2015-2020年高考全國卷III物質結構與性質部分考查分析及備考建議*

楊 蕊，張延婷，楊艷華，李艷妮，董春燕，王建坤，余洪思

(1.昆明學院 化學化工學院，云南 昆明 650214；2.昆明市祿勸第一中學，云南 祿勸 651500；3.云南省楚雄第一中學，云南 楚雄 67500)

物質結構理論是現代化學的重要組成部分。結構化學部分的基本知識已廣泛應用于化學的各個領域，例如，人工模擬生物固氮，催化劑的作用機理，新材料、新藥的合成，都與結構理論密切相關[1]。物質結構從微觀角度體現了物質內部各原子的連接方式和空間排布，是認識和掌握物質化學性質和化學反應規律的基礎，從微觀角度解釋事物本質，揭示了物質結構與性質的關系，通過對物質結構的了解，人們能夠準確地推測物質具有的性質，從而為合成新分子奠定基礎[2]。

選擇性必修2《物質結構與性質》教科書將原子作為切入點，詳細介紹了原子復雜的內部結構；由原子結構推測元素具有的特殊性質，從而發現元素性質周期性變化的規律；在原子結構理論的基礎上，對分子、晶體的結構與性質展開研究，以微觀粒子之間的作用力為橋梁，研究不同類型物質的微觀結構，推測物質具有的性質[3]。學生在學習過程中能夠逐漸體會物質結構與性質之間的聯系，逐步建立物質結構決定性質的觀念。

對物質結構的學習，能幫助學生培養嚴謹的邏輯思維，提升學習化學理論知識的能力，進而提高分析問題、解決問題和抽象思維的能力，使學生從微觀角度理解事物本質，逐步達到“宏觀辨識與微觀探析”化學學科核心素養的培養目標，形成科學的微粒觀，促使學生深化“結構決定性質”的化學思想。但《物質結構與性質》作為高考化學的選考模塊之一，在高考中學生選做幾率較低，主要是因為該模塊理論概念較多，空間構造想象不足，致使學生理解較為困難。雖然選擇性必修2模塊考點和考查方式相對固定，但在考試中想要得到高分并不容易。

本文通過對2015-2020年全國卷III中物質結構與性質模塊的考題進行統計后，針對一些典型及難理解問題進行總結分析，并提出備考建議，將選擇性必修2從“難學難考”變為“易學易考”。

1 2015-2020年高考全國卷III物質結構與性質模塊基礎考點分析

物質結構與性質在高考選做題模塊考查的題量相對固定，一般為4～5個小題，考查形式均為填空題，總題量相對較少，高考分值固定(均為15分)。2015—2020年高考全國卷Ⅲ物質結構與性質模塊考點統計圖如圖1所示。在學生基礎知識掌握較為牢靠的情況下，可以大大地縮短學生做題所需的時間，對考試時間的利用和把握有一定的好處。

圖1 2015-2020年物質結構與性質模塊考點統計圖

分析圖1可得出以下結論：

1)從圖1中看出，常考知識點在教科書中的分布主要有：第一章《原子結構與性質》中的原子核外電子排布、元素周期律(原子半徑、電離能、電負性、對角線規則)；第二章《分子結構與性質》中的化學鍵、分子間作用力對物質性質的影響，分子立體構型、溶解性；第三章《晶體結構與性質》中的晶體熔、沸點比較及原因解釋，晶體類型、晶胞結構與相關計算、晶體密度計算[4]。除計算類題目較難之外，其余題目難度不大，多是基于教材基礎知識的簡單考查，只要學生掌握好基礎知識，都能得到較為理想的成績。

3)前四個小題考查難度較小，主要考查內容為：原子核外電子排布電負性、第一電離能、化學鍵、熔沸點、晶體類型、雜化軌道、分子立體構型等[5]。雖然這些考查內容都是課本里的基礎知識，但要解決高考試題，學生不僅需要鞏固基礎，還要具有簡單的知識遷移的能力。

