2021-2022年新教材高中化学课时检测11金属晶体离子晶体（含解析）选择性必修2

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.下列晶体属于离子晶体且阴、阳离子的空间结构相同的是 ()A.NH4NO3 B.Si3N4 C.NH4ClO4 D.H3PO【解析】选C。NH4NO3是离子晶体,其中阳离子铵根为正四面体形,硝酸根为平面三角形,故A错误;Si3N4为共价晶体,故B错误;NH4ClO4是离子晶体,其中阳离子铵根为正四面体形,高氯酸根为正四面体形,故C正确;H3PO4属于分子晶体,故D错误。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.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:NaF>NaCl>NaBr>NaIC.硬度:MgO>CaO>BaOD.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.(2021·淄博高二检测)如图所示是金属钠的晶胞示意图,该晶胞平均含有的钠原子数是 ()A.9B.5C.3D.2【解析】选D。根据均摊法进行计算,该晶胞平均含有的钠原子数是×8+1=2。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923kJ·mol1、786kJ·mol1,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.(双选)(2021·菏泽高二检测)甲、乙、丙三种离子晶体的晶胞如图所示,下列说法正确的是 ()A.甲的化学式(X为阳离子)为X2YB.乙中A、B、C三种微粒的个数比是1∶3∶1C.丙是CsCl晶体的晶胞D.乙中与A距离最近且相等的B有8个【解析】选A、B。据图可知,Y位于立方体的4个顶点,根据均摊法,Y的个数为4×=,X位于体心,X的个数为1,X和Y的个数比为2∶1,所以甲的化学式为X2Y,故A正确;据图可知,A位于8个顶点,根据均摊法,A的个数为8×=1,B位于6个面心,B的个数为6×=3,C位于体心,个数为1,则A、B、C的个数比为1∶3∶1,故B正确;在CsCl晶胞里,每个离子周围可吸引8个带异性电荷的离子,正负离子配位数均为8,所以丙不是CsCl的晶胞,故C错误;乙中A位于立方体的顶点,B位于面心,在以A为中心的3个平面的4个B都和A距离相等且距离最近,所以这样的B有12个,故D错误。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CsCl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2973K时熔化,而氯化钠在1074K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/K12661534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MgF2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6∶4∶2=3∶2∶1。(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)3∶2∶1(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.6.4gCaC2晶体中含阴离子0.1molD.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2×4+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;6.4gCaC2的物质的量为0.1mol,CaC2晶体中的阴离子为,则含阴离子的物质的量为0.1mol,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0.4665nm,阿伏加德罗常数的值为NA,则Li2O的密度为________g·cm3(列出计算式)。

(2)FeS2晶体的晶胞如图所示。晶胞边长为anm,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________g·cm3;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8,1cm=107nm,代入密度公式计算可得Li2O的密度为g·cm3。(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×4g÷(a×10-7cm)3=×1021g·cm3。根据晶胞结构,所形成的正八面体的边长为该晶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anm。答案:(1)(2)×1021a15.(10分)(2020·全国Ⅰ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/(kJ·mol1)Li520Be900B801Na496Mg738Al578(3)磷酸根离子的空间构型为____________,其中P的价层电子对数为________、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Li1xFePO4,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4∶5;(2)同主族元素,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ⅡA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ⅢA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,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,Li1xFePO4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Li1xFePO4晶胞的化学式为Li3.25Fe4P4O16,所以有1x=即x=0.1875。结合上一个空计算的结果可知,Li1xFePO4即Li0.8125Fe