高中化学人教版 (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 金属晶体达标测试

学业分层测评(十二)　金属晶体

(建议用时：45分钟)

[学业达标]

1．金属键的实质是(　　)

A．自由电子与金属阳离子之间的相互作用

B．金属原子与金属原子间的相互作用

C．金属阳离子与阴离子的吸引力

D．自由电子与金属原子之间的相互作用

【解析】　金属晶体由自由电子与金属阳离子构成，因而金属键的实质是自由电子与金属阳离子之间的相互作用。

【答案】　A

2．在金属晶体中，自由电子与金属离子的碰撞中有能量传递，由此可以来解释金属的 (　　)

A．延展性　　　　　　　 B．导电性

C．导热性  D．硬度

【解析】　金属晶体由自由电子与金属阳离子构成，因而自由电子与金属离子的碰撞中将热量传递而具有导热性。

【答案】　C

3．下列关于金属的叙述中不正确的是(　　)

A．金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间的强烈相互作用，所以实质与离子键类似，也是一种电性作用

B．金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用，所以与共价键类似，也有方向性和饱和性

C．金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子间的相互作用，故金属键无饱和性和方向性

D．构成金属的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动

【解析】　金属键无方向性和饱和性，B错。

【答案】　B

4．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

【解析】　由题知，价电子数：Al＞Mg＝Ca＞K，原子半径：Al＜Mg＜Ca＜K，所以A、C、D正确。

【答案】　B

5．已知某金属晶体中(如碱金属)原子堆积方式如下图所示，则该堆积方式是(　　)

A．简单立方堆积  B．体心立方堆积

C．六方最密堆积  D．面心立方最密堆积

【解析】　将非密置层上层金属填充在下层金属形成的凹槽中，属于体心立方堆积。

【答案】　B

6．金晶体的晶胞为面心立方最密堆积(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(　　) 【导学号：90990084】

A．金晶体每个晶胞中含有4个金原子

B．金属键无方向性，金属原子尽可能采取密堆积

C．一个晶胞的体积是16d3

D．金晶体的密度是

【解析】　因为是面心立方最密堆积，故每个晶胞中含有金原子数＝8×＋6×＝4个，A正确；金属键无方向性，金属原子尽可能采取密堆积，B正确；因为立方体的各个面的对角线上3个金原子彼此两两相切，则该小立方体的棱长＝d，体积为2d3，C错；金晶体的密度＝＝，D正确。

【答案】　C

7.关于体心立方堆积型晶体(如图)的结构的叙述中正确的是(　　)

A．是密置层的一种堆积方式

B．晶胞是六棱柱

C．每个晶胞内含2个原子

D．每个晶胞内含6个原子

【解析】　本题主要考查常见金属晶体的堆积方式，体心立方堆积型晶体是非密置层的一种堆积方式，为立方体形晶胞，其中有8个顶点，一个体心，晶胞所含原子数为8×＋1＝2。

【答案】　C

8．教材中给出了几种晶体的晶胞如图所示：

所示晶胞分别表示的物质正确的排序是(　　)

A．碘、锌、钠、金刚石

B．金刚石、锌、碘、钠

C．钠、锌、碘、金刚石

D．锌、钠、碘、金刚石

【解析】　第一种晶胞为体心立方堆积，钾、钠、铁等金属采用这种堆积方式；第二种晶胞为六方最密堆积，镁、锌、钛等金属采用这种堆积方式；组成第三种晶胞的粒子为双原子分子，是碘；第四种晶胞的粒子结构为正四面体结构，为金刚石。  

【答案】　C

9．石墨晶体是层状结构，在每一层内，每一个碳原子都跟其他3个碳原子相结合。据图分析，石墨晶体中碳原子数与共价键数之比为(　　)

A．2∶3  B．2∶1

C．1∶3  D．3∶2

【解析】　每个碳原子被3个六边形共用，每条共价键被2个六边形共用，则石墨晶体中碳原子个数与共价键个数之比为∶＝2∶3。

【答案】　A

10．结合金属晶体的结构和性质，回答以下问题：

(1)已知下列金属晶体：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au，其堆积方式为：

①简单立方堆积的是______________；

②体心立方堆积的是______________；

③六方最密堆积的是______________；

④面心立方最密堆积的是______________。

(2)根据下列叙述，判断一定为金属晶体的是________。

A．由金属键形成，熔点差别很大

B．由共价键结合形成网状结构，当受到大的外力作用会发生原子错位而断裂

C．固体有良好的导电性、导热性和延展性

【解析】　(1)简单立方堆积的空间利用率太低，只有金属Po采取这种方式。体心立方堆积是上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，这种堆积方式的空间利用率比简单立方堆积的高，多数金属是这种堆积方式。六方最密堆积按ABAB……方式堆积，面心立方最密堆积按ABCABC……方式堆积，六方最密堆积常见金属为Mg、Zn、Ti，面心立方最密堆积常见金属为Cu、Ag、Au。(2)由金属键形成是金属晶体的特性，A对；由共价键结合成网状结构为原子晶体的性质，B错；固体有良好的导电性、导热性和延展性是金属的通性，C对。

【答案】　(1)①Po　②Na、K、Fe　③Mg、Zn

④Cu、Au　(2)AC

11．如图为金属铜的一个晶胞，请完成以下各题。 【导学号：90990085】

(1)该晶胞“实际”拥有的铜原子数是________个。

(2)铜晶体的堆积方式称为________最密堆积，配位数为________。

(3)此晶胞立方体的边长为a cm，Cu的相对原子质量为64，金属铜的密度为ρg/cm3，则阿伏加德罗常数为________(用a、ρ表示)。

【解析】　由图示结构可以看出该堆积方式为面心立方最密堆积，利用“切割分摊法”可以求得该晶胞实际含有的铜原子数为：8×＋6×＝4。由于×64＝ρ·a3，故NA＝。

【答案】　(1)4　(2)面心立方　12　(3)

