人教版 (2019)选择性必修2第三节 金属晶体与离子晶体第1课时同步达标检测题

第1课时　金属晶体与离子晶体

课后·训练提升

基础巩固

1.下列关于晶体的说法正确的是(　　)。

A.晶体中只要有阳离子,就一定有阴离子

B.晶体中只要有阴离子,就一定有阳离子

C.有金属光泽的晶体一定是金属晶体

D.根据晶体能否导电能判断晶体是否属于金属晶体

答案B

解析金属晶体中,有金属阳离子而没有阴离子,A项错误。晶体中只要有阴离子,就一定有阳离子,B项正确。有金属光泽的晶体不一定是金属晶体,如晶体碘、晶体硅,C项错误。能导电的晶体不一定是金属晶体,如石墨,D项错误。

2.根据下列晶体的相关性质,判断可能属于金属晶体的是 (　　)。

答案B

解析由分子间作用力结合而成的晶体属于分子晶体,A项不符合题意。金属晶体中有自由移动的电子,能导电,绝大多数金属在常温下为固体,熔点较高,所以固态或熔融态时易导电,熔点在1000℃左右的晶体可能属于金属晶体,B项符合题意。相邻原子之间通过共价键结合形成的三维骨架结构的晶体属于共价晶体,C项不符合题意。固体不导电,说明晶体中无自由移动的带电粒子,则不可能为金属晶体,D项不符合题意。

3.根据下列实验事实,能确定某晶体一定是离子晶体的是 (　　)。

A.晶体熔点达2 500 ℃

B.晶体不导电,溶于水导电

C.晶体不导电,熔融态能导电

D.温度越高,溶解度越大

答案C

解析熔点为2500℃的可以是金属晶体、共价晶体或离子晶体;晶体不导电,水溶液导电可以是离子晶体或分子晶体;温度升高,多数固体的溶解度增大。

4.依据“电子气”的金属键模型,下列对于金属导电性随温度变化的解释,正确的是(　　)。

A.温度升高,自由电子的动能变大,以致金属导电性增强

B.温度升高,自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞,以致金属导电性减弱

C.温度升高,自由电子互相碰撞的次数增加,以致金属导电性减弱

D.温度升高,自由电子间的吸引力变小,以致导电性增强

答案B

解析温度升高时,自由电子在热的作用下与金属原子频繁碰撞,故温度越高,导电性越弱。

5.如图所示是从NaCl或CsCl的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(　　)。(球的大小不反映离子半径的实际大小)

A.图(1)和(3) B.图(2)和(3)

C.图(1)和(4) D.只有图(4)

答案C

解析本题考查了离子晶体的代表物质NaCl、CsCl的晶体结构。NaCl晶体中,每个Na+周围最邻近的Cl-有6个,构成正八面体;同理,每个Cl-周围最邻近的6个Na+也构成正八面体,由此可知图(1)和(4)是从NaCl晶体中分割出来的结构图,C项正确。

6.泽维尔研究发现,当激光脉冲照射NaI时,Na+和I-两核间距为1.0~1.5 nm,呈现离子键;当两核靠近约相距0.28 nm时,呈现共价键。根据泽维尔的研究成果能得出的结论是(　　)。

