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2020-2021学年高中化学 第三章 晶体结构与性质 3 金属晶体课时评价新人教版选择性必修第二册

2020-2021学年高中化学 第三章 晶体结构与性质 3 金属晶体课时评价新人教版选择性必修第二册

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姓名：

- 11 -

金属晶体

　　　　　　　　　(40分钟　70分)
一、选择题(本题包括8小题,每小题5分,共40分)
1.下列有关金属导电原因的叙述,正确的是 (　　)
A.金属在通电时发生电离生成金属阳离子和自由离子
B.金属导电与电解质溶液导电的原因相同
C.在外加电场作用下,金属晶体中的自由电子发生定向移动
D.金属在外加电场作用下,金属阳离子和电子都发生定向移动
【解析】选C。构成金属晶体的微粒为金属阳离子和自由电子,A错误;在外加电场作用下,金属晶体中的自由电子发生定向移动产生电流,金属阳离子不能定向移动,C正确,D错误;电解质溶液导电是由于阴离子和阳离子在电场中的定向移动引起的,B错误。
2.(2020·福州高二检测)下列关于金属晶体的叙述中正确的是 (　　)
A.用铂金制作首饰不能用金属键理论解释
B.固态和熔融时易导电,熔点在1 000 ℃左右的晶体可能是金属晶体
C.Li、Na、K的熔点逐渐升高
D.金属导电和熔融电解质(或电解质溶液)导电的原理一样
【解析】选B。用铂金制作首饰利用了金属晶体的延展性,能用金属键理论解释,故A错误;金属晶体在固态和熔融态下都能导电,其熔点由于金属的不同差异很大,熔点在1 000 ℃左右的晶体可能是金属晶体,故B正确;原子半径越小,金属性越强,则Li、Na、K的熔点逐渐降低,故C错误;金属导电是自由电子导电,电解质溶液导电是阴阳离子导电,原理不一样,故D错误。
3.(2020·成都高二检测)下列关于金属及金属键的说法正确的是 (　　)
A.金属键具有方向性与饱和性
B.金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用
C.金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子
D.金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光
【解析】选B。金属键没有方向性和饱和性,A项错误;金属导电是因为在外加电场作用下,自由电子产生定向移动,C项错误;由于自由电子的存在使金属很容易吸收光子而发生跃迁,发出特定波长的光波,因而金属往往有特定的金属光泽,D项错误。
4.(2020·陇川高二检测)要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱,而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷的多少及半径大小相关。由此判断下列说法正确的是 (　　)
A.金属镁的硬度大于金属铝
B.碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的
C.金属镁的熔点大于金属钠
D.金属镁的硬度小于金属钙
【解析】选C。镁离子比铝离子的半径大而所带的电荷少,所以金属镁比金属铝的金属键弱,熔、沸点和硬度都小,A错误;从Li到Cs,离子的半径是逐渐增大的,所带电荷相同,金属键逐渐减弱,熔、沸点和硬度都逐渐减小,B错误;因离子的半径小而所带电荷多,使金属镁比金属钠的金属键强,所以金属镁比金属钠的熔、沸点和硬度都大,C正确;因离子的半径小而所带电荷相同,使金属镁比金属钙的金属键强,所以金属镁比金属钙的熔、沸点和硬度都大,D错误。
【补偿训练】
　　(2020·长春高二检测)下列关于金属键的叙述中,不正确的是 (　　)
A.金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间的强烈相互作用,其实质与离子键类似,也是一种电性作用
B.金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用,所以与共价键类似,也有方向性和饱和性
C.金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子间的相互作用,故金属键无饱和性和方向性
D.构成金属键的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动
【解析】选B。金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间的强烈相互作用,其实质与离子键类似,也是一种电性作用,A正确;金属键可以看作是许多离子共用许多电子所形成的强烈的相互作用,所以与共价键不同,没有方向性和饱和性,B不正确;金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子间的相互作用,故金属键无饱和性和方向性,C正确; 构成金属键的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动,D正确。
5.(2020·盐城高二检测)下列各项叙述中,正确的是 (　　)
A.分子晶体中不一定存在分子间作用力
B.价电子排布为4s24p1的元素位于第4周期第ⅠA族,是s区元素
C.已知金属钛的晶胞是面心立方结构(如图),则钛晶体1个晶胞中钛原子数为4个

