新高考有新情境：物質結構與性質

鮑賢義 孟凡盛

物質結構與性質模塊在新高考化學中的考查形式多樣，如在湖北卷、江蘇卷、遼寧卷中主要是必考選擇題，在湖南卷、廣東卷、河北卷中主要是二選一的主觀題，在山東卷中是必考的選擇題和主觀題。雖然新高考各卷命題形式不同，但都著重創設新情境來對考生的化學核心素養進行考查。

一、選擇題：考查證據推理與模型認知的化學核心素養

【例1】（2021年湖北卷第8題）某離子液體的陰離子的結構如圖1所示，其中W、X、Y、Z、M是原子序數依次増大的短周期非金屬元素，W是有機分子的骨架元素。下列說法正確的是（ ）

【解析】元素的推斷過程：由“有機分子的骨架元素”可知W為碳;由圖1知，Y形成一個雙鍵，Y最外層有6個電子，M形成6個鍵，則其最外層電子數也為6，結合原子序數關系可知，Y為氧，M為硫;X是位于碳和氧之間的氮;Z位于氧和硫中間且形成1個單鍵，則Z為氟。

氟元素沒有正化合價，故A錯誤。碳的基態原子電子排布式為1s22s2p2，未成對電子數為2，氧的基態原子電子排布式為1s22s22p4，未成對電子數也為2，故B錯誤。該陰離子中氮形成2個單鍵，還得到1個電子（整個陰離子帶的一個單位負電荷就是氮原子得到的一個電子），滿足8電子穩定結構，故C錯誤。氮的最簡單氫化物為NH3，水溶液呈堿性;硫的最簡單氫化物為H2S，水溶液呈酸性，故D正確。

【答案】D

【備考策略】（1）理解8e-穩定結構原子的成鍵特點。常見共價化合物中，ⅣA族的C、Si、Ge有四個鍵，可以是四個單鍵、一個三鍵和一個單鍵、一個雙鍵和兩個單鍵或兩個雙鍵。ⅤA族的N、P、As有三個鍵，可以是三個單鍵或一個雙鍵和一個單鍵。ⅥA族的O、S、Se有兩個鍵，可以是一個雙鍵或兩個單鍵。ⅦA族F、Cl、Br、I有一個單鍵。

（2）掌握易錯的擬鹵素（或擬鹵離子）的結構式和電子式（見下表）。

（3）了解常見物質中非8e-結構的原子。H、Li、Be不能形成8e-結構。5號元素B，可能形成6e-結構的化合物，如硼酸、BF3（）等，也可能形成8e-穩定結構的化合物，如 （硼氫化鈉）、NaB（OH）4（四羥基硼酸鈉）等。P、S可以形成10e-、12e-結構的化合物，如三角雙錐的PCl5（分子中存在60°、90°和180°三種鍵角）、正八面體的SF6（存在90°和180°兩種鍵角）等。

二、主觀題：考查微觀探析與宏觀辨識的化學核心素養

【例2】（2021年全國乙卷第35題）過渡金屬元素鉻（Cr）是不銹鋼的重要成分，在工農業生產和國防建設中有著廣泛應用。回答下列問題：

（1）對于基態Cr原子，下列敘述正確的是（填標號）。

A.軌道處于半充滿時體系總能量低，核外電子排布應為[Ar]3d54s1

B. 4s電子能量較高，總是在比3s電子離核更遠的地方運動

C.電負性比鉀高，原子對鍵合電子的吸引力比鉀大

（2）三價鉻離子能形成多種配位化合物。[Cr（NH3）3（H2O）2Cl]2+中提供電子對形成配位鍵的原子是 ，中心離子的配位數為 。

（3）[Cr（NH3）3（H2O）2Cl]2+配體分子NH3、H2O以及分子PH3的空間結構和相應的鍵角如圖2所示。

（4）在金屬材料中添加AlCr2顆粒，可以增強材料的耐腐蝕性、硬度和機械性能。AlCr2具有體心四方結構，如圖3所示。處于頂角位置的是原子。設Cr和Al原子半徑分別為rCr和rAl，則金屬原子空間占有率為%（列出計算表達式）。

【解析】（1）基態原子滿足能量最低原理，Cr有24個核外電子，軌道處于半充滿時體系總能量低，核外電子排布應為[Ar]3d54s1，A正確;電子運動具有波動性，電子可在原子區域的任何位置上出現，也就是說，能量高的最外層電子有時也會出現在離核很近處，只是概率較小而已，即能量較高的4s電子有時在比3s電子離核更近的地方運動，B錯誤;電負性為原子對鍵合電子的吸引力，元素的金屬性越強電負性越小，對鍵合電子的吸引力越小，鉀的金屬性大于鉻，故鉀的電負性小于鉻，即鉻原子對鍵合電子的吸引力比鉀大，C正確。（2）[Cr（NH3）3（H2O）2Cl]2+中三價鉻離子提供空軌道，N、O、Cl提供孤對電子與三價鉻離子形成配位鍵，中心離子的配位數為N、O、Cl三種原子的個數和，即3+2+1=6。（3）PH3的價層電子對為3+1=4，故PH3中P的雜化類型是sp3;N原子電負性較大，NH3分子之間存在分子間氫鍵，因此NH3的沸點比PH3的高;H2O的鍵角小于NH3的原因是：NH3含有一對孤對電子，而H2O含有兩對孤對電子，H2O中的孤對電子對成鍵電子對的排斥作用較大。（4）已知AlCr2具有體心四方結構，黑球個數為8×+1=2，白球個數為8×+2=4，結合化學式AlCr2可知，白球為Cr，黑球為Al，即處于頂角位置的是Al原子。設Cr和Al原子半徑分別為rCr和rAl，則金屬原子的體積為×4+×2=， 故金屬原子空間占有率= × 100%=×100%。

【答案】（1）AC

（2）N、O、Cl? ? 6

（3）sp3? ? 高? ? NH3存在分子間氫鍵? ? NH3含有一對孤對電子，而H2O含有兩對孤對電子，H2O中的孤對電子對成鍵電子對的排斥作用較大

（4）Al ×100%

【備考策略】（1）熟練掌握第四周期元素的簡化電子排布式。s區、d區、ds區元素的簡化電子排布式為[Ar]+價電子排布式，如鈷（27Co）的簡化電子排布式為[Ar]3d74s2;第四周期p區元素的簡化電子排布式為[Ar]+ 3d10+價電子排布式，如鎵（31Ga）的簡化電子排布式為[Ar]3d104s24p1。

（2）理解新物質中原子的雜化類型。例如，SiCl4可發生水解反應，機理如下：

圖4中SiCl4、SiCl4（H2O）中Si原子的δ鍵數分別為4和5，說明Si原子的雜化軌道數分別為4和5，由此可推知Si原子的雜化類型分別為sp3和sp3d。

（3）熟練掌握晶體密度的計算。例如，四方ZrO2晶胞如圖5所示。晶胞參數為a pm、a pm、c pm，1個晶胞中含有4個ZrO2微粒，1個晶胞的質量m=， 1個晶胞的體積為（a×10-10cm）×（a×10-10cm）×（c×10-10cm）= a2c×10-30cm3，因此該晶體密度=== g·cm-3。