傳承經典是基礎,利劍出鞘再創新
——例談2022年高考化學命題的5大創新

孫 晶

(山東省日照市莒縣第四中學)

創新是一個民族永葆進步的靈魂,是一個國家興旺發達的不竭動力,也是高考命題永葆生機的源泉,本文對2022年高考題中呈現的創新點予以剖析.

1 有機命題與“碳達峰”無痕對接

例1(2022年全國乙卷)一種實現二氧化碳固定及再利用的反應如圖1所示.

圖1

下列敘述正確的是( ).

A.化合物1分子中的所有原子共平面

B.化合物1與乙醇互為同系物

C.化合物2分子中含有羥基和酯基

D.化合物2可以發生開環聚合反應

化合物1分子中含有亞甲基結構,其中心碳原子采用sp3雜化,所有原子不可能共平面,選項A 錯誤.結構相似,分子組成相差n個CH2的有機物互為同系物,化合物1為環氧乙烷,屬于醚類,而乙醇屬于醇類,二者結構不相似,不是同系物,選項B錯誤.根據化合物2的分子結構可知,分子中含酯基,不含羥基,選項C 錯誤.化合物2分子可發生開環聚合形成高分子化合物選項D 正確.答案為D.

【真題品讀】本題以二氧化碳固定及再利用為命題背景,考查的落點涉及有機物的共面分析、同系物概念辨識、官能團判斷和聚酯結構簡式的書寫.題目用字凝練,涵蓋的知識貫穿選擇性必修3?有機化學基礎?的始終,在落實基礎知識和基本能力考查的同時,潛移默化地向學生傳遞綠色化學和可持續發展思想,有助于我國實現“碳達峰”的目標,體現了科學態度與社會責任的學科素養,達成了命題的社會價值.

2 定性推斷與定量計算相結合

例2(2022年全國乙卷)化合物(YW4X5Z8·4W2Z)可用于電訊器材、高級玻璃的制造.W、X、Y、Z為短周期元素,原子序數依次增加,且加和為21.YZ2分子的總電子數為奇數,常溫下為氣體.該化合物的熱重曲線如圖2所示,在200 ℃以下熱分解時無刺激性氣體逸出.下列敘述正確的是( ).

圖2

A.W、X、Y、Z的單質常溫下均為氣體

B.最高價氧化物對應的水化物的酸性:Y＜X

C.100～200 ℃階段熱分解失去4個W2Z

D.500 ℃熱分解后生成固體化合物X2Z3

根據題意可知失去的是水,而不是氨氣,即W 為H,Z 為O,YZ2分子的總電子數為奇數,常溫下為氣體,則Y 為N 元素,根據“原子序數依次增加,且加和為21”可知,X 為B 元素,其單質在常溫下為固體,選項A 錯誤.根據非金屬性越強,其最高價氧化物對應的水化物酸性越強,可判斷選項B 錯誤.若100～200 ℃階段熱分解失去4個H2O,則質量分數為

故說明不是失去4 個H2O,選項C 錯誤.化合物(NH4B5O8·4H2O)在500℃熱分解后若生成固體化合物X2Z3(B2O3),根據B 元素守恒,則得到關系式2NH4B5O8·4H2O～5B2O3,則固體化合物B2O3的質量分數為

說明假設正確,選項D 正確.答案為D.

【真題品讀】傳統的物質結構與元素周期律的推斷題一般有三大經典呈現形式:1)以文字敘述形式給出信息.2)結合表格形式列舉元素信息.3)給出某化合物的結構示意圖,通過化學鍵信息進行推斷.2022年高考題將熱重分析曲線和元素推斷融為一體,使元素“位、構、性”推斷與元素化合物性質、定量計算渾然一體,一道題承載了多種知識,較好地落實了宏觀辨識與微觀探析、證據推理與模型認知的學科素養.

3 電解質壓軸選擇題的創新

例3(2022年全國乙卷)常溫下,一元酸HA 的Ka(HA)＝1.0×10－3.在某體系中,H＋與A－不能穿過隔膜,未電離的HA 可自由穿過該膜(如圖3).

