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当堂达标检测题

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第三节金属晶体与离子晶体
【基础巩固】
1.(2022·广东潮州)下列晶体分类中正确的一组是 (　　)
选项
离子晶体
共价晶体
分子晶体
A
NaOH
Ar
SO2
B
H2SO4
石墨
S8
C
CH3COONa
水晶
苯
D
Ba(OH)2
金刚石
玻璃
解析：NaOH属于离子晶体，Ar属于分子晶体，SO2属于分子晶体，A项错误；石墨属于混合型晶体，H2SO4、S8属于分子晶体，B项错误；CH3COONa属于离子晶体，水晶(SiO2)属于共价晶体，苯属于分子晶体，C项正确；Ba(OH)2属于离子晶体，金刚石属于共价晶体，玻璃属于玻璃态物质，不属于晶体，D项错误。
答案：C
2.(2022·广东东莞)铁有α、γ、δ三种晶体结构，在一定条件下可以相互转化。晶胞结构如图所示，晶胞中距离最近的铁原子均相切。下列说法错误的是 (　　)

α-铁　　　　　γ-铁　　　　　δ-铁
A.铁的导电性、导热性、延展性都可以用电子气理论来解释
B.α-铁、γ-铁、δ-铁的晶胞中铁原子个数比为1∶4∶2
C.α-铁、γ-铁、δ-铁的晶胞边长之比为1∶∶
D.γ-铁在一定条件下转化为δ-铁后密度变小
解析：电子气理论指出金属阳离子“浸泡”在电子气中，可以解释铁的导电性，导热性和延展性，A项正确。α-铁为简单立方，γ-铁为面心立方，δ-铁为体心立方，故晶胞中铁原子个数之比为1∶4∶2，B项正确。α-铁中一条边上的原子相互接触，边长即为铁原子距离a，而γ-铁中面对角线上的原子相互接触，则边长为a，而δ-铁中体对角线上原子相互接触，边长为，C项错误；γ-铁中平均一个铁原子占据体积为=a3，δ-铁中平均一个铁原子占据体积为=a3，故γ-铁在一定条件下转化为δ-铁后密度变小， D项正确。
答案：C
3.(2022·广东东莞)下列关于晶体结构和性质的叙述中都正确的一组是 (　　)
①I3+的空间结构为V形，中心原子的杂化方式为sp3　②金属阳离子只能存在于离子晶体中　③因为NH3分子间存在氢键，所以NH3极易液化，用作制冷剂　④因金属性K>Na>Mg，所以熔点：KCl>NaCl>MgCl2　⑤干冰晶体中，每个二氧化碳分子周围等距且紧邻的二氧化碳分子有12个　⑥因为1 mol Si晶体中含有2 mol Si—Si，所以1 mol SiC晶体中也含有2 mol Si—C　⑦CH3Cl和CCl4均为正四面体构型的非极性分子　⑧H2O比H2S稳定是因为水分子间存在氢键
A.①③⑤ B.①③⑤⑥ C.④⑥⑦⑧ D.②③④⑥⑧
解析：①将中一个碘原子看成中心原子，另两个是与中心原子结合的原子，中心原子的价层电子对数为2+=4，所以中心原子的杂化方式为sp3，正确；②金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，所以金属阳离子可能还存在于金属晶体中，错误；③氨分子间存在氢键，使分子间作用力增大，所以NH3极易液化，液氨汽化吸收大量的热，用作制冷剂，正确；④离子晶体的熔点与离子键的强弱有关，与金属性无关，离子半径越小，电荷数越多，晶格能越大，离子晶体的熔点越高，所以熔点：KCl 答案：A　
4.下表给出几种氯化物的熔点和沸点。
物质
NaCl
MgCl2
AlCl3
CCl4
熔点/℃
801
712
190
-68
沸点/℃
1 465
1 418
183
57
关于表中4种氯化物有下列说法：
①AlCl3在加热时可升华　②CCl4属于分子晶体　③1 500 ℃时NaCl的分子组成可用NaCl表示　④AlCl3是典型的离子晶体　⑤从NaCl到AlCl3，晶体类型由离子晶体过渡到分子晶体
其中与表中数据一致的是 (　　)
A.①②⑤ B.③
C.①②③⑤ D.①②③④⑤
解析：根据各物质的熔点、沸点判断，AlCl3和CCl4为分子晶体；AlCl3的沸点低于熔点，所以易升华；NaCl为离子晶体，1 500 ℃高于其沸点，故以分子NaCl形式存在。
答案：C
5.(2022·广东东莞)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Mg2Fe
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g (NA表示阿伏加德罗常数的值)
解析：晶胞中含有铁原子的数目为8×+6×=4，含有镁原子的数目为8，故化学式可表示为Mg2Fe，A项正确；据A项分析，晶胞中有4个铁原子，B项错误；金属合金仍为金属，晶体中有金属键，C项正确；一个晶胞中含有4个“Mg2Fe”，其质量为 g= g，D项正确。
答案：B
6.金晶体晶胞如图所示，在立方体的8个顶角各有一个金原子，各个面的中心有一个金原子，每个金原子被相邻的晶胞所共有。金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，M表示金的摩尔质量。

