对2019年高考理综1卷35（化学）题的解析

作为一个关于“物质结构与性质”类的的考题，难度并不大。但教师在对这个题进行解析时，还是有较大发挥空间的。

 

一、对第（1）小题的解析

这是一个关于四种微粒，最外层电子电离能大小比较的问题。比较的依据是，微粒所处的状态，及与它所发生变化间的关系。

这个题虽然没有什么难度，对那些需要更细致解析的学生，教师可以设计一个如下的讲解方法。

1. 微粒“A”是一个不常见的，带有一个单位正电荷的Mg⁺离子（严格一些说，是基态的Mg⁺离子）。其电离过程涉及的变化为，Mg⁺(g)→Mg²⁺(g)+e^-。其所需的能量，就是Mg的第II电离势。这个能量的大小正比于电离时需要克服的，Mg²⁺(g)离子与电子e^-间的静电作用力。这个静电作用力，可写为。

该过程可以用下图最左侧的射线来描述。射线的起点为电子的起始能级，终点为无限远的状态。射线下面的数字（有红色与黑色，以区分吸引力的大小）为需克服的静电引力。最下的文字，为这个过程对应的能量性质。

 

2. 微粒“B”是常见的Mg原子（或称为基态的Mg原子）。其电离过程涉及变化为，Mg(g)→Mg⁺(g)+e^-。其所需的能量，就是Mg的第I电离势。这个能量的大小正比于，Mg⁺(g)离子与电子e^-间的静电作用力。该静电作用力，可被写为。

比较，上述的f'与f"的表述式。由于f'计算式中的q₊=2、比后者大，而r=Mg²⁺离子半径比后者的Mg⁺离子半径要小。所以f'肯定会大于f"。也就是说，与第I电离势相比较，第II电离势通常会有成倍数的增大。

该过程可以用上图第二列的射线来描述。

3. 微粒“C”是一个处于激发态的Mg原子（可以用Mg*来表示）。其电离过程涉及变化“Mg(g)→Mg⁺(g)+e^-”的一部分。即，将这个涉及的第I电离势变化分为两步走，让电子预先从3s到3p能级（就是这个激发态Mg*），然后再从这个激发态的3p能级到无限远。其所需的能量，当然是“Mg的第I电离势”减去“3s-3p的激发能”。这个能量肯定要小于Mg的第I电离势。

不难看出，上述这三种微粒电离所需的能量大小排序为，A>B>C。

4. 微粒“D”是一个处于激发态的Mg⁺离子（可以用Mg⁺*来表示）。其电离过程仅涉及变化“Mg⁺(g)→Mg²⁺(g)+e^-”的后一部分。即，将这个涉及第II电离势的变化分为两步，让电子先从3s到3p能级（就是这个激发态Mg⁺*），然后再从激发态的3p能级到无限远。其所需的能量，当然是“Mg的第电离势”减去“3s-3p的激发能”。这个能量肯定要小于Mg的第II电离势。

从这个分析可得出，电离所需能量，A>D。

再结合上面得出的排序“A>B>C”，可以知道A是所需能量最大的微粒。

如果，学生真的理解了上面的分析，应该能自行判断出。这4个微粒中，电离所需能量最小的是C。

二、对第（2）小题的解析

这个题的前两问是要求学生，判断出两个原子的杂化类型。要用到价层电子对互斥理论。

教师最好能告诉学生，判断某原子价层电子对数，有两个方法。

对于只有一个中心原子的ABn型的分子（A为中心原子），可以用元素种类法。

对于不只一个中心原子的分子，最好用结构式法。

结构式法的要点是，写出正确的结构式，从中看出配原子与中心原子的成键情况。其周围的每个单键，都只向中心原子提供一个价层电子。双键则不提供价层电子。

从乙二胺的结构式（如下图）不难看出，其最左端的N原子，周围只有3个单键。由于它们各向中心提供一个价层电子，加上中心N原子的5个价电子，中心N原子的价层电子数为8（4对价层电子），所以N是sp³杂化。

     

对于N右侧键连的C原子。由于，其自身的价电子数为4，加上其周围4个单键各提供的一个价层电子，C原子的价层电子数也是8。所以C原子也是sp³杂化。

结构式剩下的一半，与前一半对称。所以，其中的N与C原子的杂化形式，也会与前面的分析相同。

至于乙二胺与Mg²⁺、Cu²⁺等离子形成稳定环状配离子的原因，应该有两点。

一是，该配体中必须要有两个或两个以上的“配原子”（如乙二胺两端的两个N原子各有一个孤电子对，各是一个配原子）。可以将这样的配体称为“双齿配体”。

另一点则是，配体中的两个配原子不能过于邻近。

如果双齿配体中的两个配原子离的很近，它们就不可能与同一中心原子配位成环状物。而只能是用配原子各与一个中心原子成键，形成含有两个中心原子的“双核配合物”。

如“联氨”（NH₂-NH₂）也有两个配N原子，但是由于相距过于接近，是无法“成环”的。它只能形成的“双核配合物”如下图所示。

     

