新高考《物質結構與性質》復習教學研究
——以2021年部分高考化學試題為例

福建 黃明浩 江合佩

(作者單位：廈門實驗中學 廈門市教育科學研究院)

《物質結構與性質》模塊的知識出現在舊人教版必修二及選修三中，本模塊知識在高考中主要考查原子結構、分子結構和晶體結構等化學學科必備知識，重點是物質結構和性質之間的關系。同時還要考查學生的理解與辨析、分析與推測以及歸納與論證等化學學科關鍵能力。本塊內容主要考查的化學學科核心素養是宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想和證據推理與模型認知。

一、2021年高考化學試題的總體特點

2021年高考化學試題聚焦基礎化學理論和化學工程技術對國民經濟和社會發展的重大貢獻，精心創設問題情境，既引導學生關注化學對國家科學、經濟和社會發展的貢獻，又深化對基本概念的理解、基本原理的應用以及綜合分析問題能力的考查，培育學生正確的價值觀。如全國甲卷第35題，以我國科學家研發的被形象地稱為“液態陽光”計劃的全球首套千噸級太陽能燃料合成項目為情境，呈現硅晶體太陽能發電、電能分解水制氫氣、氫氣與溫室氣體二氧化碳反應制備燃料甲醇的技術，展示我國科學家在綠色發展和清潔能源開發利用方面的創新成果。試題選擇硅晶體、甲醇合成、二氧化碳結構及我國科學家研發的高選擇性的金屬氧化催化劑等為載體，多層次、多方位考查化學原理和物質結構理論。

二、2021年《物質結構與性質》試題的考查內容

今年部分高考試卷還沒有公開，因此筆者根據已經公開的高考試卷，結合2021年1月八省適應性考試中《物質結構與性質》的考題，對該模塊的考查點進行統計，如表1所示。

表1 2021年部分高考卷選擇性必修模塊《物質結構與性質》考點分析統計

在分析今年高考《物質結構與性質》模塊考題時，筆者發現并不是每個省份都與福建省一樣將《物質結構與性質》和《有機化學基礎》都作為必須考查的內容。其中河北、湖南、廣東等省份把《物質結構與性質》和有機化學作為二選一的考題，而湖北省、遼寧省和江蘇省甚至都只有考查《物質結構與性質》模塊知識點的選擇題。

三、2021年《物質結構與性質》典型試題示例及分析

2021年6月，第三批進入新高考綜合改革試點的廣東省、河北省、湖南省、湖北省、江蘇省、遼寧省、重慶市、福建省的化學學科正式進入由省市考試院組織自主命題模式。本模塊的考點與考題相對其他考點而言變化較少。由于八省高考試卷并未全部公布，這里以部分省份公布的高考試題，結合已有參考文獻，對今年部分高考試題進行示例評析。

(一)內容與形式創新

(1)SiCl4可發生水解反應，機理如下：

含s、p、d軌道的雜化類型有①dsp2、②sp3d、③sp3d2，中間體SiCl4(H2O)中Si采取的雜化類型為________(填標號)。

(4)我國科學家發明了高選擇性的二氧化碳加氫合成甲醇的催化劑，其組成為ZnO/ZrO2固溶體。在ZrO2中摻雜少量ZnO后形成的催化劑，化學式可表示為ZnxZr1-xOy，則y=________(用x表達)。

【參考答案】(1)② (4)2-x

【分析】與往年高考試題相比，在已經公布的高考卷中，全國甲卷立足化學學科特點，注重選取新材料的真實情境，呈現生產生活中的實際問題。本題以“液態陽光”計劃為試題情境，考查了核外電子排布、晶體類型、雜化類型、共價鍵類型、氫鍵、配位數、密度計算、化合價計算，讓學生樹立綠色化學思想與可持續發展的學科社會價值觀。其中，中間體SiCl4(H2O)中Si采取的雜化類型對考生對雜化軌道的理解有著更高的要求，需要學生看懂SiCl4(H2O)中Si原子的配位鍵數為5，考查的關鍵能力是對于核心概念雜化軌道的理解以及科學推理過程，同時發展學生證據推理與模型認知的學科素養。此外，在ZrO2中摻雜少量ZnO后形成的催化劑，化學式可表示為ZnxZr1-xOy，其中Zn元素為+2價，Zr為+4價，O元素為-2價，根據化合物化合價計算找等量關系也是往常物構考題中并不常見的題型。前者考點雜化類型可以算內容的創新，后者化合價計算可以算形式的創新。

