在高考题中也要正确使用化学术语

——对2017年高考理综2卷35（化学）题的解析

现行的中学化学教学与以前的化学教学相比较，最为显著的一个区别是。有一个将化学从宏观到微观的细化，从定性到定量的提升，从描述性到理论性的大幅度跨越。

这种表现，不仅体现在教材中物质结构理论的增加，也体现在了高考的试卷中。有关物质结构内容的高考试题，在难度及分值方面都有逐渐增大的趋势。

2017年高考理综2卷中，就有一个总分达15分的，如下第35题。

在结合我国科学家最新研究成果方面，这个题还是有一些新意的。只是在概念使用的准确性方面还存在一些问题。

当然，如下的这个讨论可能会给人一个，有些“咬文嚼字”的感觉。不过话又说回来，一份好的高考试卷是应该经得住，从任何角度来加以推敲的。

一、价层电子的轨道表达式

在描述原子核外电子运动的情况时，使用到的概念本来就够多的了（以前曾统计过，有50多个）。

其中，为描述电子所处状态，且与能层有关的主要有，最外层电子，内层电子，价电子，这样的三个概念。

从字面上就可以领会到“最外层电子”的含义。它指的就是最高能层（主量子数最大）上填充的电子。如下式中，画有红线的“4s¹”，就是最外层电子。

价电子的划分则要稍微复杂一些。需分为两种情况来处理。

对主族元素，最外层电子就是其价电子。像本试题中的N原子，其最外层的“2s²2p³”都是其价电子。

另一种情况就是d区及f区元素，它们的倒数第二层、或倒数第三层的部分电子也会参与成键，它们也与其化合价有关。这样，这部分电子就要与最外层电子，一起来组成其价电子。对Cr原子，其价电子如上图中的绿色横线所示（它有6个价电子）。

内层电子就比较好定义了。原子核外不参与成键的电子就是内层电子。也可以说，去掉价电子后，剩余的电子都是内层电子。对Cr原子，其内层电子如上图中的蓝色横线所示。

对本试题中N原子的“2s²2p³”电子，无论称为最外层电子，还是价电子，都是可以的。而试卷中恰恰不这样表述，而使用了一个词叫“价层电子”。

这是对化学教学的严重干扰。因为“价层电子”有完全不同的内涵。

要知道，“价层电子”这个词，是来源于价层电子对互斥理论的。对中心原子，要根据其价层电子对数（也就是用价层电子数除以2后所得的数），来确定其杂化类型。

在用价层电子对互斥理论讨论NH₃分子空间构型时，教师会一板一眼地对学生说：N原子本来有5个“价电子”，其键连的每个H原子要各向其提供1个“价层电子”，这样N原子的“价层电子数”就成为了8。也就是N原子的“价层电子对数”为4。所以它要采取sp³杂化。

如果把价电子与价层电子混为一谈，这个课该怎么来讲呢？要知道“价层电子”是描述分子构型时才会用到的一个概念。

N原子在其化合物中的“价层电子数”有时是8（如在NH₃中），有时是6（如在NO₃^-中），有时是4（如NO₂中居中的N原子）。还有是5的情况（在NO中）。也就是其价层电子数是可变的。

试卷中的这个“层”字，不止是画蛇添足，更是一条鱼腥了一锅汤。

另外，这个小题要求学生写的是电子的“轨道表达式”，然后再标注这就是（电子排布图），这样处理两个概念间关系的方法也不妥当。

“轨道表达式”是教材中原有的概念吗？提出一个新概念，反而把教材中原有的概念（见下图）作为其说明与补充，这是对教材不尊重的表现。

如果认为很有必要让学生知道“轨道表达式”这个新概念，一定要将其补充到试卷中来。那也最好是把“电子排布图”写在前面，把“轨道表达式”作为其说明而放在后面。那样还是可以被接受的。

二、对电子亲和能大小的解释

电子亲和能是定量地描述某元素原子性质时，所使用的一个参数或物理量。

要解释其数值大小的变化规律时，可以从两个截然不同的角度来入手。

一个是，从原子结构的角度。也就是从原子核外电子的填充情况来解释。主要依据是原子核外电子填充的能层数，及核电荷数的多少。

如，对第二周期的B、C、N、O、F。由于都有两个能层，在核电荷数（正电荷数）逐渐增大，原子核对最外层电子的静电引力也逐渐加大、原子半径要逐渐缩小的情况下。原子核对外来电子的吸引力也会逐渐加大。所以会导致电子亲和能有递增的趋势。

