高中化学第3章晶体结构与性质第3节金属晶体练习含解析 人教版选修

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第三节　金属晶体 ‎1．下列有关金属键的叙述中，错误的是(　　)‎ 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：选B　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的强弱有关。‎ ‎2．下列有关金属晶体的说法中不正确的是(　　)‎ A．金属晶体是一种“巨分子”‎ 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：选D　根据金属晶体的电子气理论，选项A、B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%，面心立方最密堆积和六方最密堆积均为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。‎ ‎3．下列晶体中，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：选C　影响金属键强弱的主要因素有金属原子的半径、价电子数目等。一般而言，金属原子的半径小、价电子数目多，金属键就强，金属阳离子与自由电子间的作用就强。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，其中铝的金属键最强，钠的金属键最弱，而钾和钠位于同一主族，且钾的半径比钠大，钾的金属键比钠弱。‎ ‎4．金属能导电的原因是(　　)‎ A．金属晶体中的金属阳离子与自由电子间的作用较弱 B．金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动 C．金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动 D．金属晶体在外加电场作用下可失去电子 7‎ 解析：选B　根据电子气理论，电子是属于整个晶体的，在外加电场作用下发生了定向移动从而导电，故B项正确；有的金属中金属键较强，但依然导电，故A项错误；金属导电是靠自由电子的定向移动，而不是金属阳离子发生定向移动，故C项错误；金属导电是物理变化，而不是失去电子的化学变化，故D项错误。‎ ‎5．关于体心立方堆积型晶体(如图)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 解析：选C　体心立方堆积型晶体是非密置层的一种堆积方式，为立方体形晶胞，其中有8个顶点，一个体心，晶胞所含原子数为8×＋1＝2。‎ ‎6．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．3∶2∶1 B．11∶8∶4‎ C．9∶8∶4 D．21∶14∶9‎ 解析：选A　晶胞a中所含原子＝12×＋2×＋3＝6个，晶胞b中所含原子＝8×＋6×＝4个，晶胞c中所含原子＝8×＋1＝2个。‎ ‎7．(1)如图所示的是二维平面晶体示意图，所表示的化学式为AX3的是__________。‎ ‎(2)下图为一个金属铜的晶胞，请完成以下各题。‎ 7‎ ‎①该晶胞“实际”拥有的铜原子数是________个。‎ ‎②该晶胞称为________(填字母)。‎ A．六方晶胞　 B．体心立方晶胞　　C．面心立方晶胞 ‎③此晶胞立方体的边长为a cm，Cu的相对原子质量为64，金属铜的密度为ρ g/cm3，则阿伏加德罗常数为________(用a、ρ表示)。‎ 解析：(1)由图中直接相邻的原子数可以求得a、b的原子数之比分别为1∶2和1∶3，求出化学式分别为AX2、AX3，故答案为b。‎ ‎(2)①8×＋6×＝4(个)；②该晶胞称为面心立方晶胞；③4·＝ρ·a3，NA＝。‎ 答案：(1)b　(2)①4　②C　③ ‎8．早期发现的一种天然二十面体准晶颗粒由Al、Cu、Fe三种金属元素组成。回答下列问题：‎ ‎(1)准晶是一种无平移周期序，但有严格准周期位置序的独特晶体，可通过________方法区分晶体、准晶体和非晶体。‎ ‎(2)Cu2O为半导体材料，在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶点，则该晶胞中有________个铜原子。‎ ‎(3)Al单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0.405 nm，晶胞中铝原子的配位数为________。列式表示Al单质的密度________ g·cm－3(不必计算出结果)。‎ 解析：(1)区分晶体、准晶体和非晶体可运用X射线衍射的方法。‎ ‎(2)根据均摊原理，一个晶胞中含有的氧原子为4＋6×＋8×＝8(个)，再结合化学式Cu2O知一个晶胞中含有16个铜原子。‎ ‎(3)面心立方晶胞中粒子的配位数是12。一个铝晶胞中含有的铝原子数为8×＋6×＝4(个)，一个晶胞的质量为×27 g，再利用密度与质量、晶胞参数a的关系即可求出密度，计算中要注意1 nm＝10－7 cm。‎ 答案：(1)X射线衍射　(2)16　(3)12　 ‎9．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，是因为在金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了“电子气”，在外加电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流，所以金属易导电 7‎ C．