2020-2021学年高中化学 第3章 不同聚集状态的物质与性质 第2节 第1课时 金属晶体 离子晶体课时检测鲁科版选择性必修2

1、2020-2021学年高中化学 第3章 不同聚集状态的物质与性质 第2节 第1课时 金属晶体 离子晶体课时检测鲁科版选择性必修22020-2021学年高中化学 第3章 不同聚集状态的物质与性质 第2节 第1课时 金属晶体 离子晶体课时检测鲁科版选择性必修2年级：姓名：- 9 -金属晶体离子晶体(40分钟70分)一、选择题(本题包括10小题,每小题5分,共50分)1.下列几种金属晶体中,原子最外层电子数与另外三种不同的是()a.钠b.钾c.铁d.铜【解析】选c。钠、钾、铜最外层都只有一个电子,铁原子最外层有2个电子。2.金属mg中含有的结构粒子是()a.mg原子和“自由电子”b.只有mg2+c.

2、mg原子和mg2+d.mg2+与“自由电子”【解析】选d。金属晶体是由金属阳离子和“自由电子”利用金属键结合的晶体。3.某晶体的下列性质可作为判断它是离子晶体的充分依据的是()a.具有较高的熔点和较大的硬度b.固态不导电,其水溶液能导电c.可溶于水d.固态不导电,熔融态能导电【解析】选d。a项,如金刚石具有较高的熔点和较大的硬度,金刚石不是离子晶体,所以由a项不能确定是离子晶体;b项,如hcl、alcl3等共价化合物固态不导电,它们的水溶液能导电,所以由b项也不能确定是离子晶体;c项,如hcl、h2so4等可溶于水,但它们形成的晶体是分子晶体,所以由c项不能确定是离子晶体;只有d项是正确的,离

3、子晶体固态不导电而熔融态导电,分子晶体两种状态下都不导电,而金属晶体固态时导电。4.下列关于离子晶体的描述不正确的是()a.离子晶体是阳离子和阴离子通过静电吸引力结合而成的晶体b.稳定性:nafnaclnabrnaic.硬度:mgocaobaod.在氯化钠晶体中,na+和cl-的配位数均为6【解析】选a。离子晶体是阳离子和阴离子通过静电作用结合而成,静电作用包括静电斥力和静电吸引力。5.已知铜的晶胞结构如图所示,则在铜的晶胞中所含铜原子数为()a.3b.4c.5d.6【解析】选b。根据铜的晶胞结构可知,含有铜原子数为8+6=4。6.已知金属钠与两种卤族元素形成的化合物q、p,它们的晶格能分别为

4、923 kjmol-1、786 kjmol-1,下列有关说法中不正确的是()a.q的熔点比p的高b.若p是nacl,则q一定是nafc.q中成键离子核间距较小d.若p是nacl,则q可能是nabr【解析】选d。q的晶格能大于p的晶格能,故q的熔点比p的高,a项正确;因f-的半径比cl-的小(其他卤素离子的半径比cl-的大),故naf的晶格能大于nacl的,b项正确,d项错误;因q、p中成键离子均为一价离子,电荷数相同,故晶格能的差异是由成键离子核间距决定的,晶格能越大,表明核间距越小,c项正确。7.在冰晶石(na3alf6)晶胞中,alf63-占据的位置相当于nacl晶胞中cl-占据的位置,则

5、冰晶石晶胞中含有的原子数与nacl晶胞中含有的原子数之比为()a.21 b.32c.52d.51【解析】选d。一个nacl晶胞中含有的原子个数为4+4=8;根据题目信息可知,一个冰晶石的晶胞中含有4个alf63-,则含有12个na+,则一个冰晶石晶胞所含的原子总数为12+4(1+6)=40,故选d项。8.下列图像是从nacl或cscl晶体结构图中分割出来的部分结构图,试判断属于nacl晶体结构的图像是()a.图(1)和图(3)b.图(2)和图(3)c.只有图(1) d.图(1)和图(4)【解析】选d。在nacl晶体结构中,每个na+周围等距且最近的cl-有6个,图(1)和图(4)能够满足;在c

