高中化学空间结构问题举隅

中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：1008-925X(2011)09-0132-02

【摘要】

高中化学空间结构问题主要包括有机模型问题、有机物分子共线、共面的问题、常见物质的键角与分子构型的关系和新情景的空间结构问题等。

【关键词】高中化学空间 结构 问题 举隅

中学化学中的空间想象能力主要是指以观察物质结构的实物模型、空间图式为基础，用三维的、运动的观点对物质的空间结构进行模拟、剖析、综合和计算的能力。它是近几来高考的重点内容之一。它主要包括五个方面的问题：①有机模型问题②有机物分子共线、共面的问题，③常见物质的键角与分子构型的关系问题，④晶体结构问题，⑤新情景的空间结构问题。

1 有机模型问题

高中有机物中所含的元素主要有：C、H、O、N、P、S等。它们成键情况及空间伸展方向可以归纳为：

［例1］：在化学上常用两种模型来表示分子结构，一种是球棍模型，另一种是比例模型。比例模型是用不同颜色球的体积比来表示分子中各种原子的体积。

(1)右图是一种常见有机物的比例模型，该模型图可代表一种()

A．饱和一元醇B．饱和一元醛

C．二元酸D．羟基酸

(2)该物质可发生的反应有()

A．与H2加成B．银镜反应

C．消去反应 D．与乙醇酯化

(3)根据(2)中选择，写出该物质发生反应的化学方程式。

解析:

（1）D（观察模型图，结合价健规律，可知：黄球、蓝球、黑球分别代表氢、氧、碳原子，该有机物是α—羟基丙酸，即乳酸）

（2）CD（乳酸分子中存在醇羟基且有β—氢原子，可发生消去反应；存在羧基，可与乙醇发生酯化反应）

（3）CH3CH(OH)COOH→CH2=CHCOOH+H2O

CH3CH(OH)COOH+CH3CH2OH→CH3CH(OH)COOCH2 CH3+H2O

2 有机物分子共线、共面的问题

原子共面共线问题思维的基础：其一是甲烷的正四面体结构，乙烯、苯、萘、蒽的平面结构，乙炔的直线结构；其二是碳碳单键可以旋转，而双键和叁键则不能旋转。

［例2］：描述结构的下列叙述中，正确的是

A.除苯环外的其余碳原子有可能都在同一条直线上

B.除苯环外的其余碳原子不可能都在一条直线上

C.12个碳原子不可能都在同一个平面上

D.12个碳原子有可能都在同一个平面上

解析：判断原子共平面、共直线问题时，要根据题中已给的结构简式结合原子成键情况，及双键、三键、苯环的空间构型画出一定共平面或一定共直线的部分，再结合碳碳单键可以旋转，而双键和叁键则不能旋转进行判断，判断时必须注意“一定”、“可能”等条件要求。

3 常见物质的键角与分子构型的关系（不包括有机物）

分子类型

键角

分子空间构型

键的极性

分子极性

代表物（举例）

A（单原子分子）——

球形——

非极性

稀有气体

A2——

直线

非极性

非极性

H2、N2、O2

A4

60°

正四面体

非极性

非极性

P4

AB——

直线

极性

极性

HF、HCl、NO

AB2

180°

直线

极性

非极性

CO2、CS2、BeCl2

AB2

<180°

平面V型（角型）

极性

极性

H2O、SO2、NO2

AB3

120°

平面正三角形

极性

非极性

BF3、SO3、 BCl3

AB3

<109°28′

三角锥形

极性

极性

NH3、NCl3、PCl3

AB4

109°28′

正四面体

极性

非极性

CH4、金刚石CCl4、CF4

AB3C AB2C2

键角不等

四面体形

极性

极性

CH3Cl 、CHCl3、CH2Cl2

［例3］：右图是某硅氧离子的空间结构俯视图（实线表示共价键），通过观察、分析，判断下列说法正确的是

A.该硅氧离子的化学组成为SiO42-

B.每个硅原子与3个氧原子形成共价键

C.Si－O之间的夹角为120°

D.硅氧离子水解溶液呈弱碱性

解析：通过观察该硅氧离子俯视图，可知每个硅原子与4个氧原子形成共价键，形成正四面体结构，故Si－O之间的夹角为109°28′，其化学组成为SiO44-，硅氧离子水解溶液呈弱碱性，故答案为D。

4 晶体结构问题

4.1 概念：在晶体结构中具有代表性的最小的重复单位称为晶胞。晶胞在三维空间无限地重复就产生了宏观的晶体，可以说，晶体的性质是由晶胞的大小、形状和质点的种类（分子、原子或离子）以及它们之间的作用力所决定的。由晶胞构成的晶体其化学式不是表示一个分子中含有多少个原子，而是表示每个晶胞中平均含有各类原子的个数，即各类原子的最简个数比（气态团簇分子除外！）

4.2 晶胞中实际拥有粒子数的计算规则：

(1)处于晶胞顶点上的粒子，同时为8个晶胞所共有，每个粒子只有1/8属于该晶胞；

(2)处于晶胞棱上的粒子，同时为4个晶胞所共有，每个粒子只有1/4属于该晶胞；

(3)处于晶胞面上的粒子，同时为2个晶胞所共有，每个粒子只有1/2属于该晶胞；

(4)处于晶胞内部的粒子，完全属于该晶胞。

［例4］：某离子晶体晶胞结构如右图所示，X位于立方体的顶点，Y位于立方体中心。试分析：

（1）晶体中每个Y同时吸引着个X，每个X同时吸引着个Y，该晶体化学式为；

（2）晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有个；

（3）晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角∠XYX的度数为（填角的度数）；

（4）设该晶体的摩尔质量为Mg/mol，晶体密度为ρg/cm3，阿伏加德罗常数为NA，则晶体中两个距离最近的X之间的距离为cm3。

解析：根据晶胞中实际拥有粒子数的计算规则：X ：Y＝（4×1/8）：1＝1：2 ，故该晶体化学式为XY2（或Y2X），每个Y同时吸引着4个X ，则每个X同时吸引着8个Y ; 晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有12个;由于是正四面体结构，所以∠XYX为109°28’； 由数学知识，可求得两个距离最近的X之间的距离为32M/NAρcm3。

综上所述，解决了上面几个问题，在这一板块的学习中，你遇到的难题就会迎刃而解。

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