高中化学鲁科版 (2019)选择性必修2第2节 原子结构与元素周期表精品第1课时随堂练习题

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第2节　几种简单的晶体结构模型
第1课时　金属晶体和离子晶体
[核心素养发展目标]　1.知道金属晶体的概念和特征，能列举金属晶体的基本堆积模型，能用金属键理论解释金属晶体的物理性质。2.理解离子晶体的概念，知道离子晶体类型与其性质的关系。
一、金属晶体
1．概念
金属原子通过金属键形成的晶体。
2．结构

3．常见金属晶体的三种结构模型
实例
Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、Pt
Li、Na、K、Ba、W、Fe
Mg、Zn、Ti
结构示意图



配位数
12
8
12
晶胞中的微粒数
4
2
6

4.金属晶体的堆积模型
由于金属键没有方向性，因此金属晶体可以看成由直径相等的圆球在三维空间紧密堆积而成。如图1给出了球堆积层的两种模式，其中最紧密排列只有一种，称为密置层。层与层之间相互叠放在一起，便形成了晶体的堆积模型。如图2所示。


5．金属晶体的结构与物理性质
(1)金属晶体具有良好的延展性。金属键在整个晶体范围内起作用，在锻压或锤打时，密堆积层的金属原子之间比较容易产生滑动，但金属密堆积层之间始终保持着金属键的作用，因此金属晶体虽然发生了形变但不致断裂。
(2)金属晶体中原子的堆积方式也会影响金属的性质，如具有最密堆积结构的金属的延展性往往比其他结构的延展性好。
(3)金属晶体的熔、沸点
金属的熔、沸点取决于金属键的强弱，一般金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属晶体内部金属键越强，晶体熔、沸点越高。

(1)有阳离子的晶体中一定含有阴离子(　　)
(2)金属能导电，所以金属晶体是电解质(　　)
(3)金属晶体和电解质溶液在导电时均发生化学变化(　　)
(4)金属晶体只有还原性(　　)
(5)金属晶体的堆积模型仅与金属原子的半径有关(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×

1．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　如果沿着某一面的对角线对晶胞作横切面，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＝。

2．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，NA代表阿伏加德罗常数，Al的相对原子质量为M，请回答：
(1)晶胞中Al原子的配位数为 ，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)。
答案　(1)12　4　(2)
解析　(1)Al属于面心立方最密堆积，配位数为12，一个晶胞中Al原子的数目为8×＋6×＝4。(2)把数据代入公式ρV＝M得ρ×(2d)3＝M，解得ρ＝。利用公式求金属晶体的密度，关键是找出晶胞正方体的边长。本题中面对角线的长度为4d，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。

晶胞密度的计算方法
(1)以晶胞为研究对象，运用切割法分析每个晶胞中含有的微粒数，计算一个晶胞的质量m＝(NA为阿伏加德罗常数，n为晶胞中所含微粒个数，M为所含微粒的摩尔质量)。
(2)结合晶胞中的几何关系，计算一个晶胞的体积，用m＝ρ·V的关系计算。
二、离子晶体
1．离子晶体

2．常见的离子晶体
晶胞




配位数
Cl－配位数为6，Na＋配位数为6
Cl－配位数为8，Cs＋配位数为8
Zn2＋配位数为4，S2－配位数为4
F－配位数为4，Ca2＋配位数为8
晶胞中微粒数
Na＋为4，Cl－为4
Cs＋为1，Cl－为1
Zn2＋为4，S2－为4
F－为8，Ca2＋为4
阴、阳离子个数比
1∶1
1∶1
1∶1
2∶1
化学式
NaCl
CsCl
ZnS
CaF2
符合类型物质
Li、Na、K、Rb的卤化物，AgF、MgO等
CsBr、CsI、NH4Cl等
BeO、BeS等
BaF2、PbF2、CeO2等

3.晶格能
(1)概念：将1 mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量。
(2)意义：衡量阴、阳离子间作用力的强弱，晶格能越大，表示离子间作用力越强，离子晶体越稳定。
(3)影响因素
①阴、阳离子间距；
②阴阳离子所带电荷数；
③离子晶体结构类型。
4．离子晶体的一般性质
性质
规律
熔、沸点
较高，且晶格能越大，熔点越高
溶解性
一般易溶于水，难溶于非极性溶剂
导电性
固态时不导电，熔融状态或在水溶液中导电


(1)离子晶体中一定存在金属阳离子(　　)
(2)离子晶体中一定不存在共价键(　　)
(3)离子晶体都能导电(　　)
(4)“NaCl”是氯化钠的分子式(　　)
(5)金属晶体和离子晶体导电实质是一样的(　　)
(6)晶格能是指破坏1 mol离子键所吸收的能量(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×


