高中化学第三章晶体结构与性质3金属晶体课时作业含解析新人教版选修3

1 金属晶体

时间：45分钟 满分：100分

一、选择题(每小题4分,共48分)

1．下列有关金属键的叙述中,错误的是( B )

A．金属键没有饱和性和方向性

B．金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用

C．金属键中的电子属于整块金属

D．金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关

解析：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”,被所有原子所共用,从而把所有的金属原子维系在一起,故金属键无饱和性和方向性；金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈作用,既包括金属阳离子与自由电子之间的静电吸引作用,也存在金属阳离子之间及自由电子之间的静电排斥作用；金属键中的电子属于整块金属；金属的性质及固体的形成都与金属键强弱有关。

2．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( D )

A．金属原子的价电子数较少

B．金属晶体中存在自由移动的电子

C．金属晶体的原子半径较大

D．金属键不具有方向性和饱和性

解析：金属晶体中微粒之间的作用力是金属键,金属键不具有方向性和饱和性,所以金属原子能以最紧密的方式堆积,故原子的配位数高,这样能充分利用空间。

3．下列能说明石墨具有分子晶体的性质的是( C )

A．晶体能导电 B．熔点高

C．硬度小 D．燃烧产物是CO2

解析：分子晶体具有硬度小、熔点低的特点,因此C项能说明石墨具有分子晶体的性质。A项晶体能导电是金属晶体的性质；B项熔点高是原子晶体的性质；D项燃烧产物是CO2只能说明石墨能燃烧,是碳单质的化学性质。

4．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 2 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。

5．钠钾合金在通常状况下呈液态,可作为原子反应堆的导热剂。以下是对钠钾合金具有导热性的主要原因的分析,其中正确的是( C )

A．钠钾合金的熔点很低 B．钠、钾原子的电离能都很小

C．钠钾合金中有自由电子 D．钠钾合金中有金属离子

解析：本题考查合金的性质与用途。钠钾合金以金属键相结合,钠钾合金的导热原理跟金属晶体相同。

6．下列有关金属晶体的说法中不正确的是( D )

A．金属晶体是一种“巨型分子”

B．“电子气”为所有原子所共有

C．简单立方堆积的空间利用率最低

D．体心立方堆积的空间利用率最高

解析：根据金属晶体的“电子气理论”,A、B选项都是正确的。金属晶体的堆积方式中空间利用率分别是：简单立方堆积52%,体心立方堆积68%,六方最密堆积和面心立方最密堆积均为74%。因此简单立方堆积的空间利用率最低,六方最密堆积和面心立方最密堆积的空间利用率最高,因此应选择D项。

7．下列叙述不正确的是( D )

A．金属键无方向性和饱和性,原子配位数较高

B．晶体尽量采取紧密堆积方式,以使其变得比较稳定

C．因为共价键有饱和性和方向性,所以原子晶体不遵循“紧密堆积”原理

D．金属铜和镁均以ABAB……方式堆积

解析：晶体一般尽量采取紧密堆积方式,但原子晶体中共价键具有饱和性和方向性,所以不遵循这一原理；Mg以ABAB……方式堆积,但Cu以ABCABC……方式堆积。

8．下列关于金属晶体的叙述正确的是( B )

A．用铂金做首饰不能用金属键理论解释

B．固态和熔融时易导电,熔点在1 000 ℃左右的晶体可能是金属晶体

C．Al、Na、Mg的熔点逐渐升高

D．温度越高,金属的导电性越好

解析：A项,用铂金做首饰利用了金属晶体的延展性,能用金属键理论解释。B项,金属晶体在固态和熔融时能导电,其熔点差异很大,故题设条件下的晶体可能是金属晶体。C项,一般来说,金属中单位体积内自由电子的数目越多,金属元素的原子半径越小,金属键越强,故金属键的强弱顺序为Al>Mg>Na,其熔点的高低顺序为Al>Mg>Na。D项,金属的导电性随温度的升高而降低,温度越高,其导电性越差。 3 9．金属钠晶体为体心立方晶胞(),晶胞的边长为a。假定金属钠原子为等径的刚性球,且晶胞中处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r为( B )

A.a2 B.3a4 C.3a2 D．2a

解析：如果沿着某一面的对角线对晶胞作横切面,可得如图所示的结构,其中AB为晶胞的边长,BC为晶胞的面对角线,AC为晶胞的体对角线。根据立方体的特点可知：BC＝2a,结合AB2＋BC2＝AC2得：r＝3a4。

10．下列说法正确的是( D )

A．钛和钾都采取图1的堆积方式

B．图2为金属原子在二维空间里的非密置层放置方式,此方式在三维空间里堆积仅得简单立方堆积

C．图3是干冰晶体的晶胞,在每个CO2周围距离最近且相等的CO2有8个

D．图4是一种金属晶体的晶胞,它是金属原子在三维空间以密置层采取ABCABC……堆积的结果

解析：钛采取图1的堆积方式,而钾采取体心立方堆积方式,A项错误；按照图2的非密置层放置方式,在三维空间里堆积可以得到2种堆积方式,一种是简单立方堆积,一种是体心立方堆积,B项错误；在干冰的晶胞中,每个二氧化碳分子周围距离最近且相等的二氧化碳分子有12个,C项错误；图4是金属原子在三维空间里以密置层采取ABCABC……堆积的结果, 4 为面心立方最密堆积,D项正确。

