新高考《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》復(fù)習(xí)教學(xué)研究
——以2021年部分高考化學(xué)試題為例

福建 黃明浩 江合佩

(作者單位：廈門實(shí)驗(yàn)中學(xué) 廈門市教育科學(xué)研究院)

《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊的知識(shí)出現(xiàn)在舊人教版必修二及選修三中，本模塊知識(shí)在高考中主要考查原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)等化學(xué)學(xué)科必備知識(shí)，重點(diǎn)是物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的關(guān)系。同時(shí)還要考查學(xué)生的理解與辨析、分析與推測(cè)以及歸納與論證等化學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力。本塊內(nèi)容主要考查的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平衡思想和證據(jù)推理與模型認(rèn)知。

一、2021年高考化學(xué)試題的總體特點(diǎn)

2021年高考化學(xué)試題聚焦基礎(chǔ)化學(xué)理論和化學(xué)工程技術(shù)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)，精心創(chuàng)設(shè)問題情境，既引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注化學(xué)對(duì)國家科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的貢獻(xiàn)，又深化對(duì)基本概念的理解、基本原理的應(yīng)用以及綜合分析問題能力的考查，培育學(xué)生正確的價(jià)值觀。如全國甲卷第35題，以我國科學(xué)家研發(fā)的被形象地稱為“液態(tài)陽光”計(jì)劃的全球首套千噸級(jí)太陽能燃料合成項(xiàng)目為情境，呈現(xiàn)硅晶體太陽能發(fā)電、電能分解水制氫氣、氫氣與溫室氣體二氧化碳反應(yīng)制備燃料甲醇的技術(shù)，展示我國科學(xué)家在綠色發(fā)展和清潔能源開發(fā)利用方面的創(chuàng)新成果。試題選擇硅晶體、甲醇合成、二氧化碳結(jié)構(gòu)及我國科學(xué)家研發(fā)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(xué)原理和物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論。

二、2021年《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》試題的考查內(nèi)容

今年部分高考試卷還沒有公開，因此筆者根據(jù)已經(jīng)公開的高考試卷，結(jié)合2021年1月八省適應(yīng)性考試中《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》的考題，對(duì)該模塊的考查點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

表1 2021年部分高考卷選擇性必修模塊《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》考點(diǎn)分析統(tǒng)計(jì)

在分析今年高考《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊考題時(shí)，筆者發(fā)現(xiàn)并不是每個(gè)省份都與福建省一樣將《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》和《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》都作為必須考查的內(nèi)容。其中河北、湖南、廣東等省份把《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》和有機(jī)化學(xué)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(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊知識(shí)點(diǎn)的選擇題。

三、2021年《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》典型試題示例及分析

2021年6月，第三批進(jìn)入新高考綜合改革試點(diǎn)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(xué)學(xué)科正式進(jìn)入由省市考試院組織自主命題模式。本模塊的考點(diǎn)與考題相對(duì)其他考點(diǎn)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(jié)合已有參考文獻(xiàn)，對(duì)今年部分高考試題進(jìn)行示例評(píng)析。

(一)內(nèi)容與形式創(chuàng)新

(1)SiCl4可發(fā)生水解反應(yīng)，機(jī)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(biāo)號(hào))。

(4)我國科學(xué)家發(fā)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(xué)式可表示為ZnxZr1-xOy，則y=________(用x表達(dá))。

