湯 偉

安徽

近年來(lái)，高考在考查知識(shí)與能力的同時(shí)，也特別關(guān)注化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的考查，其中“宏觀辨識(shí)與微觀探析”是化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的主要內(nèi)容之一。我們研究發(fā)現(xiàn)，“原子結(jié)構(gòu)”的知識(shí)要點(diǎn)在高考中可以較好的滲透該學(xué)科素養(yǎng)中的相關(guān)內(nèi)容，下面通過(guò)具體實(shí)例，針對(duì)該考點(diǎn)做一探究。

一、原子結(jié)構(gòu)中的幾種微粒關(guān)系

微觀世界里，人們看不見(jiàn)摸不著，科學(xué)家是如何引導(dǎo)我們認(rèn)識(shí)微觀世界里的境界呢？學(xué)科素養(yǎng)中“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”較好的詮釋了科學(xué)研究的過(guò)程，最早科學(xué)家道爾頓提出了原子的基本結(jié)構(gòu)模型，后來(lái)經(jīng)過(guò)眾多科學(xué)家的大量實(shí)驗(yàn)推理，不斷完善，得出了我們現(xiàn)在的“原子結(jié)構(gòu)”中的一些經(jīng)典觀點(diǎn)。目前，在高考中成為熱點(diǎn)之一的就是原子結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的一些微粒的基本關(guān)系，具體考查要點(diǎn)有：

1.電性關(guān)系

中性原子：核電荷數(shù)=核內(nèi)質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)=原子序數(shù)

陰離子：核外電子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+所帶的電荷數(shù)

陽(yáng)離子：核外電子數(shù)=質(zhì)子數(shù)-所帶的電荷數(shù)

2.質(zhì)量關(guān)系

質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)

3.表示原子結(jié)構(gòu)的“三種方式”

例：

(2)原子結(jié)構(gòu)示意圖著重描述核外電子排布情況

例：

(3)電子式著重描述原子最外層電子或原子構(gòu)成的物質(zhì)中最外層電子的成鍵情況

4.易錯(cuò)點(diǎn)提示

①任何粒子中，質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)，但質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)不一定相等，如陰、陽(yáng)離子。

②質(zhì)量數(shù)大約等于該原子的相對(duì)原子質(zhì)量。不能夠理解為等于該元素的相對(duì)原子質(zhì)量，有時(shí)候二者相差較大。

④質(zhì)子數(shù)相同的粒子不一定屬于同種元素，如NO與CO。

⑤核外電子數(shù)相同的粒子，其質(zhì)子數(shù)不一定相同，如Na+、F-等。

例題1(2018年高考題重組)下列相關(guān)說(shuō)法正確的是

( )

A.[2018·全國(guó)卷ⅢT8A]24 g 鎂與27 g鋁中，含有相同的質(zhì)子數(shù)

B.[2018·全國(guó)卷ⅢT8B]同等質(zhì)量的氧氣和臭氧中，電子數(shù)相同

C.[2018·全國(guó)卷ⅢT8C]1 mol重水與1 mol水中，中子數(shù)比為2∶1

【答案】B

二、幾組易混淆的概念

涉及原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)點(diǎn)中，常常會(huì)出現(xiàn)一些類(lèi)似“核素、元素、同位素”以及“原子的相對(duì)原子質(zhì)量、元素的相對(duì)原子質(zhì)量”等容易混淆的概念，這些知識(shí)盡管近年來(lái)已經(jīng)不是高考的熱點(diǎn)，但是我們學(xué)習(xí)原子結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)時(shí)，還是要厘清這些不同概念的內(nèi)涵與外延，這也是學(xué)科素養(yǎng)的基本要求。

1.厘清“元素、核素、同位素”概念間的不同及相互關(guān)系

2.理解同位素的“六同三不同”

3.熟知幾種重要的核素及其應(yīng)用

核素23592U146C21H31H188O用途核燃料用于考古斷代制氫彈示蹤原子

4.了解四個(gè)“量”的區(qū)別

類(lèi)別定義實(shí)例原子質(zhì)量某元素某種核素的一個(gè)原子的真實(shí)質(zhì)量一個(gè)168O原子的質(zhì)量是2.657×10-26 kg原子的相對(duì)原子質(zhì)量原子的質(zhì)量與一個(gè)126C原子質(zhì)量的112的比值168O的相對(duì)原子質(zhì)量約為16元素的相對(duì)原子質(zhì)量元素的各種天然同位素的相對(duì)原子質(zhì)量與其在自然界中所占的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)計(jì)算出的平均值A(chǔ)r=Ar(A)·a%+Ar(B)·b%+…(其中a%+b%+…=1)質(zhì)量數(shù)某原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和188O的質(zhì)量數(shù)為18

( )

【答案】D

三、從原子結(jié)構(gòu)知識(shí)延伸考查電子式與化學(xué)鍵

宏觀上所見(jiàn)到的各種物質(zhì)均是由原子按照一定方式結(jié)合在一起的，這也就是學(xué)科素養(yǎng)中提到的“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的要點(diǎn)之一，近年來(lái)我們通過(guò)研究高考試題，可以發(fā)現(xiàn)通過(guò)考查電子式或化學(xué)鍵能夠較好地考查考生是否真正理解該知識(shí)要點(diǎn)，這也是近年來(lái)高考一直重點(diǎn)考查的熱點(diǎn)之一。我們學(xué)習(xí)該知識(shí)要點(diǎn)，需要重點(diǎn)把握如下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

