3-3-金属晶体与离子晶体(素养提优B练)(解析版).docx

B练——素养提优
第三章 晶体结构与性质
第三节 金属晶体与离子晶体
（建议时间：30分钟）
1．下列叙述正确的是
A．金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，这是由于金属原子之间有较强的作用
B．通常情况下，金属里的自由电子会发生定向移动而形成电流
C．金属是借助自由电子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分
D．金属的导电性随温度的升高而减弱
【答案】D
【解析】A．金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，这是因为金属晶体中各层会发生相对滑动， A错误；
B．金属里的自由电子要在外电场作用下才能发生定向移动产生电流，B错误；
C．金属的导热性是由于自由电子碰撞金属原子将能量进行传递，C错误；
D．受热的自由电子的能量增大，无规则运动加剧，影响自由电子的定向移动，导电能力减弱，D正确；
故选D。
2．下列四种性质的叙述，可能属于金属晶体的是(　　)
A．由分子间作用力结合而成，熔点低
B．固态时或熔融后易导电，熔点在1 000 ℃左右
C．以共价键结合成三维骨架结构，熔点高
D．固态时不导电，但溶于水或熔融后能导电
【答案】B
【解析】由分子间作用力结合而成，熔点低，为分子晶体的特点，A错误；固态或熔融后能导电，熔点在1 000 ℃左右，可能为金属晶体，B正确；以共价键结合成三维骨架结构，熔点高，是共价晶体的特点，C错误；固态时不导电，不符合金属晶体的特征，D错误。
3．在金属晶体中，金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属键越强，金属的熔、沸点越高。由此判断下列各组金属熔、沸点高低顺序，其中正确的是
A．Mg>Al>Ca B．Al>Na>Li
C．Al>Mg>Ca D．Mg>Ba>Al
【答案】C
【解析】电荷数：Al3+>Mg2+＝Ca2+>Li+＝Na+；而金属阳离子半径：r(Ba2+)>r(Ca2+)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)>r(Li+)，原子半径越小，金属键越强，金属的熔、沸点越高。
A．通过分析可知，选项中熔、沸点：Al>Mg，A错误；
B．通过分析可知，选项中熔、沸点：Li>Na，B错误；
C．通过分析可知，C正确；
D．通过分析可知，选项中熔、沸点：Al>Mg>Ba，D错误；
答案选C。
4．要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔点的高低和硬度的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有关。由此判断下列说法正确的是
A．金属镁的熔点大于金属铝
B．碱金属的熔点从到是逐渐增大的
C．金属铝的硬度大于金属钠
D．金属钙的硬度小于金属钡
【答案】C
【解析】A．镁离子的半径比铝离子大且所带电荷数少，所以金属镁的金属键比金属铝弱，熔点和硬度都小，A错误；
B．从到，离子的半径是逐渐増大的，所带电荷数相同，金属键逐渐减弱，熔点和硬度都逐渐减小，B错误；
C．因离子的半径小而所带电荷数多，故金属铝的金属键比金属钠强，所以金属铝的熔点和硬度比金属钠都大，C正确；
D．钙离子的半径比钡离子小而所带电荷数相同，则金属钙的金属键比金属钡强，所以金属钙的熔点和硬度比金属钡都大，D错误；
故选C。
5．下图为某金属的面心立方晶胞，则该金属的一个晶胞中实际拥有的微粒数为(　　)

A．3　　　　B．4　　　　C．7　　　　D．9
【答案】B
【解析】根据均摊法计算：面心立方晶胞中有8个原子位于顶点，6个原子位于面心，所以晶胞中的原子个数为8×＋6×＝4。
6．金属原子在二维空间里的放置有下图所示的两种方式，下列说法中正确的是

A．图(a)为非密置层，配位数为6
B．图(b)为密置层，配位数为4
C．图(a)在三维空间里堆积可得镁型和铜型
D．图(b)在三维空间里堆积仅得简单立方
【答案】D
【解析】A.把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共有，从而把所有金属原子维系在一起，金属晶体是一种“巨型分子”，故A正确；B.把金属键描述为金属原子脱落下来的价电子形成遍布整快晶体的“电子气”，被所有原子所共有，故B正确；C.金属晶体的堆积方式中空间利用率分别是：简单立方52%，体心立方68%，面心立方为74%．因此简单立方的空间利用率最低，面心立方空间利用率最高，故C正确；D. 金属晶体的堆积方式中空间利用率分别是：简单立方52%，体心立方68%，面心立方为74%，因此简单立方的空间利用率最低，面心立方空间利用率最高，故D错误；故选D。
7．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，下列有关说法正确的是（ ）