圖3

設溶液中c總(HA)＝c(HA)＋c(A－),當達到平衡時,下列敘述正確的是( ).

A.溶液Ⅰ中c(H＋)＝c(OH－)＋c(A－)

C.溶液Ⅰ和Ⅱ中的c(HA)不相等

D.溶液Ⅰ和Ⅱ中的c總(HA)之比為10－4

溶液Ⅱ中c總(HA)＝1.01c(HA),未電離的HA 可自由穿過隔膜,故溶液Ⅰ和溶液Ⅱ中的c(HA)相等,c總(HA)之比為

選項D 錯誤.答案為B.

【真題品讀】縱覽歷年高考選擇題的壓軸題大都以圖像的形式考查離子濃度排序或者沉淀溶解平衡的分析.這些圖像和數學對數運算、曲線變化、離子濃度交錯在一起,令許多考生無所適從,不知從何處破題分析,一直是學生高頻失分的題目.該題將傳統的電化學命題中經常出現的離子交換膜“嫁接”到電解質命題中,這是該題的第一個創新,第二個創新的地方是未電離的HA 可自由穿過隔膜,導致溶液Ⅰ和Ⅱ中的c(HA)相等,如果考生不能很好地領悟圖中的這一信息,該題很容易解錯.

4 體現傳承,由水立方到冰立方,落實綠色環保理念

例4(2022年全國甲卷)2008年北京奧運會的“水立方”,在2022年冬奧會上華麗轉身為“冰立方”,實現了奧運場館的再利用,其美麗的透光氣囊材料由乙烯(CH2═CH2)與四氟乙烯(CF2═CF2)的共聚物(ETFE)制成.回答下列問題:

(1)基態F 原子的價電子排布圖(軌道表示式)為________.

(2)圖甲、乙、丙分別表示C、N、O 和F的逐級電離能I變化趨勢(縱坐標的標度不同).第一電離能的變化圖是_________(填標號),判斷的根據是________;第三電離能的變化圖是_________(填標號).

圖4

(3)固態氟化氫中存在(HF)n形式,畫出(HF)3的鏈狀結構_________.

(4)CF2═CF2和ETFE分子中C的雜化軌道類型分別為_______和_______;聚四氟乙烯的化學穩定性高于聚乙烯,從化學鍵的角度解釋原因_________.

(5)螢石(CaF2)是自然界中常見的含氟礦物,其晶胞結構如圖5所示,X 代表的離子是_________;若該立方晶胞參數為apm,正負離子的核間距最小為_________pm.

圖5

根據基態原子的電子表示式書寫價電子排布式;根據電離能的排布規律分析電離能變化趨勢和原因;根據氫鍵的表示方法書寫(HF)3的結構;根據鍵能影響物質穩定性的規律分析2種物質的穩定性差異;根據均攤法計算晶胞中各粒子的個數,判斷粒子種類.

(1)F 為第9號元素,其電子排布為1s22s22p5,則其價電子排布圖為

(2)C、N、O、F4種元素在同一周期,同一周期從左到右第一電離能的總體趨勢是依次升高的,但由于N 元素的2p能級為半充滿狀態,因此N 元素的第一電離能比C、O2種元素高,因此C、N、O、F4種元素的第一電離能從小到大的順序為C＜O＜N＜F,滿足這一規律的圖像為圖甲.氣態基態＋2價陽離子失去1個電子生成氣態基態＋3價陽離子所需要的能量為該原子的第三電離能,同一周期原子的第三電離能的總體趨勢也依次升高,但由于C原子在失去2個電子之后的2s能級為全充滿狀態,因此其再失去1個電子需要的能量稍高,則滿足這一規律的圖像為圖乙.

