2023年秋高中化學(xué)選擇性必修2（蘇教版2023）分層作業(yè)9　金屬晶體（含解析）

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A級必備知識基礎(chǔ)練

1.關(guān)于鉀晶體(如圖所示)的結(jié)構(gòu)的敘述中正確的是()

A.其構(gòu)成微粒是鉀原子

B.晶胞是六棱柱

C.每個晶胞內(nèi)含2個原子

D.每個晶胞內(nèi)含6個原子

2.下列能夠表示出每個晶胞中所含實際微粒個數(shù)的面心立方晶胞的是()

3.金屬晶體中金屬原子有三種常見的堆積方式,六方最密堆積、面心立方最密堆積和體心立方堆積,下圖分別代表著三種晶體的晶體結(jié)構(gòu),其晶胞內(nèi)金屬原子個數(shù)比為()

A.1∶2∶1B.11∶8∶4

C.9∶8∶4D.9∶14∶9

4.最近發(fā)現(xiàn),只含鎂、鎳和碳三種元素的晶體竟然也具有超導(dǎo)性。該新型超導(dǎo)晶體的一個晶胞如圖所示,則該晶體的化學(xué)式為()

A.Mg2CNi3B.MgC2Ni

C.MgCNi2D.MgCNi3

5.科學(xué)家把C60和K摻雜在一起制造出的物質(zhì)具有超導(dǎo)性能,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。該物質(zhì)中K和C60的個數(shù)之比為()

A.1∶1B.2∶1

C.3∶1D.4∶1

6.現(xiàn)有四種晶體,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,其中化學(xué)式一定不屬于AB(或BA)型的是()

7.鐵有δ、γ、α三種晶體結(jié)構(gòu),以下依次是δ、γ、α三種鐵晶體在不同溫度下轉(zhuǎn)化的圖示。

δ-Feγ-Feα-Fe

下列有關(guān)說法正確的是()

A.鐵的δ、γ、α三種晶體互為同分異構(gòu)體

B.γ-Fe晶體為體心立方堆積

C.α-Fe晶體中,與每個Fe原子距離相等且最近的Fe原子有6個

D.δ-Fe晶體中,與每個Fe原子距離相等且最近的Fe原子有6個

8.根據(jù)要求回答下列問題:

(1)1183K以下純鐵晶體的基本結(jié)構(gòu)單元如圖1所示,1183K以上轉(zhuǎn)變?yōu)閳D2所示的基本結(jié)構(gòu)單元,在兩種晶體中最鄰近的鐵原子間距離相同。

圖1

圖2

圖3

①鐵原子的簡化電子排布式為;鐵晶體中鐵原子以鍵相互結(jié)合。

②在1183K以下的純鐵晶體中,一個晶胞中鐵原子數(shù)為;在1183K以上的純鐵晶體中,與鐵原子等距離且最近的鐵原子數(shù)為。

(2)銅的晶胞示意圖為圖3,晶胞中所含的銅原子數(shù)為。金屬銅晶胞的邊長為acm。又知銅的密度為ρg·cm-3,阿伏加德羅常數(shù)為。

B級關(guān)鍵能力提升練

9.硼和鎂形成的化合物刷新了金屬化合物超導(dǎo)的最高紀(jì)錄。如圖所示的是該化合物的晶體結(jié)構(gòu):鎂原子間形成正六棱柱,且棱柱的上、下底面還各有一個鎂原子;6個硼原子位于棱柱內(nèi)。則該化合物的化學(xué)式為()

A.MgBB.MgB2

C.Mg2BD.Mg3B2

10.釔鋇銅氧化合物晶胞的結(jié)構(gòu)如圖所示,則該化合物的化學(xué)式可能是()

A.YBa2Cu3O4

B.YBa2Cu2O5

C.YBa2Cu3O5

D.YBaCu4O4

11.釙(Po)是目前已知的稀有元素之一。金屬釙的晶胞沿x、y或z軸的投影如圖所示。下列說法錯誤的是()

A.構(gòu)成晶體的微粒間的作用力是金屬鍵

B.構(gòu)成該晶體的微粒是金屬離子和自由電子

C.若Po原子的半徑為r,則晶胞邊長為r

D.晶體中Po原子的配位數(shù)為6

12.鐵鎂合金是目前已發(fā)現(xiàn)的儲氫密度較高的儲氫材料之一,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。儲氫時,H2分子在晶胞的體心和棱的中心位置,且最近的兩個氫分子之間的核間距為anm,設(shè)NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說法錯誤的是()

A.鐵鎂合金晶胞中Fe原子數(shù)為4

B.Mg與Fe之間的最近核間距為anm

C.在鐵鎂合金晶體中,與鐵原子等距離且最近的鐵原子有12個

D.儲氫后的晶體密度為g·cm-3

13.[2023湖南師大附中期末]磷錫青銅合金廣泛用于儀器儀表中的耐磨零件和抗磁元件等。其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。已知晶胞參數(shù)為apm,下列說法不正確的是()