(1)金晶体每个晶胞中含有　　　个金原子。 
(2)欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应假定　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)一个晶胞的体积是　　。 
(4)金晶体的密度是　　。 
解析：利用“均摊法”解题，8个顶角上金原子有属于该晶胞，每个面上金原子有属于该晶胞，共有6个，故每个晶胞中含有金原子的个数为8×+6×=4。假设面对角线上的金原子间相接触，则有，正方形的对角线的长为2d。正方形边长为d。V晶胞=(d)3=2d3。1个晶胞质量为m晶胞=，ρ==。
答案：(1)4　
(2)面对角线金原子间相接触，即相切
(3)2d3　
(4)
7.现有几组物质的熔点数据(单位：℃)：
A组
B组
C组
D组
金刚石：大于3 500
Li：181
HF：-83
NaCl：801
硅晶体：1 410
Na：98
HCl：-115
KCl：776
硼晶体：2 300
K：64
HBr：-89
RbCl：718
二氧化硅：1 723
Rb：39
HI：-51
CsCl：645
回答下列问题。
(1)A组属于　　　晶体，其熔化时克服的粒子间的作用力是　　　　　　。 
(2)B组晶体共同的物理性质是　　　　(填序号)。 
①有金属光泽　②有导电性　③有导热性　④有延展性
(3)C组中HF熔点反常是由于 　　　　。 
(4)D组晶体可能具有的性质是　　　(填序号)。 
①硬度小②水溶液能导电
③固体能导电④熔融状态能导电
(5)D组晶体的熔点由高到低的顺序为NaCl>KCl>RbCl>CsCl，其原因为  　　　　　。 
解析：通过读取表格中数据先判断晶体的类型及晶体的性质，A、B、C、D组分别代表共价晶体、金属晶体、分子晶体、离子晶体。
答案：(1)共价　共价键
(2)①②③④
(3)HF分子间能形成氢键，其熔化时需要消耗的能量更多
(4)②④　
(5)D组晶体都为离子晶体，r(Na+) 【拓展提高】
8.(2022·广东东莞)“原子坐标参数”可以表示晶胞内部各原子的相对位置。CaF2是典型的离子晶体，A、B两点坐标如图所示，晶胞边长为a cm。下列说法错误的是 (　　)

A.Ca2+周围最近且等距离的F-为4个
B.Ca2+和F-最近核间距为a cm
C.C点的坐标参数为
D.CaF2的熔点高于CaCl2
解析：由结构图可知，Ca2+周围最近且等距离的F-为8个，A项错误；Ca2+和F-最近核间距为a，B项正确；观察A、B、C的相对位置，可知C点x轴坐标为，y轴坐标为，z轴坐标为，所以C点的坐标参数为，C项正确；由于CaF2和CaCl2都是离子化合物，熔点高低与离子键强度有关，阳离子相同，F-比Cl-半径小，所以CaF2的离子键强，熔点高，D项正确。
答案：A
9.(2022·广东揭阳)晶体世界丰富多彩，复杂多样，各类晶体具有不同的结构特点，决定着它们具有不同的性质和用途。几种晶胞的结构示意图如下：

