高中化学人教版 (2019)选择性必修2第三节 金属晶体与离子晶体一课一练

第3节金属晶体与离子晶体

一、选择题：共13小题

1．下列叙述错误的是(　　)

A．构成金属晶体的粒子是金属阳离子和自由电子

B．金属晶体内部都有自由电子

C．金属晶体内自由电子分布不均匀，专属于某个特定的金属离子

D．同一类晶体中熔点(或沸点)相差最大的是金属晶体  

2．(2021·湖北武汉高二月考)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

3．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有关。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

4．下列关于晶体的说法正确的是(　　)

A．晶体中只要有阳离子，就一定有阴离子

B．晶体中只要有阴离子，就一定有阳离子

C．有金属光泽的晶体，一定是金属晶体

D．根据晶体能否导电，可以判断晶体是否属于金属晶体

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

6．依据“电子气”理论的金属键模型，下列对于金属导电性随温度变化的解释，正确的是(　　)

A．温度升高，自由电子的动能变大，以致金属导电性增强

B．温度升高，阳离子的动能变大，阻碍自由电子的运动，以致金属导电性减弱

C．温度升高，自由电子互相碰撞的次数增加，以致金属导电性减弱

D．温度升高，阳离子的动能变大，自由电子与阳离子间的吸引力变小，以致金属的导电性增强

7．金属钠晶体的晶胞为体心立方晶胞()，晶胞的边长为a。假定金属钠原子为等径的刚性球，且晶胞中处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r为(　　)

A．　　B．　　C．　　D．2a

8．(2021·河北冀州中学高三期中)碱金属与C60形成的球碳盐K3C60，实验测得该物质属于离子晶体，且有良好的超导性，下列K3C60的组成和结构分析正确的是(　　)

A．该物质分子式为K3C60

B．K3C60的摩尔质量是837

C．K3C60中的阴、阳离子通过静电引力相结合

D．K3C60中既有离子键，又有共价键，在熔融状态下能导电

9．如图为NaCl和CsCl的晶体结构，下列说法错误的是(　　)

A．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体

B．NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同

C．NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数分别为6和8

D．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，所以阳离子与阴离子的半径比相同

10．石墨能与熔融金属钾作用，形成石墨间隙化合物，钾原子填充在石墨各层原子中。比较常见的石墨间隙化合物是青铜色的化合物，其化学式可写为CxK，其平面图形如图所示。x的值为(　　)

A．8　　　B．12　　　C．24　　　D．60

11．经研究证明，PCl5在固态时由空间结构分别为正四面体和正八面体的两种离子构成，下列关于PCl5的推断正确的是(　　)

A．PCl5固体为分子晶体

B．PCl5晶体由[PCl3]2＋和[PCl7]2－构成，且离子数之比为1∶1

C．PCl5晶体由[PCl4]＋和[PCl6]－构成，且离子数之比为1∶1

D．PCl5晶体具有良好的导电性

12． (双选)钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，其晶胞的结构如图所示，下列有关说法中不正确的是(　　)

A．该晶体属于离子晶体

B．晶体的化学式为Ba2O2

C．该晶体的晶胞结构与CsCl相似

D．与每个Ba2＋距离相等且最近的Ba2＋共有12个

13．一种离子晶体的晶胞如图所示。其中阳离子A以表示，阴离子B以表示。关于该离子晶体的说法正确的是(　　)

A．阳离子的配位数为8，化学式为AB

B．阴离子的配位数为4，化学式为A2B

C．每个晶胞中含4个A

D．每个A周围有4个与它等距且最近的A

二、非选择题：共2小题

14．完成下列问题。

(1)镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表，该合金储氢后的晶胞结构如图所示：

1 mol镧形成的该合金能储存________ mol氢气。

(2)镍铜合金具有优良的性能，其晶胞结构如图所示。若晶胞的边长为a cm，NA为阿伏加德罗常数的值，则该合金的密度为________。

15．(1)石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB方式堆积而成，如图甲所示，图中用虚线标出了石墨的一个晶胞。该晶胞中含有的碳原子数为__________。

甲　石墨晶胞　　　　　乙　石墨烯

丙　金刚石晶胞　　　　　丁　C60

(2)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，如图乙所示。1 mol石墨烯中含有的六元环个数为__________，下列有关石墨烯的说法正确的是________________________________________________(填序号)。

a．晶体中碳原子间全部是碳碳单键

b．石墨烯中所有碳原子处于同一个平面内

c．从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力

(3)金刚石晶胞如图丙所示，则金刚石晶胞中原子的配位数为__________，原子空间利用率为__________。

(4)石墨烯可转化为C60，C60的结构如图丁所示，该分子是由五边形和六边形碳环构成的球体，其中五边形碳环有12个，六边形碳环有__________个。

一、选择题：共13小题

1．下列叙述错误的是(　　)

