高中化学第三章晶体结构与性质第三节金属晶体训练含解析新人教版选修3

第三节 金属晶体

课后篇素养形成

A组 定向稳固

定向稳固一、金属键和金属晶体

1.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,与金属阳离子的半径大小也有关,金属阳离子的半径越大,金属键越弱。据此判断以下金属熔点逐渐升高的是( )

A.Li Na K B.Na Mg Al

C.Li Be Mg D.Li Na Mg

解析Li、Na、K价电子数相同,金属阳离子半径逐渐增大,金属键逐渐减弱,熔点逐渐降低,A、D错误;Na、Mg、Al价电子数逐渐增多,金属阳离子半径逐渐减小,金属键逐渐增强,熔点逐渐升高,B正确;Be、Mg价电子数相同,金属阳离子半径逐渐增大,金属键逐渐减弱,熔点逐渐降低,C错误。

答案B

2.以下关于金属晶体的表达中,正确的选项是( )

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.金属晶体堆积密度大,能充分利用空间的原因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强烈作用,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用最密堆积,尽量充分利用空间,C项正确。

答案C

3.以下晶体中,金属阳离子与自由电子间的作用最强的是( )

A.Na B.Mg C.Al

D.K

解析Na、Mg、Al均位于第三周期,原子半径逐渐减小,价电子数目逐渐增多,所以金属键逐渐增强,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。 答案C

4.以下关于金属晶体的说法正确的选项是( )

A.用铂金做首饰不能用金属键理论解释

B.不同金属晶体中金属键的强度不同

C.Li、Na、K的熔点逐渐升高

D.金属导电和熔融电解质导电的原理一样

解析用铂金做首饰,主要是因为铂金具有金属光泽,金属具有光泽是因为金属中的自由电子能够吸收可见光,可用金属键理论解释,A错误;不同金属晶体原子半径大小不同,金属键的强度不同,B正确;碱金属元素原子的半径越大,金属键越弱,那么其单质的熔、沸点越低,故熔点:Li>Na>K,C错误;金属导电依靠的是自由移动的电子,熔融电解质导电依靠的是自由移动的离子,二者导电原理不一样,D错误。

答案B

定向稳固二、金属晶体的原子堆积模型

5.某金属晶体中(如碱金属)原子堆积方式如下图,那么该堆积方式是( )

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.金属晶体的堆积方式、空间利用率和配位数关系正确的选项是( )

A.钋Po——简单立方堆积——52%——6

B.钠Na——体心立方堆积——74%——12

C.锌Zn——六方最密堆积——68%——8

D.银Ag——面心立方最密堆积——68%——12

解析B项体心立方堆积空间利用率为68%,配位数为8;C项中Zn为六方最密堆积,空间利用率为74%,配位数为12;D项中Ag为面心立方最密堆积,空间利用率为74%,配位数为12;A项堆积方式、空间利用率和配位数均正确。

答案A

7.金晶体的最小重复单元(也称晶胞)是面心立方体,如下图,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表示阿伏加德罗常数,M表示金的摩尔质量。 (1)金晶体的每个晶胞中含有个金原子。

(2)欲计算一个金晶胞的体积,除假定金原子是刚性小球外,还应假定。

(3)一个晶胞的体积是。

(4)金晶体的密度是。

解析(1)由题中对金晶体晶胞的表达,可求出每个晶胞中所拥有的金原子个数,即8×18+6×12=4。

(2)金原子的排列是紧密堆积形式的,每个面心的原子和四个顶点的原子要相互接触。

(3)右图是金晶胞中原子之间相互位置关系的平面图,AC为金原子直径的2倍,AB为立方体的边长,由图可得,立方体的边长为√2d,所以一个晶胞的体积为(√2d)3=2√2d3。

(4)一个晶胞的质量等于4个金原子的质量,所以ρ=4𝑀𝑀A·2√2𝑀3=√2𝑀𝑀A𝑀3。

答案(1)4 (2)每个面心的原子和四个顶点的原子相互接触 (3)2√2d3 (4)√2𝑀𝑀A𝑀3

B组 综合提升

1.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,如图甲、乙、丙分别代表这三种堆积方式的结构,其晶胞内金属原子个数比为( )