Cu晶胞

回答下列问题。
(1)这些晶体中粒子之间以共价键结合形成的是　　　　　。 
(2)每个Cu晶胞中包含的铜原子个数是　　　。 
(3)NaCl晶胞与MgO晶胞结构相同，NaCl晶体的熔点　　　(填“大于”或“小于”)MgO晶体的熔点，原因是　　　　　　　　　　　　。 
(4)科学家合成了碳的一种新型同素异形体：T-碳。T-碳的结构是将金刚石中的每个碳原子用一个由4个碳原子组成的正四面体结构单元(如图)取代形成的一种新型三维立方晶体结构。已知T-碳晶胞参数为a nm，阿伏加德罗常数为NA，则T-碳的密度为　　　　g·cm-3(列出计算式)。 

解析： (1)共价晶体中原子之间以共价键结合；离子晶体中离子之间以离子键结合；分子晶体中分子之间以范德华力结合；金属晶体中金属阳离子与自由电子之间以金属键结合，所以只有金刚石晶胞以共价键结合的。
(2)铜晶胞为面心立方晶胞，Cu原子位于晶胞的6个面心和8个顶点上。每个面心是两个晶胞所共用，顶点是8个晶胞所共用。所以平均每个晶胞中铜原子的个数为6×+8×=4，故每个晶胞中含有4个Cu原子。
(3)MgO和NaCl晶体都是离子晶体。离子半径越小，离子带有的电荷数越多，离子键就越强，断裂离子键使物质熔化、汽化消耗的能量就越多，物质的熔点就越高。由于离子半径：r( Mg2+ )NaCl，故物质的熔点：MgO>NaCl，即NaCl的熔点比MgO的小。
(4)晶胞中含有的正四面体结构数目为8×+6×+4=8，每个正四面体结构含有4个碳原子，则晶胞的质量m= g，晶胞的参数为a nm，则该晶胞的密度 ρ== g·cm-3。
答案：(1)金刚石晶胞　(2)4　(3)小于　Mg2+的半径比Na+的小，O2-的半径比Cl-的小；Mg2+所带的电荷数比Na+的多，O2-所带的电荷数比Cl-的多
(4)
10.(1)在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示。处于顶角位置的是___________原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子空间占有率为___________ (列出计算表达式)。 

(2)(2022·全国甲，节选)萤石(CaF2)是自然界中常见的含氟矿物，其晶胞结构如图所示，X代表的离子是　　　；若该立方晶胞参数为a pm，正负离子的核间距最小为　　pm。 

【挑战创新】
解析：(1)根据均摊法，晶胞中黑球位于晶胞的体心和顶点，含有的原子个数为8×+1=2；8个灰球位于4条棱上，2个灰球位于晶胞内部，含有的原子个数为 8×+2=4；根据颗粒化学式AlCr2，Al原子与Cr原子的个数比为1∶2，则处于顶角位置的黑球为Al，金属原子的空间占有率为×100%=×100%。
(2)根据萤石晶胞结构， X分布在晶胞的顶点和面心上，则1个晶胞中X共有8×+6×=4个， Y分布在晶胞内部，则1个晶胞中共有8个Y，因此该晶胞的化学式应为XY2，结合萤石的化学式可知，X为Ca2+。根据晶胞图，将晶胞分成8个相等的小立方体，仔细观察CaF2的晶胞结构不难发现，F-位于晶胞中小立方体的体心，小立方体边长为a，体对角线为a，Ca2+与F-之间的距离就是小立方体对角线的一半，因此晶胞中，正负离子的核间距最小为a pm。
答案：(1)Al　×100%　
(2)Ca2+　a
11.(2022·广东东莞，节选)NaCl是重要的化工原料。回答下列问题。
(1)KBr具有NaCl型的晶体结构，但其熔点比NaCl低，原因是 　。 
(2)NaCl晶体在50 GPa~300 GPa的高压下与Cl2反应，可以形成一种晶体，其立方晶胞如图所示(大球为Cl，小球为Na)。

