怎样开发学生的智力，提高学生的能力，这是一个永远值得探讨的课题。有些优秀的竞赛题不仅考查学生的空间想象力，而且考查学生的发散思维能力，其答案往往不是唯一的。下面结合本人的观点对几道化学竞赛题进行解析，希望能帮助学生提高空间想象能力和发散思维能力，也能启迪教师运用新方法、新思想来进行教学，从而提高教学效率。

例1有人设想某种分子式为C₄N₄O₈的物质(该物质中同种原子的化学环境完全相同)是一种威力极强的炸药，请推测它的结构简式。

[答案] (其他合理的结构也可给分)。

[解析]这是2003年浙江省化学竞赛试题第22题的第4小题，主要考查学生的空间想象能力和逻辑推理能力。

计算有机物的不饱和度Ω可以预测其结构。若某有机物的化学式为C_xH_yX_zR_wM_p，其中X代表F、Cl、Br等，R代表O、S等，M代表N、P等，则Ω= (2x + 2 - y - z+ p)/2，w不纳入计算。若Ω= 1，则分子中可能含有1个双键如：C＝C或C＝O或C＝N或N＝N或C＝S或1个单环等。若Ω= 2，则分子中可能含有1个三键如：C≡C或C≡N或N≡N或2个双键或2个单环或1个双键和1个单环等。依此类推。若Ω ≥ 4且x ≥ 6，分子中可能含有苯环。不管怎样，Ω=双键数+三键数× 2 +环数，如：，Ω= 2 + 0 × 2 + 1 = 3。但对立体封闭有机物分子(多面体或笼状结构)来说，Ω=双键数+三键数× 2 +环数- 1。如：，Ω= 0 + 0 × 2 + 4 - 1 = 3。

C₄N₄O₈的不饱和度Ω= (2 × 4 + 2 + 4)/2 = 7，且n(N): n(O) = 1 : 2，结合它“是一种威力极强的炸药”的信息，推测该分子中可能含有4个―NO₂ (共有4个不饱和度，每个―NO₂的不饱和度为1)且键的张力大，其余4个C贡献3个不饱和度。在不考虑画出的结构式是否确实存在或稳定的前提下，进一步推测该分子可能的结构如图1所示。再结合“该物质中同种原子的化学环境完全相同”的信息，最终推测该分子可能的结构为图1g或图1h，而图1a–f不符合题意。

例2最近，我国一留美化学家参与合成了一种新型炸药，它跟三硝基甘油一样抗打击、抗震，但一经引爆就会发生激烈爆炸，据信是迄今最烈性的非核爆炸品。该炸药的化学式为C₈N₈O₁₆，同种元素的原子在分子中是毫无区别的。

(1)把它的结构式画在下面方框内。

(2)把它的爆炸反应方程式写在下面的方框内。

(3)它具有强烈爆炸性的原因是：_____。(注：只需给出要点即可)

[答案] (1) 。答八硝基环辛四烯者也按正确论。

(2) C₈(NO₂)₈ = 8CO₂↑+ 4N₂↑。

(3) ①八硝基立方烷分解得到的两种气体都是最稳定的化合物。②立方烷的碳架键角只有90°，大大小于109°28’ (或答：是张力很大的环)，因而八硝基立方烷是一种高能化合物，分解时将释放大量能量。③八硝基立方烷分解产物完全是气体，体积膨胀将引起激烈爆炸。(只要能答出类似以上要点者均可得满分)

[解析]这是2000年全国化学竞赛初赛试题第9题，主要考查学生的空间想象能力和逻辑推理能力。

C₈N₈O₁₆的不饱和度Ω= (2 × 8 + 2 + 8)/2 = 13，且n(N): n(O) = 1 : 2，结合它是“一种新型炸药，它跟三硝基甘油一样抗打击、抗震，但一经引爆就发生激烈爆炸，据信是迄今最烈性的非核爆炸品”的信息，推测该分子中可能含有8个―NO₂ (共有8个不饱和度)且键的张力大，其余8个C贡献5个不饱和度。在不考虑画出的结构式是否确实存在或稳定的前提下，进一步推测该分子可能的结构如图2所示。再结合“同种元素的原子在分子中是毫无区别的”的信息，最终推测该分子可能的结构为图2g，而图2a–f不符合题意。

例3 A、B、C、D四种烃，摩尔质量之比是1 : 2 : 3 : 4，且它们的实验式都是C₇H₅，都只有3种一硝基取代物。写出A、B、C、D的结构简式(各写一例)：___、___、___、。

[答案] 。

[解析]这是2005年浙江省化学竞赛试题第25题的第2小题，主要考查学生的空间想象能力和逻辑推理能力。

根据“它们的实验式都是C₇H₅”可设A、B、C、D四种烃的化学式分别为(C₇H₅)_p、(C₇H₅)_q、(C₇H₅)_r、(C₇H₅)_s。再根据“摩尔质量之比是1 : 2 : 3 : 4”可推知89p : 89q : 89r : 89s = 1 : 2 : 3 : 4 ⇒ p: q : r : s = 1 : 2 : 3 : 4。由烃的通式[C_nH_2n+2 (链状烷烃)、C_nH_2n (链状单烯烃或单环烷烃)、C_nH_2n–2 (链状单炔烃或链状二烯烃或单环单烯烃)、C_4n+2H_2n+4 (苯、奈、蒽等稠环芳香烃)、……]可知：烃的化学式中H原子数为偶数⇒ p、q、r、s应为偶数2、4、6、8等。

