王平學(xué)

(甘肅天水市麥積區(qū)天成學(xué)校)

物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論主要包括原子結(jié)構(gòu)理論、分子結(jié)構(gòu)理論和晶體結(jié)構(gòu)理論,這些物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中都有著舉足輕重的地位.其中,晶體結(jié)構(gòu)理論既能綜合考查考生的化學(xué)基礎(chǔ)知識,也能考查學(xué)生的抽象思維能力和空間想象能力,同時(shí)還能考查學(xué)生的計(jì)算能力.因此,作為肩負(fù)選拔人才的考試,高考更加青睞對晶體的考查.本文以兩道高考試題為例,領(lǐng)略高考對晶體考查的方式,同時(shí)也對我們高考復(fù)習(xí)形成一定的啟示和指導(dǎo)作用.

1 高考晶體考查賞析

例1(2021年山東卷,節(jié)選)XeF2晶體屬于四方晶系,晶胞參數(shù)如圖1-甲所示,晶胞棱邊夾角均為90°,該晶胞中有_________個XeF2分子.以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置,稱為原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo),如A點(diǎn)原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為.已知Xe—F鍵長為rpm,則B點(diǎn)原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為________;晶胞中A、B間距離d＝________pm.

圖1

解析本題第1空考查了晶胞中粒子數(shù)計(jì)算,我們可以利用所學(xué)的晶胞基礎(chǔ)知識直接解決問題.該晶胞是平行六面體,所以當(dāng)原子處于晶胞的頂點(diǎn)時(shí),就被8個無隙并置的晶胞所共有,面上的原子被2 個晶胞所共有,棱邊上的原子被4 個晶胞所共有,若原子處于晶胞的體內(nèi),則該原子完全屬于該晶胞.在本題中我們可以觀察到大球在晶胞中的個數(shù)為,小球在晶胞中的個數(shù)為1＝4,這樣我們也就可以確定大球與小球的個數(shù)比為1∶2,由于該晶胞是XeF2晶體最小單位,因此就可以知道大球表示的是Xe,小球表示的是F,這樣就可以知道該晶胞中含有的XeF2分子數(shù)為2 個.本題第2個知識考查點(diǎn)是對原子坐標(biāo)的考查.題干中也給出了原子坐標(biāo)的定義是“以晶胞參數(shù)為單位長度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置,稱為原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)”.也就是說,原子坐標(biāo)不是以晶胞的邊長為最大坐標(biāo)值,而是以某點(diǎn)分別在坐標(biāo)系的x、y、z上的截距與相應(yīng)邊長的比值,比如題中所給的A點(diǎn)坐標(biāo)為,就是A點(diǎn)對應(yīng)的x、y、z上的截距分別為,從而可以確定A的坐標(biāo).由于A處于晶胞的體心,所以圖示坐標(biāo)系的原點(diǎn)應(yīng)該是晶胞中的左下角的Xe原子,則B點(diǎn)原子應(yīng)該是F 原子,其到原點(diǎn)的距離即為Xe—F 鍵長,長度為rpm,而z軸是在棱上,且該棱長為cpm,則可得到B點(diǎn)的坐標(biāo)為(0,0,).本題第3個考查點(diǎn)是求AB的距離.從圖示可以看出,AB間距離不是Xe原子與F 原子間的最短距離,所以兩者間的距離不等于鍵長.我們可以作出如圖1-乙的輔助線,BC平行于底面,AC垂直于底面,形成一個直角三角形.則可得,AC 長度為pm,根據(jù)勾股定理可得

例2(2019 年全國Ⅰ卷,節(jié)選)圖2-甲是MgCu2的拉維斯結(jié)構(gòu),Mg以金剛石方式堆積,八面體空隙和半數(shù)的四面體空隙中,填入以四面體方式排列的Cu.圖2-乙是沿立方格子對角面取得的截圖.可見,Cu原子之間最短距離x＝_________pm,Mg原子之間最短距離y＝________pm.設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則MgCu2的密度是_________g·cm－3(列出計(jì)算表達(dá)式).