对同一主族的元素的从上到下，则是电子层的数目在起主要作用了。随着电子层数的增多，原子核对外层电子的吸引力要减小，其电子亲和能也有变小的总体趋势。

另外的一个角度就是，依据元素周期表来解释电子亲合能的变化。

在同一周期中的主族元素，有非金属性逐渐增强的趋势。也就是电子亲合能要逐渐变大。

在同一主族中，非金属性有逐渐减弱的趋势。也就是电子亲合能要逐渐变小。

对于第（2）小题的第一问，应该从周期表的角度回答“非金属性”，还是从原子结构的角度回答“核电荷数”，才更好一些呢？

从这个题以“物质结构”内容的面目出现，可能还是回答为“核电荷数”，要更加扣题一些。

在标准答案中，起码也要两个答案中哪个都算对，才能合理一些。

但是，在网上的标准答案中只有“非金属性”。如果这样来阅卷，这是不公平的。

以后再出类似这样的题时，是不是要明确标明“用周期表分析”，或“从核外电子填充情况来考虑”。因为，这样才能有唯一的答案。

三、关于杂化轨道和共价键的类别问题

从不同的层次，或从不同的角度对两个事物来进行分类，可能会得到完全不同的分类结果。所以，讨论两个事物间的类别问题，往往都是一个带有些许主观性的问题。这类题是不宜于作为高考题来出现的。

但是在这份卷中就有这样的一个第（3）小题。并且还是从两处来比较其类别。

对于NH₄⁺离子与H₃O⁺离子，从参与杂化的轨道数看，是相同的。都属于sp³杂化。

而从每个杂化轨道中s成分的多少来看，还有等性与不等性之分。也就是说，NH₄⁺离子中的N原子为等性sp³杂化，H₃O⁺离子中的O原子为不等性的sp³杂化。两者又是不同的。

这让学生要从哪个角度来回答这个问题呢？这样，在第一个横线处就可以填“A”，在第二个横线处也可以填“A”了。

关于共价键类型的问题，也是这样：

从两原子间化学键的数目看，共价键有单键、双键、三键，这样的区别。

从键中共用电子对是否有偏移这样的角度看，还有极性键与非极性键之分。

从成键原子的种类看，则有着更多的可能性。如H-O、H-N、N-O等键。要知道，这样的键并不是很多，一共也就是几十种（因为只有在非金属原子与非金属原子间才可能有共价键）。这几十种键间是不同种、还是不同类的关系呢？

如果认为H-O与H-N是同一“类”物质中的不同“种”。那就应该选答案“D”。 如果认为H-O与H-N就是两“类”不同的物质。那就不能选答案“D”。

这个两难问题的解答在于，H-O是不是一个稍小一些的类别概念。通俗一些说就是，这个H-O能不能再细分出一些“种”。这实际上涉及到了对共价键一些参数的来源，是否有考虑及能理解的问题。

如，常见的关于共价键键能的数据表如下。

其中的H-H、F-F、Cl-Cl……等数据来源于双原子分子的化学键，它们都仅是一个“种”，因为无法将它再加以细分。

对于C-H、O-H、N-H……，这样的键来说，就不是这样了。如O-H键代表的就不只是水分子中的这两个键，还有醋酸、硫酸及其它含氧酸中的相应的羟基，还有NaOH晶体中的这个键，在醇、酚、羧酸、氨基酸……中，也都有这个键。在这诸多的情况下O-H键的键能肯定不会都是表中的这个值（这只是一个参考值）。我们不得不承认，O-H键是一个类别的概念。

也就是说，从共价键的元素组成看，可以认为O-H与N-H是两类不同的共价键。这样在第一个横线处就不能填“D”，而在第二个横线处就必须要填上“D”了。

综合这个题中两处的类型比较，这个题的正确答案应该是如下的几个：

相同之处为ABD，不同之处为C；

相同之处为BD，不同之处为AC；

相同之处为AB，不同之处为CD；

相同之处为B，不同之处为ACD。

也就是说，只有B与C是固定的。而A与D，怎么填写都能对。不宜将这种题用作高考题。

尤其是，当只规定其中某个解为“标准答案”，并以此来阅卷时，必将使不少学生蒙受不白之冤。

四、关于大π键的问题

即便是在无机化学教学中，大π键都是教学中的一个非常不容易化解掉的难点。对才接触4年化学的中学生来说，这类问题就更显得是难上加难了。这样的内容，哪怕是更简单一些的，也不该出现在高考试卷中。