A.磷錫青銅的化學(xué)式為Cu3SnP

B.該晶胞中與Cu等距離且最近的Cu有4個

C.三種元素Cu、Sn、P在元素周期表中分別處于ds區(qū)、p區(qū)、p區(qū)

D.Sn和P原子間的最短距離為apm

14.金屬原子在空間按一定的方式堆積就形成了金屬晶體。

(1)下圖為二維平面晶體示意圖,所表示的化學(xué)式為AX3的是(填字母)。

a

b

(2)將等徑圓球在二維空間里進(jìn)行排列,可形成密置層和非密置層,在圖1所示的半徑相等的圓球的排列中,A屬于層,配位數(shù)是;B屬于層,配位數(shù)是。

圖1

圖2

(3)將非密置層一層一層地在三維空間里堆積,得到如圖2所示的一種金屬晶體的晶胞,它被稱為簡單立方堆積,在這種晶體中,金屬原子的配位數(shù)是,平均每個晶胞所占有的原子數(shù)目是。

(4)有資料表明,只有釙的晶體中的原子具有如圖2所示的堆積方式,釙位于元素周期表的第周期族,元素符號是,最外電子層的電子排布式是。

15.(1)在下圖中選擇:

①金屬鈉的晶胞模型是,每個晶胞含有個Na原子,每個Na原子周圍有個緊鄰的Na原子。

②金屬銅每個晶胞含有個Cu原子,每個Cu原子周圍有個緊鄰的Cu原子。

(2)在(1)題中的晶胞示意圖中把金屬原子抽象成質(zhì)點,而事實上在堆積模型中我們把金屬原子看成互相接觸的球體則更接近實際情況。對于簡單立方堆積的晶胞,“金屬球”在晶胞的棱心處接觸,設(shè)晶胞(立方體)的棱長為a,球的半徑為r,則a與r的關(guān)系是a=2r。

那么,在鉀型堆積模型中,“金屬球”應(yīng)在處接觸,則晶胞棱長a與球半徑r的關(guān)系是;晶胞的體積為;而該晶胞中擁有

個原子,故金屬原子所占的體積為,因此鉀型原子堆積的空間利用率為(寫出計算過程):。

C級學(xué)科素養(yǎng)拔高練

16.金是較稀有、較珍貴和極被人們看重的金屬之一,是一種非常重要的金屬。不僅是用于儲備和出資的特殊通貨,同時又是首飾業(yè)、電子業(yè)、現(xiàn)代通訊、航天航空業(yè)等部門的重要材料。

金晶體的最小重復(fù)單元(也稱晶胞)是面心立方體,如圖所示,即在立方體的8個頂點各有一個金原子,各個面的中心有一個金原子,每個金原子被相鄰的晶胞所共有。金原子的直徑為d,用NA表示阿伏加德羅常數(shù),M表示金的摩爾質(zhì)量。

(1)金晶體的每個晶胞中含有個金原子。

(2)欲計算一個晶胞的體積,除假定金原子是剛性小球外,還應(yīng)假定。

(3)一個晶胞的體積是。

(4)金晶體的密度是。

答案：

1.C解析構(gòu)成鉀晶體的微粒是K+和自由電子,其晶胞是體心立方晶胞,其中有8個頂點原子和1個體心原子,每個晶胞內(nèi)含有8×+1=2個原子。

2.B解析A項和B項是面心立方晶胞,其中B項是經(jīng)過切割后的面心立方晶胞,它能表示出此晶胞中所含微粒的實際數(shù)目,C項和D項是體心立方晶胞。

3.A解析根據(jù)切割法可推知,第1個為六方最密堆積的晶胞,此晶胞中有2個金屬原子;第2個為面心立方最密堆積的晶胞,此晶胞中有4個金屬原子;第三個為體心立方堆積的晶胞,此晶胞中有2個金屬原子。所以原子個數(shù)比為2∶4∶2,化簡為1∶2∶1,所以選A。

4.D解析Mg原子處于晶胞的頂點上,故有8×=1個;Ni原子處于晶胞的面心,故有6×=3個;C原子處于晶胞的體心,完全屬于該晶胞,故該晶體的化學(xué)式為MgCNi3。

5.C解析根據(jù)切割法可知,該晶胞中K的個數(shù)為2×6×=6,C60的個數(shù)為1+8×=2,所以該物質(zhì)中K和C60的個數(shù)之比為6∶2=3∶1。

6.C解析A項,晶胞中微粒A的個數(shù)為8×=1,微粒B的個數(shù)為1,則化學(xué)式可能為AB(或BA);B項,晶胞中微粒A的個數(shù)為4×,微粒B的個數(shù)為4×,則化學(xué)式可能為AB(或BA);C項,晶胞中微粒A的個數(shù)為8×=1,微粒B的個數(shù)為12×=3,則化學(xué)式可能為AB3(或B3A);D項,晶胞中微粒A的個數(shù)為8×+6×=4,微粒B的個數(shù)為1+12×=4,則化學(xué)式可能為AB(或BA)。