A．构成金属晶体的粒子是金属阳离子和自由电子

B．金属晶体内部都有自由电子

C．金属晶体内自由电子分布不均匀，专属于某个特定的金属离子

D．同一类晶体中熔点(或沸点)相差最大的是金属晶体  

C　[金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，自由电子几乎均匀分布在金属晶体内，不专属于某一个或几个特定的金属离子，故A、B正确，C错误；由于金属键的强度差别很大，不同金属晶体的熔、沸点相差较大，故D正确。]

2．(2021·湖北武汉高二月考)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

B　[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．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有关。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

C　[镁离子比铝离子的半径大且所带的电荷少，所以金属镁比金属铝的金属键弱，熔、沸点和硬度都小；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；因镁离子的半径比钠离子的小且所带电荷多，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；因镁离子的半径比钙离子的小而所带电荷相同，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。]

4．下列关于晶体的说法正确的是(　　)

A．晶体中只要有阳离子，就一定有阴离子

B．晶体中只要有阴离子，就一定有阳离子

C．有金属光泽的晶体，一定是金属晶体

D．根据晶体能否导电，可以判断晶体是否属于金属晶体

B　[金属晶体中，有金属阳离子而没有阴离子；根据电荷守恒，晶体中只要有阴离子，就一定有阳离子；有金属光泽的晶体不一定是金属晶体，如晶体碘、晶体硅；能导电的晶体不一定是金属晶体，如石墨晶体。]

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

B　[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．依据“电子气”理论的金属键模型，下列对于金属导电性随温度变化的解释，正确的是(　　)

A．温度升高，自由电子的动能变大，以致金属导电性增强

B．温度升高，阳离子的动能变大，阻碍自由电子的运动，以致金属导电性减弱

C．温度升高，自由电子互相碰撞的次数增加，以致金属导电性减弱

D．温度升高，阳离子的动能变大，自由电子与阳离子间的吸引力变小，以致金属的导电性增强

B　[温度升高，自由电子和金属阳离子的动能均增加，金属阳离子对自由电子的阻碍作用增大，所以金属导电性减弱。]

7．金属钠晶体的晶胞为体心立方晶胞()，晶胞的边长为a。假定金属钠原子为等径的刚性球，且晶胞中处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r为(　　)

A．　　B．　　C．　　D．2a

B　[如果沿着某一面的对角线对晶胞作横切面，可得如图所示的结构，其中AB为晶胞的边长，BC为晶胞的面对角线，AC为晶胞的体对角线。根据立方体的特点可知：BC＝a，结合AB2＋BC2＝AC2得：r＝。

]

8．(2021·河北冀州中学高三期中)碱金属与C60形成的球碳盐K3C60，实验测得该物质属于离子晶体，且有良好的超导性，下列K3C60的组成和结构分析正确的是(　　)

A．该物质分子式为K3C60

B．K3C60的摩尔质量是837

C．K3C60中的阴、阳离子通过静电引力相结合

D．K3C60中既有离子键，又有共价键，在熔融状态下能导电

D　[该物质属于离子晶体，K3C60为其化学式而非分子式，A错误；摩尔质量的单位为g·mol－1，B错误；离子晶体中阴、阳离子通过静电作用相互结合，静电作用包括静电吸引力和静电排斥力，C错误；离子晶体中一定存在离子键，熔融状态下能导电，K3C60中的C原子间以共价键连接，D正确。]

9．如图为NaCl和CsCl的晶体结构，下列说法错误的是(　　)

A．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体

B．NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同

C．NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数分别为6和8

D．NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，所以阳离子与阴离子的半径比相同

D　[NaCl和CsCl都是由阴、阳离子通过离子键构成的晶体，阴、阳离子个数之比都为1∶1，则都属于AB型的离子晶体，故A、B正确；结合题图可知，NaCl为面心立方结构，钠离子的配位数为6，CsCl为体心立方结构，铯离子的配位数为8，故C正确；NaCl和CsCl都属于AB型的离子晶体，但钠离子半径小于铯离子半径，则NaCl的阳离子与阴离子的半径比小于CsCl的，故D错误。]

10．石墨能与熔融金属钾作用，形成石墨间隙化合物，钾原子填充在石墨各层原子中。比较常见的石墨间隙化合物是青铜色的化合物，其化学式可写为CxK，其平面图形如图所示。x的值为(　　)

A．8　　　B．12　　　C．24　　　D．60

A　[可选取题图中6个钾原子围成的正六边形为结构单元，每个钾原子被3个这样的正六边形共用，则该结构单元中实际含有的钾原子数为6×＋1＝3，该六边形内实际含有的碳原子数为24，故钾原子数与碳原子数之比为1∶8。]

11．经研究证明，PCl5在固态时由空间结构分别为正四面体和正八面体的两种离子构成，下列关于PCl5的推断正确的是(　　)