当p = 2时，A的化学式为(C₇H₅)₂即C₁₄H₁₀，其Ω= (2 × 14 + 2 - 10)/2 = 10，推测该分子中可能含有2个苯环(共有8个不饱和度，每个苯环―C₆H₅的不饱和度为4)，其余2个C贡献2个不饱和度，可能为C≡C。在不考虑画出的结构式是否确实存在或稳定的前提下，进一步推测该分子可能的结构为：。该结构的一硝基取代物只有：等3种，符合题意。

当q= 4时，B的化学式为(C₇H₅)₄即C₂₈H₂₀，其Ω= (2 × 28 + 2 - 20)/2 = 19，推测该分子中可能含有4个苯环(共有16个不饱和度)，其余4个C贡献3个不饱和度。在不考虑画出的结构式是否确实存在或稳定的前提下，进一步推测该分子可能的结构如图3所示(其中Ph代表苯环)。其中符合题意的一硝基取代物只有3种的为图3a、3d、3f、3g、3h等，而图3b、3c、3e等不符合题意。

当r= 6时，C的化学式为(C₇H₅)₆即C₄₂H₃₀，其Ω= (2 × 42 + 2 - 30)/2 = 28，推测该分子中可能含有6个苯环(共有24个不饱和度)，其余6个C贡献4个不饱和度。在不考虑画出的结构式是否确实存在或稳定的前提下，进一步推测该分子可能的结构如图4所示。其中符合题意的一硝基取代物只有3种的为图4a、4h、4i等，而图4b–g不符合题意。

当s= 8时，D的化学式为(C₇H₅)₈即C₅₆H₄₀，其Ω= (2 × 56 + 2 - 40)/2 = 37，推测该分子中可能含有8个苯环(共有32个不饱和度)，其余8个C贡献5个不饱和度。在不考虑画出的结构式是否确实存在或稳定的前提下，进一步推测该分子可能的结构如图5所示。其中符合题意的一硝基取代物只有3种的为图5g，而图5a–f不符合题意。

由此可见，这三道竞赛题题干文字不多，但给我们留下思考的余地多，回味无穷。

例2是2000年全国化学竞赛初赛试题第9题，原答案说“答八硝基环辛四烯者也按正确论”。笔者认为：原答案可以说“答八硝基环辛四烯者也可以适当给分”，但不能说“按正确论”。

环辛四烯双负离子[C₈H₈]^2-有10个π电子，符合休克尔(4n + 2) (n = 2)规则，具有芳香性，为平面构型的对称环多烯^[1]结构(图6a)。但X射线衍射测定结果表明，环辛四烯C₈H₈分子中碳原子不在同一平面上^[2]，分子并不成一平面，而成一个澡盆的形状^[3] (图6b)所示。也就是说，环辛四烯C₈H₈分子与环辛四烯双负离子[C₈H₈]^2-不一样，两者的结构不同。

由图6b可知，环辛四烯分子中8个C可分为2组：盆底的4个C (等效)为一组，盆边的4个C (等效)为另一组。这2组C所处的化学环境不同，这2组C所连接的―NO₂的化学环境也不同(图6c)。题意要求“同种元素的原子在分子中是毫无区别的”，所以，八硝基环辛四烯不符合题意，不能“按正确论”。严格地说，在解答例2时“答八硝基环辛四烯者”就不对，不应给分。但命题人心慈手软，考虑到能回答出这个答案的学生“空间想象能力和发散思维能力”是不错的，给予鼓励，“答八硝基环辛四烯者”也可以适当给分。

(1)注意思维定势的影响。

思维定势，也称“惯性思维”，是由先前的活动而造成的一种对活动的特殊心理准备状态，或活动的倾向性。思维定势对问题解决既有积极的一面，也有消极的一面，它容易使我们养成一种呆板、机械、千篇一律的解题习惯。当新旧问题形似质异时，思维的定势往往会使解题者步入误区。例如：学生已知环丁二烯()为平面结构，苯()为平面结构，受思维定势的影响，在推测环辛四烯()的结构时，往往误认为其也是平面结构。当然，我们要启发学生：环辛四烯双负离子()为平面结构。

(2)注意思维的发散性。

发散思维，又称辐射思维、放射思维、扩散思维或求异思维，是指大脑在思维时呈现的一种扩散状态的思维模式，它表现为思维视野广阔，思维呈现出多维发散状。例如：在教学中，我们把例1、例2和例3等放在一起来操练，这本身就是在培养学生的发散思维。我们在平时解析例1时，在不考虑画出的结构式是否确实存在或稳定的前提下，不仅让学生知道该分子可能的结构为图1h，而且让学生知道图1g也对，还应让学生知道图1a–f不符合题意。同时，我们还应让学生比较：为什么例3中图3a、3d、3f、3g和3h等符合题意，而例1中却只有图1g和1h符合题意？

总之，在思考问题时，我们既要注意思维定势的影响，又要注意思维的发散性。只有这样，我们才能跳出点、线、面的限制，进行立体式思维，我们才能培养学生的创造力。