①若A的原子坐标为(0，0，0)，B的原子坐标为，0，，则C的原子坐标为　　　　　。 
②晶体中，Cl构成的多面体包含　　　个三角形的面。 
③已知晶胞参数为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为　　　　　　　　g·cm-3(列出计算式)。 
解析：(1)KBr具有NaCl型的晶体结构，都属于离子晶体。但其熔点比NaCl低，原因是K+半径比Na+大 ， Br-半径比Cl-大，KBr中离子键较弱，晶格能较低，所以 KBr熔点比NaCl低。
(2)①根据晶胞的结构及A、B两点的坐标可知，C的原子坐标为1，。②根据晶胞结构可知，晶体中Cl构成的多面体包含20个三角形的面。③根据均摊法可知，该晶体中含有2个Na和6个Cl ， ρ=== g·cm-3
答案：(1)K+的半径大于Na+， Br-半径大于Cl-， KBr中离子键较弱，晶格能较低　
(2)① 1，　②20　③
12.(2022·全国乙，节选)(1)卤化物CsICl2受热发生非氧化还原反应，生成无色晶体X和红棕色液体Y。X为　　　　　　。解释X的熔点比Y的高的原因　 　 　 　 　 　。 
(2)α-AgI晶体中I-为体心立方堆积(如图所示)，Ag+主要分布在由I-构成的四面体、八面体等空隙中。在电场作用下，Ag+不需要克服太大的阻力即可发生迁移。因此，α-AgI晶体在电池中可作为　　　。 
已知阿伏加德罗常数为NA，则α-AgI晶体的摩尔体积Vm=____________　　m3·mol-1(列出算式)。 

解析：(1)CsICl2发生非氧化还原反应，各元素化合价不变，生成无色晶体和红棕色液体，则无色晶体为CsCl，红棕色液体为ICl，而CsCl为离子晶体，熔化时，克服的是离子键，ICl为分子晶体，熔化时，克服的是分子间作用力，因此CsCl的熔点比ICl的高。
(2)由题意可知，在电场作用下，Ag+不需要克服太大阻力即可发生迁移，因此α-AgI晶体是优良的离子导体，在电池中可作为电解质。每个晶胞中含碘离子的个数为8×+1=2个，依据化学式AgI可知，银离子个数也为2个，晶胞的物质的量n== mol，晶胞体积V=a3pm3=(504×10-12)3m3，则α-AgI晶体的摩尔体积Vm==m3·mol-1=m3·mol-1。
答案：(1)CsCl　CsCl为离子晶体，ICl为分子晶体
(2)电解质　
13.(2022·广东广州，节选)铁是地球表面最丰富的金属之一，其合金、化合物具有广泛用途。回答下列问题。
(1)已知 FeF3的熔点(1 000 ℃)显著高于 FeCl3的熔点(306 ℃)，原因是  　　　　 　。 
(2)铁和氨在640 ℃可发生置换反应，产物之一的立方晶胞结构如图1所示，写出该反应的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　。 

图1
(3)在一定条件下铁形成的晶体的基本结构单元如图2和图3所示， 则图2和图3的结构中铁原子的配位数之比为　　　，两种晶体中空间利用率较高的是　　　。(填“图2”或“图3”) 

图2　　　　　　图3
(4)碳、铁之间可形成多种化合物，其中一种化合物的晶体结构如图4所示：


图4
则编号为①的原子的坐标为　　　　；设该晶体的晶胞参数为a pm，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶体的密度为________________　g·cm-3(列出计算式即可)。 
解析：(1)FeF3为离子化合物，熔点受离子键的影响；FeCl3为分子晶体，熔点受分子间作用力影响，离子键比分子间作用力强，故FeF3的熔点比FeCl3的高。
(2)Fe与NH3发生置换反应产生H2和化合物，在晶胞中含有Fe原子数是8×+6×=4，含有N原子个数是1，故生成物的化学式是Fe4N，则根据质量守恒可得该反应化学方程式为8Fe+2NH32Fe4N+3H2。
(3)图2中Fe位于体心和顶点，铁的配位数为8；图3中Fe位于顶点和面心，距离最近的为顶点和面心的铁原子，配位数为12，所以图2和图3的结构中铁原子的配位数之比为8∶12=2∶3；图2为体心立方堆积，图3为面心立方堆积，面心立方堆积的空间利用率大于体心立方堆积，故图3的空间利用率较高。
(4)由图4可知，编号为①的原子的坐标为0，0，；该化合物中铁原子个数为8×+6×=4，碳原子个数为12×+1=4，因此化合物的化学式为FeC；该晶体的密度为ρ=== g·cm-3。
答案：(1)FeF3为离子化合物，熔点受离子键的影响；FeCl3为分子晶体，熔点受分子间作用力影响，离子键比分子间作用力强，故FeF3的熔点比FeCl3的高
(2)8Fe+2NH32Fe4N+3H2
(3)2∶3　图3
(4)0，0，