基于《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)原創(chuàng)試題及命題思路分析

廣東

《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》提出了“一核四層四翼”的基本內(nèi)涵和要求，全面闡述了“為什么考”“考什么”“怎么考”的問(wèn)題，既為評(píng)價(jià)考試提供了準(zhǔn)繩和量尺，也對(duì)試題命制提出了更高的要求——以真實(shí)情境為載體，以核心價(jià)值為引領(lǐng)，通過(guò)基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性或創(chuàng)新性的設(shè)問(wèn)，考查學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力和必備知識(shí)的命題思路。

一、從高考評(píng)價(jià)體系的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)試題

筆者分析了2017—2020年全國(guó)卷化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)試題，得出試題呈現(xiàn)以“一核”為引領(lǐng)、以“四層”為導(dǎo)向、以“四翼”為要求的特點(diǎn)。

1.以“一核”為引領(lǐng)

物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)試題通過(guò)創(chuàng)設(shè)元素化合物在生產(chǎn)、科研領(lǐng)域的應(yīng)用情境，展示科學(xué)技術(shù)對(duì)人類發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的作用，向?qū)W生傳遞科學(xué)為人類、社會(huì)服務(wù)的理念，實(shí)現(xiàn)立德樹人的目標(biāo)。

表1 2017—2020年全國(guó)卷物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)試題情境素材匯總

2.以“四層”為導(dǎo)向

2017—2020年全國(guó)卷化學(xué)試題中，物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)試題都以某一種元素或幾種相關(guān)元素為主題，圍繞所選元素的相關(guān)化合物在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用或科研領(lǐng)域的前沿成果設(shè)置試題情境，從原子、分子等微觀角度進(jìn)行考查，充分體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科合成新分子與創(chuàng)造新物質(zhì)的根本特征。

物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)試題通常從原子和離子結(jié)構(gòu)、核外電子排布、分子組成和物質(zhì)性質(zhì)、晶胞模型的結(jié)構(gòu)分析等方面進(jìn)行設(shè)問(wèn)，著重考查了學(xué)科素養(yǎng)中的宏觀辨識(shí)與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知以及科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任。通過(guò)結(jié)構(gòu)分析、性質(zhì)比較、符號(hào)表達(dá)、晶胞的分析和運(yùn)算等具體問(wèn)題，從知識(shí)獲取能力群、思維認(rèn)知能力群的角度考查學(xué)生關(guān)鍵能力。化學(xué)語(yǔ)言與概念、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，尤其是結(jié)構(gòu)與性質(zhì)間的關(guān)系等必備知識(shí)成為該題命題的基礎(chǔ)和支撐。

表2 2017—2020年全國(guó)卷物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)試題考查內(nèi)容匯總

3.以“四翼”為要求

題目包含了研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的基本概念、基本理論和基本方法，結(jié)合高中所學(xué)知識(shí)和技能設(shè)置了基礎(chǔ)性題目；通過(guò)緊密聯(lián)系情境，整合概念、理論和方法，創(chuàng)設(shè)了具備綜合性和應(yīng)用性的設(shè)問(wèn)，著重考查學(xué)生能力；將研究過(guò)程中遇到的問(wèn)題或解決問(wèn)題的思維過(guò)程轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新性提問(wèn)，考查學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力，選拔創(chuàng)新人才。近四年的試題中，2017—2018年試題較為注重對(duì)基礎(chǔ)性知識(shí)考查，2019—2020年增大了綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性問(wèn)題的比重，以2020年全國(guó)卷Ⅰ為例，如表3所示。

表3 2020年全國(guó)卷Ⅰ物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)試題設(shè)問(wèn)層次分析

二、原創(chuàng)試題

本文立足于培養(yǎng)人才的價(jià)值引領(lǐng)，從考查知識(shí)、能力、素養(yǎng)的角度出發(fā)，以金屬鈦在生產(chǎn)中的應(yīng)用為情境，原創(chuàng)一道符合“一核四層四翼”要求的物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)高考模擬題。