金属具有良好的导热性能，是因为自由电子在受热后，加快了运动速率，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 解析：选A　金属一般具有银白色的金属光泽，与金属键密切相关。由于金属原子以最紧密堆积状态排列，内部存在自由电子，所以当光辐射到它的表面上时，自由电子可以吸收所有频率的光，然后很快释放出各种频率的光，这就使得绝大多数金属呈现银灰色以至银白色光泽，故A项错误，B、C、D项均正确。‎ ‎10．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(　　)‎ 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：选C　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；第四种晶胞的粒子构成正四面体结构，为金刚石。‎ ‎11．金属键的强弱与金属价电子数多少有关，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，半径越大，金属键越弱。据此判断下列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：选B　金属熔点的高低与金属阳离子半径大小及金属价电子数有关，价电子数越多，阳离子半径越小，金属键越强。B项中三种金属在同一周期，价电子数分别为1、2、3，且半径由大到小，故熔点由高到低的顺序是Al>Mg>Na。‎ ‎12．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是(　　)‎ A．a为简单立方堆积，b为六方最密堆积，c为体心立方堆积，d为面心立方最密堆积 B．每个晶胞含有的原子数分别为a：1个，b：2个，c：2个，d：4个 C．晶胞中原子的配位数分别为a：6，b：8，c：8，d：12‎ D．空间利用率的大小关系为ab>a，D项错误。‎ ‎13．金属钠晶体为体心立方晶胞(如图)，实验测得钠的密度为ρ g·cm－3。已知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钢性球且处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r为(　　)‎ A. cm B．· cm C.· cm D．· cm 解析：选C　该晶胞中实际含钠原子两个，晶胞边长为，则ρ＝，进一步化简后可得答案。‎ ‎14．如图，铁有δ、γ、α三种同素异形体，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法不正确的是(　　)‎ A．δFe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个 B．αFe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个 C．若δFe晶胞边长为a cm，αFe晶胞边长为b cm，则两种晶体密度比为2b3∶a3‎ D．将铁加热到1 500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同 解析：选D　由题图知，δFe晶体中与铁原子等距离且最近的铁原子有8个，A项正确；αFe晶体中与铁原子等距离且最近的铁原子有6个，B项正确；一个δFe晶胞占有2个铁原子，一个αFe晶胞占有1个铁原子，故两者密度比为∶＝2b3∶a3，C项正确；晶体加热后急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型是不同的，D项错误。‎ 7‎ ‎15．金属钨晶体中晶胞的结构模型如图所示。它是一种体心立方结构。实际测得金属钨的密度为ρ，钨的相对原子质量为M，假定钨原子为等直径的刚性球，请回答下列问题：‎ ‎(1)每一个晶胞分摊到________个钨原子。‎ ‎(2)晶胞的边长a为____________。‎ ‎(3)钨的原子半径r为________(只有体对角线上的各个球才是彼此接触的)。‎ ‎(4)金属钨原子形成的体心立体结构的空间利用率为____________。‎ 解析：(1)晶胞中每个顶点的钨原子为8个晶胞所共有，体心的钨原子完全为该晶胞所有，故每一个晶胞分摊到2个钨原子。‎ ‎(2)每个晶胞中含有2个钨原子，则每个晶胞的质量m＝，又因每个晶胞的体积V＝a3，所以晶胞密度ρ＝＝，a＝。‎ ‎(3)钨晶胞的体对角线上堆积着3个钨原子，则体对角线的长度为钨原子半径的4倍，即4r＝a，r＝＝×。‎ ‎(4)每个晶胞含有2个钨原子，2个钨原子的体积V′＝2×πr3＝，则该体心立方结构的空间利用率＝＝×100%＝×100%＝×100%＝68%。‎ 答案：(1)2　(2)　(3)×　(4)68%‎ ‎16．金晶体的最小重复单元(也称晶胞)是面心立方体，如图所示，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)金晶体每个晶胞中含有________个金原子。‎ ‎(2)欲计算一个晶胞的体积，除假定金原子是刚性小球外，还应假定______________________________。‎ 7‎ ‎(3)一个晶胞的体积是________。‎ ‎(4)金晶体的密度是________。‎ 解析：利用均摊法解题，8个顶点上金原子有属于该晶胞，每个面上金原子有属于该晶胞，共有6个，故每个晶胞中金原子个数＝8×＋6×＝4个。假设金原子间相接触，则有，正方形的对角线为2d。正方形边长为d。所以V晶＝(d)3＝2d3,1个晶胞质量为m晶＝，所以ρ＝＝。‎ 答案：(1)4　(2)面对角线金属原子间相接触，即相切　(3)2d3　(4) 7‎