人教版 (2019)选择性必修2第三章 晶体结构与性质第三节 金属晶体与离子晶体课时训练

第三节　金属晶体与离子晶体

课后篇素养形成

必备知识基础练

1.下图是金属晶体的“电子气”理论示意图。用该理论解释金属导电的原因是(　　)

A.金属能导电是因为含有金属阳离子

B.金属能导电是因为含有的自由电子在外电场作用下做定向运动

C.金属能导电是因为含有的电子作无规则运动

D.金属能导电是因为金属阳离子和自由电子的相互作用

答案B

解析“电子气”理论可以很好地解释金属的一些现象,如金属的导电、导热、延展性等。金属中含有金属阳离子和自由电子,在外加电场的作用下,自由电子定向移动形成电流。

2.下列性质能说明石墨具有分子晶体的性质的是(　　)

A.晶体能导电 B.熔点高

C.硬度小 D.燃烧产物是CO2

答案C

解析分子晶体一般具有硬度小、熔点低的特点,因此C项能说明石墨具有分子晶体的性质。石墨晶体能导电是碳原子未参与杂化的2p电子在电场作用下定向移动;熔点高是共价晶体的性质;燃烧产物是CO2只能说明石墨中含有碳元素,能燃烧是石墨的化学性质。

3.下列关于金属晶体的叙述正确的是(　　)

A.温度越高,金属的导电性越强

B.常温下,金属单质都以金属晶体形式存在

C.金属晶体中金属原子紧密堆积,能充分利用空间的原因是金属键没有饱和性和方向性

D.金属阳离子与自由电子之间的强烈作用,在外力作用下会发生断裂,故金属无延展性

答案C

解析温度升高,金属离子的热运动加快,对自由电子的移动造成阻碍,导电性减弱,A项错;常温下,Hg为液态,不属于晶体形态,B项错;金属键无方向性和饱和性,在外力作用下,一般不会断裂,即金属具有延展性,D项错;正是因为金属键无方向性和饱和性,所以金属晶体中的金属原子一般采用最密堆积,尽量充分利用空间,C项正确。

4.下列有关性质可能为金属晶体性质的是(　　)

A.由分子间作用力结合而成,熔点低

B.固体或熔融后易导电,熔点在1 000 ℃左右

C.形成共价键三维骨架结构,熔点高

D.固体不导电,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,熔点低是分子晶体的性质,A不符合题意;固体或熔融后能导电是金属晶体的特性,B符合题意,D不符合题意;形成共价键三维骨架结构,熔点高为共价晶体的性质,C不符合题意。

5.CaO的晶胞如下图所示,其中与Ca2+最近的O2-数为 (　　)

A.4 B.6

C.8 D.12

答案B

解析根据CaO的晶胞图示可知,与Ca2+最近的O2-有6个,分别位于Ca2+的前、后、左、右、上、下方位。

6.CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体相似(如图所示),但CaC2晶体中由于哑铃形的存在,使晶胞沿一个方向拉长。则关于CaC2晶体的描述不正确的是(　　)

A.CaC2晶体的熔点较高、硬度也较大

B.与Ca2+距离相同且最近的构成的多面体是正六面体

C.与Ca2+距离相同且最近的有4个

D.CaC2晶胞中共含有4个Ca2+和4个

答案B

解析CaC2晶体属于离子晶体,故有较高的熔点和较大的硬度,A正确;因为晶胞沿一个方向拉长,故和Ca2+距离相同且最近的只有4个(与拉长方向垂直的同一面上),4个构成的是正方形,B错;以Ca2+为中心,与之等距离且最近的是同一平面上的4个,C正确;该晶胞中含有Ca2+的个数=12×+1=4,含有的个数=8×+6×=4,D正确。

7.如图表示NaCl晶体的一个晶胞,直线交点处的圆圈表示NaCl晶体中Na+或Cl-所处的位置。这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。

(1)请将其中代表Na+的圆圈涂黑(不必考虑体积大小),以完成NaCl晶胞结构示意图。

(2)在NaCl晶体中,在每个Na+的周围与它最接近且距离相等的Na+共有　　　　个。 

(3)在NaCl晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的Na+或Cl-为该晶胞与其相邻的晶胞所共有。根据(1)中画出的NaCl的晶胞结构示意图分析,一个晶胞中Cl-的个数等于　　　　,即　　　　　　　　(填计算式);Na+的个数等于　　　,即　　　　　　　　　　(填计算式)。 

