高中化学苏教版 (2019)选择性必修2专题3 微粒间作用力与物质性质第一单元 金属键 金属晶体课后作业题

3.1.2金属晶体同步练习-苏教版高中化学选择性必修2

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

一、单选题

1．已知某金属晶体中(如碱金属)原子堆积方式如下图所示,则该堆积方式是

A．简单立方堆积

B．体心立方堆积

C．六方最密堆积

D．面心立方最密堆积

2．铁有δ、γ、α三种晶体结构，以下依次是δ、γ、α三种晶体不同温度下转化的图示，下列有关说法正确的是

δ—Feγ—Feα—Fe

A．α-Fe晶体中与相邻铁原子距离相等且最近的铁原子有8个

B．γ-Fe晶体中与相邻铁原子距离相等且最近的铁原子有6个

C．若三种晶胞均为立方结构，且最近铁原子相切，则三种晶体的密度比为2：4：1

D．将铁加热到1500℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型不相同

3．某钒、镓合金的晶胞结构及其晶胞沿x轴投影图如下，已知：晶胞参数为a pm，为阿伏加德罗常数的值，其中原子坐标参数甲，乙。下列说法错误的是

A．该合金的化学式为 B．丙原子的坐标参数

C．与V距离最近且相等的Ga有4个 D．该合金的密度为

4．下列有关金属的说法正确的是

A．金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子

B．金属导电的实质是金属阳离子在外电场作用下的定向移动

C．金属原子在化学变化中失去的电子数越多，其还原性越强

D．金属晶体的堆积方式会影响金属的性质

5．下列关于金属晶体导电的叙述中，正确的是

A．金属晶体内的自由电子在外加电场条件下可以发生移动

B．在外加电场的作用下，金属晶体内的金属阳离子相对滑动

C．在外加电场作用下，自由电子在金属晶体内发生定向运动

D．温度越高，金属导电性越强

6．金属晶体的堆积方式、空间利用率和配位数关系正确的是

A．锌——镁型——68%——8 B．钠——钾型——74%——12

C．钋——简单立方堆积——52%——6 D．银——铜型——74%——8

7．下列关于金属键的说法正确的是(　　)

A．金属键是金属阳离子通过自由电子形成的强烈的静电作用

B．合金的熔点高于其组成金属

C．金属晶体的硬度大

D．合金指的是不同金属间相互熔合的产物

8．已知某晶体晶胞如图所示，则该晶体的化学式为

A．XYZ B．X2Y4Z

C．XY4Z D．X4Y2Z

9．元素X的＋1价离子X＋中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，它与N3－形成的晶胞结构如图所示。下列说法错误的是

A．X元素的原子序数是19

B．X的晶体具有良好的导电性、导热性和延展性

C．X＋离子是图中的黑球

D．该晶体中阳离子与阴离子个数比为3∶1

10．空间利用率是指构成晶体的原子、离子或分子在整个晶体中所占有的体积百分比。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．①为简单立方堆积，③为面心立方最密堆积

B．每个晶胞含有的原子数分别为：①1个，②2个，③2个，④4个

C．晶胞中原子的配位数分别为：①6，②8，③8，④12

D．空间利用率的大小关系为：

二、填空题

11．铁原子有两种堆积方式，相应地形成两种晶胞(如图甲、乙所示)，其中晶胞乙的堆积方式是           ，晶胞甲中原子的空间利用率为           (用含π的代数式表示)。

12．有阳离子一定有阴离子？若有阴离子，一定存在阳离子？      

13．Cu、Zn等金属具有良好的导电性，从金属键的理论看，原因是           。

14．新型超导材料晶体的晶胞结构中镁原子和镍原子位于顶点和面心，它们构成两种八面体空隙，一种由镍原子构成，另一种由镍原子和镁原子一起构成，两种八面体空隙的数量是1∶3，碳原子只填充在镍原子构成的八面体空隙中，沿晶胞立方格子对角线取得的截图如图所示。

(1)该新型超导材料的化学式为          。

(2)已知晶胞参数a＝0.381 2 nm，阿伏加德罗常数的值为NA，Mg的C配位数为        ；该晶胞密度为                g·cm－3(列出计算式即可)。