6、scl晶体中,与每个cs+等距且最近的cl-有8个,图(2)和图(3)符合。9.氧化钙在2 973 k时熔化,而氯化钠在1 074 k时熔化,两者的离子间距离和晶体结构类似,有关它们熔点差别较大的原因叙述不正确的是()a.氧化钙晶体中阴、阳离子所带的电荷数多b.氧化钙的晶格能比氯化钠的晶格能大c.氧化钙的晶格能比氯化钠的晶格能小d.在氧化钙与氯化钠的离子间距离类似的情况下,晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定【解析】选c。氧化钙和氯化钠都属于离子晶体,熔点的高低可根据晶格能的大小判断。晶格能的大小与离子所带电荷多少、离子间距离、晶体结构类型等因素有关。氧化钙和氯化钠的离子间距离和晶体结构都

7、类似,所以晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定。10.有一种蓝色晶体可表示为mxfey(cn)6,经x射线研究发现,它的结构特征是fe3+和fe2+互相占据立方体互不相邻的顶点,而cn-位于立方体的棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。下列说法正确的是 ()a.该晶体的化学式为m2fe2(cn)6b.该晶体属于离子晶体,m呈+1价c.该晶体属于离子晶体,m呈+2价d.晶体中与每个fe3+距离最近且等距离的cn-为3个【解析】选b。由图可推出晶体中阴离子的最小结构单元中含fe2+个数为4=,含fe3+个数也为,cn-的个数为12=3,因此阴离子为fe2(cn)6-,则该晶体的化学式只能

8、为mfe2(cn)6,故a项错误;由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体,m的化合价为+1价,故b项正确、c项错误;由图可看出与每个fe3+距离最近且等距离的cn-为6个,故d项错误。二、非选择题(本题包括2小题,共20分)11.(10分)(1)已知mgo的晶体结构属于nacl型。某同学画出的mgo晶胞结构示意图如图所示,请改正图中的错误:_。(2)mg是第3周期元素,该周期部分元素氟化物的熔点见下表:氟化物nafmgf2熔点/k1 2661 534解释表中氟化物熔点差异的原因:_。答案:(1)8号白球改为小灰球(2)阴离子相同的离子晶体微粒间的作用力随阳离子半径的减小、电荷数的增大而增大,故mgf

9、2的熔点高于naf12.(10分)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密堆积,图(a)、(b)、(c)分别代表这三种晶胞的结构。(1)三种晶胞内金属原子个数比为_。(2)三种堆积方式实质是金属阳离子的堆积方式,那么“自由电子”有无确切的堆积方式?_(填“有”或“无”)。(3)影响金属晶体熔点的主要因素是_。【解析】(1)晶胞(a)中含原子数为12+2+3=6,晶胞(b)中含原子数为8+ 6=4,晶胞(c)中含原子数为8+1=2。其原子个数比为642=321。(2)由于金属晶体中的“自由电子”不属于每个固定的原子,而是在整个晶体中自由移动,故自由电子无

10、确切的堆积方式。(3)金属晶体是由金属原子通过金属键相互结合而成,金属键的强弱直接影响金属晶体的熔点。金属键越强,晶体的熔点越高。答案:(1)321(2)无(3)金属键的强弱(20分钟30分)一、选择题(本题包括1小题,共10分)13.cac2晶体的晶胞结构与nacl晶体的相似(如图所示),但cac2晶体中由于的存在,使晶胞沿一个方向拉长。下列关于cac2晶体的说法中正确的是()a.1个ca2+周围距离最近且等距离的的数目为6b.该晶体中的阴离子与f2互为等电子体c.6.4 g cac2晶体中含阴离子0.1 mold.与每个ca2+距离相等且最近的ca2+共有12个【解析】选c。依据晶胞示意图

11、可以看出,晶胞竖直方向上的平面的长与宽不相等,再由图中体心可知1个ca2+周围距离最近的有4个,而不是6个,故a错误;含价电子总数为24+2=10,f2的价电子总数为14,二者价电子总数不同,不互为等电子体,故b错误;6.4 g cac2的物质的量为0.1 mol,cac2晶体中的阴离子为,则含阴离子的物质的量为0.1 mol,故c正确;晶胞竖直方向上的平面的长与宽不相等,所以与每个ca2+距离相等且最近的ca2+应为4个,故d错误。二、非选择题(本题包括2小题,共20分)14.(10分)(1)li2o具有反萤石结构,晶胞如图所示。已知晶胞参数为0.466 5 nm,阿伏加德罗常数的值为na,

