2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第3章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第3節(jié)金屬晶體作業(yè)含解析新人教版選修3

PAGE7-第3節(jié)金屬晶體A級·基礎(chǔ)鞏固練一、選擇題1．金屬原子在二維空間里的放置有如圖所示的兩種方式，下列說法中正確的是(C)A．圖a為非密置層，配位數(shù)為6B．圖b為密置層，配位數(shù)為4C．圖a在三堆空間里積累可得六方最密積累和面心立方最密積累D．圖b在三維空間里積累僅得簡潔立方積累解析：金屬原子在二維空間里有兩種排列方式，一種是密置層排列，一種是非密置層排列。密置層排列的空間利用率高，原子的配位數(shù)為6，非密置層的配位數(shù)較密置層小，為4。由此可知，上圖中a為密置層，b為非密置層。密置層在三維空間積累可得到六方最密積累和面心立方最密積累兩種積累模型，非密置層在三維空間積累可得簡潔立方積累和體心立方積累兩種積累模型。所以，只有C選項(xiàng)正確。2．下列關(guān)于金屬晶體的敘述中，正確的是(C)A．溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越強(qiáng)B．常溫下，金屬單質(zhì)都以金屬晶體形式存在C．金屬晶體積累密度大，能充分利用空間的緣由是金屬鍵沒有飽和性和方向性D．金屬陽離子與自由電子之間的劇烈作用，在外力作用下會(huì)發(fā)生斷裂，故金屬無延展性解析：溫度高，金屬離子的熱運(yùn)動(dòng)加快，對自由電子的移動(dòng)造成阻礙，導(dǎo)電性減弱，A項(xiàng)錯(cuò)；常溫下，Hg為液態(tài)，不屬于晶體形態(tài)，B項(xiàng)錯(cuò)；金屬鍵無方向性和飽和性，在外力作用下，一般不會(huì)斷裂，即金屬具有延展性，D項(xiàng)錯(cuò)；正是因?yàn)榻饘冁I無方向性和飽和性，所以金屬晶體中的金屬原子一般采納最密積累，盡量充分利用空間，C項(xiàng)正確。3．下列晶體中，金屬陽離子與自由電子間的作用最強(qiáng)的是(C)A．Na B．MgC．Al D．K解析：Na、Mg、Al均位于第三周期，原子半徑漸漸減小，價(jià)電子數(shù)目漸漸增多，所以金屬鍵漸漸增加，即鋁的金屬鍵最強(qiáng)，鈉的金屬鍵最弱，而K和Na位于同一主族，且K的半徑比Na的大，鉀的金屬鍵比鈉的弱。4．下列四種敘述，可能為金屬晶體性質(zhì)的是(B)A．由分子間作用力結(jié)合而成，熔點(diǎn)低B．固體或熔融后易導(dǎo)電，熔點(diǎn)在1000℃左右C．由共價(jià)鍵結(jié)合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高D．固體不導(dǎo)電，但溶于水或熔融后能導(dǎo)電解析：由分子間作用力結(jié)合而成，熔點(diǎn)低是分子晶體的性質(zhì)，A錯(cuò)；固體能導(dǎo)電是金屬晶體的特性，B對、D錯(cuò)，由共價(jià)鍵結(jié)合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高為原子晶體的性質(zhì)，C錯(cuò)。5．已知某金屬晶體中(如堿金屬)原子積累方式如圖所示，則該積累方式是(B)A．簡潔立方積累 B．體心立方積累C．六方最密積累 D．面心立方最密積累解析：將非密置層上層金屬填充在下層金屬形成的凹槽中，屬于體心立方積累。6.金屬鈉晶體為體心立方晶格(如圖)，試驗(yàn)測得鈉的密度為ρ(g·cm－3)。已知鈉的相對原子質(zhì)量為a，阿伏加德羅常數(shù)為NA(mol－1)，假定金屬鈉原子為等徑的剛性球且處于體對角線上的三個(gè)球相切。