“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”選考考點(diǎn)
——晶胞結(jié)構(gòu)相關(guān)計(jì)算的突破

吉林 趙鑫光 張承罡

“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”選考考點(diǎn)
——晶胞結(jié)構(gòu)相關(guān)計(jì)算的突破

在2017年的全國(guó)新課標(biāo)化學(xué)學(xué)科高考考試大綱中規(guī)定：高考化學(xué)的選考內(nèi)容包括“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”“有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)”兩個(gè)模塊，其中“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊由于其命題具有較強(qiáng)的規(guī)律性，受到很多考生的青睞?？v觀幾年來(lái)的高考試題可以發(fā)現(xiàn)，晶胞結(jié)構(gòu)及其相關(guān)計(jì)算是該模塊中的必考知識(shí)點(diǎn)，這部分內(nèi)容較為抽象且理論性強(qiáng)，本文旨在總結(jié)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)其本質(zhì)和規(guī)律，從而提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

一、晶胞中粒子數(shù)的計(jì)算方法——均攤法

當(dāng)原子位于晶胞的體內(nèi)(通常是體心)時(shí)，則該原子完全屬于這個(gè)晶胞。

二、常見(jiàn)的晶胞結(jié)構(gòu)和晶胞中粒子間的距離

1.氯化鈉(NaCl)晶胞

2.氯化銫(CsCl)晶胞

3.立方硫化鋅(ZnS)晶胞

4.氟化鈣(CaF2)晶胞

5.干冰(CO2)晶胞

6.金剛石(C)晶胞

7.二氧化硅(SiO2)晶胞

將金剛石中的C原子換成Si原子，每?jī)蓚€(gè)Si原子中間加一個(gè)O原子，就得到了SiO2的晶胞(圖中大球代表Si原子，小球代表O原子)。晶胞中Si原子與O原子個(gè)數(shù)比為1∶2。最小環(huán)上有12個(gè)原子(6個(gè)Si原子和6個(gè)O原子)。1 mol SiO2晶體中，Si—O鍵數(shù)目為4 mol。

8.石墨(C)的層狀結(jié)構(gòu)

石墨是具有層狀結(jié)構(gòu)的混合型晶體，層內(nèi)存在金屬鍵、共價(jià)鍵，層間存在范德華力；層內(nèi)每個(gè)C原子與3個(gè)C原子連接，構(gòu)成六邊形，其鍵長(zhǎng)、鍵角相等，每個(gè)六邊形平均占有2個(gè)C原子，C原子數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為2∶3。

三、幾種典型的堆積方式的原子空間利用率的計(jì)算

原子的空間利用率η等于晶胞中原子所占的總體積與晶胞體積之比。

1.簡(jiǎn)單立方堆積

設(shè)原子半徑為R，由于原子在晶胞棱的方向上相切，可以計(jì)算出晶胞參數(shù)：a=b=c=2R，α=β=γ=90°。每個(gè)晶胞中包含一個(gè)原子。

2.體心立方堆積

3.面心立方最密堆積

4.六方最密堆積

5.金剛石型堆積

長(zhǎng)春吉大附中實(shí)驗(yàn)學(xué)校)