1.電子式的書(shū)寫(xiě)

(1)書(shū)寫(xiě)電子式需注意的4個(gè)問(wèn)題

①陰離子和復(fù)雜陽(yáng)離子要加括號(hào)，并注明所帶電荷數(shù)

②要注意化學(xué)鍵中原子直接相鄰的事實(shí)

③不能漏寫(xiě)未參與成鍵的電子對(duì)

④無(wú)論何種粒子，其電子式都是以原子為基本單位組成的，不能出現(xiàn)角碼

(2)書(shū)寫(xiě)電子式常見(jiàn)的幾個(gè)誤區(qū)

2.化學(xué)鍵及其類(lèi)型的判斷

(1)化學(xué)鍵與物質(zhì)間的關(guān)系

注意以下幾個(gè)重要的結(jié)論：

①存在離子鍵的化合物一定是離子化合物

②離子化合物中一定存在離子鍵，可能存在共價(jià)鍵

③共價(jià)化合物中只含共價(jià)鍵，一定不含離子鍵

④由金屬元素和非金屬元素形成的化合物也可能是共價(jià)化合物，如AlCl3

(2)辨清化學(xué)鍵與物質(zhì)類(lèi)型的關(guān)系

除稀有氣體內(nèi)部無(wú)化學(xué)鍵外，其他物質(zhì)內(nèi)部都存在化學(xué)鍵。化學(xué)鍵與物質(zhì)類(lèi)型之間的關(guān)系可概括如下：

①只含有極性共價(jià)鍵的物質(zhì)一般是不同種非金屬元素形成的共價(jià)化合物，如SiO2、HCl、CH4等。

②只含有非極性共價(jià)鍵的物質(zhì)是同種非金屬元素形成的單質(zhì)，如Cl2、P4、金剛石等。

③既有極性鍵又有非極性鍵的共價(jià)化合物一般由多個(gè)原子組成，如H2O2、C2H4等。

④只含離子鍵的物質(zhì)主要是由活潑非金屬元素與活潑金屬元素形成的化合物，如Na2S、CaCl2、NaCl等。

⑤既有離子鍵又有極性共價(jià)鍵的物質(zhì)，如NaOH、K2SO4等；既有離子鍵又有非極性共價(jià)鍵的物質(zhì)，如Na2O2等。

⑥僅由非金屬元素形成的離子化合物，如NH4Cl、NH4NO3等。

例題3(2018年高考題重組)下列相關(guān)說(shuō)法正確的是

( )

①[2018·全國(guó)卷Ⅰ12TB]鈣的氫化物為離子化合物

②[2018·全國(guó)卷Ⅱ10TB]氧元素與N、Na、Cl三種元素分別形成的化合物中只含有離子鍵

④[2018·全國(guó)卷ⅢT8D]1 mol乙烷和1 mol乙烯中，化學(xué)鍵數(shù)相同

⑦[2018·天津T7]Mg(OH)2的電子式：

A.①②③⑤⑦ B.①⑤⑥⑦⑧

C.②③⑥⑦⑧ D.②④⑤⑥⑧

【答案】B

四、原子結(jié)構(gòu)與周期表、周期律相結(jié)合

高考化學(xué)中“位—構(gòu)—性”一直是高考的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，其中“構(gòu)”指的就是借助原子結(jié)構(gòu)知識(shí)，可以推斷原子在周期表中的位置、借助原子結(jié)構(gòu)知識(shí)可以推斷出元素相關(guān)性質(zhì)，該知識(shí)點(diǎn)能夠較好的體現(xiàn)出化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的內(nèi)涵，它們之間的關(guān)系可以通過(guò)如下方式體現(xiàn)：

例題4(2018·全國(guó)卷Ⅰ·12)主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增加，且均不大于20。W、X、Z最外層電子數(shù)之和為10；W與Y同族；W與Z形成的化合物可與濃硫酸反應(yīng)，其生成物可腐蝕玻璃。下列說(shuō)法正確的是

( )

A．常溫常壓下X的單質(zhì)為氣態(tài)

B．Z的氫化物為離子化合物

C．Y和Z形成的化合物的水溶液呈堿性

D．W與Y具有相同的最高化合價(jià)

【解析】該試題首先簡(jiǎn)介了四種不同原子結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)，“主族元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增加，且均不大于20。W、X、Z最外層電子數(shù)之和為10”，但解題的突破口是物質(zhì)的性質(zhì)，借助“W與Z形成的化合物可與濃硫酸反應(yīng)，其生成物可腐蝕玻璃”可以推斷出HF腐蝕玻璃，所以W為F元素，Z為Ca或K元素，因?yàn)椤癢與Y同族”，所以Y為Cl元素，借助原子結(jié)構(gòu)知識(shí)“W、X、Z最外層電子數(shù)之和為10”，可以推斷出W為Ca時(shí)，X為Na，W為K時(shí)，X為Mg，由此可以得出，X為鈉或鎂單質(zhì)在常溫下不可能為氣態(tài)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；氫化鈣或氫化鉀均為離子化合物，選項(xiàng)B正確；Y和Z形成的化合物為氯化鈣或氯化鉀，其水溶液均顯中性，不可能呈堿性，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；W最高價(jià)為+1 或+2，而Y最高價(jià)為+7價(jià)，二者不可能具有相同的最高化合價(jià)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。