A.1∶2∶1 B.3∶2∶1

C.9∶8∶4

D.21∶14∶9

解析由均摊法可知,甲晶胞内金属原子的个数为3+2×12+12×16=6,乙晶胞内金属原子的个数为6×12+8×18=4,丙晶胞内金属原子的个数为1+8×18=2,那么甲、乙、丙三种堆积方式的晶胞内金属原子个数比为3∶2∶1。

答案B

2.某固体仅由一种元素组成,其密度为5.0 g·cm-3,用X-射线研究该固体的结构时得知:在边长1×10-7 cm 的正方体中含有20个原子,那么此元素的相对原子质量最接近以下数据中的( )

A.32 B.120 C.150 D.180

解析M=Vm·ρ=(1×10-7cm)320×6.02×1023mol-1×5.0g·cm-3≈150g·mol-1,故Mr=150。

答案C

3.金属钠的晶胞为体心立方晶胞,实验测得钠的密度为ρ(g·cm-3)。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小球且处于体对角线上的三个球相切。那么钠原子的半径r(cm)为( ) A.√2𝑀𝑀A𝑀3 B.√3√2𝑀𝑀A𝑀3

C.√34√2𝑀𝑀A𝑀3 D.12√2𝑀𝑀A𝑀3

解析该晶胞中实际含钠原子2个,晶胞边长为4×𝑀√3,那么ρ=2×𝑀𝑀A×(4×𝑀√3)3,进一步化简后可得答案。

答案C

4.有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如下图,有关说法正确的选项是( )

A.①为简单立方堆积,②为六方最密堆积,③为体心立方堆积,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,③2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

解析①为简单立方堆积,②为体心立方堆积,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项错误;每个晶胞含有的原子数分别为①8×18=1,②8×18+1=2,③8×18+1=2,④8×18+6×12=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项错误;四种晶体的空间利用率中,简单立方堆积的空间利用率最低,而六方最密堆积和面心立方最密堆积的空间利用率最高且相等,故四者的顺序应为④=③>②>①,所以D项错误。

答案B

5.(1)元素金(Au)处于周期表中的第六周期,与Cu同族,一种铜金合金晶体具有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,那么该合金中Cu原子与Au原子数目之比为;该晶体中,原子之间的相互作用是。

甲

(2)某钙钛型复合氧化物如图甲所示,以A原子为晶胞的顶点,A位可以是Ca、Sr、Ba或Pb,当B位是V、Cr、Mn、Fe等时,这种化合物具有CMR效应。

①用A、B、O表示这类特殊晶体的化学式:。

②La为+3价,当被钙等二价元素A替代时,可形成复合钙钛矿化合物La1-xAxMnO3(x<0.1),此时一局部锰转变为+4价,导致材料在某一温度附近有反铁磁—铁磁、铁磁—顺磁及金属—半导体的转变,那么La1-xAxMnO3中三价锰与四价锰的物质的量之比为。

乙

③以下有关说法正确的选项是。

A.镧、锰、氧分别位于周期表f、d、p区 B.氧元素的第一电离能比氮元素的第一电离能大

C.锰的电负性为1.59,铬的电负性为1.66,说明锰的金属性比铬强

D.铬的堆积方式与钾相同,那么其堆积方式如图乙所示

答案(1)3∶1 金属键

(2)①ABO3②(1-x)∶x③AC

6.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微观结构示意图。

请答复以下问题:

(1)写出基态镍原子的核外电子排布式:。

(2)钛金属晶体的原子堆积方式如图甲所示,那么每个钛原子周围有个紧邻的钛原子。

(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,1 mol镧形成的该合金能储存 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a cm。顶点位置被Ti4+所占据,体心位置被Ba2+所占据,所有棱心位置被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,其分子的立体构型为。

②写出该晶体的化学式:。

③假设该晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,那么a= 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堆积方式可知,属于六方最密堆积,原子配位数为12,即每个钛原子周围有12个紧邻的钛原子。

(3)根据某合金储氢后的晶胞结构示意图可知该合金中含有La:8×18=1、Ni:8×12+1=5,所以化学式是LaNi5;1mol该合金吸附氢气的物质的量是8mol×14+2mol×12=3mol。

(4)①该晶体中的O元素与H元素形成的化合物H2O的中心原子O原子的杂化类型为sp3杂化,其分子立体构型为V形;②根据晶胞结构示意图可知,Ba:1、Ti:8×18=1、O:12×14=3,所以该晶体的化学式是BaTiO3;③由于晶胞为立方体,边长为acm,一个晶胞中含有一个BaTiO3,假设