12．C60、金刚石和石墨的结构模型如图所示(石墨仅表示其中的一层结构):   

(1)C60、金刚石和石墨三者的关系互为________。

A．同分异构体　　　　　 B．同素异形体

C．同系物  D．同位素   

(2)固态时，C60属于________(填“原子”或“分子”)晶体，C60分子中含有双键和单键，推测C60跟F2________(填“能”或“不能”)发生加成反应。

(3)硅晶体的结构跟金刚石相似，1 mol硅晶体中含有硅硅单键的数目约是________NA。二氧化硅的结构相当于在硅晶体结构中每个硅硅单键之间插入一个氧原子。二氧化硅的空间网状结构中，硅、氧原子形成的最小环上氧原子数目是________。

(4)石墨层状结构中，平均每个正六边形拥有的碳原子个数是________个。

【解析】　C60晶体中存在不饱和的碳碳双键，在一定条件下能与F2发生加成反应；晶体硅的结构与金刚石相似，存在以硅原子为中心和顶点的正四面体结构单元，每个硅原子形成4个Si—Si，但1个Si—Si为2个硅原子共有，故1个硅原子可形成2个Si—Si，即1 mol硅原子能形成2 mol Si—Si。石墨中每个C原子形成3个C—C，故每个C原子为3个六边形共用，每个六边形拥有C原子个数为6×＝2个。

【答案】　(1)B　(2)分子　能　(3)2　6　(4)2

[能力提升]

13．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(a)、(b)、(c)分别代表这三种晶胞的结构，其晶胞内金属原子个数比为(　　)

A．3∶2∶1  B．11∶8∶4

C．9∶8∶4  D．21∶14∶9

【解析】　晶胞(a)中所含原子＝12×＋2×＋3＝6，晶胞(b)中所含原子＝8×＋6×＝4，晶胞(c)中所含原子＝8×＋1＝2。

【答案】　A

14．金属钠晶体为体心立方晶胞(如图)，实验测得钠的密度为ρ(g·cm－3)。已知钠的相对原子质量为a，阿伏加德罗常数为NA(mol－1)，假定金属钠原子为等径的钢性球且处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r(cm)为(　　)

A.  B．·

C.·  D．·

【解析】　该晶胞中实际含钠原子两个，晶胞边长为，则ρ＝，进一步化简后可得答案。

【答案】　C

15．如图，铁有δ、γ、α三种同素异形体，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法不正确的是 (　　) 【导学号：90990086】

δ­Feγ­Feα­Fe

A．δ­Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个

B．α­Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个

C．若δ­Fe晶胞边长为a cm，α­Fe晶胞边长为b cm，则两种晶体密度比为2b3∶a3

D．将铁加热到1 500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同

【解析】　由题图知，δ­Fe晶体中与铁原子等距离且最近的铁原子有8个，A项正确；α­Fe晶体中与铁原子等距离且最近的铁原子有6个，B项正确；一个δ­Fe晶胞占有2个铁原子，一个α­Fe晶胞占有1个铁原子，故两者密度比为：＝2b3∶a3，C项正确；晶体加热后急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型是不同的，D项错误。

【答案】　D

16．铜在我国有色金属材料的消费中仅次于铝，广泛地应用于电气、机械制造、国防等领域。回答下列问题：

(1)铜原子基态电子排布式为__________________________________________。

(2)用晶体的X射线衍射法可以测得阿伏加德罗常数。对金属铜的测定得到以下结果：晶胞为面心立方最密堆积，边长为361 pm。又知铜的密度为9.00 g·cm－3，则铜晶胞的体积是________cm3，晶胞的质量是________g，阿伏加德罗常数为____________________[列式计算，已知Mr(Cu)＝63.6 g/mol]。

(3)氯和钾与不同价态的铜可生成两种化合物，这两种化合物都可用于催化乙炔聚合，其阴离子均为无限长链结构(如下图)，a位置上Cl原子的杂化轨道类型为________。已知其中一种化合物的化学式为KCuCl3，另一种的化学式为________。

(4)金属铜单独与氨水或单独与过氧化氢都不能反应，但可与氨水和过氧化氢的混合溶液反应，其原因是____________________________________________________________，

反应的化学方程式为____________________________________________。

【解析】　本题考查铜及其化合物的结构与性质，意在考查同学们对晶胞的分析和对杂化以及配合物的认识。

(2)体积＝边长3；质量＝体积×密度；一个面心立方最密堆积的晶胞含4个原子，则摩尔质量＝×晶胞质量×NA，可求NA。

(3)Cu有＋1、＋2两种化合价，题中化合物中Cu显＋2价，则另一种的化学式是K2CuCl3。

(4)单独不反应，同时作用能反应，说明两者相互促进，一个作氧化剂，一个能形成配离子，还原剂是铜，氧化剂是过氧化氢，化学方程式不难写。

【答案】　(1)1s22s22p63s23p63d104s1　(2)4.70×10－23　4.23×10－22

NA＝＝6.01×1023mol－1

(3)sp3　K2CuCl3　(4)过氧化氢为氧化剂，氨与Cu2＋形成配离子，两者相互促进使反应进行　Cu＋H2O2＋4NH3===[Cu(NH3)4](OH)2