2015年全國理綜能力測試卷中第37題是[物質結構與性質]選考題,其中有一個小題的內容是:
“ 在金剛石晶體中,C原子所連接的小環也為六元環,每個C原子連接
個六元環,六元環中多有 個C原子在同一平面。”
從不同觀察和分析角度的觀察金剛石的晶體結構模型,可以對上述問題的第1問做如下兩種盤判斷:
(1)晶體中每個C原子和它周圍的4個C原子以共價鍵相連,金剛石晶體結構的觀察分析形成空間正四面體結構,晶體中每個碳原子都和其他碳原子構成空間正六邊形的碳環。由于每個C原子和它周圍的4個C原子連接,因此它必然同處于4個六元環上,而與之相連的4個C原子的每一個又和另外3個C原子相連。因而,它必然又在另外3個碳原子所在的環上。所以這個碳原子連接3×4=12個六元環。
(2)晶體中每個碳原子以四個碳碳單鍵分別其他碳原子連接,這個碳原子上的每兩個碳碳單鍵可以分屬于兩個六元環(右圖中用紅色描出的環)。每個碳原子的四個碳碳單鍵,每兩個鍵組合成環,依據組合排列規律,可以知道有C42種(即6種)組合,因此,每個碳原子可以處于2×C42=12個六元環。
歷屆高考中,多次出現以金剛石晶體結構分析判斷題。實際上是以金剛石晶體為載體,考察碳原子成鍵特點和晶體結構觀察、分析和空間想像能力。