高三化学浅谈结构类试题的解法知识精讲

浅谈结构类试题的解法在高中化学里，有关物质结构的试题由于它有很好的区分度，能从不同的角度考查学生的能力，因而倍受命题人的青睐。不少学生也很怕做这种试题，对这种题有一种茫然的感觉，理不出个头绪。教师也不知怎么讲解才有效，因为在浩如烟海的题海中确实不好归类。笔者把所收集的试题统计了一下，大致分如下几类，枚举若干典型试题及其的一般解法，供大家参考：1 考查学生的想象力类：关于物质结构的试题在考查学生的想象力这方面常见考点是：同分异构体的书写、空间计数等。怎样解答此类试题呢？关键是要会分析，找好切入点，有时要有透过现象看本质的意识，下面，以例题为线，谈谈解题的方法： 例1 已知Co(NH3)63+的立体结构如图1所示，各相邻的氨分子间的距离相等，Co3+位于正八面体的中心。若其中二个氨分子被Cl-取代所形成的Co(NH3)4Cl22+的同分异构体的总数为：A、2 B、3 C、4 D、5简析：本题的正确答案为A，不少人错选BD，其错因各种各样，其实我们若注意题目的隐含条件“各相邻的氨分子距离相等”，就只有邻位和对位两种。如果本例的启发不大请看下例： 例2 有两个或两个以上的苯环以共有环边的方式相互稠合的多分子环芳香烃为稠环芳香烃。椭圆稀也属于稠环芳香烃（图2所示），据此回答：（1）椭圆稀（II）的分子式为_（2）上述椭圆稀的一氯取代物各有几种同分异构体？（I）有_种；（II）有_种。解：（1）要采取找结构的方法求解，呆板的一个个的去数，则费时、易错！可按图3所示的方法：虚体代表左边的结构与（I）相同，但少了4个H原子，在右边多出8个C原子和6个H原子，因此很容易得出（II）的分子式为C24+8H12-4+6=C32H14；(2)要找出（I）、（II）的对称元素来，先看它的对称面或对称中心，再看H原子的化学环境是否相同，进而确定它们的同分异构体数目，如图4所示，易得：（I）1种，（2）4种；若机械的数很可能出错！所以从本题的解答可看出：正确的思维方法是提高解题效率的一种捷径！下面，我们看一道复杂一点的试题：例3 钼有一种含氧酸根MOxOYz-，式中x、y、z都是正整数； MO的化合价均为+6,O的化合价均为-2。可按下面步骤来理解该含氧酸根的结构：（A）所有的MO的配位数都是6,形成MOO6n-,呈正八面体,称为“小八面体”,如图5(A)所示；（B）6个“小八面体”共棱可构成一个“超八面体”,如图5（B）所示；（C）2个“超八面体”共用2个“小八面体”可构成一个“孪八面体”,如图5(C)所示； （D）从一个“孪八面体”里取走3个“小八面体”,得到的“缺角孪八面体”,如图5(D)所示,便是本题的MOxOYz-图5(D)中用虚线表示的小八面体是被取走的。回答下列问题:(1)小八面体的化学式MOO6n-中的n=_； (2)超八面体的化学式是_；(3)孪超八面体的化学式是_； (4)缺角孪超八面体的化学式是_。简解：(1)据氧化数（化合价）可计算n的值26-6=6；(2)(B)图中，我们应该具有“降维”的思想，将之平面化，则有：最上方顶点一个氧、第二层4个氧、第三层8个氧（四个小正方形组成田字形）、体心一个氧（不能忘！），第四层4个氧，最下方1个氧，共19个氧，而钼第二层1个、第三层4个、第四层1个、共6个，所以，易得（B）的化学式为：Mo6O192-；(3)图（C）的结构是取图B中的两个共棱合并而得的，即从两个B中取走2个钼、9个氧（这一点要有共用替换的思想）而得到的，即为：Mo10O284-；(4)图（D）的结构是图（C）中取走3个钼和纸平面前方的4个氧而成的（结合题给信息，再加上自己的空间想象能力不难解答），即为：Mo7O246-。点评：空间想象能力不好，或没有转换的策略要完满解答此题确实有些困难，无疑这给我们好好的上了一课！要学好化学，其他学科的知识不到位，那只能缘木求鱼！下面，我们再看看一例用数学知识的：例41964年Eaton合成了一种新奇的烷，叫立方烷，化学式为C8H8（A）。20十年后，在Eaton研究小组工作的博士后XIONGYUSHENG（音译熊余生）合成了这种烷的四硝基衍生物（B），是一种烈性炸药。最近有人计划将B的硝基用19种氨基酸取代，得到立方烷的四酰胺基衍生物（C），认为极有可能从中筛选出最好的抗癌、抗病毒，甚至抗爱滋病的药物来。回答如下问题：（1）四硝基立方烷理论上可以有多种同分异构体，单仅有一种是最稳定的，它就是（B），请画出它的结构式。（2）写出四硝基立方烷（B）爆炸反应方程式（3）C中每个酰胺是一个氨基酸基团。请估计，B的硝基被19种氨基酸取代，理论上总共可以合成多少种氨基酸组成不同的四酰胺基立方烷（C）？（不考虑对应异构！）略解：本题考查学生的推理能力、想象力、以及运用数学知识解答化学试题的能力。（1）据立方体的特性，及物质的稳定性可知：只有四个硝基都处在对位，在空间上四个硝基是等价的，此时的结构即为最稳定的（图6所示）；（2）C8H4（NO2）4=2H2O+6CO+2C+2N2（理由：爆炸反应是分解反应，加氧气做反应物不合理！产物要使它们尽可能稳定，写出其它的产物不合理！）