新高考《物质结构与性质》复习教学研究——以2021年部分高考化学试题为例

福建 黄明浩 江合佩

(作者单位：厦门实验中学 厦门市教育科学研究院)

《物质结构与性质》模块的知识出现在旧人教版必修二及选修三中，本模块知识在高考中主要考查原子结构、分子结构和晶体结构等化学学科必备知识，重点是物质结构和性质之间的关系。同时还要考查学生的理解与辨析、分析与推测以及归纳与论证等化学学科关键能力。本块内容主要考查的化学学科核心素养是宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想和证据推理与模型认知。

一、2021年高考化学试题的总体特点

2021年高考化学试题聚焦基础化学理论和化学工程技术对国民经济和社会发展的重大贡献，精心创设问题情境，既引导学生关注化学对国家科学、经济和社会发展的贡献，又深化对基本概念的理解、基本原理的应用以及综合分析问题能力的考查，培育学生正确的价值观。如全国甲卷第35题，以我国科学家研发的被形象地称为“液态阳光”计划的全球首套千吨级太阳能燃料合成项目为情境，呈现硅晶体太阳能发电、电能分解水制氢气、氢气与温室气体二氧化碳反应制备燃料甲醇的技术，展示我国科学家在绿色发展和清洁能源开发利用方面的创新成果。试题选择硅晶体、甲醇合成、二氧化碳结构及我国科学家研发的高选择性的金属氧化催化剂等为载体，多层次、多方位考查化学原理和物质结构理论。

二、2021年《物质结构与性质》试题的考查内容

今年部分高考试卷还没有公开，因此笔者根据已经公开的高考试卷，结合2021年1月八省适应性考试中《物质结构与性质》的考题，对该模块的考查点进行统计，如表1所示。

表1 2021年部分高考卷选择性必修模块《物质结构与性质》考点分析统计

在分析今年高考《物质结构与性质》模块考题时，笔者发现并不是每个省份都与福建省一样将《物质结构与性质》和《有机化学基础》都作为必须考查的内容。其中河北、湖南、广东等省份把《物质结构与性质》和有机化学作为二选一的考题，而湖北省、辽宁省和江苏省甚至都只有考查《物质结构与性质》模块知识点的选择题。

三、2021年《物质结构与性质》典型试题示例及分析

2021年6月，第三批进入新高考综合改革试点的广东省、河北省、湖南省、湖北省、江苏省、辽宁省、重庆市、福建省的化学学科正式进入由省市考试院组织自主命题模式。本模块的考点与考题相对其他考点而言变化较少。由于八省高考试卷并未全部公布，这里以部分省份公布的高考试题，结合已有参考文献，对今年部分高考试题进行示例评析。

(一)内容与形式创新

(1)SiCl4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)。

(4)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。在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1-xOy，则y=________(用x表达)。

【参考答案】(1)② (4)2-x

【分析】与往年高考试题相比，在已经公布的高考卷中，全国甲卷立足化学学科特点，注重选取新材料的真实情境，呈现生产生活中的实际问题。本题以“液态阳光”计划为试题情境，考查了核外电子排布、晶体类型、杂化类型、共价键类型、氢键、配位数、密度计算、化合价计算，让学生树立绿色化学思想与可持续发展的学科社会价值观。其中，中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型对考生对杂化轨道的理解有着更高的要求，需要学生看懂SiCl4(H2O)中Si原子的配位键数为5，考查的关键能力是对于核心概念杂化轨道的理解以及科学推理过程，同时发展学生证据推理与模型认知的学科素养。此外，在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1-xOy，其中Zn元素为+2价，Zr为+4价，O元素为-2价，根据化合物化合价计算找等量关系也是往常物构考题中并不常见的题型。前者考点杂化类型可以算内容的创新，后者化合价计算可以算形式的创新。

(二)内容、形式与思维创新

【例2】(2021·河北省选择性考试·17节选)KH2PO4晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大KH2PO4晶体已应用于大功率固体激光器，填补了国家战略空白。回答下列问题：