D.水是一种非常稳定的化合物,这是由于氢键所导致
【解析】选C。分子晶体中一定存在分子间作用力,故A错误;价电子排布为4s24p1的元素位于第4周期第ⅢA族,是p区元素,故B错误;已知金属钛的晶胞是面心立方结构,则钛晶体1个晶胞中钛原子数为+=4个,故C正确;水是一种非常稳定的化合物,这是由于共价键所导致,氢键只能影响物理性质,故D错误。
6.(2020·成都高二检测)关于金属晶体的六方最密堆积的结构形式的叙述正确的是 (　　)
A.晶胞是六棱柱
B.晶胞是六面体
C.每个晶胞中含4个原子
D.每个晶胞中含17个原子
【解析】选B。金属晶体的六方最密堆积结构形式的晶胞是六棱柱的1/3,A错误;金属晶体的六方最密堆积结构形式的晶胞是六棱柱的1/3,即平行六面体,B正确;每个晶胞中绝对占有2个原子,C错误;每个晶胞中有8个顶点和1个内部原子, 晶胞中绝对占有2个原子,D错误。
7.(2020·长沙高二检测)在金属晶体中,如果金属原子的价电子数越多,金属阳离子的半径越小,自由电子与金属阳离子间的作用力越大,金属的熔点越高。由此判断下列各组金属熔点的高低顺序,其中正确的是 (　　)
A.Mg>Al>Ca　　　　　 B.Al>Na>Li
C.Al>Mg>Ca D.Mg>Ba>Al
【解析】选C。金属原子的价电子数:Al>Mg=Ca=Ba>Li=Na,金属阳离子的半径:
r(Ba2+)>r(Ca2+)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)>r(Li+),则C正确。
8.(2020·郑州高二检测)下列说法中错误的是 (　　)
A.冰中既存在范德华力,又存在氢键
B.简单立方是非密置层三维堆积形成的,面心立方是由密置层三维堆积形成的
C.所有共价键都有方向性,形成氢键的三个相关原子可以不在一条直线上
D.金属晶体的导电、导热性都与自由电子有关,离子晶体在一定条件下可以导电
【解析】选C。冰属于分子晶体,含有范德华力,同时也存在分子间氢键,故A正确;简单立方是非密置层三维堆积形成的,面心立方是由密置层三维堆积形成的,故B正确;氢原子的电子排在1s轨道上,为球形结构,形成的共价键没有方向性,故C错误;金属晶体的导电、导热性与自由电子有关,离子晶体在熔融状态或水溶液里能够导电,故D正确。
【补偿训练】
　　1.(2020·兰州高二检测)下列有关金属的说法正确的是 (　　)
A.金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子
B.金属导电的实质是金属阳离子在外电场作用下的定向移动
C.金属原子在化学变化中失去的电子数越多,其还原性越强
D.体心立方晶胞和面心立方晶胞中实际含有的原子个数之比为1∶2
【解析】选D。因金属的最外层电子受原子核的吸引小,则金属原子中的最外层电子在晶体中为自由电子,而不是所有的核外电子,A错误;金属导电的实质是自由电子定向移动而产生电流的结果,B错误;金属原子在化学变化中失去电子越容易,其还原性越强,C错误;体心立方晶胞中原子在顶点和体心,则原子个数为1+8×1/8=2,面心立方晶胞中原子在顶点和面心,原子个数为8×1/8+6×1/2=4,原子的个数之比为2∶4=1∶2,D正确。
2.(双选)下列关于石墨的说法正确的是 (　　)
A.由于石墨是层状结构,所以其晶体类型是原子晶体
B.石墨晶体中最小环上有6个碳原子,每个环实际占有2个碳原子
C.石墨晶体中最小环上有6个碳碳键,每个环实际占有3个碳碳键
D.石墨与金刚石之间的转化是物理变化
【解析】选B、C。石墨是层状结构,所以其晶体类型兼有原子晶体的特点,但不能认为石墨是原子晶体,A错误;石墨晶体中最小环上有6个碳原子,每个碳原子被3个环共有,根据均摊法,每个环实际占有2个碳原子,B正确;石墨晶体中最小环上有6个碳碳键,每个碳碳键被2个环共有,所以每个环实际占有3个碳碳键,C正确;石墨与金刚石之间的转化是化学变化,D错误。
3.(2020·南京模拟)下列说法正确的是 (　　)

A.S2-电子排布式:1s22s22p63s23p4
B.在金属晶体中,自由电子与金属离子或金属原子的碰撞有能量传递,可以用此来解释金属的物理性质是导热性
C.金属键可以看成是许多原子共用许多电子所形成的强烈相互作用,所以和共价键类似,也有饱和性和方向性
D.某物质的晶体中含A、B、C三种元素,其排列方式如图所示,晶胞中A、B、C的原子个数比为1∶2∶2
【解析】选B。S2-电子排布式:1s22s22p63s23p6,A错误;金属自由电子受热后运动速率增大,与金属离子碰撞频率增大,传递了能量,故金属有良好的导热性,B正确;金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈相互作用,自由电子为整个金属的所有阳离子所共有,所以金属键没有方向性和饱和性,而共价键有方向性和饱和性,C错误;根据图片知,该小正方体中A原子个数=8×=1,B原子个数=4×
=2,C原子个数=1,所以晶体中A、B、C的原子个数比为1∶2∶1,D错误。
二、非选择题(本题包括2小题,共30分)
9.(16分)(2020·南京高二检测)从如图中选择。
(1)金属钠的晶胞模型是__________,每个钠原子周围有__________个紧邻的钠原子。 
(2)金属铜的晶胞模型是______________,每个铜原子周围有__________个紧邻的铜原子。 