15．晶胞

(1)概念：能够反映晶体结构特征的           。金属晶体是金属晶胞在空间           而形成的。

(2)研究晶体的结构只需重点研究其           的结构。

16．锡有白锡和灰锡两种单质，常见的白锡银白色有金属光泽，密度7.31g/cm3，软而富有展性，导电、导热能力强，在13.2℃~161℃间稳定。白锡剧冷转变为粉末状的灰锡；灰锡暗灰色固体或粉末，密度5.75g/cm3，无延展性，导电、导热能力差，13.2℃以下稳定，较少应用。结构研究表明，白锡晶体中锡原子为六方最密堆积，灰锡的结构类似于金刚石。根据以上信息回答下列问题：

(1)六方最密堆积的配位数是     ，和六方最密堆积的配位数相同的另一堆积叫         。

(2)白锡和灰锡的关系是      ，白锡转化为灰锡的变化属       。

(3)白锡属    晶体，灰锡属    晶体。

(4)根据金属的导电原理分析灰锡导电能力差的原因                。

(5)从晶格能的影响因素角度分析金刚石稳定，灰锡不稳定的原因               。

17．钛比钢轻，比铝硬，是一种新兴的结构材料。钛的硬度比铝大的原因是       。

18．请解释金属铜能导电的原因           。

19．高温超导材料是科学家研究的重点物质之一。

⑴科学家把C60和K掺杂在一起制造了一种富勒烯化合物，其晶胞如下左图所示。该富勒烯化合物中的K原子和C60分子的个数比为        。

⑵某同学画出的C的核外电子排布(轨道表示式)如上右图所示，该电子排布图(轨道表示式)违背了        ，请你画出正确的电子排布图(轨道表示式)       。

⑶金属钾采用的是下列         (填字母代号)堆积方式。

⑷富勒烯(C60)的结构如图。

①1 mol C60分子中σ键的数目为          。

②已知：金刚石中的C－C的键长为154.45 pm，C60中C－C键长为145~140 pm。有同学据此推断C60的熔点高于金刚石，你认为是否正确并阐述理由：         。

20．氮元素在农药生产及工业、制造业等领域用途非常广泛。已知氨在一定条件下可形成一种立方晶系，其立方晶胞沿x、y、z轴的投影图均如图所示。回答下列问题：

(1)晶胞的棱长为，设为阿伏加德罗常数的值，则该晶体的密度为       (写出含、a的表达式)。

(2)请画出该立方晶胞沿体对角线方向的投影图：       。

参考答案：

1．B

【详解】将上层金属填充在下层金属形成的凹穴中，属于体心立方堆积。

答案选B。

【点睛】

2．D

【详解】A．α-Fe晶体晶胞类型为体心立方，与位于体心的Fe原子距离最近的Fe原子位于顶点，共有6个，故A错误；

B．γ-Fe晶体晶胞类型为面心立方，位于顶点的Fe原子，被晶胞的3个平面共有，每个平面与其距离相等且最近的铁原子数目为4，则共有34=12个，故B错误；

C．由图可知，α-Fe晶胞中铁原子数为8=1个，γ-Fe晶胞中铁原子数为8+6=4个，δ-Fe晶胞中铁原子数为8+1=2个，但是没有给出各个晶胞的边长，不能比较密度，故C错误；

