Y、Z、W、Q原子序数依次增大，W简单离子在同周期离子中半径最小，说明W为第三周期元素Al。短周期元素的基态原子中有两个单电子，可以分两种情况讨论：①为第二周期元素时，最外层电子排布为2s22p2或2s22p4，即C或O；②为第三周期元素时，最外层电子排布为3s23p2或3s23p4，即Si或S。Q与Z同主族，结合原子序数大小关系可知，则X、Z和Q分别为C、O和S，Y为N。由于X为C，能与多种元素（H、O、N、P、S等）形成共价键，故A正确；Z和Q形成的简单氢化物为H2O和H2S，由于H2O分子间能形成氢键，H2O沸点高于H2S，故B错误；Y为N，Z为O，N的最外层p轨道电子为半充满结构，比较稳定，其第一电离能比O大，故C正确；W为Al，Z为O，O的电负性更大，故D正确。答案为B。

【易错点分析】无法根据基态X、Z、Q原子均有两个单电子及其他信息，确定X、Y、Z、W、Q是何种元素而导致错选。

（二）将物质结构与性质和其他考点有机整合

此类题型通常会将原子结构与性质、分子结构与性质、晶体结构与性质等方面的知识与其他知识点有机整合。在整个题涉及的知识点中，物质结构与性质只占一部分，常考查电子排布式、电负性、第一电离能、杂化方式、化学键类型等。

例3 （2022·辽宁卷·17）（6）某种新型储氢材料的晶胞如图3，八面体中心为M金属离子，顶点均为NH3配体；四面体中心为硼原子，顶点均为氢原子。若其摩尔质量为188 g·mol-1，则M元素为    （填元素符号）；在该化合物中，M离子的价电子排布式为_________。

【必备知识】晶胞、化学式、元素符号、价电子排布式。

【试题分析】根据图3信息可以进行以下计算：含黑球的数目为8×+6×=4，含白球的数目为8，则黑球与白球的个数比为1∶2。黑球的化学式为〔M（NH3）6〕2+，白球的化学式为〔BH4〕-。从而得出M+17×6+15×2=188，M=56，则M元素为Fe；在该化合物中，Fe2+的价电子排布式为3d6。

【易错点分析】学生不能根据晶胞图示及题意，确定黑球和白球的化学式，从而无法算出M的相对原子质量，导致无从解答。

例4 （2022·北京卷·8）我国科学家提出的聚集诱导发光机制已成为研究热点之一。一种具有聚集诱导发光性能的物质，其分子结构如图4所示。下列说法不正确的是（ ）

A.分子中N原子有sp2、sp3两种杂化方式

B.分子中含有手性碳原子

C.该物质既有酸性又有碱性

D.该物质可发生取代反应、加成反应

【必备知识】杂化轨道、手性碳原子、酸碱性判断、有机反应类型判断。

【试题分析】该有机物分子结构中左侧N原子有一对孤对电子和两个σ键及一个π键，为sp2杂化，右侧N原子有一对孤对电子和三个σ键，为sp3杂化，故A正确；手性碳原子是指与四个各不相同原子或基团相连的碳原子，该有机物中没有手性碳原子，故B错误；该物质中存在羧基，具有酸性，该物质中还含有可结合氢离子的氮原子，具有碱性，故C正确；该物质中存在苯环，可以发生加成反应和取代反应，含有烷基也可以发生取代反应，故D正确。答案为B。

【易错点分析】无法确定该分子结构中N原子的杂化方式而误选。

（三）2022年部分高考试题中“物质结构与性质”的知识点统计（如表1）

二、科学备考

纵观2022年高考试题中的“物质结构与性质”相关试题，考点基本源于教材，利用情境素材考查相关知识点，且具有题干阅读量小、难度中等、入手容易、考点固定平稳、便于利用建模思想解答等特点。在复习过程中，教师可以利用“点”“模”两步骤，引导学生巩固知识、提升能力，从容解答相关试题。

（一）点：知识点梳理。教师应将原子结构与性质、分子结构与性质、晶体结构与性质的基础知识点一一落实，同时要注意一些特殊情况，例如：由于N、O、F的氢化物分子间存在氢键，因此沸点相对较高；第ⅡA族和第ⅤA族元素的第一电离能比同周期相邻元素高；O3是极性键构成的极性分子等。教师特别要注意在选修3中出现的一些知识点，在选择性必修2中已删除，如等电子体、晶格能、无机含氧酸的酸性、金属晶体中原子堆积模型等。在复习过程中，教师不宜再补充，以免增加学生负担。

（二）模：对相关知识点建构模型。利用模型解决实际问题，不仅可以提升学生的解题速度，又可以培养学生的模型认知核心素养。部分模型如下：

1.判断化学键类型的模型：一键σ，双键σ+π，三键σ+2π。

（1）σ键数目——两个原子之间形成的共价键必存在σ键且只有1个σ键；

（2）π键数目——两原子间存在双键，则存在1个π键；两原子间存在三键，则存在2个π键。

2.判断中心原子杂化类型的模型：计价得杂化。

（1）计算中心原子上的价层电子对数：价层电子对数=σ键电子对数+中心原子上的孤电子对数。中心原子上的孤电子对数=×（a-xb）。式中a为中心原子的价电子数，x为与中心原子结合的原子数，b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数（氢为1，其他原子为“8-该原子的价电子数”）。

（2）

3.预测分子或离子空间结构的模型：识（中心原子）→算（价层电子对数）→定（VSEPR模型）→略（孤电子对）→空间结构。

（1）根据分子或离子的化学式确定中心原子。

（2）计算中心原子上的价层电子对数。

（3）根据价层电子对数确定VSEPR模型。

（4）略去孤电子对，得到分子或离子的空间结构。

4.晶体密度的计算模型：计算晶胞质量→计算晶胞体积→求ρ。

晶胞参数为a cm，晶体摩尔质量为M g·mol-1，一个晶胞中含有的粒子数目为N，阿伏加德罗常数的值为NA，则晶体密度ρ==g·cm-3=g·cm-3。

5.晶胞的空间利用率=×100%。

6.晶胞参数。立方晶胞中可利用公式V==，V=a3，得a=（a为晶胞参数，M为晶体摩尔质量，N为一个晶胞中含有的粒子数目，NA为阿伏加德罗常数的值，ρ是晶体密度）。

总之，在新课程、新课标、新教材、新高考背景下，高考评价体系是高考命题的根本指南，近几年的高考命题坚持稳中求进，加大试题区分度，增强高考选拔功能。因此，有效应对新高考的策略应该是加强关键能力和学科核心素养的培养。“物质结构与性质”试题难度总体不大，教师需要在复习备考过程中充分利用《中国高考评价体系》《普通高中化学课程标准》（2017年版2020年修订）和教材，精析精练历年高考试题，注重知识点的落实和模型的建构及应用。这样做既有利于学生学习并掌握“物质结构与性质”的知识，克服学生对学习“物质结构与性质”的畏难情绪，从容解答相关试题，又有利于培养学生的学科核心素养和理解与辨析、分析与推测、归纳与论证的能力。

◇责任编辑 邱 艳◇