高二化学物质结构与性质课时作业18321 金属晶体.docx

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高二化学物质结构与性质课时作业18321金属晶体

第2节　金属晶体与离子晶体

第1课时　金属晶体

题组1　金属晶体的结构与物理性质

1．金属的下列性质中，与自由电子无关的是（　　）

A．密度大小B．容易导电

C．延展性好D．易导热

[答案]　A

[解析]　密度大小与自由电子无关，A符合题意；容易导电，是由于自由电子的定向移动形成电流，B不符合题意；金属发生形变时自由电子仍然可以在金属离子之间流动，使金属不会断裂，C不符合题意；金属内自由电子和金属阳离子发生碰撞，所以易导热，D不符合题意。

2．下列叙述中错误的是（　　）

A．金属单质或其合金在固态和液态时都能导电

B．晶体中存在离子的一定是离子晶体

C．金属晶体中的自由电子为整块晶体所共有

D．钠比钾的熔点高是因为钠中金属阳离子与自由电子之间的作用力强

[答案]　B

[解析]　离子晶体中存在阴、阳离子，而在金属晶体中存在金属阳离子和自由电子，所以B错误；自由电子在整块金属中可自由移动，为整块晶体所共有，所以C正确；金属晶体的熔点高低取决于金属键的强弱，金属键越强，金属晶体的熔点越高，反之，越低，所以D正确。

3．（2019·江苏盐城期中）下列关于金属性质和原因的描述不正确的是（　　）

A．金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与金属键没有关系

B．金属具有良好的导电性，是因为金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了“电子气”，在外电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流

C．金属具有良好的导热性能，是因为自由电子通过与金属离子发生碰撞，传递了能量

D．金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金属键

[答案]　A

[解析]　金属中的自由电子吸收了可见光，又把各种波长的光大部分再反射出来，因而金属一般显银白色光泽；金属具有导电性是因为在外加电场作用下，自由电子定向移动形成电流；金属具有导热性是因为自由电子受热后，与金属离子发生碰撞，传递能量；良好的延展性是因为原子层滑动，但金属键未被破坏。

4．下列对各物质性质的比较中正确的是（　　）

A．熔点：

Li＜Na＜K

B．导电性：

Ag＞Cu＞Al＞Fe

C．密度：

Na＞Mg＞Al

D．空间利用率：

钾型＜镁型＜铜型

[答案]　B

[解析]　按Li、Na、K的顺序，金属键逐渐减弱，熔点逐渐降低，A项错；按Na、Mg、Al的顺序，密度逐渐增大，C项错；不同堆积方式的金属晶体空间利用率：

简单立方为52%，钾型为68%，镁型和铜型均为74%，D项错；常用的金属导体中，导电性最好的是银，其次是铜，再次是铝、铁，B项正确。

5．按下列四种有关性质的叙述，可能属于金属晶体的是（　　）

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．固体和熔融状态不导电，但溶于水后可能导电

[答案]　B

[解析]　在固态和熔融状态能导电的晶体是金属晶体。

题组2　金属晶体的结构型式

6．金属晶体堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间的原因是（　　）

A．金属原子的价电子数少

B．金属晶体中有“自由电子”

C．金属原子的原子半径大

D．金属键没有饱和性和方向性

[答案]　D

[解析]　这是因为借助于没有方向性和饱和性的金属键形成的金属晶体的结构中，都趋向于使原子吸引尽可能多的其他原子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。

7．已知某金属单质（如碱金属）晶体中原子堆积方式如图所示，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

[答案]　B

8.关于钾型晶体（如下图所示）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

[答案]　C

[解析]　钾型晶体的晶胞为立方体，是非密置层的一种堆积方式，其中有8个顶点原子和1个体心原子，晶胞内含有8×

＋1＝2个原子，选项C正确。

9．镁系合金是最早问世的合金之一，经X射线衍射实验分析得镁铜合金为面心立方结构，镁镍合金为六方最密堆积。

镁系合金的优点是价格较低，缺点是要加热到250℃以上时才释放出氢气。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．金属铜的晶胞结构为

B．已知钛和镁的堆积方式相同，均为六方最密堆积，则其堆积方式为

C．镁铜合金晶体的原子空间利用率与镁镍合金相等

D．镁镍合金晶体的配位数为12

[答案]　A

[解析]　铜是面心立方最密堆积（结构如图所示），而A项中的图为六方最密堆积，A项不正确；钛和镁晶体是按“…ABAB…”的方式堆积，B项正确；面心立方最密堆积和六方最密堆积的配位数均为12，空间利用率均为74%，C、D项正确。

