高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第2节 几种简单的晶体结构模型第1课时练习

第1课时　金属晶体与离子晶体

A级必备知识基础练

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

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自由电子,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

3.下列关于NaCl晶体结构的说法正确的是 (　　)

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

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

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

6.下列关于晶格能的叙述正确的是(　　)

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

7.将Na、Na2O、NaOH、Na2S、Na2SO4分别加热熔化,需要克服相同类型作用力的物质有(　　)

A.2种 B.3种

C.4种 D.5种

8.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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

9.(1)根据下列叙述判断,一定为金属晶体的是　　　(填字母,下同)。 

A.由分子间作用力形成,熔点很低

B.由共价键结合形成立体三维骨架结构的晶体,熔点很高

C.固体有良好的导电性、导热性和延展性

(2)同类晶体物质熔、沸点的变化是有规律的,试分析下列两组物质熔点规律性变化的原因:

晶体熔、沸点的高低,取决于组成晶体微粒间的作用力的大小。A组物质是　　　　晶体。B组物质是　　　　晶体,价电子数由少到多的顺序是　　　　　　,粒子半径由大到小的顺序是　　　　　　。 

B级关键能力提升练

以下选择题中有1~2个选项符合题意。

10.下列叙述错误的是(　　)

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

11.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中键长较大

D.若P是NaCl,则Q可能是NaBr

12.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

13.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

14.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均为6

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

15.有一种蓝色晶体[可表示为MxFey(CN)6],经X射线研究发现,它的结构特征是Fe3+和Fe2+互相占据立方体互不相邻的顶点,而CN-位于立方体棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。下列说法正确的是              (　　)

A.该晶体的化学式为MFe3(CN)6

B.该晶体属于离子晶体,M呈+1价

C.该晶体属于离子晶体,M呈+2价

D.晶体中与每个Fe3+距离最近且等距离的CN-为3个

16.下列叙述不正确的是(　　)

A.Li2S晶胞结构如图1,S2-的配位数是8

B.某镍白铜合金的立方晶胞结构如图2,晶胞中铜原子与镍原子的数量比为3∶1

C.氯化钠晶胞如图3,离钠离子最近的钠离子有6个

D.铜与氧元素形成的晶胞如图4,晶胞中Cu均匀地分散在立方体内部,a、b的坐标参数依次为(0,0,0)、(),则d的坐标参数为()

17.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。 

18.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

C级学科素养拔高练

19.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。 

第1课时　金属晶体与离子晶体

1.D　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.A　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.A　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.B　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.C　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.D　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.C　Na是金属晶体,熔化时破坏的是金属键;Na2O是离子晶体,熔化时破坏的是离子键;NaOH是离子化合物,熔化时断裂的是离子键;Na2S是离子化合物,熔化时断裂的是离子键;Na2SO4是离子化合物,熔化时断裂的是离子键。故上述五种物质分别加热熔化,需要克服相同类型作用力的物质有4种。

8.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

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。

9.答案(1)C

(2)离子　金属　Na<Mg<Al　Na>Mg>Al

解析(1)A项属于分子晶体;B项属于共价晶体;C项是金属的通性。(2)A组物质为离子晶体。B组物质为金属晶体,是由金属键结合而成的,价电子数排列顺序:Na<Mg<Al,而粒子半径排列顺序:Na>Mg>Al。

10.B　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。

11.CD　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中成键离子所带电荷数相同,故二者晶格能的差异是由键长决定的,晶格能越大,表明键长越小,C项错误。

12.A　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。

13.B　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=。

14.CD　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、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错误;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。

15.B　由题图可推出,晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe2+的个数为4×,含Fe3+的个数也为,CN-的个数为12×=3,因此阴离子为Fe2(CN,则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6,由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体,M的化合价为+1价,故B项正确;由题图可看出与每个Fe3+最近且距离相等的CN-为6个。

16.C　Li+与S2-的个数比为2∶1,则Li+与S2-的配位数之比为1∶2,由Li2S的晶胞结构可知,Li+的配位数为4,则S2-的配位数是8,A正确;用切割法可知,晶胞中Ni原子的个数为8×=1,Cu原子的个数为6×=3,则晶胞中铜原子与镍原子的数量比为3∶1,B正确;以1个顶点Na+为研究对象,在题图晶胞中离其最近的Na+为位于面心上的3个Na+,由于顶点Na+为8个晶胞共有,面心Na+为2个晶胞共有,则氯化钠晶胞中离钠离子最近的钠离子有=12个,C错误;晶胞中Cu均匀地分散在立方体内部,由晶胞可知Cu位于体对角线上、与体心O的距离为体对角线的,a、b的坐标参数依次为(0,0,0)、(),则d的坐标参数为(),D正确。

17.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。

18.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。

19.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,结合题图可知,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。