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结构分别为 。
(2)在NaCl、CsCl晶体中，每个Cl－的周围和它等距离且最近的Cl－分别有 个。
(3)NaCl、CsCl晶体的熔、沸点从高到低的顺序为 。
答案　(1)CsCl　NaCl　ZnS　立方体、正八面体、正四面体　(2)12、6
(3)NaCl>CsCl
解析　在ZnS晶体中，阴、阳离子的配位数都是4，故图丙表示该晶体结构，在Zn2＋周围的S2－构成正四面体结构；在NaCl晶体中，阴、阳离子的配位数都为6，在Na＋周围的6个Cl－形成正八面体，每个Cl－周围和它等距离且最近的Cl－有12个；在CsCl晶体中，每个Cs＋周围的8个Cl－形成立方体，设定图甲中心离子为Cl－，每个Cl－周围和它等距离且最近的Cl－位于该立方体周围的6个立方体的体心。

(1)离子键无方向性和饱和性，在离子晶体中阴、阳离子与异电性离子接触尽可能采用最密堆积。
(2)影响离子晶体配位数的因素
①离子半径因素：值的不同，晶体中离子的配位数不同，其晶体结构不同。数值越大，离子的配位数越多。
②电荷因素： AB型离子晶体的阴、阳离子的配位数相等；ABn型A、B离子的配位数比为n∶1。如CaF2中Ca2＋的配位数是8，F－的配位数是4。
(3)离子晶体的熔、沸点和硬度与离子键的强弱有关，一般而言，离子半径越小，离子所带的电荷数越多，晶格能越大，离子键越强，熔、沸点和硬度越大。

1．金属的下列性质中和金属晶体无关的是(　　)
A．良好的导电性 B．反应中易失电子
C．良好的延展性 D．良好的导热性
答案　B
解析　A、C、D都是金属共有的物理性质，这些性质都是由金属晶体所决定的。金属易失电子是由金属原子的结构决定的，和金属晶体无关。
2．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　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。
3．下列关于金属晶体的叙述正确的是(　　)
A．常温下，金属单质都以金属晶体形式存在
B．金属阳离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失
C．钙的熔、沸点低于钾
D．温度越高，金属的导电性越好
答案　B
解析　A项，Hg在常温下为液态；C项，r(Ca)K，所以金属键Ca>K，故熔、沸点Ca>K；D项，金属的导电性随温度升高而降低。
4．一种离子晶体的晶胞如图所示。其中阳离子A以表示，阴离子B以表示。关于该离子晶体的说法正确的是(　　)

A．阳离子的配位数为8，化学式为AB
B．阴离子的配位数为4，化学式为A2B
C．每个晶胞中含4个A
D．每个A周围有4个与它等距且最近的A
答案　C
解析　用切割法可知，晶胞中含有阳离子数为8×＋6×＝4，阴离子显然是8个，故化学式为AB2，A、B项错误；每个A周围最近且等距离的A有12个，D项错误。
5．金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。请回答下列问题：
(1)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，Ni2＋和Fe2＋的离子半径分别为69 pm和78 pm，则熔点NiO FeO(填“＜”或“＞”)。
(2)NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为 、 。
(3)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构示意图如图所示。该合金的化学式为 。

答案　(1)＞　(2)6　6　(3)LaNi5
解析　(1)NiO、FeO都属于离子晶体，熔点高低受离子键强弱影响，离子半径越小，离子键越强，熔点越高。(2)因为NiO晶体结构与NaCl相同，而NaCl晶体中Na＋、Cl－的配位数都是6，所以，NiO晶体中Ni2＋、O2－的配位数也是6。(3)根据晶胞结构可计算，一个合金晶胞中，La：8×＝1，Ni：1＋8×＝5，所以该合金的化学式为LaNi5。
6．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Na＋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＋的周围与它最接近的且距离相等的Na＋共有 个。
(3)设NaCl的摩尔质量为Mr g·mol－1，食盐晶体的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA。食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为 cm。
答案　(1)答案不唯一，合理即可

(2)12
(3)×
解析　(3)设Cl－与Na＋的最近距离为a cm，则两个最近的Na＋间的距离为a cm，又：ρ·(2a)3·NA＝4Mr。即a＝。所以Na＋间的最近距离为× cm。

一、单项选择题
1．金属Mg中含有的结构粒子是(　　)
A．Mg原子和“自由电子”
B．只有Mg2＋
C．Mg原子和Mg2＋
D．Mg2＋与“自由电子”
答案　D
解析　金属晶体是由金属阳离子和“自由电子”利用金属键结合的晶体。
2.已知铜的晶胞结构如图所示，则在铜的晶胞中所含铜原子数及配位数分别为(　　)