(3)金属导电靠______,电解质溶液导电靠______。 
(4)根据下列叙述,判断一定为金属晶体的是______。 
A.由分子间作用力形成,熔点很低
B.由共价键结合形成网状晶体,熔点很高
C.固体有良好的导电性、导热性和延展性
(5)已知下列金属晶体:Po、K、Mg、Au,其堆积方式为
①简单立方堆积的是____________;②体心立方堆积的是__________;③六方最密堆积的是__________;④面心立方最密堆积的是______________。 
【解析】(1)金属钠的堆积方式为体心立方堆积,每个晶胞中含有2个钠原子,其配位数为8,每个钠原子周围有8个紧邻的钠原子。(2)金属铜的堆积方式为面心立方最密堆积,每个晶胞含有4个铜原子,配位数为12,每个铜原子周围有12个紧邻的铜原子。(3)金属导电靠的是金属晶体中含有的自由电子,电解质溶液导电靠的是电解质在溶液中电离出来的自由移动的离子。(4)金属晶体是由金属键形成的,由分子间作用力形成的晶体是分子晶体,故A错误;由共价键结合形成网状晶体,熔点很高,对应的是原子晶体,故B错误;金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性,故C正确。(5)金属晶体有四种堆积方式,分别是简单立方堆积、体心立方堆积、六方最密堆积、面心立方最密堆积,简单立方堆积代表是Po;体心立方堆积代表是K、Fe和Na;六方最密堆积代表是Mg、Zn和Ti;面心立方最密堆积代表是Cu、Ag和Au。
答案:(1)B　8　(2)D　12　(3)自由电子　自由移动的离子　(4)C
(5)①Po　②K　③Mg　④Au
10.(14分)(2020·齐齐哈尔高二检测)(1)金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。回答下列问题:
①NiO、FeO的晶体结构类型均与NaCl的相同,Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69 pm和78 pm,则熔点:FeO________(填“<”或“>”)NiO。  
②铁有δ、γ、α三种同素异形体,各晶胞结构如图所示,则δ、α两种晶胞中铁原子的配位数之比为________。 

(2)元素金(Au)处于周期表中的第六周期,与Cu同族,一种铜金合金晶体具有立方最密堆积的结构,在晶胞中Cu原子处于面心,Au原子处于顶点位置,则该合金中Cu原子与Au原子数目之比为________;该晶体中,原子之间的相互作用是________。 
【解析】(1)①NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同,说明二者都是离子晶体,离子晶体的熔点与离子键的强弱有关,离子所带电荷数越多,离子半径越小,离子键越强,熔点越高。由于Ni2+的离子半径小于Fe2+的离子半径,所以熔点是NiO>FeO。
②δ、α两种晶胞中铁原子的配位数分别是8和6,所以δ、α两种晶胞中铁原子的配位数之比是4∶3。
(2)元素金(Au)处于周期表中的第六周期,与Cu同族,则最外层电子数为1,则价电子排布式为5d106s1,在晶胞中Cu原子处于面心,N(Cu)=6×=3,Au原子处于顶点位置,N(Au)=8×=1,则该合金中Cu原子与Au原子数目之比为3∶1,为金属晶体,原子间的作用力为金属键。
答案:(1)①<　②4∶3　(2)3∶1　金属键

(20分钟　30分)
一、选择题(本题包括2小题,每小题5分,共10分)
11.(2020·绵阳高二检测)石墨晶体是层状结构(如图)。以下有关石墨晶体的说法正确的一组是 (　　)

