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金刚石晶体结构的观察分析

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2015年全国理综能力测试卷中第37题是[物质结构与性质]选考题,其中有一个小题的内容是:

    “ 在金刚石晶体中,C原子所连接的最小环也为六元环,每个C原子连接              

      个六元环,六元环中最多有  个C原子在同一平面。”

     从不同观察和分析角度的观察金刚石的晶体结构模型,可以对上述问题的第1问做如下两种盘判断:   

    (1)晶体中每个C原子和它周围的4个C原子以共价键相连,金刚石晶体结构的观察分析形成空间正四面体结构,晶体中每个碳原子都和其他碳原子构成空间正六边形的碳环。由于每个C原子和它周围的4个C原子连接,因此它必然同处于4个六元环上,而与之相连的4个C原子的每一个又和另外3个C原子相连。因而,它必然又在另外3个碳原子所在的环上。所以这个碳原子连接3×4=12个六元环。

    (2)晶体中每个碳原子以四个碳碳单键分别其他碳原子连接,这个碳原子上的每两个碳碳单键可以分属于两个六元环(右图中用红色描出的环)。每个碳原子的四个碳碳单键,每两个键组合成环,依据组合排列规律,可以知道有C42种(即6种)组合,因此,每个碳原子可以处于2×C42=12个六元环。

     历届高考中,多次出现以金刚石晶体结构分析判断题。实际上是以金刚石晶体为载体,考察碳原子成键特点和晶体结构观察、分析和空间想像能力。