11．几种晶体的晶胞如图所示：

所示晶胞从左到右分别表示的物质正确的排序是( C )

A．碘、锌、钠、金刚石 B．金刚石、锌、碘、钠

C．钠、锌、碘、金刚石 D．锌、钠、碘、金刚石

解析：第一种晶胞为体心立方堆积,钾、钠、铁等金属采用这种堆积方式；第二种晶胞为六方最密堆积,镁、锌、钛等金属采用这种堆积方式；组成第三种晶胞的粒子为双原子分子,是碘；第四种晶胞的粒子结构为正四面体结构,为金刚石。

12．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、面心立方堆积和体心立方堆积,如图a、b、c分别代表这三种晶胞的结构,其晶胞内金属原子个数比为( A )

A．321 B．1184

C．984 D．21149

解析：本题考查晶胞中微粒数的计算,用均摊法。晶胞a中所含原子＝12×16＋2×12＋3＝6个,晶胞b中所含原子＝8×18＋6×12＝4个,晶胞c中所含原子＝8×18＋1＝2个。

二、填空题(共52分)

13．(8分)判断下列晶体类型。

①SiI4：熔点为120.5 ℃,沸点为271.5 ℃,易水解,为分子晶体。

②硼：熔点为2 300 ℃,沸点为2 550 ℃,硬度大,为原子晶体。

③硒：熔点为217 ℃,沸点为685 ℃,溶于氯仿,为分子晶体。

④锑：熔点为630.74 ℃,沸点为1 750 ℃,可导电,为金属晶体。

解析：①SiI4为低熔点化合物,为分子晶体；②晶体硼熔点高,硬度大,是典型的原子晶体；③硒熔、沸点低,易溶于CHCl3,为分子晶体；④锑可导电,为金属晶体。 5 14．(9分)(1)镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表,由荷兰菲利浦实验室首先研制出来。它的最大优点是容易活化,其晶胞结构如图所示。

它的化学式为LaNi5。

(2)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 )

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为74%

D．镁镍合金晶体的配位数为12

(3)《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。下列有关说法正确的是( B ) 6

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a cm,则图Ⅰ中合金的密度为261NAa3

g·cm－3

解析：(1)根据晶胞结构图可知,面心上的原子为2个晶胞所共有,顶点上的原子为6个晶胞所共有,棱上的原子为3个晶胞所共有,内部的原子为整个晶胞所共有,所以晶胞中La原子有3个,Ni原子有15个,则镧系合金的化学式为LaNi5。

(2)铜是面心立方堆积结构(如图所示),而A项中的图为六方最密堆积结构,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。故答案为A。

(3)图Ⅰ中,铜原子数为8×18＋2×12＝2,金原子数为4×12＝2,故化学式为CuAu。图Ⅱ中,铜原子数为8×18＝1,金原子数为6×12＝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a3 cm3,密度ρ＝mV＝2NA×(64＋197)÷a3 g·cm－3＝522NAa3 g·cm－3。

15．(11分)如下图所示为金属原子的四种基本堆积模型,请回答以下问题：

7

(1)以下原子堆积方式中,空间利用率最低的是A(在图中选择,填字母),由非密置层互相错位堆积而成的是B。

(2)金属铜的晶胞模型是C,每个晶胞含有4个Cu原子,每个Cu原子周围有12个紧邻的Cu原子。

解析：A为简单立方堆积,为非密置型,空间利用率最低。金属铜采取面心立方最密堆积,每个晶胞内含有的铜原子个数为8×18＋6×12＝4。取顶角上的一个铜原子观察,离它最近的铜原子共有12个。

16．(15分)铜是重要金属,Cu的化合物在科学研究和工业生产中具有许多用途,如CuSO4溶液常用作电解液、电镀液等。请回答以下问题：

(1)CuSO4可由金属铜与浓硫酸反应制备,该反应的化学方程式为Cu＋2H2SO4(浓)=====△CuSO4＋SO2↑＋2H2O。

(2)CuSO4粉末常用来检验一些有机物中的微量水分,其原因是白色无水硫酸铜可与水结合生成蓝色的CuSO4·5H2O。

(3)SO2－4的立体构型是正四面体,其中S原子的杂化轨道类型是sp3。

(4)元素金(Au)处于周期表中的第六周期,与Cu同族,Au原子价层电子的排布式为5d106s1；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,则该合金中Cu原子与Au原子的数量之比为31；该晶体中,原子之间的作用力是金属键。

(5)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,该晶体储氢后的化学式应为H8AuCu3。

解析：本题是对物质结构与性质的综合考查。包含铜元素相关性质的考查、硫酸根空间结构的考查、杂化轨道的考查、原子结构的考查、晶体结构及相关计算的考查等。(3)硫酸根中心原子的孤对电子数为6－2×4＋2＝0,成键电子对数为4,所以为正四面体结构,中心原子为sp3杂化。(4)由于是面心立方最密堆积,故晶胞内N(Cu)＝6×12＝3,N(Au)＝8×18＝1。(5)若将Cu原子与Au原子等同看待,可得储氢后的化学式为H8AuCu3。