7.C解析同分異構(gòu)體是分子式相同而結(jié)構(gòu)不同的化合物的互稱,而鐵的三種不同晶體結(jié)構(gòu)中都只含有一種鐵元素,均為單質(zhì),A項錯誤;結(jié)合γ-Fe晶體的晶胞結(jié)構(gòu)可知其為面心立方堆積,B項錯誤;α-Fe晶體的堆積方式為簡單立方堆積,與每個Fe原子距離相等且最近的Fe原子有6個,C項正確;δ-Fe晶胞中,以體心的Fe原子為基準(zhǔn),則位于頂點的8個Fe原子到體心的Fe原子的距離相等且最近,D項錯誤。

8.答案(1)①[Ar]3d64s2金屬②212

(2)4mol-1

解析(1)②在1183K以下的純鐵晶體中,鐵原子個數(shù)為1+8×=2;在1183K以上的純鐵晶體中,與面心鐵原子等距離且最近的鐵原子有12個。

(2)1個銅的晶胞中含有4個銅原子。1個晶胞的體積為a3cm3;一個晶胞的質(zhì)量為a3ρg;由=a3ρg,得NA=mol-1。

9.B解析棱柱內(nèi)硼原子數(shù)為6,均屬于這個晶胞。鎂原子位于上、下面心(2個)及12個頂點,共有鎂原子數(shù)為2×+12×=3,則鎂、硼原子個數(shù)之比為1∶2,化學(xué)式為MgB2。

10.C解析晶胞中銅原子數(shù)為8×+8×=3;氧原子數(shù)為7×+6×=5;2個鋇原子和1個釔原子都在晶胞內(nèi),所以該晶體每個晶胞中含有的釔原子、鋇原子、銅原子和氧原子個數(shù)分別為1、2、3、5,化學(xué)式為YBa2Cu3O5。

11.C解析釙為金屬單質(zhì),屬于金屬晶體,所以微粒間的作用力為金屬鍵,A項正確;金屬鍵是由金屬陽離子和自由電子形成的,即構(gòu)成該晶體的微粒是金屬離子和自由電子,B項正確;根據(jù)投影圖可知Po晶體采用簡單立方堆積,棱上的兩個原子相切,所以若原子半徑為r,則晶胞邊長為2r,C項錯誤;Po晶體采用簡單立方堆積,Po原子的配位數(shù)為6,D項正確。

12.B解析由鐵鎂合金晶胞結(jié)構(gòu)可知,鐵原子處于面心和頂點位置,則鐵鎂合金晶胞中含有鐵原子數(shù)為8×+6×=4,A項正確;由題意可知,晶胞的一個面如圖所示:

最近的兩個氫分子之間的核間距為anm,則面對角線為2anm,晶胞的棱長為anm,晶胞體對角線為anm,Mg與Fe之間的最近核間距為anm,B項錯誤;與鐵原子等距離且最近的鐵原子有12個,C項正確;儲氫后的晶體化學(xué)式為FeMg2H2,晶體密度為g·cm-3,D項正確。

13.B解析根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)分析得到晶胞中原子個數(shù)分別為P:1,Sn:8×=1,Cu:6×=3,則磷錫青銅的化學(xué)式為Cu3SnP,故A正確;以面心的銅分析,該晶胞中與Cu等距離且最近的Cu有8個,故B錯誤;三種元素Cu、Sn、P的外圍電子排布分別為3d104s1、5s25p2、3s23p3,則三種元素在元素周期表中分別處于ds區(qū)、p區(qū)、p區(qū),故C正確;Sn和P原子間的最短距離為體對角線的一半即apm,故D正確。

14.答案(1)b

(2)非密置4密置6

(3)61

(4)6ⅥAPo6s26p4

解析(1)把四個環(huán)境相同的距離最近的白球或灰球連接,可以確定最小的重復(fù)單元,如圖兩例:

a圖中,灰球與白球的個數(shù)之比為1∶2;b圖中,灰球與白球的個數(shù)之比為1∶3。所以化學(xué)式為AX3的是b。

a

b

(2)A圖中,白球周圍直接與之相鄰的黑球數(shù)為4,即原子的配位數(shù)為4,屬于非密置層;B圖中,白球周圍直接與之相鄰的黑球數(shù)為6,即原子的配位數(shù)為6,屬于密置層。

(3)簡單立方晶體中,金屬原子的配位數(shù)是6(上下、左右、前后),平均每個晶胞占有的原子數(shù)為8×=1。

(4)釙位于第6周期,原子最外層有6個電子。

15.答案(1)①B28②412

(2)立方體體對角線的(或)r=aa32

πa3×100%=×100%≈68%

解析(1)①金屬鈉的堆積方式與金屬鉀的堆積方式相同,均為體心立方堆積,每個晶胞中含有2個鈉原子,其配位數(shù)是8。②金屬銅為面心立方堆積,每個晶胞中含有4個原子,配位數(shù)為12。

(2)鉀型堆積模型(如圖B),“金屬球”應(yīng)在立方體體對角線的(或)處接觸,若晶胞的棱長為a,則立方體體對角線為a,“金屬球”的半徑r=a,