D．将铁加热到1500℃分别急速冷却得到δ-Fe晶体，缓慢冷却得到α-Fe晶体，晶体类型不相同，故D正确；

答案选D。

3．B

【详解】A．Ga位于顶点和体心，V位于面心，结合晶胞均摊计算知该晶胞中含2个Ga、6个V，所以该合金的化学式为，A正确；

B．由信息可知丙原子的坐标参数，B错误；

C．晶胞中距离Ga最近且相等的V有12个，距离V最近且相等的Ga有4个，C正确；

D．根据晶胞体积和晶胞质量可知该合金的密度为，D正确；

故选B。

4．D

【详解】A． 因金属的最外层电子受原子核的吸引力小，则金属原子中的最外层电子在金属晶体中为自由电子，而不是所有的核外电子，A错误；

B． 金属导电的实质是在外电场作用下自由电子定向移动而产生电流的结果，B错误；

C． 金属原子在化学变化中失去电子越容易，其还原性越强，C错误；

D． 金属晶体中原子的堆积方式会影响金属的性质，如延展性，D正确；

故选D。

5．C

【详解】A．金属晶体能导电的原因就是在外加电场的作用下，自由电子可以在金属晶体内部发生定向移动，选项A错误；

B．在外加电场的作用下，金属晶体内的自由电子发生定向移动，从而金属晶体能导电，选项B错误；

C．在外加电场作用下，自由电子在金属晶体内发生定向运动使金属晶体能导电，选项C正确；

D．温度越高，金属导电性越弱，选项D错误；

答案选C。

6．C

【详解】A．为镁型，属于六方堆积，空间利用率为74%，配位数为12，故A错误；

B．为钾型，属于体心立方堆积，空间利用率为68%，配位数为8，故B错误；

C．属于简单立方堆积，空间利用率为52%，配位数为6，故C正确；

D．为铜型，属于面心立方堆积，空间利用率为74%，配位数为12，故D错误；

答案选C。

7．A

【详解】A．金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电作用，A正确；

B．合金的硬度高于其组成金属，而其熔点低于其组成金属，B错误；

C．金属晶体的熔点和硬度由金属键的强弱决定，金属晶体的硬度不一定大，要看金属键强弱，C错误；

D．合金是指一种金属与另一种或几种金属或非金属熔合而成，具有金属性质的物质，D错误。故答案选A。

8．C

【详解】该晶体的晶胞是正方体形晶胞。该晶胞拥有的X原子数为8×＝1；Y原子位于该晶胞内，共有4个，因此该晶胞中拥有的Y原子数为4；Z只有1个，位于晶胞的体心上，故该晶体的化学式为XY4Z。

答案选C。

9．A

【详解】A．X+中所有电子正好充满K、L、M三个电子层，X+的K、L、M层依次排有2、8、18个电子，X+核外有28个电子，X原子核外有29个电子，X的原子序数为29，A项错误；

B．X的原子序数为29，X为Cu，Cu属于金属晶体，金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性，B项正确；

C．用“均摊法”，白球：8=1个，黑球：12=3个，根据正负化合价代数和为0，X+与N3-的个数比为3:1，X+是图中的黑球，C项正确；

D．根据正负化合价代数和为0，X+与N3-的个数比为3:1，D项正确；

答案选A。

10．B

【详解】A．由金属晶体的晶胞结构图，可知①为简单立方堆积、②为体心立方堆积、③为六方最密堆积、④为面心立方最密堆积，A项错误；

B．顶点为8个晶胞共用、面为2个晶胞共用、晶胞体内原子为1个晶胞单独占有，晶胞①中原子个数=8=1；晶胞②中原子个数=1+8=2；晶胞③中原子个数=1+8=2；④中原子个数=8+6=4，B项正确；

C．①为简单立方堆积，配位数为6，②为体心立方堆积，配位数为8，③为六方最密堆积，④为面心立方最密堆积，二者配位数均为12，C项错误；

D．六方最密堆积与面心立方最密堆积的空间利用率相等，简单立方堆积、体心立方堆积不是最密堆积，空间利用率比六方最密堆积、面心立方最密堆积的小，体心立方堆积空间利用率比简单立方堆积的高，故空间利用率的大小关系①<②<③=④，D项错误。

答案选B。

11．     面心立方最密堆积    

【详解】晶胞乙中原子位于晶胞的顶点和面心，所以属于面心立方最密堆积；晶胞甲中含有铁原子个数为×8＋1=2，假设铁原子半径为r，晶胞的边长为a，则有(4r)2＝(a)2＋a2，解r＝a，原子的空间利用率为＝＝π。

12．在金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，所以，晶体中有阳离子不一定有阴离子，若有阴离子，则一定有阳离子。

【解析】略

13．自由电子在外加电场中作定向移动

【详解】金属晶体由金属阳离子和自由电子构成，金属单质中的自由电子属于整块金属，自由电子在外加电场中作定向移动，所以Cu、Zn等金属具有良好的导电性。

14．(1)MgCNi3

(2)     8     ×1024

【详解】（1）由题意可知，八面体空隙位于体心位置和所有棱心位置，它们的比例是1∶3，体心位置的八面体由镍原子构成，可填入碳原子，而棱心位置的八面体由2个镁原子和4个镍原子一起构成，不填碳原子，所以C处于体心位置，则Mg处于顶点位置，Ni处于面心位置，该超导材料晶体的晶胞结构如图所示，含Mg的个数为8×＝1，含Ni的个数为6×＝3，含C的个数为1，该新型超导材料的化学式为MgCNi3，故答案为：MgCNi3；

（2）由(1)分析可知，C处于体心位置，则Mg处于顶点位置，Ni处于面心位置，则与Mg距离相等且最近的C的个数为8，含Mg的个数为8×＝1，含Ni的个数为6×＝3，含C的个数为1，该新型超导材料的化学式为MgCNi3，则一个晶胞的质量为：=，晶胞参数a＝0.381 2 nm，则一个晶胞的体积为：(0.3812×10-7cm)3，故该晶胞密度ρ==g·cm－3＝×1024g·cm-3，故答案为：8；×1024。