A．4、8 B．4、12
C．14、6 D．14、8
答案　B
解析　根据铜的晶胞结构可知，含有铜原子数为8×＋6×＝4；配位数为每个Cu原子周围紧邻的Cu原子数，故为3×8×＝12。
3．某新型“防盗玻璃”为多层结构，每层中间嵌有极细的金属线。当玻璃被击碎时，与金属线相连的警报系统就会立即报警。“防盗玻璃”能报警是利用了金属的(　　)
A．延展性 B．导电性
C．弹性 D．导热性
答案　B
解析　由题给信息可知，当玻璃被击碎时，金属线与警报系统形成了闭合回路，利用的是金属的导电性，故B项正确。
4．下列关于金属晶体和离子晶体的说法中，错误的是(　　)
A．都可采取“紧密堆积”结构
B．晶体中都含有阳离子
C．离子晶体的熔点不一定比金属晶体高
D．离子晶体都能导电
答案　D
解析　A项中，金属键和离子键均无方向性和饱和性，使金属晶体和离子晶体均能形成紧密堆积结构；B项中，两类晶体都含有阳离子；C项中，离子晶体熔、沸点较高，金属晶体的熔、沸点虽然有较大的差异，但大多数的熔、沸点是比较高的；D项中，离子晶体在固态时不导电。
5．下列图形是NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分结构图，试判断属于NaCl晶体结构的图形是(　　)

A．图(1)和图(3) B．图(2)和图(3)
C．只有图(1) D．图(1)和图(4)
答案　D
解析　在NaCl晶体结构中，每个Na＋周围等距且最近的Cl－有6个，图(1)和图(4)能够满足；在CsCl晶体中，与每个Cs＋等距且最近的Cl－有8个，图(2)和图(3)符合。
6．冰晶石(化学式为Na3AlF6)的晶体结构单元如图所示(●位于大立方体的顶点和面心，○位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心)。已知冰晶石熔融时的电离方程式为Na3AlF6===3Na＋＋AlF，则大立方体的体心处▽所代表的微粒为(　　)

A．Na＋ B．Al3＋ C．F－ D．AlF
答案　A
解析　该晶胞中●个数＝8×＋6×＝4，○个数＝12×＋8＝11，根据冰晶石的化学式可知，冰晶石中Na＋和AlF的个数之比为3∶1，据此可判断出大立方体的体心处所代表的微粒与○相同，为Na＋。
7．钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，结构如图所示，下列有关说法不正确的是(　　)

A．该晶体属于离子晶体
B．晶体的化学式为Ba2O2
C．该晶体的晶胞结构与NaCl相似
D．与每个Ba2＋距离最近且相等的Ba2＋共有12个
答案　B
解析　一个晶胞中含Ba2＋数为8×＋6×＝4，含O数为12×＋1＝4，故晶体的化学式是BaO2。
8．(2019·上海松江区高三二模)具有下列性质的物质可能属于离子晶体的是(　　)
A．熔点113 ℃，能熔于CS2
B．熔点44 ℃，液态时不导电
C．熔点1 124 ℃，易溶于水
D．熔点180 ℃，固态时能导电
答案　C
解析　判断晶体属于哪一类时，可以根据晶体的性质进行判断。离子晶体的熔、沸点较高，一般离子晶体易溶于水，不溶于非极性溶剂，固态时不导电，在熔融状态下或水溶液中能够导电。
二、不定项选择题
9．下列关于离子晶体的描述不正确的是(　　)
A．离子晶体是阳离子和阴离子通过静电吸引力结合而成的晶体
B．稳定性：NaF>NaCl>NaBr>NaI
C．硬度：MgO>CaO>BaO
D．在氯化钠晶体中，Na＋和Cl－的配位数均为8
答案　AD
解析　离子晶体是阳离子和阴离子通过静电作用结合而成，静电作用包括静电斥力和静电吸引力。
10．NaF、NaI、MgO均为NaCl型离子晶体，由下表判断这三种化合物的熔点高低顺序是(　　)
物质
①NaF
②NaI
③MgO
离子所带电荷数
1
1
2
核间距(10－10m)
2.31
3.18
2.10

A．①>②>③ B．③>①>②
C．③>②>① D．②>①>③
答案　B
解析　离子晶体中阴、阳离子的核间距离越小，离子所带的电荷越多，其晶格能越大，熔点就越高。
11．氧化钙在2 973 K时熔化，而氯化钠在1 074 K时熔化，两者的离子间距离和晶体结构类似，有关它们熔点差别较大的原因叙述不正确的是(　　)
A．氧化钙晶体中阴、阳离子所带的电荷数多
B．氧化钙的晶格能比氯化钠的晶格能大
C．氧化钙的晶格能比氯化钠的晶格能小
D．在氧化钙与氯化钠的离子间距离类似的情况下，晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定
答案　C
解析　氧化钙和氯化钠都属于离子晶体，熔点的高低可根据晶格能的大小判断。晶格能的大小与离子所带电荷多少、离子间距离、晶体结构类型等因素有关。氧化钙和氯化钠的离子间距离和晶体结构都类似，所以晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定。
12．已知金属钠与两种卤族元素形成的化合物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的低
B．若P是NaCl，则Q一定是NaF
C．Q中成键离子核间距较小
D．若P是NaCl，则Q可能是NaBr
答案　AD
解析　Q的晶格能大于P的晶格能，故Q的熔点比P的高，A项错误；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，B项正确，D项错误；因Q、P中成键离子均为一价离子，电荷数相同，故晶格能的差异与离子间距离有关。
三、非选择题
13．根据表格数据回答下列有关问题：
(1)已知NaBr、NaCl、MgO等离子晶体的核间距离和晶格能如表所示：

