高中化学竞赛专题讲座——立体化学.docVIP

高中化学奥赛专题讲座——立体化学 近年来，无论是高考，还是全国竞赛，涉及空间结构的试题日趋增多，成为目前的热点之一。本讲座将从最简单的几种空间正多面体开始，与大家一同探讨中学化学竞赛中与空间结构有关的内容。 第一讲 中学化学中几种常见的晶体及应用 一．晶体的概念及宏观性质： 晶体是指具有规则外形的固体。其结构特征是内部的原子或分子在三维空间的排布具有特定的周期性，即隔一定距离重复出现。 通性： （1）均匀性； （2）各向异性：晶体在不同方向上显示不同的性质； （3）具有固定的熔点； （4）对称性：这在很大程度上决定了晶体的性质。 3．分类：除四种基本类型外，还有一种是过渡型晶体（混合型晶体）。如石墨晶体。 二．晶胞的概念及常见类型： 1．概念：在晶体结构中具有代表性的基本的重复单位称为晶胞。 晶胞在三维空间无限重复就产生了宏观的晶体。 2．基本要点： ①晶胞必须是平行六面体； ②同一晶体中所划分出来的同类晶胞的大小和形状完全相同； ③晶胞是晶体结构中的基本的重复单位，但不一定是最小的重复单位。若一个晶胞只有一个最小重复单位，则称素晶胞，否则称复晶胞。例： 金属钠 简单立方晶胞 面心立方晶胞 体心立方晶胞 3．几种常见的晶胞：中学中常见的晶胞为立方晶胞。立方晶胞中粒子数的计算方法如下： （1）顶点粒子有1/8属于晶胞；（2）棱边粒子有1/4属于晶胞； （3）面心粒子有1/2属于晶胞；（4）体心粒子按1全部计入晶胞。 [实例分析] ①氯化钠、氯化铯晶胞（配位数分别为6和8） NaCl、CsCl晶体密度的计算是常遇到的问题。其关系式如下： ρ=m/v=(n×M)/V 对于NaCl晶体，设晶胞的边长为a，有ρ=（4×MNaCl）/（a3×NA） 对于CsCl晶体，设晶胞的边长为a，有ρ=（1×MCsCl）/（a3×NA） [练习]如图所示，直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na+或Cl-所处的位置，请将其中代表Na+的圆圈涂黑（不考虑体积大小），以完成NaCl的晶体结构示意图。 （1）每个Na+离子周围与它最接近的且距离相等的Cl-离子 共有_______ 个；Na+共有___ 个。 （2）每个Cl-离子周围与它最接近的且距离相等的Na+离子 共有______个；Cl-共有_____ 个。 （3）每个Na+离子周围与它最接近的且距离相等的Na+离子 构成一个 体。 ②硫化锌晶胞（配位数为4） ③金刚石的晶胞。 每个C原子以共价键与 ( )个C原子紧邻, 由共价键构成的最小环结构中有( )个C原子。 ④观察干冰晶体结构，试分析 与二氧化碳分子距离最近且相等的二氧化碳分子有 ______个，每个晶胞平均占有_____个CO2分子。 ⑤观察石墨晶体结构，试分析石墨晶体结构每层由 许多个正六边形构成,则平均每1个正六边形占有 碳原子数为_______个。 ⑥晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的 正二十面体的原子晶体。其中含有20个等边三 角形和一定数目的顶角，每个顶角各有一个原子， 试观察图形回答。 这个基本结构单元由_____个硼原子组成， 键角是______，共含有________个B-B键。 ⑦1996年诺贝尔化学奖授予对发现C60有重大贡献 的三位科学家。C60分子是形如球状的多面体 （如图），该结构的建立基于以下考虑： 1）C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子 形成化学键； 2）C60分子只含有五边形和六边形； 3）多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理： 顶点数+面数-棱边数=2 据上所述，可推知C60分子有12个五边形和20个六边形，且已知C60分子所含的双键数为30。请回答下列问题： （1）固体C60与金刚石相比较，熔点较高者应是________，理由是：___________________________________________________________。 （2）试估计C60跟F2在一定条件下，能否发生反应生成C60F60（填“可能”或“不可能”）_______，并简述其理由：___________________________。 请通过列式计算，确定C60分子所含单键数。 （4）C70分子也已制得，它的分子结构模型可以与C60同样考虑而推知。通过计算确定C70分子中五边形和六边形的数目。 [例1]有一种兰色晶体，它的结构特征是 Fe2+和Fe3+分别占据立方体的互不相邻的顶点，而CN-位于立方体棱上。 根据其结构特点，推出其化学式_________