1.題干和設(shè)問(wèn)

隨著科技的發(fā)展，中國(guó)鈦工業(yè)取得了很大的進(jìn)步，隨著國(guó)家軍民融合、綠色發(fā)展、高端發(fā)展、工業(yè)4.0的政策推進(jìn)，鈦及其化合物以優(yōu)異性能，在航天、航空、艦船、兵器、核工業(yè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如C919大飛機(jī)項(xiàng)目、4500米深潛器載人球殼項(xiàng)目、Ti(BH4)3和TiFe合金等新型儲(chǔ)氫材料，這些都表明我國(guó)鈦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展又得到了進(jìn)一步的提升。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

表4

(2)鈦具有超導(dǎo)性，其電導(dǎo)率(電阻的倒數(shù))隨溫度變化如圖1。有兩種不同晶體結(jié)構(gòu)的鈦轉(zhuǎn)化關(guān)系為

則具有超導(dǎo)性能的鈦是________型(填“α”“β”)。

圖1

(3)一種基態(tài)鈦離子的核外電子均為全充滿結(jié)構(gòu)，該鈦離子有電子占據(jù)的最高能級(jí)電子排布圖為________。

(4)Ti(BH4)3可由TiCl4和LiBH4反應(yīng)制得。

①Ti(BH4)3是一種新型的儲(chǔ)氫材料。下列物質(zhì)中原子的雜化類型與Ti(BH4)3中B原子雜化類型相同的是________。

A.P4B.S8C.石墨烯 D.O3

②LiBH4中Li、B元素電負(fù)性的大小關(guān)系為________；理由是。

(5)圖2(a)為TiFe合金的晶胞，該晶胞的堆積方式是________；若晶胞參數(shù)為anm，阿伏伽德羅常數(shù)為NA，則TiFe合金的密度為________g/cm3；TiFe合金儲(chǔ)氫時(shí)，H原子進(jìn)入4個(gè)Ti原子和2個(gè)Fe原子形成的八面體空隙，如圖2(b)，若晶體中每個(gè)這樣的正八面體都被1個(gè)H原子填充，則形成的金屬氫化物的最簡(jiǎn)式為________。

(a)

(b)

2.參考答案及解析

(2)α

(4)①AB ②B>Li B原子和Li原子核外電子層數(shù)相同，但B原子核電荷數(shù)大，半徑小，對(duì)電子的吸引力強(qiáng)

【解析】(1)自然界中豐度與穩(wěn)定性的關(guān)系可參考元素及其化合物知識(shí)，例如Si是親氧元素，單質(zhì)硅在自然界中因不穩(wěn)定而不存在，即豐度為0。所以，豐度最高的核素即最穩(wěn)定核素；

(2)超導(dǎo)即導(dǎo)電能力強(qiáng)，由圖1可知，低溫環(huán)境下電導(dǎo)率高(導(dǎo)電能力強(qiáng))，根據(jù)晶型轉(zhuǎn)化關(guān)系，低溫下應(yīng)為α型；

(3)基態(tài)即滿足能量最低原理、泡利原理和洪特規(guī)則，先畫出基態(tài)原子的電子排布圖，再依次失去最外層電子，直到找到全充滿結(jié)構(gòu)為止；

三、原創(chuàng)題命題思路和方法

上述物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)試題的命制秉承高考評(píng)價(jià)體系提出的“價(jià)值引領(lǐng)、素養(yǎng)導(dǎo)向、能力為重、知識(shí)為基”的評(píng)價(jià)理念。