①石墨中存在两种作用力;②石墨是混合晶体;③石墨中的C为sp2杂化;④石墨熔点、沸点都比金刚石低;⑤石墨中碳原子数和C—C键数之比为1∶2;⑥石墨和金刚石的硬度相同;⑦石墨层内导电性和层间导电性不同;⑧每个六元环完全占有的碳原子数是2
A.全对　　　　　　 B.除⑤外
C.除①④⑤⑥外 D.除⑥⑦⑧外
【解析】选C。①不正确,石墨中存在三种作用力,一种是范德华力,一种是共价键,还有一种是金属键;②正确;③正确,石墨中的C为sp2杂化;④不正确,石墨熔点比金刚石高;⑤不正确,石墨中碳原子数和C—C键数之比为2∶3;⑥不正确,石墨质软,金刚石的硬度大;⑦正确;⑧正确,每个六元环完全占有的碳原子数是6×1/3=2。
12.(2020·福州高二检测)下列有关晶体结构的说法正确的是 (　　)
A.金属晶体的体心立方堆积的结构中,每个晶胞中含有2个原子
B.通常状况下,60 g SiO2晶体中含有的分子数为NA(NA表示阿伏加德罗常数)
C.金属铜的晶胞为面心立方晶胞,晶胞中每个铜原子的配位数为6
D.1 mol金刚石含4 mol C—C键,金刚石网状结构中,由共价键形成的碳原子环,最小的环上有6个碳原子
【解析】选A。体心立方堆积的结构中,每个晶胞中含有的原子数=1+8×=2,A正确;SiO2晶体是原子晶体,不存在分子,B错误;金属铜的晶胞为面心立方晶胞,晶胞中每个铜原子的配位数为12,C错误;1 mol金刚石含有1 mol C原子,每个碳原子形成4×=2个C—C键,因此1 mol金刚石含2 mol C—C键,金刚石晶体结构为,金刚石网状结构中,由共价键形成的碳原子环,最小的环上有6个碳原子,D错误。
【补偿训练】
　　金属钠晶体为体心立方晶胞,实验测得钠的密度为ρ(g·cm-3)。已知钠的相对原子质量为a,阿伏加德罗常数为NA(mol-1),假定金属钠原子为等径的刚性小球且处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r(cm)为 (　　)
A.　　　　　　 B.
C. D.
【解析】选C。该晶胞中实际含钠原子2个,晶胞边长为,则ρ=,进一步化简后可得答案。
二、非选择题(本题包括1小题,共20分)
13.(2020·西安高二检测)早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成,回答下列问题:
(1)①铜元素位于周期表中________区。Cu2+的价电子排布图为___________
___________。 
②锰、铁、钴三种元素的逐级电离能如下表:
电离能/kJ·mol-1
I1
I2
I3
I4
Mn
717.3
1 509.0
3 248
4 940
Fe
762.5
1 561.9
2 957
5 290
Co
760.4
1 648
3 232
4 950
铁元素的第三电离能明显低于锰元素和钴元素,其原因是  __。
③实验室可用赤血盐K3[Fe(CN)6]检验Fe2+,在赤血盐中铁元素的化合价为________,中心离子的配位数为________。
(2)利用反应:X+C2H2+NH3→Cu2C2+NH4Cl(未配平)可检验乙炔。
①化合物X晶胞结构如图,据此可知X的化学式为________。 

②乙炔分子中σ键与π键数目之比为_______,碳原子的杂化方式为_______;
N空间构型为__  (用文字描述)。
(3)Al单质中原子采取面心立方最密堆积,其晶胞边长为0.405 nm,列式表示Al单质的密度  g·cm-3(不必计算出结果)。
【解析】(1)①铜原子价电子排布式为3d104s1,位于ds区,Cu2+是Cu原子失去2个电子,即价电子排布图为;②Fe价电子排布式为3d64s2,Mn的价电子排布式为3d54s2,Co价电子排布式为3d74s2, Co的核电荷数多于Fe,电子离开时克服的引力较大,所以Co的第三电离能比Fe大,Mn2+是半充满结构(3d5),再电离一个电子所需的能量较高,所以Mn的第三电离能也比Fe大;③K显+1价,CN显-1价,整个化合价代数和为0,因此Fe的价态是+3价,CN-是Fe的配离子,因此中心离子的配位数为6;(2)①Cu位于顶点和面心,个数为8×1/8+6×1/2=4,Cl位于晶胞内部,有4个,因此化学式为CuCl;②乙炔结构简式为HC≡CH,成键原子间只能有1个σ键,碳碳三键中有2个π键,因此1 mol乙炔中σ键和π键数目的比值为3∶2;碳有2个σ键,无孤电子对,杂化类型为sp;N中N有4个σ键,无孤电子对,即杂化类型为sp3,空间构型为正四面体;(3)晶胞中Al的个数为8×1/8+6×1/2=4,则晶胞的质量为4×27/NA g,晶胞的体积为(0.405×10-7)3cm3,根据密度的定义,则密度为 g·cm-3。
答案:(1)① ds　　②Co的核电荷数多于Fe,电子离开时克服的引力较大,所以Co的第三电离能比Fe大。Mn2+是半充满结构(3d5),再电离一个电子所需的能量较高,所以Mn的第三电离能也比Fe大
③+3　6
(2)①CuCl　②3∶2　sp杂化　正四面体
(3)