則鈉原子的半徑r(cm)為(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：該晶胞中實(shí)際含鈉原子2個(gè)，晶胞邊長為eq\f(4×r,\r(3))，則ρ＝eq\f(2×a,NA×\f(4×r,\r(3))3)，進(jìn)一步化簡后可得答案。7．下列有關(guān)化學(xué)鍵、氫鍵和范德華力的敘述中，不正確的是(D)A．金屬鍵是金屬離子與“電子氣”之間的較強(qiáng)作用，金屬鍵無方向性和飽和性B．共價(jià)鍵是原子之間通過共用電子對形成的相互作用，共價(jià)鍵有方向性和飽和性C．范德華力是分子間存在的一種作用力，分子的極性越大，范德華力越大D．氫鍵不是化學(xué)鍵而是分子間的一種作用力，所以氫鍵只存在于分子與分子之間解析：氫鍵既可以存在于分子間(如水、乙醇、甲醇、液氨等)，也可以存在于分子內(nèi)，所以應(yīng)選擇D選項(xiàng)。8．金屬晶體的積累方式、空間利用率和配位數(shù)關(guān)系正確的是(A)A．釙Po——簡潔立方積累——52%——6B．鈉Na——體心立方積累——74%——12C．鋅Zn——六方最密積累——68%——8D．銀Ag——面心立方最密積累——68%——12解析：B項(xiàng)體心立方積累空間利用率為68%，配位數(shù)為8；C項(xiàng)中Zn為六方最密積累，空間利用率為74%，配位數(shù)為12；D項(xiàng)中Ag為面心立方最密積累，空間利用率為74%，配位數(shù)為12；A項(xiàng)積累方式、空間利用率和配位數(shù)均正確。二、非選擇題9．金屬晶體中金屬原子主要有三種常見的積累方式：體心立方積累、面心立方積累和六方積累，其結(jié)構(gòu)單元分別如下圖甲、乙、丙所示：(1)甲、乙、丙三種結(jié)構(gòu)單元中，金屬原子個(gè)數(shù)之比為__1∶2∶3__。(2)如圖為高溫超導(dǎo)體領(lǐng)域里的一種化合物——鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是具有代表性的最小重復(fù)單元。①在該晶體中，每個(gè)鈦原子四周與它最近且距離相等的鈦原子共有__6__個(gè)，若將之連接，則呈__正八面體__形態(tài)。②該晶體結(jié)構(gòu)中，氧、鈦、鈣的原子個(gè)數(shù)之比為__3︰1︰1__。解析：(1)甲晶胞中所含金屬原子數(shù)為8×eq\f(1,8)＋1＝2；乙晶胞中所含金屬原子數(shù)為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4；丙晶胞中所含金屬原子數(shù)為12×eq\f(1,6)＋2×eq\f(1,2)＋3＝6。(2)①鈦原子位于立方體的8個(gè)頂點(diǎn)上，與一個(gè)鈦原子等距離的鈦原子有6個(gè)，呈正八面體形態(tài)。②該晶體結(jié)構(gòu)中鈣原子數(shù)為1，鈦原子數(shù)為8×eq\f(1,8)＝1，氧原子數(shù)為12×eq\f(1,4)＝3，故氧、鈦、鈣的原子個(gè)數(shù)之比為3∶1∶1。10．回答下列問題：(1)金屬晶體的構(gòu)成微粒是__金屬離子和自由電子__，微粒間的相互作用稱為__金屬鍵__。這種作用力越強(qiáng)，晶體的熔、沸點(diǎn)越__高_(dá)_，硬度越__大__。(2)金屬鍵的強(qiáng)弱與金屬價(jià)電子數(shù)的多少有關(guān)，價(jià)電子數(shù)越多，金屬鍵越強(qiáng)；與金屬原子的半徑大小也有關(guān)，金屬原子半徑越大，金屬鍵越弱。據(jù)此推斷下列金屬熔點(diǎn)漸漸上升的是__B__。A．Li、Na、K B．Na、Mg、AlC．Li、Be、Mg D．Li、Na、Mg(3)已知下列金屬晶體：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au其積累方式為①簡潔立方積累的是__Po__。