1.選取具有“引領(lǐng)”作用的素材，設(shè)置情境

本題以“鈦”為主題，以“鈦工業(yè)發(fā)展”為背景，設(shè)置了“鈦及其化合物在國(guó)家重大項(xiàng)目中的應(yīng)用”這一生產(chǎn)生活情境，后續(xù)題目將緊緊圍繞鈦及其應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了題干情境對(duì)題目設(shè)問(wèn)的引領(lǐng)作用：第一，向?qū)W生展示我國(guó)的鈦工業(yè)的良好發(fā)展趨勢(shì)和鈦及其化合物的前沿科技成果，弘揚(yáng)中國(guó)近現(xiàn)代科技文化；其次，展示化學(xué)學(xué)科的根本特征——合成新分子、創(chuàng)造新物質(zhì)；而且，陌生的情境更能考查學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)和關(guān)鍵能力，為高校選拔人才，為國(guó)家培養(yǎng)棟梁；最后，陌生情境的考查過(guò)程也是學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)“以考促學(xué)”“融學(xué)于考”，引導(dǎo)學(xué)生不斷學(xué)習(xí)，樹立終生學(xué)習(xí)的意識(shí)。

2.選取考查內(nèi)容

本題結(jié)合鈦及其化合物在生產(chǎn)、科研中的應(yīng)用這一情境，選取了核素、晶體類型、離子核外電子排布、雜化軌道、電負(fù)性、晶胞的分析和計(jì)算等作為考查內(nèi)容，考查了鈦原子、離子結(jié)構(gòu)、Ti(BH4)3中B原子雜化方式、TiFe儲(chǔ)氫金屬晶體結(jié)構(gòu)、電負(fù)性與原子結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系等必備知識(shí)；著重考查學(xué)生對(duì)鈦及其化合物的宏觀辨識(shí)，對(duì)原子、離子、晶胞等微觀結(jié)構(gòu)的探析，基于研究數(shù)據(jù)的證據(jù)推理，晶胞模型認(rèn)知和應(yīng)用等學(xué)科素養(yǎng)。

3.整合情景素材和考查內(nèi)容，提升設(shè)問(wèn)的綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性

高考強(qiáng)調(diào)要做到基礎(chǔ)扎實(shí)，關(guān)注化學(xué)學(xué)科的主干內(nèi)容，關(guān)注學(xué)習(xí)者在未來(lái)的生活、學(xué)習(xí)、工作中應(yīng)必須具備的知識(shí)、能力和素養(yǎng)。本題包含一定比例的基礎(chǔ)性設(shè)問(wèn)，例如核素、雜化軌道分析、電負(fù)性大小比較、原子堆積方式判斷等。在此類設(shè)問(wèn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)概念的整合、素材呈現(xiàn)形式的變化、新知識(shí)新概念的傳遞，提升題目的綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性。

因此，筆者在命題時(shí)重點(diǎn)關(guān)注了以下幾點(diǎn)。

(1)從研究對(duì)象或事物的整體性、完整性出發(fā)，從學(xué)科內(nèi)容上進(jìn)行融合，將多個(gè)概念進(jìn)行整合，提升題目綜合性。

(2)以圖、表、文字、符號(hào)等豐富多樣的形式呈現(xiàn)試題，考查學(xué)生獲取信息、分析推斷的綜合能力和應(yīng)用能力；其中第(2)問(wèn)以坐標(biāo)圖形式展示溫度與導(dǎo)電性的關(guān)系，這類圖像在物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的試題中是很少見的，更好地考查了學(xué)生的能力。

(3)在新情境中介紹新知識(shí)、新概念，并與已學(xué)知識(shí)形成聯(lián)系，考查學(xué)生對(duì)已學(xué)知識(shí)的掌握、對(duì)新知識(shí)的理解應(yīng)用，增強(qiáng)題目的應(yīng)用性。例如第(2)問(wèn)介紹了α、β晶型和超導(dǎo)性；第(5)問(wèn)介紹了儲(chǔ)氫金屬儲(chǔ)氫的原理。

(4)參考研究中物質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，化“靜態(tài)”為“動(dòng)態(tài)”。例如第(5)問(wèn)，晶胞儲(chǔ)氫后，考查晶胞變化后的晶體組成，題目的綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性都得到提升。

表5