4)最后一題一般為計算題，難度較大，要求學生對相關知識點深刻理解，透徹掌握，能夠根據題目準確提煉出考查的知識點，在計算時分析晶胞基本模型和結構、確定晶胞中微粒個數，結合已知數據和條件，具備一定的知識遷移和思維轉換能力[6]。下面舉例說明。

【例1】(2017年全國Ⅲ卷第37題第(5)題)MgO具有NaCl型結構(如圖)，其中陰離子采用面心立方最密堆積方式，X射線衍射實驗測得MgO的晶跑參數為a=0.420 nm，則r(O2-)為nm。MnO也屬于NaCl型結構，晶胞參數為a′=0.448 nm，則r(Mn2+)為nm。

本題考查的是晶體結構的相關計算，計算O2-半徑時需要掌握面心立方堆積的計算方法，并有一定的空間想象，合理運用“均攤法”原理，結合三角函數和勾股定理等數學知識進行分析、計算[7]。解答晶胞結構及計算的解題思路框架如圖2所示。

圖2 解答晶胞結構及計算的解題思路框架

【例2】(2020年全國卷III第37題第(4)題)研究發現，氨硼烷在低溫高壓條件下為正交晶系體系，晶胞參數分別為apm、bpm、cpm，α=β=γ=90°，氨硼烷的2×2×2超晶胞結構如圖所示，氨硼烷晶體密度ρ=g·cm-3(列出計算式，設NA為阿伏伽德羅常數的值)。

首先，認真觀察晶胞結構，確定晶胞中的氨硼烷分子數為16個，氨硼烷的2×2×2超晶胞，即超晶胞中含有8個晶胞，則每個晶胞中含有兩個氨硼烷分子，算出晶胞質量為(31×2) g/mol=62 g/mol，1 mol 氨硼烷晶胞的質量為 64NAg。晶胞參數分別為apm、bpm、cpm，單個晶胞的體積為abcpm3=abc×10-30cm3，代入密度公式便可計算最終答案62/(NAabc×10-30) g·cm-3。該題還考查了一個長度單位的換算，這便要求同學們審題細心，計算認真。本題是關于晶體密度的計算，要求考生能讀懂題意，通過觀察晶胞結構，確定超晶胞結構中的分子數，并能合理分成八份，從而簡化計算。

5)每年物質結構與性質模塊的考查內容都是大同小異，但近兩年來，該模塊試題中出現了一些新考點。例如：2019年的第(1)題考查原子的自旋狀態、2020年的第(1)題新增了對角線規則的考點及第(3)題對電子體的書寫進行了考查。這些新考點都是課本上的基礎知識，教學過程中教師都會詳細講授，但因往年從未考查過，導致教師和學生都不是十分重視，這便要求老師和學生不能只關注考綱和課標中規定的考查內容，還要關注每年高考試題的新動向、出現的新考點，在復習時查缺補漏，避免不必要的失分。 通過以上分析可以看出，物質結構與性質模塊在高考試題都呈現出考點較為固定、考題難度適中、考查方式變化較小等特點，題目數量與考點布局沒有太大創新，但近年來的考試形式在慢慢轉變，由對學生課本知識掌握程度的考查，轉變為對學生化學素養的考查[8]。學生需要學會放平心態、回歸教材，因為教材是基礎知識的承載，也是考試內容的命題來源，從課本出發，先學好基礎，再提高能力。

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2 備考建議

2.1 回歸課本夯實基礎

物質結構與性質模塊考查內容多為課本基礎知識的簡單遷移和運用，所以復習時主要還是以課本知識為主，將基礎知識進行記憶并理解，在做題時能夠快速將相關知識進行靈活運用。例如，能夠快速正確地寫出原子核外電子的排布式[9]，這一內容是考試的熱點，但卻不是考試難點，所以同學們應該通過反復練習原子核外電子排布式的書寫，熟練掌握其書寫規律，這樣不論考查哪一個原子的核外電子排布，同學們都能快速準確地寫出答案，不僅節省了做題時間，還能保證得分率，一舉兩得。

