2024-2025学年高中化学第3章晶体结构与性质第3节金属晶体作业含解析新人教版选修3

PAGE7-第3节金属晶体A级·基础巩固练一、选择题1．金属原子在二维空间里的放置有如图所示的两种方式，下列说法中正确的是(C)A．图a为非密置层，配位数为6B．图b为密置层，配位数为4C．图a在三堆空间里积累可得六方最密积累和面心立方最密积累D．图b在三维空间里积累仅得简洁立方积累解析：金属原子在二维空间里有两种排列方式，一种是密置层排列，一种是非密置层排列。密置层排列的空间利用率高，原子的配位数为6，非密置层的配位数较密置层小，为4。由此可知，上图中a为密置层，b为非密置层。密置层在三维空间积累可得到六方最密积累和面心立方最密积累两种积累模型，非密置层在三维空间积累可得简洁立方积累和体心立方积累两种积累模型。所以，只有C选项正确。2．下列关于金属晶体的叙述中，正确的是(C)A．温度越高，金属的导电性越强B．常温下，金属单质都以金属晶体形式存在C．金属晶体积累密度大，能充分利用空间的缘由是金属键没有饱和性和方向性D．金属阳离子与自由电子之间的剧烈作用，在外力作用下会发生断裂，故金属无延展性解析：温度高，金属离子的热运动加快，对自由电子的移动造成阻碍，导电性减弱，A项错；常温下，Hg为液态，不属于晶体形态，B项错；金属键无方向性和饱和性，在外力作用下，一般不会断裂，即金属具有延展性，D项错；正是因为金属键无方向性和饱和性，所以金属晶体中的金属原子一般采纳最密积累，尽量充分利用空间，C项正确。3．下列晶体中，金属阳离子与自由电子间的作用最强的是(C)A．Na B．MgC．Al D．K解析：Na、Mg、Al均位于第三周期，原子半径渐渐减小，价电子数目渐渐增多，所以金属键渐渐增加，即铝的金属键最强，钠的金属键最弱，而K和Na位于同一主族，且K的半径比Na的大，钾的金属键比钠的弱。4．下列四种叙述，可能为金属晶体性质的是(B)A．由分子间作用力结合而成，熔点低B．固体或熔融后易导电，熔点在1000℃左右C．由共价键结合成网状结构，熔点高D．固体不导电，但溶于水或熔融后能导电解析：由分子间作用力结合而成，熔点低是分子晶体的性质，A错；固体能导电是金属晶体的特性，B对、D错，由共价键结合成网状结构，熔点高为原子晶体的性质，C错。5．已知某金属晶体中(如碱金属)原子积累方式如图所示，则该积累方式是(B)A．简洁立方积累 B．体心立方积累C．六方最密积累 D．面心立方最密积累解析：将非密置层上层金属填充在下层金属形成的凹槽中，属于体心立方积累。6.金属钠晶体为体心立方晶格(如图)，试验测得钠的密度为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刚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(C)A．eq\r(3,\f(2a,NAρ)) B．eq\r(3)·eq\r(3,\f(2a,NAρ))C．eq\f(\r(3),4)·eq\r(3,\f(2a,NAρ)) D．eq\f(1,2)·eq\r(3,\f(2a,NAρ))解析：该晶胞中实际含钠原子2个，晶胞边长为eq\f(4×r,\r(3))，则ρ＝eq\f(2×a,NA×\f(4×r,\r(3))3)，进一步化简后可得答案。7．下列有关化学键、氢键和范德华力的叙述中，不正确的是(D)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相互作用，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解析：氢键既可以存在于分子间(如水、乙醇、甲醇、液氨等)，也可以存在于分子内，所以应选择D选项。8．金属晶体的积累方式、空间利用率和配位数关系正确的是(A)A．钋Po——简洁立方积累——52%——6B．钠Na——体心立方积累——74%——12C．锌Zn——六方最密积累——68%——8D．银Ag——面心立方最密积累——68%——12解析：B项体心立方积累空间利用率为68%，配位数为8；C项中Zn为六方最密积累，空间利用率为74%，配位数为12；D项中Ag为面心立方最密积累，空间利用率为74%，配位数为12；A项积累方式、空间利用率和配位数均正确。二、非选择题9．金属晶体中金属原子主要有三种常见的积累方式：体心立方积累、面心立方积累和六方积累，其结构单元分别如下图甲、乙、丙所示：(1)甲、乙、丙三种结构单元中，金属原子个数之比为__1∶2∶3__。