A．PCl5固体为分子晶体

B．PCl5晶体由[PCl3]2＋和[PCl7]2－构成，且离子数之比为1∶1

C．PCl5晶体由[PCl4]＋和[PCl6]－构成，且离子数之比为1∶1

D．PCl5晶体具有良好的导电性

C　[由题意知，晶体由空间结构分别为正四面体和正八面体的两种离子构成，所以PCl5晶体由[PCl4]＋和[PCl6]－按1∶1构成，为离子化合物，A、B项错误，C项正确；离子晶体中虽含有离子，但不能自由移动，不能导电，只有在熔融状态下或水溶液中才能导电，D项错误。]

12． (双选)钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，其晶胞的结构如图所示，下列有关说法中不正确的是(　　)

A．该晶体属于离子晶体

B．晶体的化学式为Ba2O2

C．该晶体的晶胞结构与CsCl相似

D．与每个Ba2＋距离相等且最近的Ba2＋共有12个

BC　[图示晶体中含有Ba2＋和O，则该晶体属于离子晶体，A项正确；根据晶胞结构计算Ba2＋、O的个数均为4，则该晶体的化学式为BaO2，B项错误；该晶体的晶胞结构与NaCl的晶胞结构相似，所以与每个Ba2＋距离相等且最近的Ba2＋共有12个，C项不正确，D项正确。]

13．一种离子晶体的晶胞如图所示。其中阳离子A以表示，阴离子B以表示。关于该离子晶体的说法正确的是(　　)

A．阳离子的配位数为8，化学式为AB

B．阴离子的配位数为4，化学式为A2B

C．每个晶胞中含4个A

D．每个A周围有4个与它等距且最近的A

C　[用均摊法可知，晶胞中含有阳离子数为8×＋6×＝4，阴离子显然是8个，故化学式为AB2，A、B项错误；每个A周围最近且等距离的A有12个(类似于干冰晶体)，D项错误。]

二、非选择题：共2小题

14．完成下列问题。

(1)镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表，该合金储氢后的晶胞结构如图所示：

1 mol镧形成的该合金能储存________ mol氢气。

(2)镍铜合金具有优良的性能，其晶胞结构如图所示。若晶胞的边长为a cm，NA为阿伏加德罗常数的值，则该合金的密度为________。

[解析]　(1)由晶胞结构知，1个晶胞中含有La的个数为8×＝1，含有Ni的个数为8×＋1＝5，因此该合金的化学式为LaNi5。1个晶胞中含有H2的个数为8×＋2×＝3，因此1 mol La形成的该合金能储存3 mol H2。(2)1个晶胞中含有铜原子个数为8×＝1，镍原子个数为6×＝3，故该合金的化学式为CuNi3，该晶胞的体积为a3 cm3，则合金的密度ρ＝＝ g·cm－3＝ g·cm－3。

[答案]　(1)3　(2) g·cm－3

15．(1)石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB方式堆积而成，如图甲所示，图中用虚线标出了石墨的一个晶胞。该晶胞中含有的碳原子数为__________。

甲　石墨晶胞　　　　　乙　石墨烯

丙　金刚石晶胞　　　　　丁　C60

(2)石墨烯是一种由单层碳原子构成的平面结构新型碳材料，如图乙所示。1 mol石墨烯中含有的六元环个数为__________，下列有关石墨烯的说法正确的是________________________________________________(填序号)。

a．晶体中碳原子间全部是碳碳单键

b．石墨烯中所有碳原子处于同一个平面内

c．从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力

(3)金刚石晶胞如图丙所示，则金刚石晶胞中原子的配位数为__________，原子空间利用率为__________。

(4)石墨烯可转化为C60，C60的结构如图丁所示，该分子是由五边形和六边形碳环构成的球体，其中五边形碳环有12个，六边形碳环有__________个。

[解析]　(1)由题图甲可知，石墨晶胞中处于顶角的8个碳原子被8个晶胞所共有；处于棱上的4个碳原子被4个晶胞所共有；处于面上的2个碳原子分别被2个晶胞所共有；晶胞内还有1个碳原子，所以每个晶胞中含有的碳原子数为8×＋4×＋2×＋1＝4。

(2)由题图乙可知，石墨烯中6个碳原子构成1个环，每个碳原子属于3个环，相当于2个碳原子构成1个环，1 mol碳原子构成的环的个数为0.5NA。根据碳原子成键特点，每个碳原子与周围3个碳原子形成3个碳碳单键，a正确；石墨烯为平面结构，故其中所有碳原子处于同一个平面内，b正确；从石墨中剥离得到石墨烯需克服分子间作用力，c正确。

(3)由金刚石晶胞结构可知原子的配位数为4，把整个晶胞拆分成8个小立方体，每2个相邻的小立方体的原子才够凑成一个标准的体心立方晶胞，故金刚石晶胞中原子空间利用率等于体心立方晶胞的原子空间利用率的一半，即34%。

(4)设C60中六边形、五边形碳环的个数分别为x、y，每个C原子被3个环共用，则可得：2x＋y＝60，由已知可得y＝12，则解得x＝20。

[答案]　(1)4　(2)0.5NA　abc　(3)4　34%　(4)20