新高考有新情境：物质结构与性质

鲍贤义 孟凡盛

物质结构与性质模块在新高考化学中的考查形式多样，如在湖北卷、江苏卷、辽宁卷中主要是必考选择题，在湖南卷、广东卷、河北卷中主要是二选一的主观题，在山东卷中是必考的选择题和主观题。虽然新高考各卷命题形式不同，但都着重创设新情境来对考生的化学核心素养进行考查。

一、选择题：考查证据推理与模型认知的化学核心素养

【例1】（2021年湖北卷第8题）某离子液体的阴离子的结构如图1所示，其中W、X、Y、Z、M是原子序数依次増大的短周期非金属元素，W是有机分子的骨架元素。下列说法正确的是（ ）

【解析】元素的推断过程：由“有机分子的骨架元素”可知W为碳;由图1知，Y形成一个双键，Y最外层有6个电子，M形成6个键，则其最外层电子数也为6，结合原子序数关系可知，Y为氧，M为硫;X是位于碳和氧之间的氮;Z位于氧和硫中间且形成1个单键，则Z为氟。

氟元素没有正化合价，故A错误。碳的基态原子电子排布式为1s22s2p2，未成对电子数为2，氧的基态原子电子排布式为1s22s22p4，未成对电子数也为2，故B错误。该阴离子中氮形成2个单键，还得到1个电子（整个阴离子带的一个单位负电荷就是氮原子得到的一个电子），满足8电子稳定结构，故C错误。氮的最简单氢化物为NH3，水溶液呈碱性;硫的最简单氢化物为H2S，水溶液呈酸性，故D正确。

【答案】D

【备考策略】（1）理解8e-稳定结构原子的成键特点。常见共价化合物中，ⅣA族的C、Si、Ge有四个键，可以是四个单键、一个三键和一个单键、一个双键和两个单键或两个双键。ⅤA族的N、P、As有三个键，可以是三个单键或一个双键和一个单键。ⅥA族的O、S、Se有两个键，可以是一个双键或两个单键。ⅦA族F、Cl、Br、I有一个单键。

（2）掌握易错的拟卤素（或拟卤离子）的结构式和电子式（见下表）。

（3）了解常见物质中非8e-结构的原子。H、Li、Be不能形成8e-结构。5号元素B，可能形成6e-结构的化合物，如硼酸、BF3（）等，也可能形成8e-稳定结构的化合物，如 （硼氢化钠）、NaB（OH）4（四羟基硼酸钠）等。P、S可以形成10e-、12e-结构的化合物，如三角双锥的PCl5（分子中存在60°、90°和180°三种键角）、正八面体的SF6（存在90°和180°两种键角）等。

二、主观题：考查微观探析与宏观辨识的化学核心素养

【例2】（2021年全国乙卷第35题）过渡金属元素铬（Cr）是不锈鋼的重要成分，在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。回答下列问题：

（1）对于基态Cr原子，下列叙述正确的是（填标号）。

A.轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为[Ar]3d54s1

B. 4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动

C.电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大

（2）三价铬离子能形成多种配位化合物。[Cr（NH3）3（H2O）2Cl]2+中提供电子对形成配位键的原子是 ，中心离子的配位数为 。

（3）[Cr（NH3）3（H2O）2Cl]2+配体分子NH3、H2O以及分子PH3的空间结构和相应的键角如图2所示。

（4）在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图3所示。处于顶角位置的是原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子空间占有率为%（列出计算表达式）。

【解析】（1）基态原子满足能量最低原理，Cr有24个核外电子，轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为[Ar]3d54s1，A正确;电子运动具有波动性，电子可在原子区域的任何位置上出现，也就是说，能量高的最外层电子有时也会出现在离核很近处，只是概率较小而已，即能量较高的4s电子有时在比3s电子离核更近的地方运动，B错误;电负性为原子对键合电子的吸引力，元素的金属性越强电负性越小，对键合电子的吸引力越小，钾的金属性大于铬，故钾的电负性小于铬，即铬原子对键合电子的吸引力比钾大，C正确。（2）[Cr（NH3）3（H2O）2Cl]2+中三价铬离子提供空轨道，N、O、Cl提供孤对电子与三价铬离子形成配位键，中心离子的配位数为N、O、Cl三种原子的个数和，即3+2+1=6。（3）PH3的价层电子对为3+1=4，故PH3中P的杂化类型是sp3;N原子电负性较大，NH3分子之间存在分子间氢键，因此NH3的沸点比PH3的高;H2O的键角小于NH3的原因是：NH3含有一对孤对电子，而H2O含有两对孤对电子，H2O中的孤对电子对成键电子对的排斥作用较大。（4）已知AlCr2具有体心四方结构，黑球个数为8×+1=2，白球个数为8×+2=4，结合化学式AlCr2可知，白球为Cr，黑球为Al，即处于顶角位置的是Al原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子的体积为×4+×2=， 故金属原子空间占有率= × 100%=×100%。

【答案】（1）AC

（2）N、O、Cl    6

（3）sp3    高    NH3存在分子间氢键    NH3含有一对孤对电子，而H2O含有两对孤对电子，H2O中的孤对电子对成键电子对的排斥作用较大

（4）Al ×100%

【备考策略】（1）熟练掌握第四周期元素的简化电子排布式。s区、d区、ds区元素的简化电子排布式为[Ar]+价电子排布式，如钴（27Co）的简化电子排布式为[Ar]3d74s2;第四周期p区元素的简化电子排布式为[Ar]+ 3d10+价电子排布式，如镓（31Ga）的简化电子排布式为[Ar]3d104s24p1。

（2）理解新物质中原子的杂化类型。例如，SiCl4可发生水解反应，机理如下：

图4中SiCl4、SiCl4（H2O）中Si原子的δ键数分别为4和5，说明Si原子的杂化轨道数分别为4和5，由此可推知Si原子的杂化类型分别为sp3和sp3d。

（3）熟练掌握晶体密度的计算。例如，四方ZrO2晶胞如图5所示。晶胞参数为a pm、a pm、c pm，1个晶胞中含有4个ZrO2微粒，1个晶胞的质量m=， 1个晶胞的体积为（a×10-10cm）×（a×10-10cm）×（c×10-10cm）= a2c×10-30cm3，因此该晶体密度=== g·cm-3。