A．图1和图4为非密置层堆积，图2和图3为密置层堆积
B．图1~图4分别是简单立方堆积、六方最密堆积、面心立方最密堆积、体心立方堆积
C．图1~图4每个晶胞所含有原子数分别为1、2、2、4
D．图1~图4堆积方式的空间利用率大小关系是图1<图2<图3=图4
【答案】D
【解析】A．图1、图2为非密置层堆积，图3、图4为密置层堆积，故A错；
B．图1~图4分别是简单立方堆积、体心立方堆积、面心立方堆积和六方最密堆积，故B错；
C．图1~图4每个晶胞所含有的原子数分别为8=1、8+1=2、8+6=4、8+1=2，故C错；
D．图1~图4堆积方式的空间利用率分别为：52%、68%、74%、74%，故D正确 ；
答案选D。
8．金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式，六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆积，下图分别代表着三种晶体的晶体结构，其晶胞内金属原子个数比为

A．1∶2∶1 B．11∶8∶4 C．9∶8∶4 D．9∶14∶9
【答案】A
【解析】根据均摊法可推知，第一个为六方最密堆积的晶胞，此晶胞中有两个金属原子；第二个为面心立方最密堆积的晶胞，此晶胞中有4个金属原子；第三个为体心立方堆积的晶胞，此晶胞中有2个金属原子；所以原子个数比为2∶4∶2，化简为1∶2∶1，所以选A。
9．金晶体的晶胞如图所示。设金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，在立方体的各个面的对角线上，3个金原子彼此两两相切，M表示金的摩尔质量。则下列说法错误的是

A．金晶体每个晶胞中含有4个金原子
B．金属键无方向性，金属于最密堆积，配位数是12
C．一个晶胞的体积是16d3
D．金晶体的密度是
【答案】C
【解析】A．金原子处于顶点与面心上，算晶胞中含有的金原子数目为8×+6×=4，A说法正确；
B．金晶体中，金属键无方向性，金原子采取面心立方最密堆积，配位数是12，B说法正确；
C．在立方体的各个面的对角线上3个金原子彼此两两相切，金原子的直径为d，故面对角线长度为2d，棱长为×2d=d，故晶胞的体积为(d)3=2d3，C说法错误；
D．晶胞中含有4个原子，故晶胞质量为，晶胞的体积为2d3，故晶胞密度=，D说法正确；
答案为C。
10．铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示(黑球代表Fe，白球代表Mg)。则下列说法错误的是

A．铁镁合金的化学式可表示为
B．晶胞中有14个铁原子
C．晶体中存在的化学键类型为金属键
D．该晶胞的质量是(表示阿伏加德罗常数的值)
【答案】B
【解析】A．晶胞中含有铁原子的数目为，含有镁原子的数目为8，故化学式可表示为，A项正确，
B．据A选项分析，晶胞中有4个铁原子，B项错误；
C．金属合金仍为金属，晶体中有金属键，C项正确；
D．一个晶胞中含有4个“”，其质量为，D项正确。
故选：B。
11．金晶体是面心立方最密堆积，已知立方体的每个面上5个金原子紧密堆砌，金原子半径为r cm，则金晶体的空间利用率为
A． B．
C． D．
【答案】B
【解析】面心立方最密堆积原子在晶胞中的位置关系如图。

金晶体为面心立方最密堆积，则晶胞面对角线为金原子半径的4倍，金原子半径为r cm，则晶胞的边长为4r=r cm，每个金晶胞中含有4个原子，则金原子总体积为，金晶胞体积为，故空间利用率为。
故选B。
12．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
【答案】C
【解析】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。
13．Al 的晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示。

已知 Al的原子半径为 d，NA代表阿伏加德罗常数，Al 的相对原子质量为 M。
(1)晶胞中 Al 原子的配位数为_____，一个晶胞中 Al 原子的数目为_____，该晶胞的空间利用率是_____。
(2)该晶体的密度为_____(用字母表示)。
【答案】12 4 74%
【分析】根据晶胞结构得出金属Al为面心立方，根据面心立方得出配位数，空间利用率，再根据晶胞结构先计算晶胞参数，再计算密度。
【解析】(1)根据晶胞的结构得出晶体Al是面心立方，晶胞中原子的配位数为12，一个晶胞中Al原子的数目为，该晶胞的空间利用率是74%；故答案为：12；4；74%。
(2)晶体Al是面心立方，则晶胞参数，该晶体的密度为；故答案为：。
【点睛】晶胞密度的计算是常考知识，根据密度公式分别找出质量和体积，先找出一个的质量，再乘以晶胞中有几个，再根据晶胞参数计算晶胞体积。
14．碳元素的单质有多种形式，如图所示，依次是C60、石墨和金刚石的结构图：

