高中化学第三节 金属晶体与离子晶体练习题

第三节　金属晶体与离子晶体

必备知识基础练

1.(2021·山西忻州高二检测)金属晶体和离子晶体是重要的晶体类型。下列说法正确的是(　　)

A.金属晶体和离子晶体都能导电

B.在镁晶体中,1个Mg2+只与2个价电子存在强烈的相互作用

C.金属晶体和离子晶体都可采取“紧密堆积”的方式

D.金属晶体和离子晶体中分别存在金属键和离子键等强烈的相互作用,很难断裂,因而都具有延展性

2.(2021·山西太原高二检测)在金属晶体中,自由电子与金属原子碰撞时有能量传递,可以用此来解释金属的(　　)

A.延展性 B.导电性

C.导热性 D.还原性

3.(2021·内蒙古包头高二检测)只有阳离子而没有阴离子的晶体是(　　)

A.金属晶体 B.共价晶体

C.分子晶体 D.无法判断

4.下列性质能说明石墨具有分子晶体的性质的是 (　　)

A.晶体能导电 B.熔点高

C.硬度小 D.燃烧产物是CO2

5.下列有关性质可能为金属晶体性质的是(　　)

A.由分子间作用力结合而成、熔点低

B.固体或熔融后易导电,熔点在1 000 ℃左右

C.形成共价键三维骨架结构,熔点高

D.固体不导电,但溶于水或熔融后能导电

6.(2021·山东济南高二检测)下列说法正确的是 (　　)

A.Na2O与Na2O2所含的化学键类型完全相同

B.离子晶体中一定存在共价键

C.分子晶体中共价键键能越大,该分子晶体的熔、沸点越高

D.石墨晶体中有共价键、范德华力、金属键等几种电性作用

7.(2021·江西南昌高二检测)金属键的强度差别　　　　　　,　　　　　　　　　　　　　是由金属键的强弱决定的。例如,金属钠的熔点较低、硬度较小,而　　　　　　是熔点最高、硬度很大的金属,这是由于　　　　　　　　　　　　　。 

关键能力提升练

以下选择题中有1~2个选项符合题意。

8.(2022·山东威海高二期末)下列关于晶体的说法错误的是(　　)

A.分子晶体中分子间作用力越大,分子越稳定

B.温度越高,金属晶体的导电性越弱

C.离子晶体中一定含有离子键,共价晶体中一定含有共价键

D.在SiO2晶体中,由Si原子、O原子构成的最小单元环中共有12个原子

9.由原子序数为1~20的元素组成的离子化合物中,一个阳离子和一个阴离子的核外电子数之和为20,下列说法正确的是(　　)

A.晶体中阳离子和阴离子个数不一定相等

B.晶体中一定只有离子键而没有共价键

C.所含元素可能在同一主族

D.晶体中阳离子半径一定大于阴离子半径

10.(2021·江苏徐州高二检测)石墨烯是从石墨材料中剥离出来,由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。下列关于石墨与石墨烯的说法中正确的是(　　)

A.从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键

B.石墨中的碳原子采取sp2杂化,每个sp2杂化轨道含s轨道的成分与p轨道的成分

C.石墨属于混合型晶体,层与层之间存在范德华力;层内碳原子间存在共价键;石墨能导电,具有类似金属晶体的性质

D.石墨烯中平均每个六元碳环中含有3个碳原子

11.(2022·山东青岛莱西高二期末)金属K与C60形成的一种低温超导材料的立方晶胞结构如图所示,晶胞边长都为a pm,K原子位于晶胞的棱上与内部。下列说法正确的是(　　)

A.该材料的化学式为KC60

B.C60周围等距且最近的C60的个数为4个

C.棱上K原子处在C60构成的八面体空隙中

D.C60与C60的最短距离是a pm

12.如图为一些晶体中的部分结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨中的某一种。

(1)其中代表金刚石的是　　　　(填字母,下同),其中每个碳原子与　　　　个碳原子最近且距离相等,金刚石属于　　　　晶体。 

(2)其中代表石墨的是　　　　,其中每个六元环平均占有的碳原子数为　　　　。 

(3)其中表示NaCl的是　　　　,NaCl晶体中每个Na+周围与它最近且等距离的Na+有　　　个。 

(4)代表CsCl的是　　　　,它属于　　　　晶体,每个Cs+与　　　　个Cl-紧邻。 

(5)代表干冰的是　　　　,它属于　　　　晶体,每个CO2分子与　　　　个CO2分子紧邻。 

13.(2021·湖北武汉高二检测)钾的化合物广泛存在于自然界中。回答下列问题:

(1)原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置,金属钾是体心立方晶系,其构型如图所示。其中原子坐标参数A(0,0,0)、B(1,0,0),则C处原子的坐标参数为　　　　　　。 

(2)钾晶体的晶胞参数为a pm。假定金属钾原子为等径的刚性小球且处于体对角线上的三个球相切,则钾原子的半径为　　　 pm,晶体钾的密度计算式是　　　　　 g·cm-3(设NA为阿伏加德罗常数的值)。 

学科素养拔高练

14.钛(Ti)、钒(V)、镍(Ni)、镧(La)等在储氢材料方面具有广泛的用途。如图Ⅰ、Ⅱ是一些晶体材料的结构示意图。

请回答下列问题:

(1)写出基态镍原子的核外电子排布式:　　　　　　　　　　　。 

(2)镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表。某合金储氢后的晶胞如图Ⅰ所示,该合金的化学式为　　　　　　,1 mol镧形成的该合金能储存　　　　 mol氢气。 

(3)“嫦娥三号”卫星上的PTC元件(热敏电阻)的主要成分——钡钛矿晶体的晶胞结构如图Ⅱ所示,该晶体经X射线分析鉴定,重复单元为立方体,边长为 a cm。顶点位置被Ti4+所占据,体心位置被Ba2+所占据,所有棱心位置被O2-所占据。

①该晶体中的O元素与H元素形成的简单化合物的中心原子的杂化类型为　　　　　　,其分子的空间结构为　　　　。 

②写出该晶体的化学式:　　　　。 

③若该晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则a=　　　　。 

参考答案

第三节　金属晶体与离子晶体

1.C　离子晶体固态时不导电,如氯化钠固体不导电,故A错误;金属晶体中有“电子气”,能导电,金属晶体中的“电子气”属于整个晶体,不属于哪一个离子,故B错误;金属晶体和离子晶体都可采取“紧密堆积”的方式,共价晶体可采取“非紧密堆积”的方式,故C正确;离子晶体没有延展性,易断裂,故D错误。

2.C　金属具有延展性主要是因为金属在受到外力作用时,原子之间可以发生相对滑动,各层之间仍保持金属键的作用,A项错误;金属具有导电性主要是因为金属晶体内部存在自由移动的电子,在外加电场的作用下,自由电子在金属内部发生定向移动,B项错误;金属具有导热性主要是因为在金属晶体内部,自由电子与金属原子碰撞时有能量传递,C项正确;金属的还原性是金属的化学性质,与碰撞时能量传递无关,D项错误。

3.A　分子晶体和共价晶体中不存在离子,所以B、C两项不符合题意;金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子,没有阴离子,因此A项符合题意。

4.C　分子晶体一般具有硬度小、熔点低的特点,因此C项能说明石墨具有分子晶体的性质。石墨晶体能导电是碳原子未参与杂化的2p电子在电场作用下定向移动;熔点高是共价晶体的性质;燃烧产物是CO2只能说明石墨中含有碳元素,能燃烧是石墨的化学性质。

5.B　由分子间作用力结合而成、熔点低是分子晶体的性质,A不符合题意;固体或熔融后易导电是金属晶体的特性,B符合题意,D不符合题意;形成共价键三维骨架结构,熔点高为共价晶体的性质,C不符合题意。

6.D　Na2O中只含离子键,Na2O2中既有离子键又有非极性键,所以化学键类型不相同,故A错误;离子晶体中不一定存在共价键,如NaCl为离子晶体,不存在共价键,故B错误;分子晶体的熔、沸点与分子间作用力有关,与共价键的键能无关,故C错误;石墨层状结构中的碳原子与碳原子之间是以共价键相连,片层结构之间的作用力是范德华力,石墨可以导电,有自由移动的电子,所以也存在金属键,故D正确。

7.答案 很大　物质的熔、沸点和硬度　钨　形成金属键的强弱不同

解析 金属键的强度差别很大;由金属键的强弱决定物质的熔、沸点和硬度,例如,金属钠的熔点较低、硬度较小,而钨是熔点最高、硬度很大的金属,这是由于形成金属键的强弱不同。