(4)设NaCl的摩尔质量为M g·mol-1,NaCl晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA。则NaCl晶体中两个距离最近的钠离子中心之间的距离为　　　　　　　 cm。 

答案(1)答案不唯一,合理即可

(2)12

(3)4　12×+1=4　4　8×+6×=4

(4)

解析(1)根据题意可画出NaCl的晶胞结构示意图如下:

(或其他合理的情况)

(2)根据(1)中画出的NaCl晶胞结构示意图分析,每个Na+的周围最接近且距离相等的Na+共有12个。

(3)根据(1)中画出的NaCl晶胞结构示意图分析,在一个NaCl晶胞中,含Cl-的个数为12×+1=4;含Na+的个数为8×+6×=4。

(4)设Cl-与Na+中心之间的最近距离为acm,则两个最近的Na+中心之间的距离为acm,根据·NA=M,则a=。所以Na+间的最近距离为cm。

关键能力提升练

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,如图甲、乙、丙分别代表这三种堆积方式的单元结构,则甲、乙、丙三种单元内金属原子个数比为(　　)

A.1∶2∶1 B.3∶2∶1

C.9∶8∶4 D.21∶14∶9

答案B

解析由均摊思想可知,甲单元结构内金属原子的个数为3+2×+12×=6,乙单元结构内金属原子的个数为6×+8×=4,丙单元结构内金属原子的个数为1+8×=2,则甲、乙、丙三种单元结构内金属原子个数比为3∶2∶1。

9.(双选)由原子序数为1~20的元素组成的离子化合物中,一个阳离子和一个阴离子的核外电子数之和为20,下列说法正确的是(　　)

A.晶体中阳离子和阴离子个数不一定相等

B.晶体中一定只有离子键而没有共价键

C.所含元素可能在同一主族

D.晶体中阳离子半径一定大于阴离子半径

答案AC

解析原子序数为1~20的元素形成的离子化合物,一个阳离子和一个阴离子的核外电子数之和为20,如NaOH、NH4F、Na2O、KH等,这些离子化合物中,阴、阳离子个数不一定相等,A正确。OH-、N中有共价键,B错误。从以上分析可知,所含元素可能在同一主族,如KH中两种元素均在第ⅠA族,C正确。晶体中阳离子半径不一定大于阴离子半径,如Na+的半径比O2-的半径小,D错误。

10.(双选)石墨烯是从石墨材料中剥离出来,由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。下列关于石墨与石墨烯的说法中正确的是(　　)

A.从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键

B.石墨中的碳原子采取sp2杂化,每个sp2杂化轨道含s轨道的成分与p轨道的成分

C.石墨属于混合型晶体,层与层之间存在范德华力;层内碳原子间存在共价键;石墨能导电,有类似金属晶体的性质

D.石墨烯中平均每个六元碳环含有3个碳原子

答案BC

解析石墨晶体中,层与层之间的作用力为范德华力,层内存在共价键,每个C原子形成3个σ键,且每个C原子为3个环共有。石墨晶体中,层与层之间的作用力为分子间作用力,从石墨中剥离石墨烯需要破坏分子间作用力,A错误。石墨中的碳原子采取sp2杂化,每个sp2杂化轨道含s轨道的成分与p轨道的成分,B正确。石墨属于混合型晶体,层与层之间存在范德华力;层内碳原子间存在共价键;石墨能导电,具有类似金属晶体的性质,C正确。每个C原子为3个环共有,则石墨烯中平均每个六元碳环含有碳原子数为6×=2,D错误。

11.下表给出了几种氯化物的熔点和沸点。

关于表中4种氯化物有下列说法:

(1)AlCl3在加热时可升华

(2)CCl4属于分子晶体

(3)MgCl2的晶体属于离子晶体

(4)AlCl3是典型的离子晶体

其中正确的是(　　)

A.只有(1)和(2) B.只有(3)

C.只有(1)(2)(3) D.全部一致

答案C

解析根据各物质的熔、沸点判断,NaCl和MgCl2是离子晶体,AlCl3和CCl4为分子晶体;AlCl3的沸点低于熔点,所以易升华。

12.根据下图推测,若CsCl晶体中两距离最近的Cs+间距离为a,则每个Cs+周围与其距离为a的Cs+数目为　　　　,每个Cs+周围距离相等且次近的Cs+数目为　　　　,距离为　　　　;每个Cs+周围距离相等且第三近的Cs+数目为　　　　　,距离为　　　　;每个Cs+周围紧邻且等距的Cl-数目为　　　　。 