【參考答案】(1)② (4)2-x

【分析】與往年高考試題相比，在已經(jīng)公布的高考卷中，全國甲卷立足化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)，注重選取新材料的真實(shí)情境，呈現(xiàn)生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題。本題以“液態(tài)陽光”計(jì)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(jià)鍵類型、氫鍵、配位數(shù)、密度計(jì)算、化合價(jià)計(jì)算，讓學(xué)生樹立綠色化學(xué)思想與可持續(xù)發(fā)展的學(xué)科社會(huì)價(jià)值觀。其中，中間體SiCl4(H2O)中Si采取的雜化類型對(duì)考生對(duì)雜化軌道的理解有著更高的要求，需要學(xué)生看懂SiCl4(H2O)中Si原子的配位鍵數(shù)為5，考查的關(guān)鍵能力是對(duì)于核心概念雜化軌道的理解以及科學(xué)推理過程，同時(shí)發(fā)展學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科素養(yǎng)。此外，在ZrO2中摻雜少量ZnO后形成的催化劑，化學(xué)式可表示為ZnxZr1-xOy，其中Zn元素為+2價(jià)，Zr為+4價(jià)，O元素為-2價(jià)，根據(jù)化合物化合價(jià)計(jì)算找等量關(guān)系也是往常物構(gòu)考題中并不常見的題型。前者考點(diǎn)雜化類型可以算內(nèi)容的創(chuàng)新，后者化合價(jià)計(jì)算可以算形式的創(chuàng)新。

(二)內(nèi)容、形式與思維創(chuàng)新

【例2】(2021·河北省選擇性考試·17節(jié)選)KH2PO4晶體具有優(yōu)異的非線性光學(xué)性能。我國科學(xué)工作者制備的超大KH2PO4晶體已應(yīng)用于大功率固體激光器，填補(bǔ)了國家戰(zhàn)略空白?；卮鹣铝袉栴}：

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(yīng)該選擇辛溫藥來辛溫解表，熱證則應(yīng)該用寒涼要來清熱解毒。

(3)已知有關(guān)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(shù)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(wěn)定

【分析】本題以我國科學(xué)工作者制備的超大KH2PO4晶體為素材，明確該晶體已應(yīng)用于大功率固體激光器，填補(bǔ)了國家戰(zhàn)略空白為背景，展現(xiàn)了我國科技人員的研究成果，突出了化學(xué)學(xué)科的貢獻(xiàn)，發(fā)揮了學(xué)科育人功能，同時(shí)發(fā)展學(xué)生科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的學(xué)科素養(yǎng)?？疾榱撕送怆娮优挪?、電子的自旋磁量子數(shù)、原子結(jié)構(gòu)的深層次分析說理、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、雜化方式、等電子體、根據(jù)信息推斷規(guī)律寫化學(xué)式、密度計(jì)算、晶胞投影等知識(shí)點(diǎn)。其中，(2)電子的自旋磁量子數(shù)的考查既是內(nèi)容上的創(chuàng)新也是形式上的創(chuàng)新，要求學(xué)生對(duì)洪特規(guī)則有深層次的思考與理解。(3)通過給定鍵能數(shù)據(jù)表對(duì)N2、P4穩(wěn)定性存在的事實(shí)進(jìn)行說理則在思維上進(jìn)行了創(chuàng)新，從鍵能的另一個(gè)角度來理解，要求學(xué)生能領(lǐng)會(huì)鍵能越大，代表物質(zhì)形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)時(shí)，放出的能量越大，考查了學(xué)生的推理論證能力，發(fā)展了學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科素養(yǎng)。

(三)形式與方法創(chuàng)新

【例3】(2021·廣東省選擇性考試·20節(jié)選)很多含巰基(—SH)的有機(jī)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(nèi)重金屬元素汞的解毒?；衔颕與化合物Ⅲ相比，水溶性較好的是________。

