新高考有新情境：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

鮑賢義 孟凡盛

物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)模塊在新高考化學(xué)中的考查形式多樣，如在湖北卷、江蘇卷、遼寧卷中主要是必考選擇題，在湖南卷、廣東卷、河北卷中主要是二選一的主觀題，在山東卷中是必考的選擇題和主觀題。雖然新高考各卷命題形式不同，但都著重創(chuàng)設(shè)新情境來對(duì)考生的化學(xué)核心素養(yǎng)進(jìn)行考查。

一、選擇題：考查證據(jù)推理與模型認(rèn)知的化學(xué)核心素養(yǎng)

【例1】（2021年湖北卷第8題）某離子液體的陰離子的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中W、X、Y、Z、M是原子序數(shù)依次増大的短周期非金屬元素，W是有機(jī)分子的骨架元素。下列說法正確的是（ ）

【解析】元素的推斷過程：由“有機(jī)分子的骨架元素”可知W為碳;由圖1知，Y形成一個(gè)雙鍵，Y最外層有6個(gè)電子，M形成6個(gè)鍵，則其最外層電子數(shù)也為6，結(jié)合原子序數(shù)關(guān)系可知，Y為氧，M為硫;X是位于碳和氧之間的氮;Z位于氧和硫中間且形成1個(gè)單鍵，則Z為氟。

氟元素沒有正化合價(jià)，故A錯(cuò)誤。碳的基態(tài)原子電子排布式為1s22s2p2，未成對(duì)電子數(shù)為2，氧的基態(tài)原子電子排布式為1s22s22p4，未成對(duì)電子數(shù)也為2，故B錯(cuò)誤。該陰離子中氮形成2個(gè)單鍵，還得到1個(gè)電子（整個(gè)陰離子帶的一個(gè)單位負(fù)電荷就是氮原子得到的一個(gè)電子），滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，故C錯(cuò)誤。氮的最簡(jiǎn)單氫化物為NH3，水溶液呈堿性;硫的最簡(jiǎn)單氫化物為H2S，水溶液呈酸性，故D正確。

【答案】D

【備考策略】（1）理解8e-穩(wěn)定結(jié)構(gòu)原子的成鍵特點(diǎn)。常見共價(jià)化合物中，ⅣA族的C、Si、Ge有四個(gè)鍵，可以是四個(gè)單鍵、一個(gè)三鍵和一個(gè)單鍵、一個(gè)雙鍵和兩個(gè)單鍵或兩個(gè)雙鍵。ⅤA族的N、P、As有三個(gè)鍵，可以是三個(gè)單鍵或一個(gè)雙鍵和一個(gè)單鍵。ⅥA族的O、S、Se有兩個(gè)鍵，可以是一個(gè)雙鍵或兩個(gè)單鍵。ⅦA族F、Cl、Br、I有一個(gè)單鍵。

（2）掌握易錯(cuò)的擬鹵素（或擬鹵離子）的結(jié)構(gòu)式和電子式（見下表）。

（3）了解常見物質(zhì)中非8e-結(jié)構(gòu)的原子。H、Li、Be不能形成8e-結(jié)構(gòu)。5號(hào)元素B，可能形成6e-結(jié)構(gòu)的化合物，如硼酸、BF3（）等，也可能形成8e-穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的化合物，如 （硼氫化鈉）、NaB（OH）4（四羥基硼酸鈉）等。P、S可以形成10e-、12e-結(jié)構(gòu)的化合物，如三角雙錐的PCl5（分子中存在60°、90°和180°三種鍵角）、正八面體的SF6（存在90°和180°兩種鍵角）等。

二、主觀題：考查微觀探析與宏觀辨識(shí)的化學(xué)核心素養(yǎng)

【例2】（2021年全國(guó)乙卷第35題）過渡金屬元素鉻（Cr）是不銹鋼的重要成分，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防建設(shè)中有著廣泛應(yīng)用。回答下列問題：

（1）對(duì)于基態(tài)Cr原子，下列敘述正確的是（填標(biāo)號(hào)）。

A.軌道處于半充滿時(shí)體系總能量低，核外電子排布應(yīng)為[Ar]3d54s1

B. 4s電子能量較高，總是在比3s電子離核更遠(yuǎn)的地方運(yùn)動(dòng)

C.電負(fù)性比鉀高，原子對(duì)鍵合電子的吸引力比鉀大

（2）三價(jià)鉻離子能形成多種配位化合物。[Cr（NH3）3（H2O）2Cl]2+中提供電子對(duì)形成配位鍵的原子是 ，中心離子的配位數(shù)為 。

