韓建豐　高凌蕊

結(jié)構(gòu)化學(xué)部分高考題目考查內(nèi)容為：①核外電子排布，包括基態(tài)（激發(fā)態(tài)）原子電子排布式（或軌道表示式）、I1（第一電離能）、電負(fù)性、元素周期表及周期律等；②分子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，共價鍵理論、雜化軌道理論、VSEPR（價層電子對互斥模型）分子空間構(gòu)型、極性、分子間作用力等；③晶胞結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，包括常見晶體的堆積方式、配位數(shù)、晶胞計算、晶體類型及性質(zhì)比較等。這三個方面在高考題中呈現(xiàn)出“由易到難、層級遞進(jìn)”特點，晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)部分相對而言難度較大。

有關(guān)晶體的熱點考查內(nèi)容為“晶胞計算”，在各地的化學(xué)高考中都屬于難點內(nèi)容。晶胞計算涉及相關(guān)內(nèi)容有：常見晶胞結(jié)構(gòu)特點、晶胞中原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)、晶胞簡單計算（均攤法、晶胞密度、半徑），高頻考點如圖1所示。

可見晶胞空間結(jié)構(gòu)和微粒間的位置關(guān)系是晶胞計算的核心，不妨從原子坐標(biāo)出發(fā)建立空間坐標(biāo)系，使用幾何知識解決問題。通過遷移“高中數(shù)學(xué)知識”可以高效快速解決晶胞計算問題。

一、晶胞計算幾何解法模型應(yīng)用示例

晶胞計算的關(guān)鍵在于清晰確定各粒子的空間位置，借助空間坐標(biāo)系確定原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)即可形成清晰認(rèn)知，從而形成“晶胞計算”的幾何解法模型，如圖2所示。

建立模型讓晶胞計算的化學(xué)問題變?yōu)楹唵螖?shù)學(xué)問題，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科綜合素養(yǎng)、通過幾何推理和計算解決化學(xué)“難點”的能力。探尋“晶胞計算”考查方式和幾何解法，可逐步形成模型認(rèn)知，使學(xué)生具備此類問題的解題思路、方法、技巧和信心。學(xué)生的幾何解法模型建立后應(yīng)通過理解、記憶、掌握、運(yùn)用模型認(rèn)知解題，在運(yùn)用中夯實基礎(chǔ)提升思維水平。

晶胞計算問題作為部分學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的“難點”，應(yīng)用“幾何計算”可以突破，而用到的數(shù)學(xué)知識僅為初中水平。

例題1 Cu+和F-形成的晶胞結(jié)構(gòu)如圖3所示，其晶胞密度為a（g／cm3），求陰陽離子最近距離（單位pm）。

解析 應(yīng)用幾何解法可將粒子位置清晰可視化。

[幾何解法：確定粒子位置]

可建立三維空間坐標(biāo)系。如圖4所示。

晶胞是無隙并置的，在化學(xué)中認(rèn)為8個頂點坐標(biāo)均為（0，0，0）。但若只從單個品胞的數(shù)學(xué)角度（按照空間直角坐標(biāo)系規(guī)則）則可設(shè)立方體邊長為1，在空間坐標(biāo)系中可確定圖4中的8個頂點坐標(biāo)：（0，0，0）、（1，0，0）、（1，l，0）、（0，1，0）、（0，0，1）、（1，0，1）、（1，1，1）、（0，1，1）；