“物质结构与性质”高考试题分析及复习策略

陈兴玲

一、“物质结构与性质”试题分析

1.考点分布统计

“物质结构与性质”是高考化学知识体系重要内容，对深入认识物质、结构与性质的关系发挥重要作用，现将2018年—2021年四年全国卷考点分布统计结果列于表1。

近四年高考真题考查角度有能层、能级、能量最低原理、泡利原理、洪特规则、状态能量、第一电离能、第一电子亲和能、键能、晶格能、电负性、晶胞密度计算、晶胞空间利用率、原子在空间的三维坐标等。

2.试题特点分析

（1）试题以新结构、新功能物质为基础命制试题，有利于开阔考生的科学视野，让考生通过试题情境认识化学学科价值。

（2）试题突出了新课改的基础性、应用性、综合性、时代性的特征。

（3）难点为晶体结构的分析与晶胞参数的计算。3.试题中涉及的化学学科思想和核心素养

（1）宏观辨识与微观探析，从原子、分子水平上认识物质，形成结构决定性质的观念。

（2）认识物质是由微粒组成的，微粒变化过程伴随着能量变化，微粒之间存在着相互作用。

（3）为了认识微粒变化过程中体现出来的能量变化和性质变化，建立概念、模型，形成模型认知。

二、“物质结构与性质”知识总结

2022年4月银川市统考的情况，参加人数为6999人，选择“物质结构与性质”人数6745人，占比为96.37%，平均分为9.3分，错误率较高的有核外电子排布式、电离能、晶胞微粒数与晶胞密度计算。结合近4年来高考卷出现的高频点及学生的迷惑点，辨析迷思概念，做到查漏补缺，提高复习策略。

1.核外电子的空间状态

量子力学把原子核外单个电子的空间运动状态称为原子轨道。

核外电子的运动状态：包括空间运动状态和自旋运动状态，即有多少个电子就有多少种运动状态。

比如：C的核外电子运动状态为6种，核外电子的空间状态为4种，C核外电子能量有3种，等于能级数。C：1s22s22p2共有3个能级，同一能级的电子能量是相等的。

小结：核外电子的空间运动状态看轨道数，核外电子的运动状态看电子数，核外电子能量有几种，看能级数。

例1（2021山东题16）基态F原子核外电子运动状态有种。

点拨基态F有9个电子，因此，核外电子运动状态有9种

例2（2021河北题17）原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用+1/2表示，与之相反的用—1/2表示，称为电子的自旋磁量子数，对于基态的磷原子，其价电子自旋量子数的代数和為。

点拨写出15P的价电子排布图：

由图，可得出答案为+3/2或—3/2

例3（2021全国乙卷题35）判断正误：4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动（）。

点拨（1）根据电子能量差异和主要运动区域的不同，认为原子核外电子处于不同的电子层上。（2）原子轨道与宏观物体的运动轨迹不同，也不同于玻尔提出的原子轨道，它是指量子力学描述电子在原子核外空间运动的主要区域，因此，本题说法错误。

2.基态原子核外电子排布的四种方法（以26Fe为例）

电子排布式：2Fe：1s22s22p3s23p3d°4s 简化表示式：Fe：[Ar]3d°4s 价电子排布式：3d°4s2

价电子排布图（或轨道表示式）：

Fe3+价电子排布式：3d

Fe2+价电子排布式：3d

例4（2021广东题20）基态硫原子价电子排布式：3s23p4

例5（2021河北题17）在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中，核外电子排布相同的是填（离子符号）。

点拨 K+：1s22s22p3s3p P3-：1s22s22p3s23p6 O2-：1s22s22p 答案：K+和P3- 3.第一电离能

第一电离能为气态电中性基态原子失去1个电子转化为气态基态正离子所需要吸收的最低能量。

He第一电离能（11）最大。

同主族元素：从上到下，1减小;同周期元素：从左到右，1，增大。

H的1，在I1（C）与11（0）之间。

特例：价电子数为2与3，5与6的元素其1大小顺序发生变化。比如I1（N）>11（O）。

p/d轨道全满/半满/全空的元素1，偏大。

例6（2021重庆题18）元素Mg、0和C的第一电离能由小到大排序为.