②體心立方積累的是__Na、K、Fe__。③六方最密積累的是__Mg、Zn__。④面心立方最密積累的是__Cu、Au__。B級·實(shí)力提升練一、選擇題1．已知銅的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，則在銅的晶胞中所含銅原子數(shù)及配位數(shù)分別是(D)A．14、6 B．14、8C．4、8 D．4、12解析：在Cu的晶胞中，頂角原子為8個(gè)晶胞共用，面上的銅原子為兩個(gè)晶胞共用，因此，金屬銅的一個(gè)晶胞的原子數(shù)為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4。在Cu的晶胞中，與每個(gè)Cu原子距離相等的銅原子共有12個(gè)，因此其配位數(shù)為12。2．下圖為金屬鎘的積累方式，下列說法正確的是(D)A．此積累方式屬于非最密積累B．此晶胞類型為面心立方積累C．配位數(shù)(一個(gè)金屬離子四周緊鄰的金屬離子的數(shù)目)為8D．鎘的積累方式與銅的積累方式不同解析：據(jù)圖可看出，鎘的積累方式為“…ABAB…”形式，為A3型積累，即六方最密積累，而銅的積累方式為面心立方最密積累，故A、B兩項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確；六方最密積累的配位數(shù)為12，中間一層為6個(gè)，上下兩層各有3個(gè)，C項(xiàng)錯(cuò)誤。3．某固體僅由一種元素組成，其密度為5.0g·cm－3，用X－射線探討該固體的結(jié)構(gòu)時(shí)得知：在邊長1×10－7cm的正方體中含有20個(gè)原子，則此元素的相對原子質(zhì)量最接近下列數(shù)據(jù)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．如圖所示，鐵有δ、γ、α三種同素異形體，三種晶體在不同溫度下能發(fā)生轉(zhuǎn)化。下列說法不正確的是(C)δ－Feeq\o(,\s\up7(1394℃),\s\do5())γ－Feeq\o(,\s\up7(912℃),\s\do5())α－FeA．δ－Fe晶體中與每個(gè)鐵原子等距離且最近的鐵原子有8個(gè)B．α－Fe晶體中與每個(gè)鐵原子等距離且最近的鐵原子有6個(gè)C．若δ－Fe晶胞邊長為acm，α－Fe晶胞邊長為bcm，則兩種晶體密度比為b3∶a3D．將鐵加熱到1500℃分別急速冷卻和緩慢冷卻，得到的晶體類型不同解析：本題考查晶胞結(jié)構(gòu)。由題圖知，δ－Fe晶體中與鐵原子等距離且最近的鐵原子有8個(gè)，A項(xiàng)正確；一個(gè)δ－Fe晶胞占有2個(gè)鐵原子，一個(gè)α－Fe晶胞占有1個(gè)鐵原子，故兩者密度比為eq\f(2×56,a3)∶eq\f(1×56,b3)＝2b3∶a3，C項(xiàng)錯(cuò)誤；晶體加熱后急速冷卻和緩慢冷卻，得到的晶體類型是不同的，D項(xiàng)正確。5．有四種不同積累方式的金屬晶體的晶胞如圖所示，有關(guān)說法正確的是(B)A．①為簡潔立方積累，②為六方最密積累，③為體心立方積累，④為面心立方最密積累B．每個(gè)晶胞含有的原子數(shù)分別為①1個(gè)，②2個(gè)，③2個(gè)，④4個(gè)C．晶胞中原子的配位數(shù)分別為①6，②8，③8，④12D．空間利用率的大小關(guān)系為①<②<③<④解析：①為簡潔立方積累，②為體心立方積累，③為六方最密積累，④為面心立方最密積累，②與③推斷有誤，A項(xiàng)錯(cuò)誤；每個(gè)晶胞含有的原子數(shù)分別為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項(xiàng)正確；晶胞③中原子的配位數(shù)應(yīng)為12，其他推斷正確，C錯(cuò)；四種晶體的空間利用率中，簡潔立方積累的空間利用率最低，而六方最密積累和面心立方最密積累的空間利用率最高且相等，故四者的依次應(yīng)為④＝③>②>①，所以D項(xiàng)不正確。