2.2 熟記規律輕松解題

從歷年高考試題中可以看出，比較原子半徑大小、電負性高低、第一電離能大小、溶解性和熔沸點高低并解釋原因等內容，在每年的試題中都有一至兩題，只要記住規律，解題便易如反掌。前三者實質是對元素周期律的考查，例如，①原子半徑的變化規律：同周期從左到右原子半徑逐漸減小，同主族同上到下原子半徑逐漸增大；②第一電離能變化規律：每周期第一種元素第一電離能最小，最后一種元素的第一電離能最大，同主族從上到下第一電離能依次下降[10]。這樣的規律有跡可循，只要熟記元素周期表和元素周期律就能輕松答題。而影響物質熔沸點的因素較多，但考查的重點主要是晶體類型、氫鍵、共價鍵對物質熔沸點影響，所以在學習的過程中，同學們只需熟記各類典型的晶體代表物質及其熔沸點高低，做題時能夠判斷出晶體類型即可。

2.3 強化知識主干意識建立知識體系

物質結構與性質模塊概念理論知識較多，有些部分理解起來較為困難，所以在上課前對將要學習的內容進行閱讀，了解其大致內容，做到心中有數。預習時標出較難理解或不能理解的地方，在教師講授時重點聽講該部分，掌握聽課的主動權，提高聽課效率，課后及時梳理知識、構建主線[11]。重視圖表、對比圖表中的數據，發現特例、總結規律，思考其原因。認真做好每一個課后練習，在做題過程中如有疑問，及時找教師答疑。如果有多余時間可對課本中的科學史話進行閱讀，不僅可以了解化學發展歷史，還能加深學生對化學知識的印象，提高學生的學習興趣。在復習備考中要重視對化學學科知識結構的梳理，把學科內知識設成小考點，個個突破，以點串線，以線帶面，將化學知識集成化、系統化[12]。

在完成教材學習后，自主梳理每節每章乃至整本書的知識主線，如圖3所示。反復揣摩課本上的實驗、圖表和模型，將知識自我理解和消化，有助于知識的有序存儲和吸收。物質結構與性質模塊是必修第一冊的擴展和延伸，如果學有余力，建議將必修第一冊和《物質結構與性質》相關知識進行梳理總結，制作思維導圖，不僅能完善知識網絡，還能提高重組知識的能力[13]。

圖3 物質結構與性質中各章節主線梳理圖

2.4 利用模型完成重難點突破

物質結構與性質模塊多以實驗、模型、圖表的形式講解化學事實，課本中的物質結構模型圖雖然簡易直觀，但是要從平面圖中理解知識點，對學生來說較為困難。所以在學習和復習σ鍵和π鍵、雜化軌道、晶體內的配位數、金屬晶體堆積、晶胞組成判斷等知識時，利用多媒體放映或實物模型會更有助于對該模塊知識點的理解和記憶[14]。如果條件允許，同學們可以一起動手用不同顏色的橡皮泥或超輕黏土制作各類晶體模型。模型可以是規范的球棍模型和比例模型(如NaCl、CsCl、鎂、銅等晶胞模型)，也可以尋找合適的代替品來展示分子結構。例如，用足球來類比C60。這樣能夠更加直觀地觀察到物質的空間結構特征，特別建議同學自己動手多做幾個相同的晶胞，可以更加直觀地認識“無縫堆積”，熟悉晶胞結構和各原子在晶胞中的位置[15]；還可以用泡沫小球演示σ鍵、π鍵的形成過程，切實感受兩個原子的p軌道“頭碰頭”重疊和“肩碰肩”重疊是怎樣的狀態。感官的直接刺激，可加深學生對這些模型的記憶，在進一步的理解知識的同時，培養學生的動手能力和開放性思維。

