求中学化学常见的晶体的空间结构和分子极性

中学化学中常见晶体和分子的空间结构
㈠ 立方晶型结构问题


⒈ 如果晶体中最小的重复单元（即晶胞）是立方体，则根据晶胞的组成和结构模型加以想象，可推断晶体组成微粒数目之比及晶胞中组成微粒个数。其计算思路如下：

⑴凡处于立方体顶点位置的微粒（简称“顶点”），同时为8个晶胞所共用，因此每个“顶点”只有1／8属于该晶胞；

⑵凡处于立方体棱边上的微粒（简称“棱点”），同时为4个晶胞所共用，因此每个“棱点”只有1／4属于该晶胞；

⑶凡处于立方体面上的微粒（简称“面心”），同时为2个晶胞共用，因此每个“面心”的1／2属于该晶胞；

⑷凡处于立方体内部的微粒（简称“体心”），完全属于该晶胞。

⒉ NaCl 晶体

由NaCl晶胞结构示意图可知，一个晶胞中：Na+的个数=1（体心）+12×（1／4）（棱点）=4（个），Cl-的个数=8×（1／8）（顶点）+6×（1／2）（面心）=4（个）

居于立方体中心的Na+，实际上共有3个平面通过它。如将这3个平面分别称为x-平面、y-平面、z-平面，画出来即如图所示。可以清楚地看出，在通过中心Na+的3个平面内，每个平面都有4个Na+居于平面的4个角上（也即4个顶点上），这4个Na+与中心Na+距离最近且距离相等。因此NaCl晶体中每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+共12个。同理Cl-也可以得出同样结论。

⒊ CsCl晶体


由CSCl晶体结构示意图可知：1个CS+同时吸引着8个Cl-，1个Cl-同时吸引着8个CS+；与1个CS+最近且距离相等的CS+有6个，与1个Cl-最近且距离相等的Cl-也有6个。

⒋ 干冰晶体


根据干冰晶体微小立方体结构示意图：

在每个CO2周围等距离且相距最近的CO2共有12个。

在每个小立方体中平均分摊到的CO2分子数=8×（1／8）（顶点）+6×（1／2）（面心）=4（个）

㈡ 笼状结构或无限网状结构问题


对于笼状结构或无限网状结构中的基本单元的有关问题解答，关键是要弄清这一基本结构单元中的一个点或一条边为多少个基本单元所共有，如果为n个单元所共有，则这一点或这一条边对于一个基本单元的“贡献”就为1／n。

⒈ 金刚石


在金刚石晶体中，碳原子构成的最小环为非平面六元环（与环己烷碳环相似），键角为109°28′，每个碳原子与相邻4个碳原子构成“实心”正四面体，其中n（C）∶n（C—C）=1∶（4×1／2）=1∶2。每个碳原子被多少个六元环共用呢？以1号碳为例，相邻两条C—C键可构成2个六元环，根据数学上的排列组合原理，它共有C24种这种相邻，故被2C24=12个六元环共用。同理，每条C—C键被2C13=6个六元环共用。

⒉ 石墨


在石墨晶体中，碳原子构成的最小环为平面型六元环（与苯环相似），键角为120°，每个碳原子与相邻3个碳原子构成“实心”正三角形。其中n（C）∶n（C—C）=1∶（3×1／2）=2∶3。每个碳原子被3个六元环共用，每条C—C键被2个六元环共用。

⒊ C60


C60分子中含有12个五边形、20个六边形，存在以下等量关系：

⑴ 欧拉定理：顶点数+面数棱边数=2

⑵ 考虑面对棱的分割：棱边数=五边形数×5／2+六边形数×6／2

⑶ 考虑点对棱的分割：棱边数=顶点数×3／2

⑷ 考虑面对点的分割：顶点数=五边形数×5／3+六边形数×6／3

⑸ 考虑总价电子数：顶点数×4=单键数×2+双键数×4

⑹ 考虑每个C只能形成两条C—C及一条C=C：单键数=双键数×2

⒋ SiO2晶体






可以这样去理解SiO2的结构，即在晶体硅（结构同金刚石）中的Si—Si键间插入1个O原子。晶体中存在SiO4四面体及OSiO折线，∠OSiO=109°28′，∠SiOSi＝104.5°（与HOH中键角相似）。晶体中最小环为十二元环，由6个Si和6个O构成。每个Si被2C24=12个十二元环共用，每个O被2C13=6个十二元环共用。

㈢ 有机物的几何异构问题


⒈ 立体结构平面化


例，降冰片烷 可由乙烯与一种结构类似于1，3-丁二烯的物质通过双烯合成后再加氢而得。若将立体结构 化为平面结构 ，则更易于看出双烯合成的二烯烃为

⒉ 平面结构立体化


通常认为环己烷 的一氯代物只有1种，这是将环己烷看成平面结构所致。实际上环己烷有2种立体异构，即 ，故环己烷的一氯代物实为2+2=4种。

⒊ 分子的空间旋转


同一有机物的结构简式可能有多种写法，对于不同写法的结构简式，可将结构简式的整体或其中的基团进行翻转或旋转，若能重合，则属同一物质。

如 与 即可通过翻转再旋转而重合。

⒋ 分子结构的空间对称 找准对称镜面或对称中心是解题的关键

⑴ 平面对称型分子




萘的1、4、5、8碳原子位置是一样的，称为α-位；2、3、6、7碳原子位置也是一样的，称为β-位；故萘的一氯代物只有2种。

蒽的1、4、6、9碳原子位置一样，称α-位；2、3、7、8位置一样，称β-位；5、10碳原子位置一样，称γ-位；故蒽的一氯代物共3种。

菲的（1，10）、（2，9）、（3，8）、（4，7）、（5，6）、（4，7）、（5，6）位碳原子相同，故菲的一元取代物共5种。

⑵ 立体对称型分子


CH4属立体对称型分子，其一氯代物只有1种。若将CH4分子中4个氢原子用4个甲基取代，则 的一氯代物也只有1种。同理CH3CH3与其甲基取代物 的一氯代物均只有1种。

㈣ 有机物分子中原子共平面、共直线问题


⒈ 甲烷CH4分子呈正四面体结构，与中心碳原子相连的4个原子中，最多只能有2个与之共面。

⒉ 乙烯CH2=CH2和苯环 均属平面型结构，与不饱和碳原子相连的所有原子均共面。


⒊ 乙炔CHCH分子呈线型结构，分子中所有原子一定共面。