人教版 (新课标)选修3 物质结构与性质第三章 晶体结构与性质第三节 金属晶体精品课后测评

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第三节 金属晶体
一、单选题
1．下列叙述正确的是
A．离子晶体都是化合物B．原子晶体都是单质
C．金属在常温下都以晶体形式存在D．分子晶体在常温下不可能是固态
【答案】A
【详解】
A．离子晶体是含有离子键的化合物，故A正确。
B．原子晶体不一定都是单质，例如二氧化硅和碳化硅都是化合物，又是原子晶体，故B不正确。
C．金属汞在常温下是液体，所以不是晶体，故C不正确。
D．分子晶体在常温下有可能是固体，如硫单质，碘单质等。故D错误。
故选A。
【点睛】
考查晶体类型判断，及晶体的性质，注意特殊情况。
2．下列物质中属于分子晶体的是①二氧化硅 ②碘 ③镁 ④蔗糖 ⑤冰
A．①②④B．②③⑤C．②④⑤D．①②④⑤
【答案】C
【详解】
①二氧化硅是非金属化合物，但其性质具有高熔沸点、高硬度的特点，属于原子晶体；
②碘是非金属单质，属于分子晶体；
③镁是金属单质，属于金属晶体；
④蔗糖是非金属化合物，属于分子晶体；
⑤冰是非金属化合物，属于分子晶体；
综上所述可知，属于分子晶体的是②④⑤，故答案为C。
3．下列关于金属的说法正确的是( )
A．金属键是金属阳离子通过自由电子形成的强烈的静电作用
B．合金中不存在金属键
C．金属的硬度都很大
D．人类最早使用的金属是铝，因为它在地壳中分布最多
【答案】A
【详解】
A．金属键是金属阳离子通过自由电子形成的强烈的静电作用，故A正确；
B．合金中存在金属离子和自由电子之间的金属键，故B错误；
C．金属的硬度有的很大，如铬，硬度为9，仅次于金刚石，有的很小，如钠，用小刀就可以切割，故C错误；
D．由于铝很活泼，所以并没有被人类很早使用。1825年丹麦科学家奥斯勒用钾还原氧化铝得到少量金属铝，从那以后，铝才逐渐被人类认识并使用，且地壳中分布最多的元素为O，Al为最多的金属元素，故D错误；
故选A。
4．下列说法正确的是( )
A．钛和钾都采取图1的堆积方式
B．图2为金属原子在二维空间里的非密置层放置，按此方式在三维空间里堆积，仅得简单立方堆积
C．图3是干冰晶体的晶胞，在每个CO2周围最近且等距离的CO2有8个
D．图4是一种金属晶体的晶胞，它是金属原子在三维空间以密置层采取ABCABC…堆积的结果
【答案】D
【详解】
A．图1表示的堆积方式为A3型紧密堆积，K采用A2型密堆积，A项错误；
B．图2在二维空间里的非密置层放置，在三维空间可以堆积形成A2型密堆积，得到体心立方堆积，B项错误；
C．干冰晶体的晶胞属于面心立方晶胞，配位数为12，即每个CO2周围距离相等的CO2分子有12个，C项错误；
D．图4晶胞类型为面心立方，则为A1型密堆积，金属原子在三维空间里密置层采取ABCABC…堆积，D项正确；
故选D。
5．下列说法中，正确的是（ ）
A．金属晶体中一定含有金属键
B．某物质含有阳离子，则一定含有阴离子
C．含有金属元素的离子一定是阳离子
D．只有活泼金属与活泼非金属之间才能形成离子键
【答案】A
【详解】
A．金属键是化学键的一种，金属晶体中一定含有金属键，故A正确；
B．金属晶体中含有金属阳离子和自由电子，不含有阴离子，故B错误；
C．含有金属元素的离子不一定是阳离子，如AlO2-，故C错误；
D．不一定只有活泼金属与活泼非金属之间才能形成离子键，如NH4Cl中存在离子键，故D错误；
故选A。
6．下列关于金属键的说法正确的是( )
A．金属键是金属阳离子通过自由电子形成的强烈的静电作用
B．合金的熔点高于其组成金属
C．金属晶体的硬度大
D．合金指的是不同金属间相互熔合的产物
【答案】A
【详解】
A．金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电作用，A正确；
B．合金的硬度高于其组成金属，而其熔点低于其组成金属，B错误；
C．金属晶体的熔点和硬度由金属键的强弱决定，金属晶体的硬度不一定大，要看金属键强弱，C错误；