15．(1)     基本重复单位     连续重复延伸

(2)晶胞

【详解】（1）能够反映晶体结构特征的基本重复单元叫做晶胞。金属晶体是金属晶胞在空间连续重复延伸而形成的。

（2）研究晶体的结构只需重点研究其晶胞的结构。

16．(1)     12     面心立方最密堆积

(2)     同素异形体     化学变化

(3)     金属晶体     原子（或共价）晶体

(4)锡原子的价电子全部用来形成共价键，没有可用于导电的自由电子

(5)Sn－Sn键的键长长，键能小，故锡原子（或共价）晶体的晶格能比金刚石的晶格能要小得多，因而其稳定性要小得多

【详解】（1）六方最密堆积的原子空间排列为ABABABAB……，在某金属原子的上下层各有3个金属原子，在同一层有6个原子紧密相邻，因此其配位数是12；面心立方最密堆积的配位数为12，和六方最密堆积的配位数相同的另一堆积叫面心立方最密堆积。

（2）白锡和灰锡是锡元素的两种单质，结构不同，性质不同，二者属于同素异形体，由于二者是不同的物质，因此白锡转化为灰锡的变化属于化学变化。

（3）白锡是银白色有金属光泽，密度7.31g/cm3，软而富有展性，导电、导热能力强，根据这些性质可判断出白锡晶体类型为金属晶体；灰锡是暗灰色固体或粉末，密度5.75g/cm3，无延展性，导电导热能力差，灰锡的结构类似于金刚石，因此灰锡属于原子（或共价）晶体。

（4）在灰锡中，锡原子的价电子全部用来形成共价键，没有可用于导电的自由电子，因此导电性极差；

（5）在灰锡中原子半径Sn>C，灰锡中共价键Sn－Sn键的键长比金刚石中C-C键长长，共价键的键能小。共价键的键长越短，断键越难，晶格能越大，物质稳定性越强，所以物质的稳定性金刚石更稳定。

17．原子的价电子数比原子的多，金属键更强

【详解】钛、铝均为金属晶体，Ti 原子的价电子数比Al原子的多，金属键更强，导致钛的硬度比铝大。

18．铜是金属晶体，由金属阳离子和自由电子构成，自由电子在外加电场的作用下可发生定向移动

【详解】铜是金属晶体，由金属阳离子和自由电子构成，自由电子在外加电场的作用下可发生定向移动，所以金属铜能导电。

19．     3∶1     洪特规则          A     90NA     错误，因为金刚石是原子晶体，而C60是分子晶体

【分析】(1)利用均摊法确定K原子和C60分子的个数比；

(2)根据洪特规则可知，电子排布时优先占据1个轨道，且自旋方向相同；

(3)钾是体心立方堆积，其配位数是8；

(4)①利用均摊法计算一个碳原子含有的σ键个数，在计算1mol C60分子中σ键的数目；

②物质的熔点与晶体类型有关，原子晶体的熔点大于分子晶体。

【详解】(1)该晶胞中C60个数=1+8×=2，6×2×=6，所以K原子和C60分子的个数比为6：2=3：1；

(2)根据洪特规则可知，电子排布时优先占据1个轨道，且自旋方向相同，所以其轨道排布图违反了洪特规则，其电子排布图为：；

(3)钾是体心立方堆积，其配位数是8，故答案为A；

(4)①1个 C60分子中的一个碳原子含有1.5个σ键，所以一个 C60分子中含有90个σ键，则1mol C60分子中σ键的数目为90NA；

②原子晶体的熔点大于分子晶体，金刚石是原子晶体，C60是分子晶体，物质的熔点与键长无关，所以该说法错误。

20．(1)

(2)

【详解】（1）立方晶胞沿x、y、z轴的投影均如题图所示，说明氨形成的晶体类型为体心立方堆积，配位数为8，每个晶胞中含有2个，则该晶体的密度为

（2）立方晶胞沿体对角线方向的投影图为正六边形，即投影图为。

【点睛】本题是先利用体心立方晶胞在三个坐标轴上的投影逆推晶胞类型，虽是逆向思维，但因为是非常熟悉、典型的晶胞，所以识别难度不大，难点在于推出体心立方堆积后，求其在体对角线上的投影，需要较强的空间思维能力，命题角度比较新颖。