(2)如图为高温超导体领域里的一种化合物——钙钛矿晶体结构。该结构是具有代表性的最小重复单元。①在该晶体中，每个钛原子四周与它最近且距离相等的钛原子共有__6__个，若将之连接，则呈__正八面体__形态。②该晶体结构中，氧、钛、钙的原子个数之比为__3︰1︰1__。解析：(1)甲晶胞中所含金属原子数为8×eq\f(1,8)＋1＝2；乙晶胞中所含金属原子数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4；丙晶胞中所含金属原子数为12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＋3＝6。(2)①钛原子位于立方体的8个顶点上，与一个钛原子等距离的钛原子有6个，呈正八面体形态。②该晶体结构中钙原子数为1，钛原子数为8×eq\f(1,8)＝1，氧原子数为12×eq\f(1,4)＝3，故氧、钛、钙的原子个数之比为3∶1∶1。10．回答下列问题：(1)金属晶体的构成微粒是__金属离子和自由电子__，微粒间的相互作用称为__金属键__。这种作用力越强，晶体的熔、沸点越__高__，硬度越__大__。(2)金属键的强弱与金属价电子数的多少有关，价电子数越多，金属键越强；与金属原子的半径大小也有关，金属原子半径越大，金属键越弱。据此推断下列金属熔点渐渐上升的是__B__。A．Li、Na、K B．Na、Mg、AlC．Li、Be、Mg D．Li、Na、Mg(3)已知下列金属晶体：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au其积累方式为①简洁立方积累的是__Po__。②体心立方积累的是__Na、K、Fe__。③六方最密积累的是__Mg、Zn__。④面心立方最密积累的是__Cu、Au__。B级·实力提升练一、选择题1．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及配位数分别是(D)A．14、6 B．14、8C．4、8 D．4、12解析：在Cu的晶胞中，顶角原子为8个晶胞共用，面上的铜原子为两个晶胞共用，因此，金属铜的一个晶胞的原子数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4。在Cu的晶胞中，与每个Cu原子距离相等的铜原子共有12个，因此其配位数为12。2．下图为金属镉的积累方式，下列说法正确的是(D)A．此积累方式属于非最密积累B．此晶胞类型为面心立方积累C．配位数(一个金属离子四周紧邻的金属离子的数目)为8D．镉的积累方式与铜的积累方式不同解析：据图可看出，镉的积累方式为“…ABAB…”形式，为A3型积累，即六方最密积累，而铜的积累方式为面心立方最密积累，故A、B两项错误，D项正确；六方最密积累的配位数为12，中间一层为6个，上下两层各有3个，C项错误。3．某固体仅由一种元素组成，其密度为5.0g·cm－3，用X－射线探讨该固体的结构时得知：在边长1×10－7cm的正方体中含有20个原子，则此元素的相对原子质量最接近下列数据中的(C)A．32 B．120C．150 D．180解析：M＝Vm·ρ＝eq\f(1×10－7cm3,20)×6.02×1023mol－1×5.0g·cm－3≈150g·moI－1，故Mr＝150。4．如图所示，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(C)δ－Feeq\o(,\s\up7(1394℃),\s\do5())γ－Feeq\o(,\s\up7(912℃),\s\do5())α－FeA．δ－Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个B．α－Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个C．若δ－Fe晶胞边长为acm，α－Fe晶胞边长为bcm，则两种晶体密度比为b3∶a3D．将铁加热到1500℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型不同解析：本题考查晶胞结构。由题图知，δ－Fe晶体中与铁原子等距离且最近的铁原子有8个，A项正确；一个δ－Fe晶胞占有2个铁原子，一个α－Fe晶胞占有1个铁原子，故两者密度比为eq\f(2×56,a3)∶eq\f(1×56,b3)＝2b3∶a3，C项错误；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项正确。