基于《中国高考评价体系》的物质结构与性质原创试题及命题思路分析

广东

《中国高考评价体系》提出了“一核四层四翼”的基本内涵和要求，全面阐述了“为什么考”“考什么”“怎么考”的问题，既为评价考试提供了准绳和量尺，也对试题命制提出了更高的要求——以真实情境为载体，以核心价值为引领，通过基础性、综合性、应用性或创新性的设问，考查学科素养、关键能力和必备知识的命题思路。

一、从高考评价体系的角度认识物质结构与性质试题

笔者分析了2017—2020年全国卷化学物质结构与性质试题，得出试题呈现以“一核”为引领、以“四层”为导向、以“四翼”为要求的特点。

1.以“一核”为引领

物质结构与性质试题通过创设元素化合物在生产、科研领域的应用情境，展示科学技术对人类发展和社会进步的作用，向学生传递科学为人类、社会服务的理念，实现立德树人的目标。

表1 2017—2020年全国卷物质结构与性质试题情境素材汇总

2.以“四层”为导向

2017—2020年全国卷化学试题中，物质结构与性质试题都以某一种元素或几种相关元素为主题，围绕所选元素的相关化合物在生产生活中的应用或科研领域的前沿成果设置试题情境，从原子、分子等微观角度进行考查，充分体现化学学科合成新分子与创造新物质的根本特征。

物质结构与性质试题通常从原子和离子结构、核外电子排布、分子组成和物质性质、晶胞模型的结构分析等方面进行设问，着重考查了学科素养中的宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知以及科学态度与社会责任。通过结构分析、性质比较、符号表达、晶胞的分析和运算等具体问题，从知识获取能力群、思维认知能力群的角度考查学生关键能力。化学语言与概念、物质结构与性质，尤其是结构与性质间的关系等必备知识成为该题命题的基础和支撑。

表2 2017—2020年全国卷物质结构与性质试题考查内容汇总

3.以“四翼”为要求

题目包含了研究物质结构与性质的基本概念、基本理论和基本方法，结合高中所学知识和技能设置了基础性题目；通过紧密联系情境，整合概念、理论和方法，创设了具备综合性和应用性的设问，着重考查学生能力；将研究过程中遇到的问题或解决问题的思维过程转化为创新性提问，考查学生的创新意识和能力，选拔创新人才。近四年的试题中，2017—2018年试题较为注重对基础性知识考查，2019—2020年增大了综合性、应用性、创新性问题的比重，以2020年全国卷Ⅰ为例，如表3所示。

表3 2020年全国卷Ⅰ物质结构与性质试题设问层次分析

二、原创试题

本文立足于培养人才的价值引领，从考查知识、能力、素养的角度出发，以金属钛在生产中的应用为情境，原创一道符合“一核四层四翼”要求的物质结构与性质高考模拟题。

1.题干和设问

随着科技的发展，中国钛工业取得了很大的进步，随着国家军民融合、绿色发展、高端发展、工业4.0的政策推进，钛及其化合物以优异性能，在航天、航空、舰船、兵器、核工业等领域广泛应用，如C919大飞机项目、4500米深潜器载人球壳项目、Ti(BH4)3和TiFe合金等新型储氢材料，这些都表明我国钛产业的发展又得到了进一步的提升。请回答下列问题：

表4

(2)钛具有超导性，其电导率(电阻的倒数)随温度变化如图1。有两种不同晶体结构的钛转化关系为

则具有超导性能的钛是________型(填“α”“β”)。

图1

(3)一种基态钛离子的核外电子均为全充满结构，该钛离子有电子占据的最高能级电子排布图为________。

(4)Ti(BH4)3可由TiCl4和LiBH4反应制得。

①Ti(BH4)3是一种新型的储氢材料。下列物质中原子的杂化类型与Ti(BH4)3中B原子杂化类型相同的是________。

A.P4B.S8C.石墨烯 D.O3

②LiBH4中Li、B元素电负性的大小关系为________；理由是。

(5)图2(a)为TiFe合金的晶胞，该晶胞的堆积方式是________；若晶胞参数为anm，阿伏伽德罗常数为NA，则TiFe合金的密度为________g/cm3；TiFe合金储氢时，H原子进入4个Ti原子和2个Fe原子形成的八面体空隙，如图2(b)，若晶体中每个这样的正八面体都被1个H原子填充，则形成的金属氢化物的最简式为________。

