2020-2021学年第2节 几种简单的晶体结构模型第1课时课后作业题

第1课时　金属晶体与离子晶体

课后篇素养形成

必备知识基础练

1.下列离子晶体中阴、阳离子核间距最大的是(　　)

A.LiCl B.NaBr C.KCl D.KBr

答案D

解析离子核间距即阴、阳离子半径之和。三种阳离子Li+、Na+、K+都是碱金属离子,随核电荷数的增加半径增大,故K+半径最大;两种阴离子Cl-、Br-是同主族元素形成的离子,Br-电子层数多,半径较大。综上所述,核间距最大的是KBr。

2.下列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,是因为金属晶体中共享了金属原子的价电子,在外电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流

C.金属具有良好的导热性能,是因为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

答案A

解析金属中的自由电子吸收了可见光,又把各种波长的光大部分再反射出来,因而金属一般显银白色光泽,A项错误。

3.下列关于NaCl晶体结构的说法中正确的是(　　)

A.NaCl晶体中,每个Na+周围吸引的Cl-与每个Cl-周围吸引的Na+数目相等

B.NaCl晶体中,每个Na+周围吸引1个Cl-

C.NaCl晶胞中的质点代表一个NaCl

D.NaCl晶体中存在单个的NaCl分子

答案A

解析氯化钠晶体中,每个Na+周围吸引6个Cl-,每个Cl-周围吸引6个Na+;NaCl晶体中的质点表示Na+或Cl-;NaCl晶体中不存在单个NaCl分子。

4.下列关于金属晶体的六方最密堆积的结构型式的叙述中,正确的是(　　)

A.晶胞是六棱柱结构

B.晶胞是六面体结构

C.每个晶胞中含有6个原子

D.每个晶胞中含有17个原子

答案B

解析金属晶体的六方最密堆积的晶胞是平行六面体结构(),每个晶胞中含有的原子数为4×+4×+1=2。

5.下列各组金属熔点高低顺序正确的是(　　)

A.Mg>Al>Ca B.Al>Na>Li

C.Al>Mg>Ca D.Mg>Ba>Al

答案C

解析离子所带电荷数:Al3+>Mg2+=Ca2+=Ba2+>Li+=Na+,金属阳离子半径:r(Ba2+)>r(Ca2+)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)>r(Li+),故C正确,A错误,B中Li>Na,D中Al>Mg>Ba。

6.(2020山东泰安第一中学高二检测)下列关于晶格能的叙述中正确的是(　　)

A.晶格能是气态原子形成1 mol离子晶体所释放的能量

B.晶格能仅与形成晶体的离子半径有关

C.晶格能是指相邻离子间的静电作用

D.晶格能越大的离子晶体,其熔点越高、硬度越大

答案D

解析晶格能是将1mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量,晶格能不仅与形成晶体的离子半径有关,还与离子所带电荷的多少有关。晶格能越大,晶体的熔点越高,硬度也越大,所以D项正确。

7.科学家通过X射线证明,MgO、CaO、NiO、FeO的晶体结构与NaCl的晶体结构相似。

(1)某同学画出的MgO晶胞结构示意图如下图所示,请改正图中的错误:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)MgO是优良的耐高温材料,MgO的熔点比CaO的高,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)Ni2+和Fe2+的离子半径分别为69 pm和78 pm,则熔点NiO　　　　(填“<”或“>”)FeO,NiO晶胞中Ni2+周围最近的O2-有　　　　个。 

答案(1)空心球应为O2-,实心球应为Mg2+;8号空心球应改为实心球

(2)Mg2+半径比Ca2+小,MgO的晶格能大

(3)>　6

解析(1)Mg2+的半径小于O2-,故空心球应为O2-,实心球应为Mg2+;图中黑、白球应该交替出现,故8号球应为实心球。

(2)MgO与CaO的离子所带电荷数相同,Mg2+半径比Ca2+小,MgO晶格能大,熔点高。

(3)NiO晶胞与NaCl晶胞结构相同,所以Ni2+周围最近的O2-有6个,离子半径Ni2+<Fe2+,晶格能NiO>FeO,所以熔点NiO>FeO。

关键能力提升练

8.下列叙述中错误的是(　　)