回答下列问题：
(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管等都是碳元素的单质形式，它们互为________。
(2)金刚石、石墨烯(指单层石墨)中碳原子的杂化形式分别为________、________。
(3)C60属于________晶体，石墨属于________晶体。
(4)石墨晶体中，层内C—C键的键长为142 pm，而金刚石中C—C键的键长为154 pm。其原因是金刚石中只存在C—C间的________共价键，而石墨层内的C—C间不仅存在________共价键，还有________键。
【答案】(1)同素异形体　(2)sp3　sp2　(3)分子　混合　 (4)σ　σ　π(或大π或p­pπ)
【解析】(1)金刚石、石墨、C60、碳纳米管都是由同种元素形成的不同单质，故它们互为同素异形体。(2)在金刚石中，每个碳原子都形成四个共价单键，故碳原子的杂化方式为sp3；石墨烯中碳原子采用sp2杂化。(3)一个“C60”就是一个分子，故C60属于分子晶体；石墨层与层之间是范德华力，而同一层中碳原子之间是共价键，故形成的晶体为混合晶体。(4)在金刚石晶体中，碳原子之间只形成共价单键，全部为σ键；在石墨层内的碳原子之间既有σ键又有π键。
15．（1）如图为一个金属铜的晶胞，请完成以下各题。

①该晶胞“实际”拥有的铜原子数是_________个。
②该晶胞称为________（填序号）。
A 六方晶胞 B 体心立方晶胞 C 面心立方晶胞 D 简单立方晶胞
③此晶胞立方体的边长为，的摩尔质量为，金属铜的密度为，则阿伏加德罗常数为________（用a、表示）。
（2）洁净铁（可用于合成氨反应的催化剂）的表面上存在氮原子，如图为氮原子在铁的品面上的单层附着局部示意图（图中小黑色球代表氮原子，大灰色球代表铁原子）。则在图示状况下，铁颗粒表面上的原子数的比值为____________。

（3）硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。如图示意的是该化合物的晶体结构单元：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面各有一个镁原子，6个硼原子位于棱柱内，则该化合物的化学式可表示为_______。

（4）若不断地升高温度，实现“雪花→水→水蒸气→氧气和氢气”的变化。在变化的各阶段被破坏的微粒间的相互作用依次是_______。
A 氢键：分子间作用力：非极性键 B 氢键；分子间作用力：极性键
C 氢键；极性键；分子间作用力 D 分子间作用力；氢键：非极性键
【答案】4 C B
【分析】(2)①根据图片知，该晶胞中含有6个半个球、8个球，据此计算铜原子个数；
②该晶胞属于面心立方晶胞；
③晶胞体积为a3cm3，晶胞体积=，据此计算阿伏伽德罗常数。
【解析】(1)①根据图片知，该晶胞中含有6个半个球、8个球，则该晶胞中Cu原子个数=8×+6×=4，答案为：4；
②该晶胞属于面心立方晶胞，故选C；
③晶胞体积为a3cm3，晶胞体积=，则阿伏加德罗常数= = /mol= /mol，故答案为：/mol。
(2)根据氮原子在铁的晶面上的单层附着局部示意图可以看出，每个铁原子周围有2个氮原子，而每个氮原子周围有4个铁原子，所以对于某个氮原子来讲，属于这个氮原子周围的铁原子数为4×=2，故氮原子与铁原子的最大个数比为1:2；
(3)根据晶体结构单元可知，在六棱柱顶点上的镁原子被6个六棱柱共用，在上下底面上的镁原子被两个六棱柱共用，根据均摊法可知晶胞中Mg原子的个数为2×，B原子的个数为6，所以Mg原子和B原子的个数比为3:6=1:2，所以化学式为MgB2；
(4)固态水中和液态水中含有氢键，当雪花→水→水蒸气主要是氢键被破坏，还有分子间作用力，但属于物理变化，共价键没有破坏，水蒸气→氧气和氢气，为化学变化，破坏的是极性共价键，故选：B。
16.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)。
【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)
【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。