我们明白了什么是寒证什么是热证之后，就明白了，寒证就应该选择辛温药来辛温解表，热证则应该用寒凉要来清热解毒。

(3)已知有关氨、磷的单键和三键的键能(kJ·mol-1)如表2所示：

表2

(3)在原子数目相同的条件下，N2比N4具有更低的能量，而P4比P2具有更低的能量，能量越低越稳定

【分析】本题以我国科学工作者制备的超大KH2PO4晶体为素材，明确该晶体已应用于大功率固体激光器，填补了国家战略空白为背景，展现了我国科技人员的研究成果，突出了化学学科的贡献，发挥了学科育人功能，同时发展学生科学态度与社会责任的学科素养。考查了核外电子排布、电子的自旋磁量子数、原子结构的深层次分析说理、物质结构、杂化方式、等电子体、根据信息推断规律写化学式、密度计算、晶胞投影等知识点。其中，(2)电子的自旋磁量子数的考查既是内容上的创新也是形式上的创新，要求学生对洪特规则有深层次的思考与理解。(3)通过给定键能数据表对N2、P4稳定性存在的事实进行说理则在思维上进行了创新，从键能的另一个角度来理解，要求学生能领会键能越大，代表物质形成稳定结构时，放出的能量越大，考查了学生的推理论证能力，发展了学生证据推理与模型认知的学科素养。

(三)形式与方法创新

【例3】(2021·广东省选择性考试·20节选)很多含巯基(—SH)的有机化合物是重金属元素汞的解毒剂。例如，解毒剂化合物Ⅰ可与氧化汞生成化合物Ⅱ。

(5)汞解毒剂的水溶性好，有利于体内重金属元素汞的解毒。化合物I与化合物Ⅲ相比，水溶性较好的是________。

(6)理论计算预测，由汞(Hg)、锗(Ge)、锑(Sb)形成的一种新物质X为潜在的拓扑绝缘体材料。X的晶体可视为Ge晶体(晶胞如图a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。

a

b

c

①图b为Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一种单元结构，它不是晶胞单元，理由是______________________。

【参考答案】(5)化合物Ⅲ

(6)由图c可知，图b中Sb、Hg原子取代位置除图b外还有其他形式

【分析】本题以重金属元素汞的解毒剂为背景，将有机化学和物质结构的知识进行融合。考查了核外电子排布、氢键的性质与物质熔沸点、物质沸点与元素周期表、物质及元素性质综合选择、氢键的性质与物质溶解度、晶胞判断、晶胞空间位置与距离、晶胞中原子个数比、密度计算等知识点。其中，(5)对两个化合物水溶性的考查，则是方法上的创新，不仅要求学生能理解氢键的概念和用途，并且能够从含氧酸盐中氢键的结构与数目上来思考溶解度的关系。此题也被改编为厦门市2021年高二下学期期末质检的选择题，可见此题的创新之处。(6)①则考查了学生对于晶胞概念的理解，晶胞的特点是“无隙”和“并置”，此问在形式上进行了创新，不同于以往试题只是考查概念或者直接给晶胞图，而是通过给定一个示意图，让学生从晶胞的概念对结论进行说理和解释。

总体而言，今年高考考查该模块的部分，更加重视挖掘最新科研的素材，引导学生关注中国科学家的发明创造成就，同时也更关注模块之间的融合，在设问上体现出了不少创新。这些创新性的考查，让教师在教学时要更加注重培育学生面对真实复杂问题的分析视角，提高学生表达、解释、说理的能力，实现系统性思维的提升，真正把化学学科的核心素养落地。

四、对2022届高三《物质结构与性质》教学启示及建议

(一)新高考模式下《物质结构与性质》模块的复习思路

通过分析2021年新高考模式下的选择性必修模块的试题，以及国家、教育部对高考改革与考试方向的指引，针对2022届考前复习教师在处理《物质结构与性质》模块时要遵循的基本原则依然是基础、系统、扎实，即引导学生把握中下难度，不偏离教材课标的范围，拿下基础题甚至中档题，注意知识的完整性，知识点复习要扎实到位，形成《物质结构与性质》模块的知识体系。