A.金属单质或其合金在固态和液态时都能导电

B.晶体中存在离子的一定是离子晶体

C.金属晶体中的自由电子为整块晶体所共有

D.钠比钾的熔点高是因为钠中金属阳离子与自由电子之间的作用力强

答案B

解析离子晶体中存在阴、阳离子,而在金属晶体中存在金属阳离子和自由电子,所以B错误;自由电子在整块金属中可自由移动,为整块晶体所共有,所以C正确;金属晶体的熔点高低取决于金属键的强弱,金属键越强,金属晶体的熔点越高,反之,越低,所以D正确。

9.(双选)已知金属钠能与两种卤族元素形成化合物Q、P,它们的晶格能分别为923 kJ·mol-1、786 kJ·mol-1,下列有关说法中不正确的是(　　)

A.Q的熔点比P的高

B.若P是NaCl,则Q一定是NaF

C.Q中成键离子核间距较大

D.若P是NaCl,则Q可能是NaBr

答案CD

解析Q的晶格能大于P的晶格能,故Q的熔点比P高,A项正确;因F-的半径比Cl-的小(其他卤素离子的半径比Cl-的大),故NaF的晶格能大于NaCl的,故B项正确,D项错误;因Q、P中成键离子均为一价离子,离子所带电荷数相同,故二者晶格能的差异是由成键离子核间距决定的,晶格能越大,表明离子核间距越小,C项错误。

10.(2020山东昌邑文山中学高二检测)金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式,a、b、c分别代表这三种堆积方式形成的晶胞结构,则晶胞a、b、c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

答案A

解析a晶胞中,顶点的微粒被6个晶胞共用,所以a中原子个数为12×+2×+3=6;b中原子个数为8×+6×=4;c中原子个数为8×+1=2。

11.金属钠晶体的晶胞为体心立方晶胞(),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(　　)

A. B. C. D.2a

答案B

解析如果沿着某一体对角线对晶胞进行切割,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=a,结合AB2+BC2=AC2得:r=。

12.如图所示为NaCl和CsCl的晶胞结构,下列说法错误的是(　　)

A.NaCl和CsCl都属于AB型离子晶体

B.NaCl和CsCl晶体中阴、阳离子个数比相同

C.NaCl和CsCl晶体中阳离子的配位数分别为6和8

D.NaCl和CsCl都属于AB型离子晶体,所以阳离子与阴离子的半径比相同

答案D

解析NaCl和CsCl都是由阴、阳离子通过离子键构成的晶体,阴、阳离子个数比都为1∶1,则都属于AB型离子晶体,故A正确;由晶胞的结构可知NaCl晶胞中含有4个钠离子和4个氯离子;氯化铯晶胞中含有1个铯离子和1个氯离子,阴、阳离子个数比为1∶1,故B正确;结合题图可知,NaCl中钠离子的配位数为6,CsCl中铯离子的配位数为8,故C正确;NaCl和CsCl都属于AB型离子晶体,但钠离子半径小于铯离子半径,则NaCl的阳离子与阴离子的半径比小于CsCl的阳离子与阴离子的半径比,故D错误。

13.Al的晶体中原子的堆积方式如图甲所示,其晶胞特征如图乙所示,原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。

若已知Al的原子半径为d cm,NA代表阿伏加德罗常数的值,Al的相对原子质量为M,请回答:

(1)晶胞中一个Al原子周围最近的Al原子个数为　　 　,一个晶胞中Al原子的数目为　　　　。 

(2)该晶体的密度为　　　　　　　　　(用字母表示) g·cm-3。 

答案(1)12　4　(2)