标准答案显然忽略了，该配体中“配原子间要有足够多的键连原子，以便能成环”，这个重要的条件。

与主族Mg²⁺离子相比较，作为副族元素的Cu²⁺离子，后者易成配合物（也就是配合物较稳定）的原因是：副族元素原子或离子的d、s、p轨道能量相差不大，能级较低的空轨道还较多。

三、对第（3）小题的解析

如果像网上显示的那样，试卷真的是在该小题的物质-熔点数据表下，只给出了一个很小的空间，并让学生解释熔点差异的原因。命题者就有故意“误导”学生的嫌疑。

因为作为这个“原因”的“解释”，学生可以从不同角度，及不同深度来理解。不但用4-5个字不可能说清楚，“答案”也必然会是五花八门的。

1. 如果某学生把这4种氧化物作为一个整体。并把着眼点放在“前两个是金属氧化物，属于离子晶体，因而熔点也较高”，而“后两个是非金属氧化物，属于分子晶体，因而熔点也较低”。

他理所当然地就会回答为，“前两个是离子晶体，后两个是分子晶体”。而这也就足够了，因为它已经抓住了这4个物质间的最主要差别。

如果，想得出“标准答案”那样的说法，命题者就应该明确地指出，是解释“Li₂O与MgO间熔点差异的原因”，及“P₄O₆与SO₂间熔点差异的原因”。并留出2个相应的作答位置。

2. 解释的深度应该有所限定

其实，影响物质熔点的因素是多方面的。而其中最为主要的就是“晶体类型”。

正因为如此，在讨论晶体类型时，教材都会指出一个比较物质熔点的“依据”。在四种晶体中，原子晶体的熔点最高，一般大于1247K；离子晶体次之；分子晶体熔点低，一般低于580K。对金属晶体则避而远之，因为它取决于金属的内聚力，熔点可以在相当大的幅度内变化^[1]。

晶体类型是第一个层次的“解释”。

而标准答案中，还有一点“不足”。就是，一定要硬着头皮强调这是“典型离子晶体”与“典型分子晶体”。而不承认还可能有其它因素在起作用，完全回避了其它造成物质熔点不同的原因。

第二个层次，就是在认为晶体类型已经清楚的情况下，指出其中影响熔点的具体因素。

对离子晶体来说是晶格能。对于分子晶体来说是分子间作用力。

由此，可以学生就给出这个小题的另一个答案，“对于Li₂O与MgO来说，是后者的晶格能大”，“对于P₄O₆与SO₂来说，是前者的分子间作用力大”。

这也就是标准答案所承认的说法。

第三个层次，是从结构角度来找原因。

对于离子晶体的晶格能来说，当离子电荷越大、及离子半径越小时，晶格能就会越大，熔点也会越高。

对于本例，MgO中Mg²⁺离子的电荷确实高，但Mg²⁺与Li⁺离子半径不详。试图从结构角度找原因，这条路走不通。所以标准答案的解释，也就到此打住。回避了“离子半径”的问题。

但是，不知道“离子半径”，增么就能断言“MgO的晶格能大”呢？这个“MgO的晶格能大”的说法有相当大的“臆测”成分，它不是一个科学的解释方法。

命题者如果严谨一些的活，他不应该要求学生据此就给出“熔点差异的原因”（好像确凿无误的样子）。而应该表述成“熔点差异的可能原因”。

当然，命题者如果要求学生这样去“揣摩”事物的原因和本质，那又会有损于高考的严肃性。

对于后两个属于分子晶体的P₄O₆与SO₂，从结构角度的“解释”，就是将分子间作用力进行细分。两者中都没有氢键，只有范德华力。但两者间的范德华力的构成是不同的。前者只有色散力，后者除了范德华力之外，还存在有取向力与诱导力（因为SO₂是极性分子）。

这又是一个要比较各种作用力大小的难题。好在，根据数据我们可以断言“是色散力在起主导性作用”。

这样，就可以再依据“色散力与分子量相关”。而得出，P₄O₆分子的分子量更大，其色散力及分子间作用力更大，所以P₄O₆的熔点会更高，这样的结论

像标准答案中“分子间力（分子量）P₄O₆>SO₂”，这种“简明”的回答。没有指出是典型分子晶体，没有指出是色散力在起主导作用，就分子量判断出两物质熔点的相对高低，这是没有多少学生能够恰好做到的。

四、对第（4）小题的解析

这实际上是一道立体几何，或解析几何题。

从图(b)可看出，Cu原子间最短距离x，它是立方体对角线的四分之一

由于立方体对角线的长度是。所以。

由于Mg原子以金刚石方式堆积。在图(b)的如下部分中，AE是立方体的对角线，AD就是该对角线的四分之一，也就是上面的。

       