8.A　分子晶体中分子内共价键越强,分子越稳定,故A错误;温度越高,金属晶体的导电性越弱,故B正确;离子晶体中一定含有离子键,共价晶体中一定含有共价键,故C正确;在SiO2晶体中,每个环上有6个Si原子,每2个Si原子之间含有1个O原子,所以由Si原子、O原子构成的最小单元环中共有12个原子,故D正确。

9.AC　原子序数为1~20的元素形成的离子化合物,一个阳离子和一个阴离子的核外电子数之和为20,如NaOH、NH4F、Na2O、KH等,这些离子化合物中,阴、阳离子个数不一定相等,A正确;OH-、N中有共价键,B错误;由以上分析可知,所含元素可能在同一主族,如KH中两种元素均在第ⅠA族,C正确;晶体中阳离子半径不一定大于阴离子半径,如Na+的半径比O2-的半径小,D错误。

10.BC　石墨晶体中,层与层之间的作用力为范德华力,层内存在共价键,每个C原子形成3个σ键,且每个C原子为3个环共有。石墨晶体中,层与层之间的作用力为分子间作用力,从石墨中剥离石墨烯需要破坏分子间作用力,A错误。石墨中的碳原子采取sp2杂化,每个sp2杂化轨道含s轨道的成分与p轨道的成分,B正确。石墨属于混合型晶体,层与层之间存在范德华力;层内碳原子间存在共价键;石墨能导电,具有类似金属晶体的性质,C正确。每个C原子为3个环共有,则石墨烯中平均每个六元碳环中含有碳原子数为6×=2,D错误。

11.CD　由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点和面心的C60个数为8×+6×=4,位于棱上、体心和体内的钾原子的个数为12×+1+8=12,则该材料的化学式为K3C60,故A错误;由晶胞结构可知,位于顶点的C60与位于面心的C60距离最近,则一个晶胞中有3个位于面心的C60与顶点C60等距且最近,顶点C60可以形成8个晶胞,每个面心C60为2个晶胞共有,所以C60周围等距且最近的C60的个数为=12,故B错误;棱上K原子处在顶点和面心的C60构成的八面体空隙中,故C正确;由晶胞结构可知,C60与C60的最短距离是面对角线的,则C60与C60的最短距离是a pm,故D正确。

12.答案 (1)D　4　共价　(2)E　2　(3)A　12　(4)C　离子　8　(5)B　分子　12

解析 根据不同物质晶体的结构特点来分析各图形所代表的物质。NaCl晶胞是立方单元,每个Na+与6个Cl-紧邻,每个Cl-又与6个Na+紧邻,每个Na+周围与其最近且等距离的Na+有12个。CsCl晶体由Cs+、Cl-构成体心立方结构。干冰也是立方体结构,在立方体每个顶点和面心都有1个CO2分子,所以每个CO2分子在三维空间里与其紧邻的CO2分子有12个。金刚石中每个碳原子紧邻4个其他碳原子。石墨的片层结构中每个碳原子紧邻3个碳原子,即每个正六边形占有的碳原子数是6×=2。

13.答案 (1)()　(2)

解析 (1)C处原子位于体心处,则C处原子的坐标参数为()。(2)钾晶体的晶胞参数为a pm,则体对角线是a pm,所以钾原子的半径为a pm。晶胞中含有钾原子的个数为8×+1=2,所以晶体钾的密度计算式是 g·cm-3。

14.答案 (1)1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2)

(2)LaNi5　3

(3)①sp3杂化　V形　②BaTiO3　③

解析 (1)Ni是28号元素,其基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。

(2)根据某合金储氢后的晶胞结构示意图可知,该晶胞中含有La:8×=1、Ni:8×+1=5,所以合金的化学式为LaNi5;1 mol该合金吸附氢气的物质的量是8 mol×+2 mol×=3 mol。

(3)①该晶体中的O元素与H元素形成的简单化合物是H2O,中心原子O原子的杂化类型为sp3杂化,其分子空间结构为V形;②根据晶胞结构示意图可知,一个晶胞中Ba2+的数目为1,Ti4+的数目为8×=1,O2-的数目为12×=3,所以该晶体的化学式是BaTiO3;③由于晶胞为立方体,边长为a cm,1 mol晶胞中含有1 mol BaTiO3,若该晶体的密度为ρ g·cm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则根据晶体的密度ρ= g·cm-3,可得a=。