解析(1)该晶胞中,一个Al原子周围最近的Al原子个数为12,一个晶胞中Al原子的数目为8×+6×=4。

(2)利用公式求金属晶体的密度,关键是找出正方体晶胞的边长。本题中面对角线的长度为4dcm,然后根据边长的倍等于面对角线的长度可求得晶胞正方体的边长,进而根据公式ρ=计算可得晶体密度。

14.ZnS、NaCl、CsCl、CaF2分别代表四种常见的离子晶体结构模型,根据图示回答下列问题:

(1)试写出图中三种结构分别对应的化学式:图甲　　　　　　　　　　、图乙　　　　　　、图丙　　　　　　。在这三种晶体中,每个阳离子周围的阴离子在空间构成的空间构型分别为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)在NaCl、CsCl晶体中,每个Cl-的周围与它等距离且最近的Cl-分别有　　　个、　　　　个。 

(3)下图所示是从NaCl或CsCl晶体结构中分割出来的部分结构图,其中属于从NaCl晶体中分割出来的结构图是　　　　(填字母)。 

A.Ⅰ和Ⅲ B.Ⅱ和Ⅲ

C.Ⅰ和Ⅳ D.只有Ⅳ

答案(1)CsCl　NaCl　ZnS　立方体、正八面体、正四面体　(2)12　6　(3)C

解析在ZnS晶体中,阴、阳离子的配位数都是4,故图丙可表示该晶体结构,在Zn2+周围的S2-构成正四面体结构;在NaCl晶体中,每个Na+周围有6个Cl-,每个Cl-周围有6个Na+,故图乙可表示该晶体结构,在Na+周围的6个Cl-形成正八面体,每个Cl-周围与它等距离且最近的Cl-有12个;在CsCl晶体中,每个Cs+周围的8个Cl-形成立方体,图甲可表示该晶体结构,设定图甲中心离子为Cl-,该Cl-周围与它等距离且最近的Cl-位于该立方体前、后、左、右、上、下的6个立方体的体心。

(3)根据NaCl和CsCl两种典型离子晶体的结构特点分析图示。图Ⅰ中与黑球最近的白球有6个,图Ⅳ为简单立方结构,故Ⅰ和Ⅳ应表示NaCl的晶体结构。图Ⅱ中与黑球最近的白球有8个,图Ⅲ为体心立方结构,故Ⅱ和Ⅲ应表示CsCl的晶体结构。

学科素养拔高练

15.回答下列问题:

(1)CaC2晶体的晶胞结构如图所示,CaC2晶体中含有哑铃形,使晶胞沿一个方向拉长。CaC2晶体中1个Ca2+周围距离最近的数目为　　　　　。 

(2)已知CaO晶体密度为a g·cm-3,NA表示阿伏加德罗常数的值,则CaO晶胞体积为　　　　cm3。 

(3)MgO具有NaCl型晶体结构(如图),其中阴离子采用面心立方最密堆积方式,X射线衍射实验测得MgO的晶胞参数为a=0.420 nm,则r(O2-)为　　　　 nm。MnO也属于NaCl型晶体结构,晶胞参数为a'=0.448 nm,则r(Mn2+)为　　　　 nm。 

答案(1)4　(2)　(3)0.148　0.076

解析(1)一个Ca2+吸引6个,由于晶胞沿一个方向拉长,结合图示可知,1个Ca2+周围距离最近的有4个。

(2)由于CaO与NaCl的晶胞同为面心立方结构,所以CaO晶胞中也含有4个钙离子和4个氧离子,因此CaO晶胞体积为 cm3=cm3。

(3)因为O2-采用面心立方最密堆积方式排列,所以晶胞面对角线长度是O2-半径的4倍,则有[4r(O2-)]2=2a2,解得r(O2-)=×0.420nm≈0.148nm;MnO也属于NaCl型晶体结构,根据晶胞的结构可得2r(Mn2+)+2r(O2-)=a',代入数据解得r(Mn2+)=0.076nm。