点拨 L（Be）>I1（Mg），根据周期表中位置可知：L1（Mg）例7（2018新课标II）黄铜是人类最早使用的合金之一，主要由Zn和Cu组成。第一电离能L（Zn）_L1（Cu）（填“大于”或“小于”）。原因是。

点拨 Zn电子排布式为[Ar]3d104s2，Zn为4s2全满而4p全空，能量较低，较难失去电子;Zn的1，较大;Cu为[Ar]3d104s'，Cu容易失去最外层4s'电子，第一电离能较小。

例8（2020高考新课标卷I）Goodenough 等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。回答下列问题：

（1）Li及其周期表中相邻元素的第一电离能（11）如表所示（表略）。L1（Li）>I1（Na），原因是。L1（Be）>I1（B）>I1（Li），原因是。

点拨 Na与Li同主族，Na的电子层数更多，原子半径更大，故第一电离能更小。Li，Be和B为同周期元素，同周期元素从左至右，第一电离能呈现增大的趋势，但由于基态Be原子的s能级轨道处于全充满状态，能量更低更稳定，故其第一电离能大于B的第一电离能。

4.电负性

电负性为描述原子对键合电子吸引力大小。（1）电负性大小比较

①同一周期从左到右，主族元素电负性逐渐增大;同一主族从上到下，元素电负性逐渐减小。②非金属元素的电负性大于金属元素的电负性。③显负化合价的元素电负性大于显正化合价的元素电负性。

例9（2021湖南题18）H、C、O的电负性由小到大的顺序为。

答案为H（2）电负性与化学键形成

①元素原子电负性越大，对键合电子吸引力越强，该元素显负价。②形成配位键时，电负性越小，越容易向中心离子提供孤电子对。

例10（2021重庆题18）Ni与CO在60℃—80℃时反应生成Ni（CO）。气体，在Ni（CO），分子中与Ni形成配位键的原子是。

点拨电负性：C<0，因此，与Ni形成配位键的原子是C。

（3）电负性与键角大小

当中心原子种类不同（同主族）但杂化类型相同，且配位原子相同时，中心原子的电负性越大，成键电子对更靠近中心原子，成键电子对间斥力更大，键角更大。

例11（2020年山东题17）NH3、PH3、AsH3 的沸点由高到低的顺序为（填化学式，下同），还原性由强到弱的顺序为，键角由大到小的顺序为。

解析结构相似的分子，相对分子质量越大物质的熔沸点越高，另外分子间能形成氢键的物质，熔沸点则较高，键角的大小取决于中心原子的杂化类型、孤电子对数、成键电子对与成键电子对之间的斥力大小。答案为：NH3、AsH3、PH3;AsH3、PH3、NH3;NH3、PH3、AsH3。

5.键能与晶格能

键能指气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。

晶格能为气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量。

例12（2018新课标卷）（4）Li20是离子晶体，其晶格能可通过图1的Born—Haber循环计算得到。

可知，Li原子的第一电离能为kJ·mol-，0=0键键能为_kJ·mol-'，Li20晶格能为_kJ·mol-。

点拨第一电离能是气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量，根据示意图可知Li原子的第一电离能是1040 kJ/mol÷2=520 kJ/mol;0.5mol氧气转化为氧原子时吸热是249kJ，所以0=0 键能是249 kJ/molx2=498 kJ/mol;晶格能是气态离子形成1摩尔离子晶体释放的能量，根据示意图可知Li2O的晶格能是2908 kJ/mol。

6.鍵角

例13（2021全国乙卷）H2O键角小于NH3键角的原因是：。

点拨 H2O和NH3均为sp3杂化，H2O有两个孤电子对，NH3有1个孤电子对，孤电子对多，斥力大，键角小。

键角问题解题模型：

杂化方式：sp>sp2>sp3

孤电子对多少：孤电子对多，斥力大，键角小。

元素电负性差异：中心原子电负性大，键角大，端原子电负性大，键角小。

7.轨道杂化与空间构型

例14（2021全国甲卷）（1）太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。Si的价电子层的电子排布式为;单晶硅的晶体类型为。SiCl，是生产高纯硅的前驱体，其中Si采取的杂化类型为。SiCl，可发生水解反应，机理如下：

含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，中间体SiCl4（H2O）中Si采取的杂化类型为（填标号）。

点拨（1）基态Si原子的核外电子排布式为1s22s2p3s23p2，因此Si的价电子层的电子排式为3s23p2;晶体硅中Si原子与Si原子之间通过共价键相互结合，整块晶体是一个三维的共价键网状结构，因此晶体硅为原子晶体;SiCl，中Si原子价层电子对数为4，因此Si原子采取sp3杂化;由图可知，SiCl（H2O）中Si原子的8键数为5，说明Si原子的杂化轨道数为5，由此可知Si原子的杂化类型为sp3d，故答案为：3s23p2;原子晶体（共价晶体）;sp3;②;

例15（2021河北题17）与PO—电子总数相同的等电子体的分子式为：。

点拨PO4-等电子体：SO24-、CIO、CCl4、 CF、SiCl4、SiF

8.配位键 [Cu（NH3）4]SO4

例16（2018年江苏题21）[Fe（H2O）。]2+与NO反应生成的[Fe（NO）（H2O），]2+中，NO以 N原子与Fe2+形成配位键。请在[Fe（NO）（H2O）3]2+结构示意图的相应位置补填缺少的配体。

