王平学

(甘肃天水市麦积区天成学校)

物质结构理论主要包括原子结构理论、分子结构理论和晶体结构理论,这些物质结构理论在中学化学教学中都有着举足轻重的地位.其中,晶体结构理论既能综合考查考生的化学基础知识,也能考查学生的抽象思维能力和空间想象能力,同时还能考查学生的计算能力.因此,作为肩负选拔人才的考试,高考更加青睐对晶体的考查.本文以两道高考试题为例,领略高考对晶体考查的方式,同时也对我们高考复习形成一定的启示和指导作用.

1 高考晶体考查赏析

例1(2021年山东卷,节选)XeF2晶体属于四方晶系,晶胞参数如图1-甲所示,晶胞棱边夹角均为90°,该晶胞中有_________个XeF2分子.以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称为原子的分数坐标,如A点原子的分数坐标为.已知Xe—F键长为rpm,则B点原子的分数坐标为________;晶胞中A、B间距离d＝________pm.

图1

解析本题第1空考查了晶胞中粒子数计算,我们可以利用所学的晶胞基础知识直接解决问题.该晶胞是平行六面体,所以当原子处于晶胞的顶点时,就被8个无隙并置的晶胞所共有,面上的原子被2 个晶胞所共有,棱边上的原子被4 个晶胞所共有,若原子处于晶胞的体内,则该原子完全属于该晶胞.在本题中我们可以观察到大球在晶胞中的个数为,小球在晶胞中的个数为1＝4,这样我们也就可以确定大球与小球的个数比为1∶2,由于该晶胞是XeF2晶体最小单位,因此就可以知道大球表示的是Xe,小球表示的是F,这样就可以知道该晶胞中含有的XeF2分子数为2 个.本题第2个知识考查点是对原子坐标的考查.题干中也给出了原子坐标的定义是“以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称为原子的分数坐标”.也就是说,原子坐标不是以晶胞的边长为最大坐标值,而是以某点分别在坐标系的x、y、z上的截距与相应边长的比值,比如题中所给的A点坐标为,就是A点对应的x、y、z上的截距分别为,从而可以确定A的坐标.由于A处于晶胞的体心,所以图示坐标系的原点应该是晶胞中的左下角的Xe原子,则B点原子应该是F 原子,其到原点的距离即为Xe—F 键长,长度为rpm,而z轴是在棱上,且该棱长为cpm,则可得到B点的坐标为(0,0,).本题第3个考查点是求AB的距离.从图示可以看出,AB间距离不是Xe原子与F 原子间的最短距离,所以两者间的距离不等于键长.我们可以作出如图1-乙的辅助线,BC平行于底面,AC垂直于底面,形成一个直角三角形.则可得,AC 长度为pm,根据勾股定理可得

例2(2019 年全国Ⅰ卷,节选)图2-甲是MgCu2的拉维斯结构,Mg以金刚石方式堆积,八面体空隙和半数的四面体空隙中,填入以四面体方式排列的Cu.图2-乙是沿立方格子对角面取得的截图.可见,Cu原子之间最短距离x＝_________pm,Mg原子之间最短距离y＝________pm.设阿伏加德罗常数的值为NA,则MgCu2的密度是_________g·cm－3(列出计算表达式).

图2

解析本题是以硬铝合金为背景考查晶体知识的试题.题中给出的条件很清晰,从图乙可以看出以上下底面的面对角线截出1个长方形,边长分别是边和面对角线,即该长方形一条边是apm,另一条边是,从图示中可以看出4个铜原子的直径之和恰好是边长,因而也就可以得到铜原子间最短距离;从晶胞图中可以看出y是2个相邻镁原子之间的距离,其中一个镁原子在顶点,另一个镁原子填充在由顶点镁原子与3个面心镁原子形成的四面体空隙中,2个镁原子间的最短距离为体对角线的,体对角线的长度为3apm,则可得镁原子之间最短距离.要计算晶胞密度,就要先求出晶胞中原子的总质量,再除以晶胞的体积就可以了.因此先找出晶胞中的铜镁原子的个数,由原晶胞示意图可以知道,镁原子在晶胞中所处的位置分别为8个顶点、6个面心、4个四面体空隙,因此可以计算出晶胞中镁原子个数为8,铜是以4个铜原子形成的四面体形状的原子团填充在类似金刚石堆积的另外4个四面体空隙中,因此四面体的4个铜原子都存在于镁堆积成的晶胞内,这样的铜四面体合计有4个,也就可以知道铜在晶胞中的个数为16,这样我们就可以得到晶胞中的原子总质量.该晶胞是1个边长为apm 的立方体,这里要注意求算晶胞体积时的单位换算,1pm＝10－10cm,则该晶体的密度为

2 高考内容对高三复习的启示与指导

2.1 重视基础知识复习,做到举一反三

历年高考一般都以非选择题的方式考查与晶胞相关的知识,其考查的知识点主要有以下几个方面.

1)晶胞的基本结构特征——晶胞的无隙并置,即每个三维晶胞一定是平行六面体,并且平行六面体的所有顶点一定都是相同的粒子.

2)晶胞中粒子数的确定都可应用“切割法”进行分析.

3)晶体密度的计算方法.另外,我们要能从给出的投影图抽象出晶胞图.

随着新课程改革的不断进行,高考中对晶体的考查也在不断变化.从近年新课标的晶体考查内容来看,试题难度在不断加大,不仅考查传统知识点,同时还会以信息给予的方式进行考查,特别是会对某一个知识点做一些铺垫和拓展,然后提出问题.这也就要求我们在复习时,不仅要重视基础知识的复习,还要进行适当拓展.比如晶胞中的原子坐标(也称分数坐标)的书写,将化学与数学中的立体几何进行了联合考查,突出了高考的选拔功能,同时也对学生的学科综合能力提出了更高的要求.因此近几年,这样的考查形式越来越受到命题人的喜爱.我们在复习中应适当拓展,这样可以对一些新出现的考查形式做到心中有数,在考场中可以避免慌张.

2.2 适当的变式训练,提高问题分析能力

高考试题一般都会不同于我们平时训练的试题.也就是说,我们看到高考试题会感到有些陌生,因此我们在复习过程中除了要夯实基础以外,还要加强变式训练,这样我们能做到“见多识广”,对一些陌生度高的试题也可以“处乱不惊”,为考出好成绩打下坚实基础.

总之,我们在学习中要抓住高考这个“指挥棒”,在高考真题的指导下,做好基础知识的识记与调用,在头脑中形成相应的知识网络,通过适当的训练,可以做到以不变应万变.

(完)