圖2

解析本題是以硬鋁合金為背景考查晶體知識的試題.題中給出的條件很清晰,從圖乙可以看出以上下底面的面對角線截出1個長方形,邊長分別是邊和面對角線,即該長方形一條邊是apm,另一條邊是,從圖示中可以看出4個銅原子的直徑之和恰好是邊長,因而也就可以得到銅原子間最短距離;從晶胞圖中可以看出y是2個相鄰鎂原子之間的距離,其中一個鎂原子在頂點(diǎn),另一個鎂原子填充在由頂點(diǎn)鎂原子與3個面心鎂原子形成的四面體空隙中,2個鎂原子間的最短距離為體對角線的,體對角線的長度為3apm,則可得鎂原子之間最短距離.要計(jì)算晶胞密度,就要先求出晶胞中原子的總質(zhì)量,再除以晶胞的體積就可以了.因此先找出晶胞中的銅鎂原子的個數(shù),由原晶胞示意圖可以知道,鎂原子在晶胞中所處的位置分別為8個頂點(diǎn)、6個面心、4個四面體空隙,因此可以計(jì)算出晶胞中鎂原子個數(shù)為8,銅是以4個銅原子形成的四面體形狀的原子團(tuán)填充在類似金剛石堆積的另外4個四面體空隙中,因此四面體的4個銅原子都存在于鎂堆積成的晶胞內(nèi),這樣的銅四面體合計(jì)有4個,也就可以知道銅在晶胞中的個數(shù)為16,這樣我們就可以得到晶胞中的原子總質(zhì)量.該晶胞是1個邊長為apm 的立方體,這里要注意求算晶胞體積時(shí)的單位換算,1pm＝10－10cm,則該晶體的密度為

2 高考內(nèi)容對高三復(fù)習(xí)的啟示與指導(dǎo)

2.1 重視基礎(chǔ)知識復(fù)習(xí),做到舉一反三

歷年高考一般都以非選擇題的方式考查與晶胞相關(guān)的知識,其考查的知識點(diǎn)主要有以下幾個方面.

1)晶胞的基本結(jié)構(gòu)特征——晶胞的無隙并置,即每個三維晶胞一定是平行六面體,并且平行六面體的所有頂點(diǎn)一定都是相同的粒子.

2)晶胞中粒子數(shù)的確定都可應(yīng)用“切割法”進(jìn)行分析.

3)晶體密度的計(jì)算方法.另外,我們要能從給出的投影圖抽象出晶胞圖.

隨著新課程改革的不斷進(jìn)行,高考中對晶體的考查也在不斷變化.從近年新課標(biāo)的晶體考查內(nèi)容來看,試題難度在不斷加大,不僅考查傳統(tǒng)知識點(diǎn),同時(shí)還會以信息給予的方式進(jìn)行考查,特別是會對某一個知識點(diǎn)做一些鋪墊和拓展,然后提出問題.這也就要求我們在復(fù)習(xí)時(shí),不僅要重視基礎(chǔ)知識的復(fù)習(xí),還要進(jìn)行適當(dāng)拓展.比如晶胞中的原子坐標(biāo)(也稱分?jǐn)?shù)坐標(biāo))的書寫,將化學(xué)與數(shù)學(xué)中的立體幾何進(jìn)行了聯(lián)合考查,突出了高考的選拔功能,同時(shí)也對學(xué)生的學(xué)科綜合能力提出了更高的要求.因此近幾年,這樣的考查形式越來越受到命題人的喜愛.我們在復(fù)習(xí)中應(yīng)適當(dāng)拓展,這樣可以對一些新出現(xiàn)的考查形式做到心中有數(shù),在考場中可以避免慌張.

2.2 適當(dāng)?shù)淖兪接?xùn)練,提高問題分析能力

高考試題一般都會不同于我們平時(shí)訓(xùn)練的試題.也就是說,我們看到高考試題會感到有些陌生,因此我們在復(fù)習(xí)過程中除了要夯實(shí)基礎(chǔ)以外,還要加強(qiáng)變式訓(xùn)練,這樣我們能做到“見多識廣”,對一些陌生度高的試題也可以“處亂不驚”,為考出好成績打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).

總之,我們在學(xué)習(xí)中要抓住高考這個“指揮棒”,在高考真題的指導(dǎo)下,做好基礎(chǔ)知識的識記與調(diào)用,在頭腦中形成相應(yīng)的知識網(wǎng)絡(luò),通過適當(dāng)?shù)挠?xùn)練,可以做到以不變應(yīng)萬變.

(完)