易错提醒（1）原子在化学变化中先失去最外层的电子;（2）注意配位键中的电子对由配位原子提供，故在配合物的结构示意图中，一定要注意配位原子与中心原子直接相连。

9.物质熔沸点比较问题

例17（2021全国甲卷）甲醇的沸点为（64.7℃）介于水（100℃）和甲硫醇（CH，SH，7.6℃）之间，其原因是。

点拨甲硫醇不能形成分子间氢键，而水和甲醇可形成分子间氢键，且水比甲醇的氢键多。

例18（2021山东卷）OF2的沸点（填“高于”或“低于”）Cl2O，原因是。

点拨 OF2的沸点低于Cl2O，原因是：二者同属于分子晶体，Cl2O相对分子质量更大，范德华力大，熔沸点更高。

例19（2020年新课标卷II）钙钛矿（CaT—iO3）型化合物是一类可用于生产太阳能电池、传感器、固体电阻器等的功能材料，回答下列问题：

（2）Ti的四卤化物熔点如表2所示，TiF熔点高于其他三种卤化物，自TiCl，至TiI，熔点依次升高，原因是。

（3）CaTiO3组成元素的电负性大小顺序是;金属离子与氧离子间的作用力为。

点拨一般不同类型晶体的熔沸点顺序是原子晶体>离子晶体>分子晶体，TiF，是离子晶体，其余三种则为分子晶体，故TiF4的熔点高于其余三种物质;TiCl、TiBr4、TiI，均为分子晶体，对于结构相似的分子晶体，则其相对分子质量越大，分子间作用力依次越大，熔点越高。

CaTiO3晶体中含有Ca、Ti、O三种元素，Ca、Ti是同为第四周期的金属元素，Ca在Ti的左边，根据同一周期元素的电负性从左往右依次增大，故Ti>Ca，O为非金属，故其电负性最强，故三者电负性由大到小的顺序是：O>Ti>Ca。

熔沸点比较问题解题模型：状态：气态>液态>固态

晶体类型：一般为原子晶体>离子晶体>分子晶体

影响因素：电荷及半径、键长、相对分子质量及分子极性、价电子多少。

10.晶体和晶胞

（1）长方体中均摊法

微粒处于顶点：1个晶胞平均占用1/8个微粒微粒处于棱上：1个晶胞平均占用1/4个微粒微粒处于面上：1个晶胞平均占用1/2个微粒微粒处于体心：1个晶胞平均占用1个微粒（2）非长方体晶胞中粒子视具体情况而定①三棱柱：微粒处于顶点：1个晶胞平均占用1/12个微粒

微粒处于侧棱：1个晶胞平均占用1/6个微粒微粒处于侧面：1个晶胞平均占用1/2个微粒微粒处于底面：1个晶胞平均占用1/2个微粒微粒处于底边：1个晶胞平均占用1/4个微粒微粒处于体心：1个晶胞平均占用1个微粒②六棱柱：微粒处于顶点，1个晶胞平均占用1/6个微粒

微粒处于侧棱：1个晶胞平均占用1/3个微粒微粒处于侧面：1个晶胞平均占用1/2个微粒

微粒处于底边：1个晶胞平均占用1/4个微粒

微粒处于底面：1个晶胞平均占用1/2个微粒

微粒处于体心：1个晶胞平均占用1个微粒晶胞中微粒配位数的思维模板：

金属晶体中金属原子的配位数：一个金属原子周围最邻近的金属原子数目

离子晶体中离子配位数：一个离子周围最邻近的异电性离子数目

例20（2021全国甲卷）我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其组成为ZnO/ZrO2固溶体。四方ZrO2晶胞如图2所示。Zr+离子在晶胞中的配位数是，晶胞参数为a pm、a pm、cpm，该晶体密度为

g·cm—3（写出表达式）。在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为Zn，Zr1，O，，则y=（用x表达）。

点拨以晶胞中右侧面心的Zr4+为例，同一晶胞中与Zr4+连接最近且等距的0—数为4，同理可知右侧晶胞中有4个02—与Zr+相连，因此Zr4+离子在晶胞中的配位数是4+4=8;1个晶胞中含有4个ZrO2微粒，1个晶胞的质量，1个晶胞的 N体积为，因此该晶体密度;在 ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化劑，化学式可表示为Zn，Zr1，O，，其中Zn元素为+2价，Zr元素为+4价，0元素为—2价，根据化合物化合价代数和为0可知：2x+4x（1—x）=2y，解得y=2-x。

三、复习教学策略

认真研究化学课程标准和高考评价体系，对教学重点进行细致分析，对简单内容以导学案方式或小组合作方式引导学生自主学习，对难点进行师生互动探讨和学习。

充分利用多媒体和教学模型提高教学效果，增强趣味性，调动学生学习积极性，也可以利用化学实验配合课堂教学，利用思维导图帮助学生进行归纳、整理和复习构建知识体系。

（收稿日期：2022—04—20）BE1DC667-ABB2-4CF6-804A-C48F57AF9BBA