(3)固體HF中存在氫鍵,則(HF)3的鏈狀結構為

(4)CF2═CF2中C原子存在3對共用電子對,C原子為sp2雜化,但共聚物ETFE 中C 原子存在4對共用電子對,其C 原子為sp3雜化;由于F 元素的電負性較大,因此在與C 原子的結合過程中形成的C—F鍵的鍵能大于聚乙烯中C—H鍵的鍵能,鍵能的強弱決定物質的化學性質,鍵能越大,化學性質越穩定,因此聚四氟乙烯的化學穩定性高于聚乙烯.

(5)根據螢石晶胞結構,X 分布在晶胞的頂點和面心上,則1個晶胞中X 共有8×＝4個,Y分布在晶胞內部,則1個晶胞中共有8個Y,因此該晶胞的化學式應為XY2,結合螢石的化學式可知,X代表的離子為Ca2＋;由晶胞結構示意圖可知,若將氟化鈣晶胞平均分割成8個小立方體,則與F－等距且最近的Ca2＋形成的空間構型為正四面體,F－位于該四面體的體心,所以晶體中正負離子的核間距的最小距離為體對角線長的

(2)甲;同一周期第一電離能的總體趨勢是依次升高的,但由于N 元素的2p能級為半充滿狀態,因此N 元素的第一電離能較C、O2種元素大;乙.

(4)sp2;sp3;C—F 鍵的鍵能大于聚乙烯中C—H的鍵能,鍵能越大,化學性質越穩定.

【真題品讀】該命題由2008年的夏季奧運會的場館“水立方”到2022年的冬奧會場館“冰立方”切入命題,向考生傳達了我國的科技奧運、綠色奧運理念,將命題烘托得如此詩意,將美麗的透光氣囊材料的元素構成巧妙地融入試題之內,考查F 的軌道表示式、第一電離能遞變規律、氫鍵、分子雜化和含氟礦石的晶體結構分析,知識點貫穿?物質結構與性質?的三大章節,體現考點的基礎性和傳承性,其中,對于(HF)3鏈狀結構的表示、氟化鈣晶胞中正負離子核間距最小距離的(注意單位是pm)計算更是知識點的創新考查.該試題完美地再現了命題背景新、考查形式新的雙重創新,較好地詮釋了高考立德樹人、為國選拔創新型人才的命題理念.

5 關注最新科技成果,踐行不對稱性催化合成

例5(2022 年全國甲卷)用N-雜環卡賓堿(NHCbase)作為催化劑,可合成多環化合物.圖6是一種多環化合物H 的合成路線(無須考慮部分中間體的立體化學).

圖6

回答下列問題:

(1)A 的化學名稱為_________.

(2)反應②涉及兩步反應,已知第一步的反應類型為加成反應,第二步的反應類型為_________.

(3)寫出C 與Br2/CCl4反應產物的結構簡式_________.

(4)E的結構簡式為_________.

(5)H 中含氧官能團的名稱是_________.

(6)化合物X 是C的同分異構體,可發生銀鏡反應,與酸性高錳酸鉀反應后可以得到對苯二甲酸,寫出X 的結構簡式_________.

【真題品讀】2021年諾貝爾化學獎授予科學家本亞明·利斯特和戴維·麥克米倫,以表彰他們在發展不對稱有機催化中的貢獻.回眸不對稱性有機催化的諾貝爾獎的獲獎歷程,手性分子的考查是高中化學知識很好的呈現形式,該題最后一問完美地呈現了這一知識點,且手性分子這一知識點源自人教版教材選擇性必修2的第60頁和魯科版教材選擇性必修2的第52頁,試題很好地落實了源于教材、高于教材的命題理念,將教材知識和諾貝爾獎進行了無縫對接.

此外,2022年全國甲卷第8題輔酶Q10的性質和全國乙卷第36題藥物合成的試題情境均表現化學研究成果在保障人類健康中的作用,讓學生認識到化學在預防疾病、保護身體健康中不可或缺的作用.2022年全國乙卷第28題通過呈現工業上硫化氫的不同處理方法,引導學生關注化學對生態環境和社會發展的影響,增強學生的社會責任感.

(完)