 

在ABD中，∠ABD=109.5º/2=54.75º。

    。

由此可解出。

图(a)是一个体积为a³pm³的晶胞，其中有个8个Mg原子和16个Cu原子，也就是有8个MgCu₂基本单元。

这样1.0molMgCu₂基本单元所占的体积就是，。

而MgCu₂的摩尔质量为，（24+64×2）g。

所以，MgCu₂的密度为，。

五、对这道考题的一些看法

作为一个关心中学化学教学，近年来对高考试题也比较关注的化学教师。在做完这个题后，还有一些个人的看法。愿意与广大教师与命题者共享。

1.  考题前的概述部分应该写的更实在一些

这个题有4个小题。作为这些题的一个总概述，应该与这些小题有较为直接的关系才好。但这个概述介绍的却是，金属Al中拉维斯相的一种化学组分，MgCu₂晶粒对金属性质的影响，也就是该晶粒在金属Al中的作用。

这个MgCu₂晶粒与考题（1）（2）、（3）完全无关。

与其最后一个第（4）小题也没有直接的关系。因为，不提金属铝中的拉维斯相，也可以讨论MgCu₂晶粒。

可以说，这个所谓的“概述”，只是个噱头、且不切题。

教师应该告诉学生，对这两行字大家尽可以一扫而过，看过后马上忘记也没有什么关系。

如果命题者想用高考来扩大学生知识面的话，也要把这两行字放在第（4）小题内，而不宜将其放在整个大题的首部。

其实，这种见缝插针地“普及”与“展现”新知识的做法对中学化学教学并没有什么好处。因为考题的篇幅有限，寥寥两行字，很难把“新知识”介绍清楚。

如果有比较认真的学生，看过这些介绍后就会继续追问任课教师。金属铝的拉维斯相中有MgCu₂晶粒，MgCu₂晶粒就叫拉维斯结构吗？MgCu₂晶粒在其他金属（如Fe、Mg、Cu）中是否也能存在？将Mg与Cu按1:2的物质的量比来混熔，所得金属的硬度会更大吗？

恐怕一般教师只能说，这不属于化学研究的范畴。要是能“指导”他们，最好去看“金属学”或“金相学”，学生对这个教师知识的“渊博”将会是非常“佩服”的。

2.  化学物质熔点与结构的关系问题

由于化学物质熔点与结构关系的复杂性。在中学化学教学中应该限于，只让学生知道几类典型晶体与熔点的大致关系，就可以了。

因为影响物质熔点的因素很多。即便是在同一主族、同一周期的同类化合物中，也不见得有什么“固定的规律”。即便是只考虑最高氧化态的化合物，解释起来也有相当大的难度。像这个考题中涉及的是对角线元素、及低价态化合物的熔点比较，这在无机化学教学中也不会出现。

因为，即便是面对同周期的很典型的下列卤化物的熔点

化合物	NaCl	MgCl2	AlCl3	SiCl4	PCl5
熔点/	801	712	193	-70	167

教师该如何向学生来解释呢？难道NaCl与MgCl₂不都是离子晶体，它们不遵守离子晶体的晶格能的公式？

由于O^2-离子可以参与两个共价键的生成，所以对于氧化物来说，其熔点的变化情况又有所不同：

化合物	MgO	Al2O3	SiO2	P2O5	SO3
熔点/	2800	2045	1700	580	-72

上表中间的物质是比较典型的原子晶体，难道MgO晶体中就一点原子晶体的成分都不会有吗？

通过高考把这些复杂的内容引入中学化学教学，只能给教学带来混乱和伤害。

化学基本原理本来就是一个不十分完备的体系。一些所谓的规律或理论，或多或少还要受一些使用条件的限制。其教学也是一个螺旋式上升的过程。

所以，不宜把中学化学教学的内容无限制的扩大与拔高。应该认识到，这是高考命题的一个“大忌”。强行这样做的结果，只能是使教学中遇到的“特例”越来越多。使初学化学的中学生怀疑化学这个学科的科学性，失去学习化学的乐趣与信心。

3. 关于晶体结构知识

学习物质结构知识，主要目的是为了揭示，不同化学物质之所以能表现出某些性质的深层次原因。

关于原子与分子结构的细节，也主要属于物理学工作者的研究范畴。因为对于这样的研究工作来说，化学工作者所掌握的数学知识过于浅显。

但是，现在的高考题中，晶体结构知识却成为了一个必考内容，还让学生一个劲地去背公式，去进行立体几何的计算。其实这些考题中的晶体解析，没有一个能与其化学性质相关。

关于晶体结构的知识，在无机化学课程及结构化学课程中都是一代而过，在中学化学教学中反而成了必考的内容。这是一个不正常的现象。

参考文献

[1] 北京师范大学等校. 无机化学（第三版）. 高等教育出版社. 1992年