10．《X射线金相学》中记载关于铜与金可形成两种有序的金属互化物，其结构如图Ⅰ、Ⅱ所示。

下列有关说法正确的是（　　）

A．图Ⅰ、Ⅱ中物质的化学式相同

B．图Ⅱ中物质的化学式为CuAu3

C．图Ⅱ中与每个铜原子紧邻的铜原子有3个

D．设图Ⅰ中晶胞的边长为acm，则图Ⅰ中合金的密度为

g·cm－3

[答案]　B

[解析]　图Ⅰ中，铜原子个数为8×

＋2×

＝2，金原子个数为4×

＝2，故化学式为CuAu。

图Ⅱ中，铜原子个数为8×

＝1，金原子个数为6×

＝3，故化学式为CuAu3。

图Ⅱ中，铜原子位于立方体的顶点，故紧邻的铜原子有6个。

图Ⅰ中，铜原子、金原子各为2个，晶胞的体积为a3cm3，密度ρ＝

＝[

×（64＋197）÷a3]g·cm－3＝

g·cm－3。

11．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如下图所示，有关说法正确的是（　　）

A．①为简单立方堆积，②为六方最密堆积，③为体心立方密堆积，④为面心立方最密堆积

B．每个晶胞含有的原子数分别为①1个，②2个，③6个，④4个

C．晶胞中原子的配位数分别为①6，②8，③8，④12

D．空间利用率的大小关系为①<②<③<④

[答案]　B

[解析]　①为简单立方堆积，②为体心立方密堆积，③为六方最密堆积，④为面心立方最密堆积，②与③判断有误，A项不正确；每个晶胞中含有的原子个数分别为①8×

＝1，②8×

＋1＝2，③12×

＋2×

＋3＝6，④8×

＋6×

＝4，B项正确；晶胞③中原子的配位数应为12，其他判断正确，C项不正确；四种晶体的空间利用率分别为52%、68%、74%、74%，所以D项不正确，应为④＝③>②>①。

12．铁有δ、γ、α三种晶体结构，以下依次是δ、γ、α三种晶体在不同温度下转化的示意图。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．δFe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有8个

B．γFe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有12个

C．αFe晶胞边长若为acm，γFe晶胞边长若为bcm，则两种晶体密度比为b3∶a3

D．将铁加热到1500℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型不相同

[答案]　C

[解析]　δFe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有8个；γFe晶体中与每个铁原子距离相等且最近的铁原子有12个；若αFe晶胞边长为acm，γFe晶胞边长为bcm，则两种晶体密度比为b3∶2a3；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。

13．金属晶体的原子堆积方式常有以下四种方式，请认真观察模型回答下列问题：

（1）四种堆积模型的堆积名称依次是________________、________________、________________、体心立方堆积。

（2）图2与图3两种堆积方式中金属原子的配位数______（填“相同”或“不相同”），图3的表示符号为________。

（3）采用图4堆积方式的金属的配位数是________。

（4）金属镁和铜分别采取上述图示的________、________（填“图1”“图2”“图3”或“图4”）。

[答案]　

（1）简单立方堆积　A3型最密堆积　A1型最密堆积　

（2）相同　…ABCABC…　（3）8　（4）图2　图3

14．铜和金可形成合金，请回答下列问题：

（1）金属铜采取如图所示的堆积方式，可称为________________堆积，则Cu晶体中Cu原子的配位数为________。

（2）元素金（Au）处于周期表中的第6周期，与Cu同族，Au原子最外层电子排布式为________；一种铜金合金晶体具有面心立方最密堆积的结构，在晶胞中Cu原子处于面心、Au原子处于顶点位置，则该合金中Cu原子与Au原子数量之比为________；该晶体中，原子之间的作用力是________，若该晶胞的边长为acm，则该合金密度为______g·cm－3（阿伏加德罗常数的值为NA）。

（3）上述晶体具有储氢功能，氢原子可进入到由Cu原子与Au原子构成的四面体空隙中。

若将Cu原子与Au原子等同看待，该晶体储氢后的晶胞结构与CaF2的结构相似，该晶体储氢后的化学式应为________。

[答案]　

（1）面心立方最密　12

（2）6s1　3∶1　金属键　

（3）H8AuCu3

[解析]　

（1）Cu为面心立方最密堆积方式，Cu原子周围最近且距离相等的Cu原子为12个，则Cu的配位数为12。

（2）Au原子最外层电子排布式可类比Cu，只是电子层多两层，由于该合金晶体是面心立方最密堆积结构，晶胞内N（Cu）＝6×

＝3，N（Au）＝8×

＝1；1个晶胞质量为

g，则ρ＝

g·cm－3。

（3）CaF2晶胞中含有Ca2＋：

8×

＋6×

＝4个，含F－8个，所以氢原子在晶胞内有8个，可以得储氢后的化学式为H8AuCu3。

15．用X射线研究某金属晶体，测得在边长为360pm的立方晶胞中含有4个金属原子，此时金属的密度为9.0g·cm－3。

试回答：

（1）此金属晶体属于________堆积。

（2）每个晶胞的质量是________g。

（3）此金属的相对原子质量为________。

（4）此原子的原子半径（pm）为________。

[答案]　

（1）面心立方最密　

（2）4.2×10－22　（3）63.21

（4）127.28pm

[解析]　

（1）根据题意，此金属晶胞属于面心立方晶胞类型（如图所示）

，

一个晶胞所含有的金属原子个数＝8×

＋6×

＝4。

（2）根据晶胞的边长为360pm，可得晶胞的体积为（3.6×10－8）3cm3。

根据质量＝密度×体积，可得晶胞的质量＝9.0g·cm－3×（3.6×10－8）3cm3≈4.2×10－22g。

（3）金属的相对原子质量＝NA×原子的质量＝6.02×1023×4.2×10－22÷4＝63.21。

（4）在面心立方晶胞中，晶胞的边长＝

，因此，该金属原子的原子半径＝

×360pm≈127.28pm。