答案6　12　a　8　a　8

解析根据左图的晶体结构分析,以体心的Cs+为研究对象,每个Cs+周围距离为a的Cs+分别位于其上、下、前、后、左、右的六个方位,即6个;每个与其次近(距离为a)的Cs+分别位于通过体心Cs+的3个切面的大正方形的顶点,个数为4×3=12;与其第三近(距离为a)的Cs+分别位于大立方体的8个顶点上;每个Cs+周围紧邻且等距的Cl-数目为8。

13.如图为一些晶体中的部分结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨中的某一种。

(1)其中代表金刚石的是　　　　(填字母,下同),其中每个碳原子与　　　　个碳原子最近且距离相等,金刚石属于　　　　晶体。 

(2)其中代表石墨的是　　　　,其中每个六元环平均占有的碳原子数为　　　　。 

(3)其中表示NaCl的是　　　　,NaCl晶体中每个Na+周围与它最近且等距离的Na+有　　　个。 

(4)代表CsCl的是　　　　,它属于　　　　晶体,每个Cs+与　　　　个Cl-紧邻。 

(5)代表干冰的是　　　　,它属于　　　　晶体,每个CO2分子与　　　　个CO2分子紧邻。 

答案(1)D　4　共价　(2)E　2 　(3)A　12

(4)C　离子　8　 (5)B　分子　12

解析根据不同物质晶体的结构特点来分析各图形所代表的物质。NaCl晶胞是立方单元,每个Na+与6个Cl-紧邻,每个Cl-又与6个Na+紧邻,每个Na+周围与其最近且等距离的Na+有12个。CsCl晶体由Cs+、Cl-构成体心立方结构。干冰也是立方体结构,在立方体每个顶点和面心都有1个CO2分子,所以每个CO2分子在三维空间里与其紧邻的CO2分子有12个。金刚石中每个碳原子紧邻4个其他碳原子。石墨的片层结构中每个碳原子紧邻3个碳原子,即每个正六边形占有的碳原子数是6×=2。

学科素养拔高练

14.钛(Ti)、钒(V)、镍(Ni)、镧(La)等在储氢材料方面具有广泛的用途。下图Ⅰ、Ⅱ是一些晶体材料的结构示意图。

请回答下列问题:

(1)写出基态镍原子的核外电子排布式:　　　　　　　　　　　。 

(2)镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表。某合金储氢后的晶胞如图Ⅰ所示,该合金的化学式为　　　　　　,1 mol镧形成的该合金能储存　　　　 mol氢气。 

(3)嫦娥三号卫星上的PTC元件(热敏电阻)的主要成分——钡钛矿晶体的晶胞结构如图Ⅱ所示,该晶体经X射线分析鉴定,重复单元为立方体,边长为a cm。顶点位置被Ti4+所占据,体心位置被Ba2+所占据,所有棱心位置被O2-所占据。

①该晶体中的O元素与H元素形成的简单化合物的中心原子的杂化类型为　　　　,其分子的空间结构为　　　　。 

②写出该晶体的化学式:　　　　。 

③若该晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则a=　　　　。 

答案(1)1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2)

(2)LaNi5　3

(3)①sp3杂化　V形　②BaTiO3　③

解析(1)Ni是28号元素,其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。

(2)根据某合金储氢后的晶胞结构示意图可知,该晶胞中含有La:8×=1、Ni:8×+1=5,所以合金的化学式为LaNi5;1mol该合金吸附氢气的物质的量是8mol×+2mol×=3mol。

(3)①该晶体中的O元素与H元素形成的简单化合物是H2O,中心原子O原子的杂化类型为sp3杂化,其分子空间结构为V形;②根据晶胞结构示意图可知,一个晶胞中Ba2+的数目为1,Ti4+的数目为8×=1,O2-的数目为12×=3,所以该晶体的化学式是BaTiO3;③由于晶胞为立方体,边长为acm,1mol晶胞中含有1molBaTiO3,若该晶体的密度为ρg·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则根据晶体的密度ρ=g·cm-3,可得a=。