；（3）要用到数学里的排列组合知识：（I）取一种氨基酸有C191=19种；（II）取两种氨基酸取代，如取X和Y，可能有三种组合，即：AXY3、AX2Y2、AXY3所以共有C1923=1918/23=513种；（III）取三种氨基酸取代，如取X、Y、Z，也可有三种组合，即AXY2Z，AX2Y2，AX2YZ，所以共有C1933=2907；（IV）取四种氨基酸取代，它们彼此交换位置不产生新的异构体，故有C194=3876。所以理论上共有19+513+2907+3876=7315种。说明：以上只是有关空间想象能力的考查,下面我们来看看有关的几种经典的计算:2 有关计算的考查：一般的计算都有几种模型可依，像氯化钠型、氯化铯型、干冰型、二氧化硅型、金刚石型、石墨型等都是中学常见的，很多都是以它们为载体的。 例5钨酸钠Na2WO4和金属钨在隔绝空气的条件下加热得到一种具有金属光泽、色泽、有导电性的固体，化学式为NaxWO3,用X射线衍射法测得这种固体的立体晶胞的边长a=3.8010-10m，用比重瓶法测得它的密度为d=7.36g/cm3。以知相对原子量：W:183.85，Na:22.99,O:16.00,阿伏加德罗常数NA=6.0221023mol-1。求这种固体组成中的x值（保留2位有效数字），给出计算过程。略解：（I）告诉了晶胞参数，可求得晶胞的体积VO=a3=(3.8010-10)3=5.4910-29 m3和一个晶胞的质量mo=dVO=5.4910-29 m37.36103kg/m3=4.0410-25kg（II）再就是讨论每个晶胞含有多少个“NaxWO3”了，不妨假设每个晶胞含有1个“NaxWO3”，则1mol NaxWO3的质量为：M( NaxWO3)= moNA=4.0410-25kg6.0221023mol-1103g/kg=243.2 gmol-1；由质量守恒有x= M( NaxWO3)-3M(O)-M(W)/M(Na)=(243.2-183.85-48.00)/22.99=0.48（注意有效数字问题，原答案说：得0.49也算对，0.50就要扣分，不是两位有效数字也要扣分！）（III）到此并没有画上一个句号！还要验证此假设正确与否：按x=1计时，摩尔质量M=254.84 gmol-1与用密度测定值计算得到的摩尔质量243.2 gmol-1十分接近，故说明原假设成立！评注：本题的原理是阿伏加德罗数测定的逆运用，这体现一种科学方法，考查学生能否表达出！例6 求证离子半径比（r+/r-）的最小值为0.732时，AB型离子化合物的晶胞结构才属CsCl型。分析：很显然需要建立数学模型！其依据是CsCl的晶体结构，并做如下考虑：（I）阴、阳离子的配位数为8；（II）阴、阳离子（假定是刚性球）尽量接近（假定刚性球彼此相切，才可将阴、阳离子的距离看成是两离子之和）使之引力最大；（III）相同电荷离子间尽量离开，使斥力最小。这样按图8取一截面，即可建如图8所示的数学模型，并按此模型进行数学证明。证明：设立方体的边长为a，阴、阳离子的核间距为：d，则d= r+ r-,a2 r- ；由图8可得：b2=2a2,c2=b2+a2=3a2, c=a；又c=2d,a2 r- 2 d2 r- ，d= r+ r-r- ，(r+ /r-)+1， r+ /r-1=0.732， 即：r+ /r-至少等于0.732时，AB型离子化合物的晶格才属于CsCl型。评注：本题立足于我们所熟悉的情境，要求运用所学的知识来解答陌生的知识点，要有科学的思维方法，懂得数学建模，数学水平也不能太差！例7 已知LiI的晶体与NaCl晶体结构相同。实验测得Li+与I-最邻近的距离是0.302nm。假定Li+ 和I-都是刚性球。（1nm=10-9m）(1)欲计算得到Li+ 和I-的近似半径时，你还需再做什么假定？(2)计算Li+ 和I-的近似半径。(3)若用另一种方法得Li+的半径约为0.060nm0.068nm，试验证你的假设是否正确。分析与解答：本题与上题酷似，但能力要求更高！若没看到上题，解答此题有一定的难度，是台阶型的，有一定的开放性(1)、(2)中体现的很明显，具体分析与上题雷同从略。答案：(1)假定Li+与I-相互接触（相切）；(2)设晶胞边长为a，面对角线长为b，取其中一个截面为研究对象，则a2（rLi+rI-）=0.604nm，b4rI- 又由b2=2a2 rI-/（rLi+rI-）=/2 rLi+/ rI-=-1=0.414（这就是面心立方的理论最小离子半径比，其最大理论值为0.732），又有rLi+rI-=0.302（I），rLi+/ rI-=0.414（II），联立之解得rI-=0.214nm, rLi+=0.088nm；(3)由假设知rLi+=0.088nm大于测得值0.060nm0.068nm，这说明假设还不完全还需要修正，原因在于我们的假设是理想化模型，实际由于电子云的相互斥力，至使两离子半径之和小于它们之间的距离。评注：从此题的解答过程可看出：科学的思维是多么重要，我们不光要学会解题，还要学会思考。本例无论是在立意还是在解题思维方法的考查上堪称一道好题，它的解答也值得我们好好反省一下！有什么启发？能举一反三吗？诚然，好的试题难得命出，但我们出题时也不能“为赋新词强说愁”，只凭个人的主观意识出题，同样在考查有关结构的试题时，如：一道流传很久的试题大致是说B12的正二十面结构（20个正三角形组成），考查其中B-B-B的键角，说是60o是无可厚非的,但要算B-B键的数目：（512）2=30（一般的思考方式）；初看似乎是那