(6)理論計(jì)算預(yù)測(cè)，由汞(Hg)、鍺(Ge)、銻(Sb)形成的一種新物質(zhì)X為潛在的拓?fù)浣^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(jié)構(gòu)，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(jī)化學(xué)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識(shí)進(jìn)行融合?？疾榱撕送怆娮优挪肌滏I的性質(zhì)與物質(zhì)熔沸點(diǎn)、物質(zhì)沸點(diǎn)與元素周期表、物質(zhì)及元素性質(zhì)綜合選擇、氫鍵的性質(zhì)與物質(zhì)溶解度、晶胞判斷、晶胞空間位置與距離、晶胞中原子個(gè)數(shù)比、密度計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)。其中，(5)對(duì)兩個(gè)化合物水溶性的考查，則是方法上的創(chuàng)新，不僅要求學(xué)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(jié)構(gòu)與數(shù)目上來思考溶解度的關(guān)系。此題也被改編為廈門市2021年高二下學(xué)期期末質(zhì)檢的選擇題，可見此題的創(chuàng)新之處。(6)①則考查了學(xué)生對(duì)于晶胞概念的理解，晶胞的特點(diǎn)是“無隙”和“并置”，此問在形式上進(jìn)行了創(chuàng)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(gè)示意圖，讓學(xué)生從晶胞的概念對(duì)結(jié)論進(jìn)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(dǎo)學(xué)生關(guān)注中國科學(xué)家的發(fā)明創(chuàng)造成就，同時(shí)也更關(guān)注模塊之間的融合，在設(shè)問上體現(xiàn)出了不少創(chuàng)新。這些創(chuàng)新性的考查，讓教師在教學(xué)時(shí)要更加注重培育學(xué)生面對(duì)真實(shí)復(fù)雜問題的分析視角，提高學(xué)生表達(dá)、解釋、說理的能力，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性思維的提升，真正把化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)落地。

四、對(duì)2022屆高三《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》教學(xué)啟示及建議

(一)新高考模式下《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊的復(fù)習(xí)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(duì)高考改革與考試方向的指引，針對(duì)2022屆考前復(fù)習(xí)教師在處理《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊時(shí)要遵循的基本原則依然是基礎(chǔ)、系統(tǒng)、扎實(shí)，即引導(dǎo)學(xué)生把握中下難度，不偏離教材課標(biāo)的范圍，拿下基礎(chǔ)題甚至中檔題，注意知識(shí)的完整性，知識(shí)點(diǎn)復(fù)習(xí)要扎實(shí)到位，形成《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊的知識(shí)體系。

(二)新高考模式下《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊的復(fù)習(xí)策略與方式

學(xué)生在復(fù)習(xí)時(shí)，要擅于抓住原子(元素)、分子、晶體三條主線構(gòu)建知識(shí)體系。對(duì)原子或者離子結(jié)構(gòu)的考查，核心是對(duì)核外電子排布，即能級(jí)順序排序、泡利原理、洪特規(guī)則及洪特規(guī)則特例的運(yùn)用情況的考查。對(duì)元素性質(zhì)的考查主要集中在電離能大小和電負(fù)性強(qiáng)弱的比較兩方面，學(xué)生可結(jié)合原子結(jié)構(gòu)知識(shí)，運(yùn)用元素“位—構(gòu)—性”綜合推斷等進(jìn)行解題。

對(duì)分子結(jié)構(gòu)的考查，要求學(xué)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(jià)層電子對(duì)數(shù)的計(jì)算)、分子空間構(gòu)型的判斷技巧(價(jià)層電子對(duì)互斥理論VSEPR)、共價(jià)鍵類型的分析與判斷技巧等。除了共價(jià)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(diǎn)，其中陌生物質(zhì)中是否存在氫鍵、氫鍵的數(shù)目與強(qiáng)度、氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)(尤其是物質(zhì)熔沸點(diǎn)與溶解度)的影響是高考題中經(jīng)常出現(xiàn)的設(shè)問角度。

對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的考查，要求學(xué)生能夠準(zhǔn)確判斷常見晶體的所屬類型，能夠用均攤法快速計(jì)算晶胞內(nèi)原子(或分子或離子)個(gè)數(shù)及其質(zhì)量。能夠用數(shù)學(xué)知識(shí)，用所給棱長(或其他晶胞參數(shù))求體積，在計(jì)算晶胞體積時(shí)邊長單位換算要準(zhǔn)確。此外，個(gè)別考題不給晶胞參數(shù)，而是列出堆積方式和原子半徑，學(xué)生要能夠熟練轉(zhuǎn)換。