D．合金是指一种金属与另一种或几种金属或非金属熔合而成，具有金属性质的物质，D错误。故答案选A。
7．金属单质中不存在（ ）
A．自由电子B．金属阳离子C．金属键D．离子键
【答案】D
【详解】
金属晶体存在金属离子和自由电子间的作用，故存在自由电子、金属阳离子、金属键，不存在离子键，答案为D。
8．下列有关化学键、氢键和范德华力的叙述中，不正确的是( )
A．金属键是金属离子与“电子气”之间的较强作用，金属键无方向性和饱和性
B．共价键是原子之间通过共用电子对形成的化学键，共价键有方向性和饱和性
C．范德华力是分子间存在的一种作用力，分子的极性越大，范德华力越大
D．氢键不是化学键而是分子间的一种作用力，所以氢键只存在于分子与分子之间
【答案】D
【详解】
A．金属键是化学键的一种，主要在金属中存在，由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成，因为电子的自由运动金属键没有固定的方向，所以A选项是正确的；
B．共价键是原子之间强烈的相互作用共价键，有方向性和饱和性，所以B选项是正确的；
C．范德华力是分子间作用力，相对分子质量越大分子间作用力越大极性越大，分子间作用力越强，所以C选项是正确的；
D．氢键是一种分子间作用力比范德华力强但是比化学键要弱，氢键既可以存在于分子间(如水、乙醇、甲醇等)，又可以存在于分子内（如），故D错误；
故选D。
9．下列关于金属的叙述中，正确的是
A．金属单质的熔、沸点均较低
B．金属原子的价电子数均不超过4
C．金属单质在化学反应中常作还原剂
D．金属元素均位于周期表中的d区
【答案】C
【详解】
A．有的金属单质熔点很高，如：钨的熔点高达3380℃，有的金属熔点低，如：汞在常温下是液体，故A错误；
B．有些金属原子的价电子数大于4，如：Ni的价电子数为10，Fe的价电子数为8，故B错误；
C．金属单质在化学反应中失电子化合价升高，常作还原剂，故C正确；
D．金属元素不一定位于周期表中的d区，如：碱金属位于s区，故D错误；
选C。
10．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．钠型和铜型的原子堆积方式空间利用率最高
C．金属晶体中大量自由电子的高速运动使金属具有良好的导热性
D．金属具有光泽，是因为金属阳离子堆积精密对光的反射
【答案】C
【详解】
A．金属原子的价电子在金属晶体中是自由电子，且被所有金属原子所共用，故A错误；
B．钠型晶体的原子堆积方式为体心立方堆积，空间利用率为68%；铜型晶体的原子堆积方式为面心立方最密堆积，空间利用率74%，铜型的原子堆积方式空间利用率最高，故B错误；
C．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，故C正确；
D．金属具有光泽是因为自由电子能够选择性吸收可见光，不能被吸收的可见光在金属表面反射后形成各种颜色，故D错误；
答案选C。
11．四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是（ ）
A．金属Zn采用②堆积方式B．①和③中原子的配位数分别为：6、8
C．对于采用②堆积方式的金属的晶胞质量为gD．金属锻压时，会破坏密堆积的排列方式
【答案】C
【详解】
A.②为体心立方堆积，而金属Zn采用六方最密堆积，图中③为六方最密堆积，故A错误。
B.①是简单立方堆积，原子配位数为6，③是六方最密堆积，原子配位数为12，故B错误。
C.②晶胞中原子数目=，故晶胞质量。故C正确。
D.金属晶体具有延展性，当金属受到外力作用时，密堆积层的阳离子容易发生相对滑动，但不会破坏密堆积的排列方式，也不会破坏金属键，故D错误。
12．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
【详解】
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。