二、非選擇題6．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(gè)頂點(diǎn)各有一個(gè)金原子，各個(gè)面的中心有一個(gè)金原子，每個(gè)金原子被相鄰的晶胞所共有。金原子的直徑為d，用NA表示阿伏伽德羅常數(shù)，M表示金的摩爾質(zhì)量。請回答下列問題：(1)金晶體每個(gè)晶胞中含有__4__個(gè)金原子。(2)欲計(jì)算一個(gè)晶胞的體積，除假定金原子是剛性小球外，還應(yīng)假定__金屬原子間相接觸，即相切__。(3)一個(gè)晶胞的體積是__2eq\r(2)d3__。(4)金晶體的密度是__eq\f(\r(2)M,d3NA)__。解析：利用均攤法解題，8個(gè)頂點(diǎn)上每個(gè)金原子有eq\f(1,8)屬于該晶胞，6個(gè)面上每個(gè)金原子有eq\f(1,2)屬于該晶胞，故每個(gè)晶胞中金原子個(gè)數(shù)＝8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4。假設(shè)金原子間相接觸，則有正方形的對角線為2d。正方形邊長為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．鈦(Ti)、釩(V)、鎳(Ni)、鑭(La)等在儲(chǔ)氫材料方面具有廣泛的用途。圖甲、乙、丙是一些晶體材料的結(jié)構(gòu)示意圖。請回答下列問題：(1)寫出基態(tài)鎳原子的核外電子排布式：__1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2)__。(2)鈦金屬晶體的原子積累方式如圖甲所示，則每個(gè)鈦原子四周有__12__個(gè)緊鄰的鈦原子。(3)鑭系合金是稀土系儲(chǔ)氫合金的典型代表。某合金儲(chǔ)氫后的晶胞如圖乙所示，該合金的化學(xué)式為__LaNi5__，1mol鑭形成的該合金能儲(chǔ)存__3__mol氫氣。(4)嫦娥三號衛(wèi)星上的PTC元件(熱敏電阻)的主要成分——鋇鈦礦晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖丙所示，該晶體經(jīng)X－射線分析鑒定，重復(fù)單位為立方體，邊長為acm。頂點(diǎn)位置被Ti4＋所占據(jù)，體心位置被Ba2＋所占據(jù)，全部棱心位置被O2－所占據(jù)。①該晶體中的O元素與H元素形成的化合物的中心原子的雜化類型為__sp3雜化__，其分子的立體構(gòu)型為__V形__。②寫出該晶體的化學(xué)式：__BaTiO3__。③若該晶體的密度為ρg·cm－3，阿伏伽德羅常數(shù)的值為NA，則a＝__eq\r(3,\f(233,ρNA))__cm。解析：(1)Ni是28號元素，其原子的核外電子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。(2)由鈦金屬晶體的原子積累方式可知，屬于六方最密積累，原子配位數(shù)為12，即每個(gè)鈦原子四周有12個(gè)緊鄰的鈦原子。(3)依據(jù)某合金儲(chǔ)氫后的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知該合金中含有La：8×eq\f(1,8)＝1、Ni：8×eq\f(1,2)＋1＝5，所以化學(xué)式是LaNi5；1mol該合金吸附氫氣的物質(zhì)的量是8mol×eq\f(1,4)＋2mol×eq\f(1,2)＝3mol。(4)①該晶體中的O元素與H元素形