(二)內容、形式與思維創新

【例2】(2021·河北省選擇性考試·17節選)KH2PO4晶體具有優異的非線性光學性能。我國科學工作者制備的超大KH2PO4晶體已應用于大功率固體激光器，填補了國家戰略空白。回答下列問題：

我們明白了什么是寒證什么是熱證之后，就明白了，寒證就應該選擇辛溫藥來辛溫解表，熱證則應該用寒涼要來清熱解毒。

(3)已知有關氨、磷的單鍵和三鍵的鍵能(kJ·mol-1)如表2所示：

表2

(3)在原子數目相同的條件下，N2比N4具有更低的能量，而P4比P2具有更低的能量，能量越低越穩定

【分析】本題以我國科學工作者制備的超大KH2PO4晶體為素材，明確該晶體已應用于大功率固體激光器，填補了國家戰略空白為背景，展現了我國科技人員的研究成果，突出了化學學科的貢獻，發揮了學科育人功能，同時發展學生科學態度與社會責任的學科素養。考查了核外電子排布、電子的自旋磁量子數、原子結構的深層次分析說理、物質結構、雜化方式、等電子體、根據信息推斷規律寫化學式、密度計算、晶胞投影等知識點。其中，(2)電子的自旋磁量子數的考查既是內容上的創新也是形式上的創新，要求學生對洪特規則有深層次的思考與理解。(3)通過給定鍵能數據表對N2、P4穩定性存在的事實進行說理則在思維上進行了創新，從鍵能的另一個角度來理解，要求學生能領會鍵能越大，代表物質形成穩定結構時，放出的能量越大，考查了學生的推理論證能力，發展了學生證據推理與模型認知的學科素養。

(三)形式與方法創新

【例3】(2021·廣東省選擇性考試·20節選)很多含巰基(—SH)的有機化合物是重金屬元素汞的解毒劑。例如，解毒劑化合物Ⅰ可與氧化汞生成化合物Ⅱ。

(5)汞解毒劑的水溶性好，有利于體內重金屬元素汞的解毒。化合物I與化合物Ⅲ相比，水溶性較好的是________。

(6)理論計算預測，由汞(Hg)、鍺(Ge)、銻(Sb)形成的一種新物質X為潛在的拓撲絕緣體材料。X的晶體可視為Ge晶體(晶胞如圖a所示)中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成。

a

b

c

①圖b為Ge晶胞中部分Ge原子被Hg和Sb取代后形成的一種單元結構，它不是晶胞單元，理由是______________________。

【參考答案】(5)化合物Ⅲ

(6)由圖c可知，圖b中Sb、Hg原子取代位置除圖b外還有其他形式

【分析】本題以重金屬元素汞的解毒劑為背景，將有機化學和物質結構的知識進行融合。考查了核外電子排布、氫鍵的性質與物質熔沸點、物質沸點與元素周期表、物質及元素性質綜合選擇、氫鍵的性質與物質溶解度、晶胞判斷、晶胞空間位置與距離、晶胞中原子個數比、密度計算等知識點。其中，(5)對兩個化合物水溶性的考查，則是方法上的創新，不僅要求學生能理解氫鍵的概念和用途，并且能夠從含氧酸鹽中氫鍵的結構與數目上來思考溶解度的關系。此題也被改編為廈門市2021年高二下學期期末質檢的選擇題，可見此題的創新之處。(6)①則考查了學生對于晶胞概念的理解，晶胞的特點是“無隙”和“并置”，此問在形式上進行了創新，不同于以往試題只是考查概念或者直接給晶胞圖，而是通過給定一個示意圖，讓學生從晶胞的概念對結論進行說理和解釋。

總體而言，今年高考考查該模塊的部分，更加重視挖掘最新科研的素材，引導學生關注中國科學家的發明創造成就，同時也更關注模塊之間的融合，在設問上體現出了不少創新。這些創新性的考查，讓教師在教學時要更加注重培育學生面對真實復雜問題的分析視角，提高學生表達、解釋、說理的能力，實現系統性思維的提升，真正把化學學科的核心素養落地。

四、對2022屆高三《物質結構與性質》教學啟示及建議

(一)新高考模式下《物質結構與性質》模塊的復習思路

通過分析2021年新高考模式下的選擇性必修模塊的試題，以及國家、教育部對高考改革與考試方向的指引，針對2022屆考前復習教師在處理《物質結構與性質》模塊時要遵循的基本原則依然是基礎、系統、扎實，即引導學生把握中下難度，不偏離教材課標的范圍，拿下基礎題甚至中檔題，注意知識的完整性，知識點復習要扎實到位，形成《物質結構與性質》模塊的知識體系。