13．物质结构理论推出，金属晶体中金属离子与自由电子之间强烈的相互作用，叫金属键。金属键越强，其金属的硬度越大，熔沸点越高。据研究表明，一般说来，金属原子半径越小，价电子数越多，则金属键越强。由此判断下列说法错误的是( )
A．镁的硬度小于铝B．镁的熔沸点低于钙
C．镁的硬度大于钾D．钙的熔沸点高于钾
【答案】B
【详解】
A．铝的原子半径比镁小，价电子数比镁多，因此铝的金属键较强，硬度较大， A正确；
B．镁原子半径小于钙原子，价电子数相等，因此镁的金属键较强，镁的熔沸点高于钙，B错误；
C．镁原子半径小于钾，价电子数比钾多，因此镁的金属键较强，镁的硬度大于钾，C正确；
D．钙原子半径小于钾，价电子数比钾多，因此钙的金属键较强，钙的熔沸点高于钾，D正确；
故选B。
14．下列有关叙述正确的是
A．任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子
B．金属键越强，则该金属的金属性越强
C．金属钨的熔点高于金属钠，是因为钨的金属键更强
D．金属导电的过程实质上就是金属键被破坏的过程，不能用“电子气理论”来解释
【答案】C
【详解】
A．金属晶体由金属离子和自由电子构成，含有阳离子，但不含阴离子，故A错误；
B．金属性强的元素原子核对外层电子吸引力弱，外层电子更活跃，容易脱离原子，从而发生化学反应；金属键就是金属离子和自由电子的相互作用，二者没有直接关系，故B错误；
C．金属键越强，熔点越高，故C正确；
D．组成金属晶体的微粒为金属阳离子和自由电子，在外加电场作用下电子可发生定向移动，故能导电，能用“电子气理论”来解释，故D错误；
答案选C。
二、填空题
15．铁原子有两种堆积方式，相应地形成两种晶胞(如图甲、乙所示)，其中晶胞乙的堆积方式是___________，晶胞甲中原子的空间利用率为___________(用含π的代数式表示)。
【答案】面心立方最密堆积
【详解】
晶胞乙中原子位于晶胞的顶点和面心，所以属于面心立方最密堆积；晶胞甲中含有铁原子个数为×8＋1=2，假设铁原子半径为r，晶胞的边长为a，则有(4r)2＝(a)2＋a2，解r＝a，原子的空间利用率为＝＝π。
16．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】(1)12 4 74% (2)
【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。
【详解】
(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。
17．根据下列四种晶体的晶胞示意图回答问题：
(1)根据图I分析，铜晶胞平均含有的铜原子数是___________。
(2)根据图Ⅱ分析，干冰晶胞平均含有的CO2分子数是___________。
(3)根据图Ⅲ分析，碘晶体中碘分子的排列有种不同的方向_________种不同的方向。
(4)根据图Ⅳ分析，晶体M的化学式可能是__________。
【答案】(1)4 (2) 4 (3) 2 (4)AB（或BA）
【详解】
(1)铜晶胞平均合有的铜原子数为。(2)干冰晶胞平均含有的CO2分子数为。(3)根据碘晶胞中碘分子的排列方向可知，碘晶体中碘分子的排列有2种不同的方向。(4)晶体M的晶胞中，N（A）：N（B）=（8×）：1=1：1，故M的化学式可能为AB（或BA）。
【点睛】
该题考查晶胞的结构，难点注意碘分子有两种不同取向。
18．(1)如图甲所示为二维平面晶体示意图，所表示物质的化学式为AX3的是__________。
(2)图乙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
③我们在晶体结构中可以划出一块正立方体的结构单元，金属原子处于正立方体的八个顶点和六个侧面上，(图示如下图)这类金属晶体中原子的空间利用率是_____________。
【答案】(1)b (2) 4 C 74%
【详解】
(1) a：每个白色小球被3个黑色小球共用，每个黑色小球被6个白色小球共用，则黑色小球和白色小球个数之比为3:6=1:2，则化学式为AX2；