但是在这份试卷中就有这样的一个，难度很高的有关大π键的题。应该承认，命题者为了降低这个题的难度，还是想了一些措施的。采取了比照苯分子中的Π₆⁶键的方法，在告诉学生这个离子中也有大π键的情况下，让学生来作答。

在认定其中有大π键，每个N原子不可能是sp³杂化（必须提供出成大π键的p轨道），作为一个正五边形sp杂化也不行的情况下，学生只能让每个N原子都采取sp²杂化的形式来成键。这样，每个N原子有2电子通过2个sp²杂化轨道以便相互间成2个σ键，2个电子在剩余的1个sp²杂化轨道上以孤电子对的形式存在。还剩下1个电子在未参与杂化的p轨道上。

5个N原子各有1个由单电子占据的p轨道。N₅^-离子就有5个p轨道，及5个电子了。再加上整个离子所带的1个负电荷（电子）。就构成了一个Π₅⁶键。

考生这样匆匆答完卷后，一般是不会去再琢磨这个题的。

但是，对在校生及任课教师，那就大不一样了。肯定会有学生要求教师，用教材上的价层电子对互斥理论来推导出，这个离子中各原子的杂化类型。

教师想用元素种类法来推断这个离子中，每个原子的价层电子数是不行的。因为它不属于ABn型的，这样只有一个中心原子的简单分子（它有多达5个的中心原子）。

用结构式法来判断也行不通。因为就N₅^-离子的组成，无法写出一个N原子都是3价的，合乎要求的结构式（顶多是画出一个近似的结构如下图，其中下部的4个N原子都是3价了，都满足要求。但是，最上面一个N原子只能画出2价，它还保留有强烈的欲成键的倾向）。

面对着这个“不完全正确”的结构式，教师也只好硬着头皮继续“分析”下去了。

对下面的4个N原子，每个都是原有5个价电子，其所连的双键不向其提供价层电子，单键向其提供一个价层电子，这样N原子的价层电子数都是6，三对，也就是它们都应该采取sp²杂化（2个杂化轨道用于成σ键，1个被孤电子对占据）。

讨论最上面一个N原子是比较麻烦的。它自己原有5个价电子，两个单键各向其提供1个价层电子，再加上离子所带有的电荷，一共有8个价层电子。这样简单的考虑，它就应该采取sp³杂化（2个用于成σ键，2个被孤电子对占据）。

但是，由于这个N原子的化合价还没有得到满足、还有成键的倾向，且没有哪个原子能单独与其成键。那么，它就只好用一对电子去参与π键的形成了。也就是说他必须要把一个孤电子对转化为p电子，而采取sp²杂化。

这样，仅已知N₅^-离子的化学组成，用价层电子对互斥理论（不需要知道它们都在同一平面上），也能得出N₅^-离子中所有N原子都采取sp²杂化，进而得出其中有Π₅⁶键的结论。

尽管，教师的这个推断过程极为牵强，但也只能是这样了。否则，又该如何来解释这个离子的结构，如何来捍卫价层电子对互斥理论，及教材的尊严呢？

本来一些中学生就在怀疑“化学还是不是一门科学”（因为其中的特例太多了）。将这个结构引入中学化学教学，恐怕又是这种看法的一个助推剂吧。

此外，试卷中的N₅^-离子图容易给学生造成一些误解。部分学生看不出，纸面上的正多边形有可能只是一个投影（环乙烷有时也被画成正六边形），以为其中都会有大π键。

试卷中最好还加上“平面正五边形的N₅^-中”，这样一个限定性的词语。这也是成Π₅⁶键的必要条件。

五、关于结构单元数的计算

这个题的最后一个小题，是关于结构单元数目计算的。

这个题主要考察的是，学生是否清楚“物质的相对质量与摩尔质量间的关系”。如果知道，这两者在数值上相等，只相差了一个特定的单位，这个题剩下的就只是单位换算的物理题了。

由于晶胞中有y个[(N₅)₆(H₃O)₃(NH₄)₄Cl]单元，所以yM就是晶胞的相对质量。写为yM (g·mol^-1)后，这也就成为了晶胞的摩尔质量。

从已知的晶体密度d（g·cm^-3），不难知道，还必须把晶胞的摩尔体积计算出来（这个体积最好是以cm³为单位）。

其摩尔体积为，(a×10^-7)³·N_A（单位是cm³·mol^-1，其中N_A为阿伏伽德罗常数）。

由于，密度等于质量除体积。这样从，就可以得到

或。