針對(duì)高頻的常規(guī)考點(diǎn)，學(xué)生在該模塊復(fù)習(xí)過程中要做到五個(gè)會(huì)，如表3所示：

表3 《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》復(fù)習(xí)過程五個(gè)會(huì)

教師在引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

1.建議學(xué)生回歸教材。對(duì)教材內(nèi)容不過度拓寬、強(qiáng)化熱點(diǎn)、突出重點(diǎn)、化解難點(diǎn)，以典型物質(zhì)為載體，深化學(xué)生對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其相互關(guān)系的理解，提高復(fù)習(xí)實(shí)效。

2.幫助學(xué)生建立思維導(dǎo)圖。建立起“原子、分子、晶體結(jié)構(gòu)→原子、分子、晶體性質(zhì)”三條主線，能夠從微粒本身性質(zhì)、微粒間相互作用、物質(zhì)的聚集形態(tài)三個(gè)維度解釋物質(zhì)的相關(guān)性質(zhì)，讓學(xué)生形成知識(shí)體系。

3.引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)理解。教師可通過球棍模型、多媒體演示等手段，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，力求在學(xué)生腦海中形成物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的形象化圖景。

4.訓(xùn)練學(xué)生答題習(xí)慣。強(qiáng)化學(xué)生對(duì)基本概念的理解，培養(yǎng)和強(qiáng)化學(xué)生的書面表達(dá)能力，將知識(shí)點(diǎn)歸納整合，再次夯實(shí)基礎(chǔ)。對(duì)高頻考點(diǎn)深入研究，結(jié)合新高考的特點(diǎn)，注意物質(zhì)結(jié)構(gòu)與其他模塊的有效融合。做到有點(diǎn)有面的復(fù)習(xí)，使學(xué)生能夠全方位掌握知識(shí)。

教師在復(fù)習(xí)該模塊時(shí)，先厘清復(fù)習(xí)思路，把握好備考方向，引導(dǎo)學(xué)生分別在對(duì)應(yīng)的章節(jié)復(fù)習(xí)時(shí)用好復(fù)習(xí)策略和復(fù)習(xí)方式。該模塊考題更加注重體現(xiàn)新成果或新發(fā)現(xiàn)的素材使用，因此試題的情境會(huì)更加新穎，題目的綜合程度會(huì)提高。在考前復(fù)習(xí)中要重視教材中基本概念的學(xué)習(xí)，夯實(shí)基礎(chǔ)，構(gòu)建思維框架，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力；建立常見模型，發(fā)展學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)，使學(xué)生熟練掌握常見模型，完善知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，抓住重點(diǎn)信息，學(xué)會(huì)舉一反三解決實(shí)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(shí)立意”轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳芰α⒁狻痹俎D(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)今的“素養(yǎng)立意”。筆者通過將2021年有關(guān)《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊的創(chuàng)新性考查點(diǎn)進(jìn)行例題精選并剖析。在復(fù)習(xí)時(shí)，教師通過精選真題、例題，幫助學(xué)生將該模塊的知識(shí)結(jié)構(gòu)化，厘清知識(shí)脈絡(luò)，形成知識(shí)體系。高三復(fù)習(xí)備考時(shí)，應(yīng)重視構(gòu)建《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊知識(shí)體系，重視原子、分子和晶體三大主干知識(shí)、核心知識(shí)與必備知識(shí)的積累與應(yīng)用。此外，由于各省對(duì)于《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊的考查比重不同，精選各省試題進(jìn)行針對(duì)性的訓(xùn)練就非常具有必要性。教師對(duì)本模塊知識(shí)需要更加重視限時(shí)訓(xùn)練，適當(dāng)選取科技論文中陌生物質(zhì)，加強(qiáng)陌生背景下的答題訓(xùn)練。在后階段復(fù)習(xí)中要注意分辨試題中的有用信息，學(xué)會(huì)快速找到并合理處理試題中的有用信息，避開“陷阱”，培養(yǎng)學(xué)生良好的答題習(xí)慣。