5．有四种不同积累方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是(B)A．①为简洁立方积累，②为六方最密积累，③为体心立方积累，④为面心立方最密积累B．每个晶胞含有的原子数分别为①1个，②2个，③2个，④4个C．晶胞中原子的配位数分别为①6，②8，③8，④12D．空间利用率的大小关系为①<②<③<④解析：①为简洁立方积累，②为体心立方积累，③为六方最密积累，④为面心立方最密积累，②与③推断有误，A项错误；每个晶胞含有的原子数分别为①8×eq\f(1,8)＝1，②8×eq\f(1,8)＋1＝2，③8×eq\f(1,8)＋1＝2，④8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，B项正确；晶胞③中原子的配位数应为12，其他推断正确，C错；四种晶体的空间利用率中，简洁立方积累的空间利用率最低，而六方最密积累和面心立方最密积累的空间利用率最高且相等，故四者的依次应为④＝③>②>①，所以D项不正确。二、非选择题6．金晶体的最小重复单元(也称晶胞)是面心立方体，如图所示，即在立方体的8个顶点各有一个金原子，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表示阿伏伽德罗常数，M表示金的摩尔质量。请回答下列问题：(1)金晶体每个晶胞中含有__4__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__金属原子间相接触，即相切__。(3)一个晶胞的体积是__2eq\r(2)d3__。(4)金晶体的密度是__eq\f(\r(2)M,d3NA)__。解析：利用均摊法解题，8个顶点上每个金原子有eq\f(1,8)属于该晶胞，6个面上每个金原子有eq\f(1,2)属于该晶胞，故每个晶胞中金原子个数＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4。假设金原子间相接触，则有正方形的对角线为2d。正方形边长为eq\r(2)d。所以V晶＝(eq\r(2)d)3＝2eq\r(2)d3，Vm＝eq\f(V晶,4)NA＝eq\f(\r(2),2)d3NA，所以ρ＝eq\f(M,Vm)＝eq\f(\r(2)M,d3NA)。7．钛(Ti)、钒(V)、镍(Ni)、镧(La)等在储氢材料方面具有广泛的用途。图甲、乙、丙是一些晶体材料的结构示意图。请回答下列问题：(1)写出基态镍原子的核外电子排布式：__1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2)__。(2)钛金属晶体的原子积累方式如图甲所示，则每个钛原子四周有__12__个紧邻的钛原子。(3)镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表。某合金储氢后的晶胞如图乙所示，该合金的化学式为__LaNi5__，1mol镧形成的该合金能储存__3__mol氢气。(4)嫦娥三号卫星上的PTC元件(热敏电阻)的主要成分——钡钛矿晶体的晶胞结构如图丙所示，该晶体经X－射线分析鉴定，重复单位为立方体，边长为acm。顶点位置被Ti4＋所占据，体心位置被Ba2＋所占据，全部棱心位置被O2－所占据。①该晶体中的O元素与H元素形成的化合物的中心原子的杂化类型为__sp3杂化__，其分子的立体构型为__V形__。②写出该晶体的化学式：__BaTiO3__。③若该晶体的密度为ρg·cm－3，阿伏伽德罗常数的值为NA，则a＝__eq\r(3,\f(233,ρNA))__cm。解析：(1)Ni是28号元素，其原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。(2)由钛金属晶体的原子积累方式可知，属于六方最密积累，原子配位数为12，即每个钛原子四周有12个紧邻的钛原子。(3)依据某合金储氢后的晶胞结构示意图可知该合金中含有La：8×eq\f(1,8)＝1、Ni：8×eq\f(1,2)＋1＝5，所以化学式是LaNi5；1mol该合金吸附氢气的物质的量是8mol×eq\f(1,4)＋2mol×eq\f(1,2)＝3mol。(4)①该晶体中的O元素与H元素形