b：每个白色小球被2个黑色小球共用，每个黑色小球被6个白色小球共用，则黑色小球和白色小球个数之比为2:6=1:3，则化学式为AX3；
故答案为b；
(2)①用“切割分摊法”可知，顶点的铜原子被8个晶胞占有，面心的铜原子被2个晶胞占有，该晶胞“实际”拥有的铜原子数是8×1/8+6×1/2=4；
故答案为4；
②铜原子位于晶胞的顶点和面心，该晶胞称为面心立方晶胞；
故答案为：C；
③根据侧面图可知，晶胞面心的铜原子与顶点的铜原子相切，设正立方体边长为a，则晶胞体积为a3，铜原子半径，每个正立方体包括金属原子8×1/8+6×1/2＝4(个)，铜原子的总体积，即球体体积共，则空间利用率为；
故答案为：74%。
【点睛】
本题第（3）问，金属晶体中原子空间利用率的计算是一个难点，首先明确该晶胞中面对角线上的三个原子是相切的位置关系，则晶胞边长a与铜原子半径r有以下关系，那么就可以用含a的表达式表示铜原子的总体积为，进而计算空间利用率为，熟练掌握这一类面心立方晶胞的晶胞边长a与原子半径r的关系是解题的关键。
19．现有四种金属晶体：Na、Zn、P、Au，如图所示为金属原子的四种基本堆积模型。请回答以下问题：
（1）堆积方式的空间利用率最低的基本堆积模型是___(填编号)，符合该堆积模型的金属晶体是______(填化学符号)。
（2）金属原子在二维平面里放置得到密置层和非密置层，其中非密置层的配位数是_____，由非密置层互相错位堆积而成的基本堆积模型是_____(填编号)，符合该堆积模型的金属晶体是_____(填化学符号)。
（3）按ABCABCABC……方式堆积的基本堆积模型是____(填编号)，符合该堆积模型的金属晶体是______(填化学符号)。
【答案】（1）① P（2） 4 ② Na （3） ④ Au
【分析】
(1)根据金属晶体的四种堆积方式分析判断；
(2)金属晶体中的原子在二维空间有2种放置方式，可形成密置层(如)和非密置层(如)，据此分析判断；
(3)面心立方最密堆积，晶体中原子按“ABCABCABC……”的方式堆积而成，据此分析解答。
【详解】
(1)简单立方堆积(P型)空间利用率为52%，空间利用率最低，而体心立方堆积，属于钾、钠和铁型，空间利用率68%；六方最密堆积，属于镁、锌、钛型，空间利用率为74%，面心立方最密堆积(Cu型)空间利用率为74%，故答案为：①；P；
(2)金属晶体中的原子在二维空间有2种放置方式，可形成密置层(如)和非密置层(如)，密置层的配位数为6，非密置层的配位数为4，由非密置层互相错位堆积而成的基本堆积模型是体心立方，符合该堆积模型的金属晶体是钠、钾等，故答案为：4；②；Na；
(3)Cu、Au的晶体为面心立方最密堆积，晶体中原子按“ABCABCABC……”的方式堆积而成，故答案为：④；Au。
【点睛】
解答本题需要掌握金属晶体的堆积方式和典型实例。本题的易错点为(2)，正确画出图示是解题的关键。
20．金晶体是面心立方体,立方体的每个面5个金原子紧密堆砌(如图其余各面省略)，金原子半径为R，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，求
（1）金晶体中最小的一个立方体含有__________个金属原子。
（2）金的密度为_________g·cm-3。
【答案】（1）4 （2）
【分析】
(1)利用均摊法计算每个晶胞中含有的金原子个数；
(2)每个金晶胞中含有4个原子，金晶体的边长a=，再根据晶胞的边长计算其对角线长度，对角线长度就是金原子半径的4倍,半径已知,即可求出密度。
【详解】
(1)金晶胞是面心立方，所以每个金晶胞中含有的原子个数=8×1/8+6×1/2=4；
因此，本题正确答案是:4；
(2)每个金晶胞中含有4个原子,金晶体的边长a=；对角线长度就是金原子半径的4倍,金原子半径为R,再由晶胞的边长计算其对角线长度,
所以a2+a2=（4R）2，即()2+()2=16R2,求出密度ρ=√2M/8NAR3g·cm-3；
因此，本题正确答案是: √2M/8NAR3。