摘要：在近年高考题中频繁对配位数概念进行考查，现行人教版教材对此概念没有给出具体、明确的定义。在不同情景中对此问题进行分类讨论，有助于学生准确把握配位数的内涵和外延，从而发展学生模型认知素养，最终达到在真实情景下分析和解决此类问题的目的。
关键词：配位数 真实情景 模型认知
1.问题的提出
近年高考题中对配位数概念进行了多次考查，分别涉及到配合物、金属晶体和离子晶体等多类物质。因此，全面总结和梳理高考题中对配位数概念的考查形式和内容，帮助学生构建此概念的内涵和外延很有必要。
近年对配位数考查的高考题统计分析如表1所示。
表1近年对配位数考查的高考题分析表
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序号 |
考题出处 |
考题出处 |
涉及物质类别 |
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1 |
2020 |
新课标全国Ⅱ卷-T35(3) |
离子晶体 |
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2 |
2019 |
新课标全国Ⅲ卷-T35(2) |
配合物 |
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3 |
2018 |
海南卷-T19-Ⅱ(4) |
离子晶体 |
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4 |
2016 |
海南卷-T19-Ⅱ(1) |
金属晶体 |
|
5 |
2015 |
新课标全国Ⅱ卷-T37(4) |
离子晶体 |
|
6 |
2014 |
新课标全国Ⅰ卷-T37(4) |
金属晶体 |
2.真实情境下的配位数概念模型的建立
2.1配合物中的配位数
2.1.1由一种单齿配体形成的配合物
《普通化学原理（第4版）》中给出配位数定义[1]：配位数（coordination number）是指中心离子（原子）所接受的配位原子数目。据此可知在高中人教版教材中涉及的常见配合物Ag(NH3)2OH、[Cu(NH3)4]SO4、K3[Fe(CN)6]的配位数分别为2、4、6，其含义是Ag+、Cu2+和Fe3+周围最近等距的配位原子数为2、4、6。
2.1.2由多种单齿配体形成的配合物
2014年新课标全国Ⅱ卷37题中涉及到的配合物[Cu(NH3)4(H2O)2]SO4，其阳离子的呈轴向狭长的正八面体结构，如图1所示。该阳离子中Cu2+周围存在4个NH3和2个H2O，因此它的配位数为6。
图1 [Cu(NH3)4(H2O)2]2+结构示意图
以上两例都是单齿配体，这种情况下配位数等于配体数目。
2.1.3由一种多齿配体形成的配合物
2019年新课标全国Ⅰ卷35题中提到，乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是一种二齿配体，分子中两个氮原子都可以提供孤电子对与中心离子形成配位键。根据乙二胺浓度不同，可以形成二乙二胺合铜或三乙二胺合铜，它们的配位数分别是4和6。
2.1.4多聚分子
2019年新课标全国Ⅲ卷35题：FeCl3中的化学键具有明显的共价性，蒸汽状态下以双聚分子中Fe的配位数为_______。FeCl3双聚分子是由Cl-和Fe3+形成配合键而实现的。其分子结构如图2所示。
图2FeCl3双聚分子结构
此时Fe的配位数不是形成配位键的Cl-个数，而是它周围最近等距的Cl-个数，因此答案为4[3]。
2.2金属晶体中的配位数
《选修3·物质结构与性质（人教版2004）》 “科学视野栏目”中指出：金属晶体简单立方堆积、体心立方堆积、六方最密堆积和面心立方最密堆积的配位数分别是6、8、12和12。据此可见，在金属晶体中“配位数”的含义是最近等距的金属原子个数。2016年海南卷第19题和2014年新课标全国Ⅰ卷第37题都对金属晶体面心立方最密堆积的配位数进行了直接考查。
2.3离子晶体中的配位数
《选修3·物质结构与性质（人教版2004）》明确说明：离子晶体中离子的配位数（缩写为C.N.）是指一个离子周围最近等距的异电性离子的数目。在离子晶体中阴阳离子的配位数之比等于离子个数的反比。这是由晶体呈电中性决定的。
根据离子晶体中阳离子和阴离子的种类不同，可把此类问题分为如下几类：
2.3.1阳离子和阴离子种类均为1种
2015年新课标全国Ⅱ卷第37题：O2-和Na+能够形成化合物Na2O，其晶胞结构如图3所示, 晶胞中O2-的配位数为_______。
图3 Na2O晶胞结构
由图可知O2-采用面心立方最密堆积，Na+填入全部的四面体空隙。O2-周围最近等距的Na+有8个，因此其配位数为8。同理，Na+配位数为4。
2.3.2阳离子和阴离子种类多于1种
2020年新课标全国Ⅱ卷第35题：CaTiO3的晶胞如图4所示，……，Ca2+的配位数是_______。
图4 CaTiO3晶胞结构
从图中可以看出Ca2+周围最近等距的O2-有12个，Ti4+有8个。根据离子晶体中配位数的定义，
Ca2+的配位数是指最近等距的异种电荷离子O2-的个数，因此答案为8。
3.配位数概念的本质要素
结合各种真实情景下配位数概念的讨论，我们不难发现“最近”和“等距”是配位数概念的本质。在分析问题和解决问题上把握住这两个要素，就精准确定配位数的数值[4]。
3.1“最近”要素
如图5所示的氯化钠晶胞结构示意图中，标号为A的Na+与标号为B的Cl-间距为（a为晶胞边长），它与标号为C的Cl-间距为
。由此可知距离标号为A的Na+最近的Cl-是处于面心位置的，因此配位数为6。
图5 NaCl的晶胞结构示意图
3.1“等距”要素
所谓“等距”就是中心原子与同种配位原子的距离相等。中学阶段常见的配位数为4、6、8，这三种形式的立体构型分别是正四面体形、正八面体形和立方体形。其空间结构示意图如图6所示。
图6配位数分别为4、6、8形成了立体构型
过氧化钙（CaO2）的晶胞如图7所示。Ca2+处于顶点，O22-离子处于棱心。需要注意的是该晶胞不是立方晶胞（a=b=c，a、b、c为晶胞参数，下同），而是四方晶胞（a=b≠c），因此Ca2+最近等距的O22-离子是4个，而不是6个。
图7过氧化钙（CaO2）的晶胞
4.结论与反思
《中国高考评价体系》中对“四层”表述为：必备知识、关键能力、学科素养和核心价值。在教学过程中学懂弄通配位数的定义是学生应该掌握的必备知识，在不同类型的真实情境中进行认识、分析和解决是学生应该具备的关键能力。学生的必备知识和关键能力都是以学科核心素养导向了，最终指向了“模型认知”素养的养成。
参考文献
[1]华彤文.普通化学原理[M].4版.北京:北京大学出版社,2013:336
[2]宋心琦. 化学选修3 物质结构与性质[M].3版.北京:人民教育出版社,2015:74-78
[3]教育部考试中心.高考试题分析理科综合分册（2020年版）[S].北京:高等教育出版社,2020:189
[4]教育部考试中心.中国高考评价体系说明[M].1版.北京:人民教育出版社,2019:30
[5]祝可一,孙慧丽.《物质结构与性质》模块中学生学习困难情况的研究[J].新课程（下）,2018(2):118.
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