A.NaI晶体是离子晶体和分子晶体的混合物

B.离子晶体可能含有共价键

C.NaI晶体中既有离子键,又有共价键

D.共价键和离子键没有明显的界线

答案D

解析由题中信息可知,离子的核间距较大时,呈离子键,而核间距较小时,呈共价键,当核间距改变时,键的性质会发生改变,这说明离子键和共价键并没有明显的界线。

7.参考下表中物质的熔点,回答下列问题。

(1)钠的卤化物的熔点比相应的硅的卤化物的熔点高得多,这与　　　　　　　有关,因为一般　　　　　的熔点比　　　　　的熔点高。 

(2)钠的卤化物及碱金属氯化物的熔点与卤素离子及碱金属离子的　　　有关,随着　　　　　增大,熔点依次降低。 

(3)硅的卤化物及硅、锗、锡、铅的氯化物熔点与　　　　　　　有关,随着　　　　　　　　增大,　　　　　增强,熔点依次升高。 

答案(1)晶体类型　离子晶体　分子晶体

(2)半径　半径

(3)相对分子质量　相对分子质量　分子间作用力

解析(1)表中第一栏和第二栏中物质的熔点明显高于第三、四栏其余物质的熔点,前者为第ⅠA族元素与第ⅦA族元素组成的离子晶体,而后者为分子晶体。

(2)物质熔化实质是减弱晶体内粒子间的作用力,故离子晶体的熔点与离子键的强弱有关。对钠的卤化物进行比较:卤素离子半径是r(F-)<r(Cl-)<r(Br-)<r(I-),说明熔点随卤素阴离子半径的增大而减小。对碱金属的氯化物进行比较:碱金属阳离子半径是r(Na+)<r(K+)<r(Rb+)<r(Cs+),说明熔点随碱金属阳离子半径的增大而减小。

(3)分子晶体内的粒子是分子,因此分子晶体的熔点与分子间的作用力有关。硅的卤化物分子具有相似的结构,从SiF4到SiI4,相对分子质量逐步增大,说明熔点随相对分子质量的增加而增大。硅、锗、锡、铅的氯化物具有相似的结构,从SiCl4到PbCl4,相对分子质量逐步增大,说明熔点随相对分子质量的增加而增大。

8.已知物质的熔点数据如下表,请回答问题。

(1)下列各组物质中,熔化时所克服的粒子间作用力类型分别与氟化铝和溴化铝相同的是　　　　(填字母)。 

A.NaCl和CCl4

B.Na2O和SiO2

C.金刚石和金属铝

D.碘和干冰

(2)MgCl2的熔点远高于AlCl3熔点的原因是　　　　　　　　　　。 

(3)工业上常用电解熔融MgCl2的方法生产金属镁,用电解Al2O3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝。为什么不用电解MgO的方法生产镁,也不用电解AlCl3的方法生产铝?

(4)MgO的熔点比BaO的熔点　　　　　　　(填“高”或“低”)。 

(5)设计可靠的实验证明MgCl2、AlCl3所属的晶体类型,实验方法是　　　　　　　　。

答案(1)A

(2)MgCl2是离子晶体,AlCl3是分子晶体,离子键的强度远大于分子间作用力

(3)氧化镁晶体的熔点比氯化镁晶体的熔点高,电解时消耗电能大。AlCl3不属于离子晶体,熔融时不能导电,因而不能用电解AlCl3的方法生产铝。

(4)高

(5)将两晶体加热到熔化状态,MgCl2能导电,AlCl3不能导电,证明AlCl3为分子晶体,MgCl2为离子晶体

解析(1)由表中数据可知AlF3是离子化合物,熔化时需克服离子键,而AlBr3是分子晶体,熔化时需克服分子间作用力,故A项符合题目要求。

(2)MgCl2是离子晶体,离子间通过离子键结合,AlCl3为共价化合物分子,分子间通过范德华力结合,离子键作用力远大于范德华力,所以MgCl2的熔点远高于AlCl3的熔点。

(3)因为MgO的熔点远高于MgCl2,故电解熔融MgO将需要更高的温度,消耗更多的能量,因而不用电解MgO的方法生产镁。AlCl3不属于离子晶体,熔融时不能导电,因而不能用电解AlCl3的方法生产铝。