將晶體結構與模型作為橋梁，把空間結構與晶體性質緊密聯系起來，既可以解釋已有的熟悉物質的結構與性質，又可以幫助分析陌生物質的結構，并為結構推斷、性質預測等復雜問題的解決提供方法。

2.5 提高分析問題和解決問題的能力

物質結構與性質在高考試題中最有難度的題目是計算題。計算題的考查方式一般為看圖計算，考查的大多是物質密度的內容，因此需要學生對晶體類型及結構知識做到熟悉掌握。

利用晶胞結構計算晶體密度的一般步驟可為以下幾步：①計算晶胞結構中所含粒子數(均攤法)；②計算晶胞體積(注意單位換算)；③代入密度公式進行計算：ρ=m/V=(N×M)/(NA×V)(N為晶胞中的粒子數，M為所求物質的摩爾質量)。

當然，高考試題每年都在不斷變化，計算題的類型也是層出不窮，同學們應該在學好基礎的同時，做大量的試題，總結出一套自己的做題經驗，方能以不變應萬變。

6)注重建立物質結構與性質之間的關系

結構決定性質、性質反映結構，這是結構化學中最為重要的理念，二者相輔相成、密不可分。物質結構與性質模塊是從分子、原子基礎上對物質展開研究的。分子由原子構成，原子結構發生改變，分子必然受到影響，而原子和分子又是構成宏觀物質的基礎，物質內部結構發生改變，物質性質便發生了改變。以金剛石和石墨為例，金剛石是原子晶體，在金剛石晶體中每個碳原子以sp3雜化的方式與相鄰的4個碳原子結合，它們之間緊密結合從而形成致密的三維結構，正是這種致密的結構，使得金剛石成為天然存在的最堅硬的物質。石墨是層狀的結構，就一個片層而言，每1個碳原子以sp2雜化的方式與其相鄰3個碳原子通過共價鍵緊密結合，層與層之間距離比較大，通過范德華力結合，碳原子間相互作用較弱，因此很容易沿著與層面平行的方向滑動、裂解，所以石墨很軟、有滑膩感。結構可以決定其性質，金剛石和石墨都是碳的單質，都由碳原子直接構成，但是由于碳原子排列方式不同，導致兩物質的物理性質存在較大差異。

晶體的結構決定了晶體的性質，如熔點、密度、硬度、延展性、溶解性、熱分解性、化學反應性、生物活性等。教師應將物質決定性質的化學思想不斷滲透到日常教學中，在不斷學習和探究過程中建立起物質結構與性質之間的橋梁，使學生逐步明確物質結構與性質之間的關系，能夠從微觀角度解釋物質本質；通過觀察物質結構示意圖能夠推測出物質具有的基本性質。這樣的學習過程不僅能開放學生思維，調動學生的積極性，增加學生的學習興趣，還能讓學生體會科學探究的過程和方法，使學生能完成從微觀粒子到宏觀物質、宏觀物質到微觀結構的靈活轉換和運用，從而建立較為完整的微粒觀和結構觀。

3 總結

全國卷III中物質結構與性質模塊的考查內容主要為原子、分子和晶體的結構與性質，重在考查一些最基本和最重要的概念、原理和規律。考試內容相對教學內容具有“起點高、落點低”的特點[16]。因此，教師在講解知識時應做到簡單明了、通俗易懂，使多數學生能快速掌握，授課和復習時突出重點、強調考點、解決難點，讓學生在課余復習時能夠快速抓住重點精準攻克。講課時可以利用典型物質結構為載體，使學生更加深刻理解物質結構與性質之間的關系，不斷引導學生從微觀角度認識物質，在化學學習過程中逐步形成微粒觀，使學生在學習和探究過程中體會到化學的魅力，讓學生能夠喜歡學、學得懂，并在學習過程中培養學生的學科核心素養和情感態度價值觀。