(二)新高考模式下《物質結構與性質》模塊的復習策略與方式

學生在復習時，要擅于抓住原子(元素)、分子、晶體三條主線構建知識體系。對原子或者離子結構的考查，核心是對核外電子排布，即能級順序排序、泡利原理、洪特規則及洪特規則特例的運用情況的考查。對元素性質的考查主要集中在電離能大小和電負性強弱的比較兩方面，學生可結合原子結構知識，運用元素“位—構—性”綜合推斷等進行解題。

對分子結構的考查，要求學生熟練掌握典型分子中心原子的雜化軌道類型的分析方法(價層電子對數的計算)、分子空間構型的判斷技巧(價層電子對互斥理論VSEPR)、共價鍵類型的分析與判斷技巧等。除了共價鍵之外，分子間作用力，尤其是氫鍵更是高考試題中的高頻考點，其中陌生物質中是否存在氫鍵、氫鍵的數目與強度、氫鍵對物質性質(尤其是物質熔沸點與溶解度)的影響是高考題中經常出現的設問角度。

對晶體結構的考查，要求學生能夠準確判斷常見晶體的所屬類型，能夠用均攤法快速計算晶胞內原子(或分子或離子)個數及其質量。能夠用數學知識，用所給棱長(或其他晶胞參數)求體積，在計算晶胞體積時邊長單位換算要準確。此外，個別考題不給晶胞參數，而是列出堆積方式和原子半徑，學生要能夠熟練轉換。

針對高頻的常規考點，學生在該模塊復習過程中要做到五個會，如表3所示：

表3 《物質結構與性質》復習過程五個會

教師在引導學生復習時需要注意以下幾點：

1.建議學生回歸教材。對教材內容不過度拓寬、強化熱點、突出重點、化解難點，以典型物質為載體，深化學生對物質結構、性質及其相互關系的理解，提高復習實效。

2.幫助學生建立思維導圖。建立起“原子、分子、晶體結構→原子、分子、晶體性質”三條主線，能夠從微粒本身性質、微粒間相互作用、物質的聚集形態三個維度解釋物質的相關性質，讓學生形成知識體系。

3.引導學生加強理解。教師可通過球棍模型、多媒體演示等手段，強化學生對物質空間結構的認識，力求在學生腦海中形成物質空間結構的形象化圖景。

4.訓練學生答題習慣。強化學生對基本概念的理解，培養和強化學生的書面表達能力，將知識點歸納整合，再次夯實基礎。對高頻考點深入研究，結合新高考的特點，注意物質結構與其他模塊的有效融合。做到有點有面的復習，使學生能夠全方位掌握知識。

教師在復習該模塊時，先厘清復習思路，把握好備考方向，引導學生分別在對應的章節復習時用好復習策略和復習方式。該模塊考題更加注重體現新成果或新發現的素材使用，因此試題的情境會更加新穎，題目的綜合程度會提高。在考前復習中要重視教材中基本概念的學習，夯實基礎，構建思維框架，提高學生分析問題和解決問題的能力；建立常見模型，發展學生“證據推理與模型認知”核心素養，使學生熟練掌握常見模型，完善知識網絡，抓住重點信息，學會舉一反三解決實際問題。

在新高考改革和新課程理念下，高考命題早已從原來的“知識立意”轉變為“能力立意”再轉變為現今的“素養立意”。筆者通過將2021年有關《物質結構與性質》模塊的創新性考查點進行例題精選并剖析。在復習時，教師通過精選真題、例題，幫助學生將該模塊的知識結構化，厘清知識脈絡，形成知識體系。高三復習備考時，應重視構建《物質結構與性質》模塊知識體系，重視原子、分子和晶體三大主干知識、核心知識與必備知識的積累與應用。此外，由于各省對于《物質結構與性質》模塊的考查比重不同，精選各省試題進行針對性的訓練就非常具有必要性。教師對本模塊知識需要更加重視限時訓練，適當選取科技論文中陌生物質，加強陌生背景下的答題訓練。在后階段復習中要注意分辨試題中的有用信息，學會快速找到并合理處理試題中的有用信息，避開“陷阱”，培養學生良好的答題習慣。