12、则li2o的密度为_gcm-3(列出计算式)。(2)fes2晶体的晶胞如图所示。晶胞边长为a nm,fes2相对分子质量为m,阿伏加德罗常数的值为na,其晶体密度的计算表达式为_gcm-3;晶胞中fe2+位于所形成的正八面体的体心,该正八面体的边长为_nm。【解析】(1)1个氧化锂晶胞含o的个数为8+6=4,含li的个数为8,1 cm=107 nm,代入密度公式计算可得li2o的密度为 gcm-3。(2)该晶胞中fe2+位于棱上和体心,个数为12+1=4,位于顶点和面心,个数为8+6=4,故晶体密度为4 g(a10-7 cm)3=1021 gcm-3。根据晶胞结构,所形成的正八面体的边长为该晶

13、胞中相邻面的面心之间的连线之长,即为晶胞边长的,故该正八面体的边长为a nm。答案:(1)(2)1021a15.(10分)(2020全国卷)goodenough等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。回答下列问题:(1)基态fe2+与fe3+离子中未成对的电子数之比为_。(2)li及周期表中相邻元素的第一电离能(i1)如表所示。i1(li)i1(na),原因是_。i1(be)i1(b)i1(li),原因是_。i1/(kjmol-1)li520be900b801na496mg738al578(3)磷酸根离子的空间构型为_,其中p的价层电子对数

14、为_、杂化轨道类型为_。(4)lifepo4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中o围绕fe和p分别形成正八面体和正四面体,它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有lifepo4的单元数有_个。电池充电时,lifepo4脱出部分li+,形成li1-xfepo4,结构示意图如(b)所示,则x=_,n(fe2+)n(fe3+)=_。【解析】(1)基态铁原子的价电子排布式为3d64s2,失去外层电子转化为fe2+和fe3+,这两种基态离子的价电子排布式分别为3d6和3d5,根据洪特规则可知,基态fe2+有4个未成对电子,基态fe3+有5个未成对电子,所以未成对电子个数比为45;(2)同主族元素

15、,从上至下,原子半径增大,第一电离能逐渐减小,所以i1(li)i1(na);同周期元素,从左至右,第一电离能呈现增大的趋势,但由于第a族元素基态原子s能级轨道处于全充满的状态,能量更低更稳定,所以其第一电离能大于同一周期的第a族元素,因此i1(be)i1(b)i1(li);(3)经过计算,p中不含孤电子对,成键电子对数目为4,价层电子对数为4,因此其构型为正四面体形,p原子是采用sp3杂化方式形成的4个sp3杂化轨道;(4)由题干可知,lifepo4的晶胞中,fe存在于由o构成的正八面体内部,p存在于由o构成的正四面体内部;再分析题干中给出的(a)、(b)和(c)三个不同物质的晶胞结构示意图,

16、对比(a)和(c)的差异可知,(a)图所示的lifepo4的晶胞中,小球表示的即为li+,其位于晶胞的8个顶点,4个侧面面心以及上下底面各自的相对的两条棱心处,经计算一个晶胞中li+的个数为8+4+4=4(个);进一步分析(a)图所示的lifepo4的晶胞中,八面体结构和四面体结构的数目均为4,即晶胞中含fe和p的数目均为4;考虑到化学式为lifepo4,并且一个晶胞中含有的li+、fe和p的数目均为4,所以一个晶胞中含有4个lifepo4单元。对比(a)和(b)两个晶胞结构示意图可知,li1-xfepo4相比于lifepo4缺失一个面心的li+以及一个棱心的li+;结合上一个空的分析可知,lifepo4晶胞的化学式为li4fe4p4o16,那么li1-xfepo4晶胞的化学式为li3.25fe4p4o16,所以有1-x=即x=0.187 5。结合上一个空计算的结果可知,li1-xfepo4即li0.812 5fepo4;假设fe2+和fe3+