(a)

(b)

2.参考答案及解析

(2)α

(4)①AB ②B>Li B原子和Li原子核外电子层数相同，但B原子核电荷数大，半径小，对电子的吸引力强

【解析】(1)自然界中丰度与稳定性的关系可参考元素及其化合物知识，例如Si是亲氧元素，单质硅在自然界中因不稳定而不存在，即丰度为0。所以，丰度最高的核素即最稳定核素；

(2)超导即导电能力强，由图1可知，低温环境下电导率高(导电能力强)，根据晶型转化关系，低温下应为α型；

(3)基态即满足能量最低原理、泡利原理和洪特规则，先画出基态原子的电子排布图，再依次失去最外层电子，直到找到全充满结构为止；

三、原创题命题思路和方法

上述物质结构与性质试题的命制秉承高考评价体系提出的“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”的评价理念。

1.选取具有“引领”作用的素材，设置情境

本题以“钛”为主题，以“钛工业发展”为背景，设置了“钛及其化合物在国家重大项目中的应用”这一生产生活情境，后续题目将紧紧围绕钛及其应用，实现了题干情境对题目设问的引领作用：第一，向学生展示我国的钛工业的良好发展趋势和钛及其化合物的前沿科技成果，弘扬中国近现代科技文化；其次，展示化学学科的根本特征——合成新分子、创造新物质；而且，陌生的情境更能考查学生的学科素养和关键能力，为高校选拔人才，为国家培养栋梁；最后，陌生情境的考查过程也是学生学习新知识的过程，实现“以考促学”“融学于考”，引导学生不断学习，树立终生学习的意识。

2.选取考查内容

本题结合钛及其化合物在生产、科研中的应用这一情境，选取了核素、晶体类型、离子核外电子排布、杂化轨道、电负性、晶胞的分析和计算等作为考查内容，考查了钛原子、离子结构、Ti(BH4)3中B原子杂化方式、TiFe储氢金属晶体结构、电负性与原子结构之间的联系等必备知识；着重考查学生对钛及其化合物的宏观辨识，对原子、离子、晶胞等微观结构的探析，基于研究数据的证据推理，晶胞模型认知和应用等学科素养。

3.整合情景素材和考查内容，提升设问的综合性、应用性和创新性

高考强调要做到基础扎实，关注化学学科的主干内容，关注学习者在未来的生活、学习、工作中应必须具备的知识、能力和素养。本题包含一定比例的基础性设问，例如核素、杂化轨道分析、电负性大小比较、原子堆积方式判断等。在此类设问的基础上，通过概念的整合、素材呈现形式的变化、新知识新概念的传递，提升题目的综合性、应用性和创新性。

因此，笔者在命题时重点关注了以下几点。

(1)从研究对象或事物的整体性、完整性出发，从学科内容上进行融合，将多个概念进行整合，提升题目综合性。

(2)以图、表、文字、符号等丰富多样的形式呈现试题，考查学生获取信息、分析推断的综合能力和应用能力；其中第(2)问以坐标图形式展示温度与导电性的关系，这类图像在物质结构与性质的试题中是很少见的，更好地考查了学生的能力。

(3)在新情境中介绍新知识、新概念，并与已学知识形成联系，考查学生对已学知识的掌握、对新知识的理解应用，增强题目的应用性。例如第(2)问介绍了α、β晶型和超导性；第(5)问介绍了储氢金属储氢的原理。

(4)参考研究中物质结构的变化，化“静态”为“动态”。例如第(5)问，晶胞储氢后，考查晶胞变化后的晶体组成，题目的综合性、应用性、创新性都得到提升。

表5