(二)新高考模式下《物质结构与性质》模块的复习策略与方式

学生在复习时，要擅于抓住原子(元素)、分子、晶体三条主线构建知识体系。对原子或者离子结构的考查，核心是对核外电子排布，即能级顺序排序、泡利原理、洪特规则及洪特规则特例的运用情况的考查。对元素性质的考查主要集中在电离能大小和电负性强弱的比较两方面，学生可结合原子结构知识，运用元素“位—构—性”综合推断等进行解题。

对分子结构的考查，要求学生熟练掌握典型分子中心原子的杂化轨道类型的分析方法(价层电子对数的计算)、分子空间构型的判断技巧(价层电子对互斥理论VSEPR)、共价键类型的分析与判断技巧等。除了共价键之外，分子间作用力，尤其是氢键更是高考试题中的高频考点，其中陌生物质中是否存在氢键、氢键的数目与强度、氢键对物质性质(尤其是物质熔沸点与溶解度)的影响是高考题中经常出现的设问角度。

对晶体结构的考查，要求学生能够准确判断常见晶体的所属类型，能够用均摊法快速计算晶胞内原子(或分子或离子)个数及其质量。能够用数学知识，用所给棱长(或其他晶胞参数)求体积，在计算晶胞体积时边长单位换算要准确。此外，个别考题不给晶胞参数，而是列出堆积方式和原子半径，学生要能够熟练转换。

针对高频的常规考点，学生在该模块复习过程中要做到五个会，如表3所示：

表3 《物质结构与性质》复习过程五个会

教师在引导学生复习时需要注意以下几点：

1.建议学生回归教材。对教材内容不过度拓宽、强化热点、突出重点、化解难点，以典型物质为载体，深化学生对物质结构、性质及其相互关系的理解，提高复习实效。

2.帮助学生建立思维导图。建立起“原子、分子、晶体结构→原子、分子、晶体性质”三条主线，能够从微粒本身性质、微粒间相互作用、物质的聚集形态三个维度解释物质的相关性质，让学生形成知识体系。

3.引导学生加强理解。教师可通过球棍模型、多媒体演示等手段，强化学生对物质空间结构的认识，力求在学生脑海中形成物质空间结构的形象化图景。

4.训练学生答题习惯。强化学生对基本概念的理解，培养和强化学生的书面表达能力，将知识点归纳整合，再次夯实基础。对高频考点深入研究，结合新高考的特点，注意物质结构与其他模块的有效融合。做到有点有面的复习，使学生能够全方位掌握知识。

教师在复习该模块时，先厘清复习思路，把握好备考方向，引导学生分别在对应的章节复习时用好复习策略和复习方式。该模块考题更加注重体现新成果或新发现的素材使用，因此试题的情境会更加新颖，题目的综合程度会提高。在考前复习中要重视教材中基本概念的学习，夯实基础，构建思维框架，提高学生分析问题和解决问题的能力；建立常见模型，发展学生“证据推理与模型认知”核心素养，使学生熟练掌握常见模型，完善知识网络，抓住重点信息，学会举一反三解决实际问题。

在新高考改革和新课程理念下，高考命题早已从原来的“知识立意”转变为“能力立意”再转变为现今的“素养立意”。笔者通过将2021年有关《物质结构与性质》模块的创新性考查点进行例题精选并剖析。在复习时，教师通过精选真题、例题，帮助学生将该模块的知识结构化，厘清知识脉络，形成知识体系。高三复习备考时，应重视构建《物质结构与性质》模块知识体系，重视原子、分子和晶体三大主干知识、核心知识与必备知识的积累与应用。此外，由于各省对于《物质结构与性质》模块的考查比重不同，精选各省试题进行针对性的训练就非常具有必要性。教师对本模块知识需要更加重视限时训练，适当选取科技论文中陌生物质，加强陌生背景下的答题训练。在后阶段复习中要注意分辨试题中的有用信息，学会快速找到并合理处理试题中的有用信息，避开“陷阱”，培养学生良好的答题习惯。