NaBr
NaCl
MgO
离子的核间距/pm
290
276
205
晶格能/kJ·mol－1

787
3 890

①NaBr晶体比NaCl晶体晶格能 (填“大”或“小”)，主要原因是
。
②MgO晶体比NaCl晶体晶格能大，主要原因是
。
③NaBr、NaCl和MgO晶体中，熔点最高的是 。
(2)NaF的熔点 BF的熔点(填“>”“<”或“＝”)，其原因是
。
答案　(1)①小　NaBr比NaCl离子的核间距大
②氧化镁晶体中的阴、阳离子的电荷数绝对值大，并且离子的核间距小
③MgO
(2)>　两者均为离子化合物，且电荷数均为1，但后者离子半径大，离子键较弱，因此熔点较低
解析　利用离子晶体中离子的核间距、离子的电荷数与晶格能的关系，晶格能越大，离子晶体熔、沸点越高。
14．(1)图甲为晶体的二维平面示意图，所表示物质的化学式可能为AX2的是 (填“a”或“b”)。

(2)图乙为金属铜的晶胞示意图，请回答下列问题。

①该晶胞实际含有的铜原子数是 。
②该晶胞称为 (填字母)。
A．六方晶胞 B．体心立方晶胞
C．面心立方晶胞 D．简单立方晶胞
③该晶胞的边长为a cm，Cu的摩尔质量为64 g·mol－1，金属铜的密度为ρ g·cm－3，则阿伏加德罗常数为 (用含a、ρ的代数式表示)。
答案　(1)a　(2)①4　②C　③ mol－1
解析　(1)由图中直接相邻的原子数可求得a、b中A、X个数之比分别为1∶2、1∶3，则其所代表物质的化学式分别可能为AX2、AX3。
(2)①采用切割法，则该晶胞实际含有的铜原子数为8×＋6×＝4。②该晶胞为面心立方晶胞。③由×64 g·mol－1＝ρ g·cm－3×(a cm)3，解得NA＝mol－1。
15.在晶体中具有代表性的最小重复单元，称为晶胞。如图是金属钨晶体中的一个晶胞的结构模型图(原子间实际是相互接触的)。它是一种体心立方结构。实验测得金属钨的密度为19.30 g·cm－3，钨的相对原子质量为183.9。假定金属钨为等直径的刚性球，请回答以下各题：

(1)每个晶胞中分摊到 个钨原子。
(2)晶胞的边长a为 。
(3)钨的原子半径r为 (提示：只有体对角线上的各个球才是彼此接触的)。
(4)金属钨原子采取的体心立方密堆积的空间利用率为 。
答案　(1)2　(2)0.316 3 nm　(3)0.137 nm　(4)68%
解析　(1)晶胞中每个顶点的钨原子为8个晶胞所共有，体心钨原子完全为该晶胞所有，故晶胞中钨原子数为1＋8×＝2。(2)每个晶胞中含2个钨原子，则：NA·a3＝，即6.02×1023 mol－1·a3＝，解得a≈3.163×10－8cm＝0.316 3 nm。(3)晶胞体对角线的长度为钨原子半径的4倍，则：4r＝a，计算得出钨原子半径为0.137 nm。(4)每个晶胞中含2个钨原子，钨原子为球状，则体心立方结构的空间利用率为×100%≈68%。
16．(1)将等径圆球在二维空间里进行排列，可形成密置层和非密置层。在图甲所示的等径圆球排列中，A属于 层，配位数是 ；B属于 层，配位数是 。

(2)将非密置层一层一层在三维空间里堆积，得到如图乙所示的一种金属晶体的晶胞，它被称为简单立方堆积晶胞。在这种晶体中，金属原子的配位数是 ，平均每个晶胞所分摊的原子数目是 。
答案　(1)非密置　4　密置　6　(2)6　1
解析　(2)题图所示的金属晶体的简单立方堆积晶胞的8个顶点各有一个原子，平均每个晶胞所分摊的原子数目是8×＝1；在这种晶体中，每个金属原子的上、下、左、右、前、后各有一个与之相邻的原子，所以配位数为6。