（3）[Cr（NH3）3（H2O）2Cl]2+配體分子NH3、H2O以及分子PH3的空間結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的鍵角如圖2所示。

（4）在金屬材料中添加AlCr2顆粒，可以增強(qiáng)材料的耐腐蝕性、硬度和機(jī)械性能。AlCr2具有體心四方結(jié)構(gòu)，如圖3所示。處于頂角位置的是原子。設(shè)Cr和Al原子半徑分別為rCr和rAl，則金屬原子空間占有率為%（列出計(jì)算表達(dá)式）。

【解析】（1）基態(tài)原子滿足能量最低原理，Cr有24個(gè)核外電子，軌道處于半充滿時(shí)體系總能量低，核外電子排布應(yīng)為[Ar]3d54s1，A正確;電子運(yùn)動(dòng)具有波動(dòng)性，電子可在原子區(qū)域的任何位置上出現(xiàn)，也就是說，能量高的最外層電子有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)在離核很近處，只是概率較小而已，即能量較高的4s電子有時(shí)在比3s電子離核更近的地方運(yùn)動(dòng)，B錯(cuò)誤;電負(fù)性為原子對(duì)鍵合電子的吸引力，元素的金屬性越強(qiáng)電負(fù)性越小，對(duì)鍵合電子的吸引力越小，鉀的金屬性大于鉻，故鉀的電負(fù)性小于鉻，即鉻原子對(duì)鍵合電子的吸引力比鉀大，C正確。（2）[Cr（NH3）3（H2O）2Cl]2+中三價(jià)鉻離子提供空軌道，N、O、Cl提供孤對(duì)電子與三價(jià)鉻離子形成配位鍵，中心離子的配位數(shù)為N、O、Cl三種原子的個(gè)數(shù)和，即3+2+1=6。（3）PH3的價(jià)層電子對(duì)為3+1=4，故PH3中P的雜化類型是sp3;N原子電負(fù)性較大，NH3分子之間存在分子間氫鍵，因此NH3的沸點(diǎn)比PH3的高;H2O的鍵角小于NH3的原因是：NH3含有一對(duì)孤對(duì)電子，而H2O含有兩對(duì)孤對(duì)電子，H2O中的孤對(duì)電子對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用較大。（4）已知AlCr2具有體心四方結(jié)構(gòu)，黑球個(gè)數(shù)為8×+1=2，白球個(gè)數(shù)為8×+2=4，結(jié)合化學(xué)式AlCr2可知，白球?yàn)镃r，黑球?yàn)锳l，即處于頂角位置的是Al原子。設(shè)Cr和Al原子半徑分別為rCr和rAl，則金屬原子的體積為×4+×2=， 故金屬原子空間占有率= × 100%=×100%。

【答案】（1）AC

（2）N、O、Cl? ? 6

（3）sp3? ? 高? ? NH3存在分子間氫鍵? ? NH3含有一對(duì)孤對(duì)電子，而H2O含有兩對(duì)孤對(duì)電子，H2O中的孤對(duì)電子對(duì)成鍵電子對(duì)的排斥作用較大

（4）Al ×100%

【備考策略】（1）熟練掌握第四周期元素的簡(jiǎn)化電子排布式。s區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)元素的簡(jiǎn)化電子排布式為[Ar]+價(jià)電子排布式，如鈷（27Co）的簡(jiǎn)化電子排布式為[Ar]3d74s2;第四周期p區(qū)元素的簡(jiǎn)化電子排布式為[Ar]+ 3d10+價(jià)電子排布式，如鎵（31Ga）的簡(jiǎn)化電子排布式為[Ar]3d104s24p1。

（2）理解新物質(zhì)中原子的雜化類型。例如，SiCl4可發(fā)生水解反應(yīng)，機(jī)理如下：

圖4中SiCl4、SiCl4（H2O）中Si原子的δ鍵數(shù)分別為4和5，說明Si原子的雜化軌道數(shù)分別為4和5，由此可推知Si原子的雜化類型分別為sp3和sp3d。

（3）熟練掌握晶體密度的計(jì)算。例如，四方ZrO2晶胞如圖5所示。晶胞參數(shù)為a pm、a pm、c pm，1個(gè)晶胞中含有4個(gè)ZrO2微粒，1個(gè)晶胞的質(zhì)量m=， 1個(gè)晶胞的體積為（a×10-10cm）×（a×10-10cm）×（c×10-10cm）= a2c×10-30cm3，因此該晶體密度=== g·cm-3。