(4)MgO和BaO都是离子化合物,Mg2+的半径比Ba2+的半径小,所以MgO的熔点比BaO的熔点高。

(5)将两种晶体加热到熔化状态,MgCl2能导电,而AlCl3不能导电,即可证明MgCl2为离子晶体,AlCl3为分子晶体。

能力提升

1.下列关于晶体的说法中错误的是(　　)。

A.金刚石、SiC、NaF、NaCl、H2O、H2S晶体的熔点依次降低

B.离子晶体中只有离子键没有共价键,分子晶体中肯定没有离子键

C.CaTiO3晶体中(晶胞结构如图所示)每个Ti4+和12个O2-紧邻

CaTiO3的晶胞结构模型

D.氯化钠熔化时离子键被破坏

答案B

解析离子晶体内可能有共价键,B项错误。

2.有一种蓝色晶体[可表示为MxFey(CN)6],通过X射线衍射实验研究发现,它的结构特征是Fe3+和Fe2+互相占据立方体互不相邻的顶角,而CN-位于立方体的棱上。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+距离最近的CN-为3个

答案B

解析由题图可推出,晶体中阴离子的最小结构单元中含Fe2+个数为4×,含Fe3+个数也为,CN-的个数为12×=3,因此阴离子的化学式为[Fe2(CN)6]-,则该晶体的化学式只能为MFe2(CN)6,A项错误。由阴、阳离子形成的晶体为离子晶体,M的化合价为+1价,B项正确,C项错误。由题图可看出与每个Fe3+距离最近的CN-为6个,D项错误。

3.如图,直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na+或Cl-所处的位置。这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。

(1)请将其中代表Cl-的圆圈涂黑(不必考虑体积大小),以完成NaCl晶体结构示意图。

(2)晶体中,在每个Na+的周围与它距离最近的Na+共有　　　　个。 

(3)在NaCl晶胞中正六面体的顶角上、面上、棱上的Na+或Cl-为该晶胞与其相邻的晶胞所共有,一个晶胞中Cl-的个数等于　　　,即　　　　　　(填计算式);Na+的个数等于　　　　,即　　　　　(填计算式)。 

答案(1)(答案不唯一,合理即可)

(2)12

(3)4　8×+6×=4　4　12×+1=4(答案不唯一,只要与第1问对应即可)

解析(1)如图所示:

(2)从体心Na+看,离它距离最近的Na+共有12个。

(3)根据离子晶体的晶胞,求阴、阳离子个数比的方法是均摊法。由此可知,如图NaCl晶胞中,含Na+数目为12×+1=4;含Cl-数目为8×+6×=4。

4.已知金属晶体中金属原子的空间利用率为×100%。金晶胞是面心立方体,立方体的每个面上5个金原子紧密堆砌(如图,其余各面省略),金原子半径为a cm。(设NA为阿伏加德罗常数的值)

(1)金晶体每个晶胞中含有　　　　个金原子。 

(2)一个晶胞的体积是　　　　 cm3。 

(3)金晶体的密度是　　　　 g·cm-3。 

(4)金原子空间占有率为　　　。 

答案(1)4　(2)(2a)3

(3)　(4)74%

解析(1)根据晶胞结构可知,一个金晶胞中含有(8×+6×)=4个金原子。

(2)金原子半径为acm,则晶胞中面对角线是4acm,所以晶胞的边长是2acm,所以晶胞体积为(2a)3cm3。

(4)晶胞的体积是(2a)3cm3,而金原子占有的体积是4×πa3cm3,所以金原子空间占有率为×100%=×100%=74%。

5.镁、铜等金属离子是人体内多种酶的辅因子。工业上从海水中提取镁时,先制备无水氯化镁,然后将其熔融电解,得到金属镁。

(1)以MgCl2为原料用熔融盐电解法制备镁时,常加入NaCl、KCl或CaCl2等金属氯化物,其主要作用除了降低熔点之外还有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)已知MgO的晶体结构属于NaCl型。某同学画出的MgO晶胞结构示意图如下图所示,请改正图中错误: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)用镁粉、碱金属盐及碱土金属盐等可以做成烟火。燃放时,烟火发出五颜六色的光,请用原子结构的知识解释发光的原因: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)Mg是第三周期元素,该周期部分元素氟化物的熔点见下表:

解释表中氟化物熔点差异的原因: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案(1)增强熔融盐的导电性

(2)8号白色空心球应改为黑色实心球

(3)电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时,以发光的形式释放能量

(4)离子晶体粒子间的作用力随阳离子半径的减小、电荷的增大而增大,故MgF2的熔点高于NaF的熔点;SiF4是分子晶体,晶体中粒子间的作用力为范德华力,因而熔点较低

解析(1)这些物质不能实际参与反应,是为了降低熔点及增强熔融盐的导电性。

(3)电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时,以发光的形式释放能量。

(4)离子晶体中粒子间的作用力随阳离子半径的减小、电荷的增大而增大,故MgF2的熔点高于NaF的熔点;SiF4是分子晶体,晶体中粒子间的作用力为范德华力,因而熔点较低。

6.KH2PO4晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大KH2PO4晶体已应用于大功率固体激光器,填补了国家战略空白。回答下列问题。

(1)在KH2PO4的四种组成元素各自所能形成的简单离子中,核外电子排布相同的是　　　　　　　　　　(填离子符号)。 

(2)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态,若一种自旋状态用+表示,与之相反的用-表示,称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子,其价电子自旋磁量子数的代数和为　　　　。 

(3)已知有关氮、磷的单键和三键的键能(kJ·mol-1)如下表:

从能量角度看,氮以N2而白磷以P4(结构式可表示为)形式存在的原因是 

　。 

(4)已知KH2PO2是次磷酸的正盐,H3PO2的结构式为　　　　　　,其中P采取　　　　杂化方式。 

(5)磷酸通过分子间脱水缩合形成多磷酸,如

++

如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸,则相应的酸根可写为　　　　　　　　。

(6)分别用、表示H2P和K+,KH2PO4晶体的四方晶胞如图(a)所示,图(b)、图(c)分别显示的是H2P、K+在晶胞xz面、yz面上的位置。

①若晶胞底边的边长均为a pm、高为c pm,阿伏加德罗常数的值为NA,晶体的密度为　　　　 g·cm-3(写出表达式)。 

②晶胞在x轴方向的投影图为　　(填字母)。 

答案(1)K+、P3-

(2)+或-

(3)N2中N≡N键能较大、分子较稳定;P4中有6个P—P键,键能较大,较稳定

(4)　sp3

(5)Pn

(6)①　②B

解析(1)在KH2PO4的四种组成元素各自形成的简单离子中,K+与P3-的核外电子排布相同。

(2)基态磷原子的价层电子排布式为3s23p3,3s2的两个电子的自旋磁量子数一个是+、一个是-,代数和为0;3p3的三个电子的自旋状态相同,若自旋磁量子数都是+,则其价电子的自旋磁量子数的代数和为+,若自旋磁量子数都是-,其价电子的自旋磁量子数的代数和为-。

(3)由键能数据可知,N≡N的键能(946kJ·mol-1)大于3个N—N的键能之和(579kJ·mol-1),而P≡P的键能(489kJ·mol-1)小于3个P—P的键能之和(591kJ·mol-1),共价键键能越大,键越牢固,分子越稳定。

(4)由信息“KH2PO2是次磷酸的正盐”,说明次磷酸(H3PO2)为一元酸,则其结构式为,中心原子P采取sp3杂化。

(5)由图所示结构得,n个磷酸分子形成环状多磷酸脱去n分子H2O,则多磷酸的分子式中H、P、O对应的分子数目为3n-2n=n、n、4n-n=3n,即多磷酸分子式为HnPnO3n,故酸根可写为Pn。

(6)①根据均摊法计算得,一个晶胞中有8×+4×+1=4个白球,6×+4×=4个黑球,则晶体的密度为ρ=g·cm-3=g·cm-3。

②根据晶胞空间结构中原子的位置关系可知,其在x轴上投影图为B。