高中化学第三节 金属晶体与离子晶体优秀同步训练题

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第三章 晶体结构与性质第三节 金属晶体与离子晶体课时精讲17 金属晶体【目标导航】1．认识金属晶体的结构和性质。2．能利用金属键、“电子气理论”解释金属的一些物理性质。【知识导图】一、金属键1．概念：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有金属原子维系在一起。 2．成键微粒是金属阳离子和自由电子。3．含金属键的物质：金属单质及其合金。二、金属键的特征金属键无方向性和饱和性。晶体中的电子不专属于某几个特定的金属阳离子，而几乎是均匀地分布在整块晶体中，因此晶体中产生所有金属阳离子与所有自由电子之间“弥漫”的电性作用，这就是金属键，因此金属键没有方向性和饱和性。三、金属键强弱的影响因素1．金属阳离子的半径。2．金属阳离子的电荷数。3．金属阳离子(原子)的堆积方式。四、金属键对金属性质的影响1．金属键越强，金属熔沸点越高。2．金属键越强，金属硬度越大。3．金属键越强，金属越难失电子，一般金属性越弱，如Na的金属键强于K，则Na比K难失电子，金属性Na比K弱。4．金属键越强，金属原子的电离能越大。五、金属晶体 1．金属晶体是原子间通过金属键形成的一类晶体。金属晶体常温下除汞外都是固体。2．性质：优良的导电性、导热性和延展性。3．用电子气理论解释金属的性质六、常见金属晶体的三种结构型式【小试牛刀】判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。1．任何晶体中，若含有阳离子，则一定含有阴离子( )【答案】×【解析】金属晶体中存在阳离子，但没有阴离子。2．金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子间的相互作用( )【答案】×【解析】金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子与自由电子间的相互作用。3．价电子数越多的金属原子的金属性越强( )【答案】×【解析】价电子数多的金属原子的金属性不一定强，如Fe的价电子数比Na多，但Fe的金属性没有Na的强。4．含有金属元素的离子不一定是阳离子( )【答案】√【解析】含有金属元素的离子不一定是阳离子，如AlO2-、MnO4-等。5．金属受外力作用时常常发生形变而不易折断是由于金属原子之间有较强的作用( )【答案】×【解析】金属受外力作用时常常发生形变而不易折断是因为金属晶体中各原子层间会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式。6．通常情况下，金属里的自由电子会发生定向移动而形成电流( )【答案】×【解析】金属里的自由电子要在外加电场作用下才能发生定向移动产生电流。7．金属是借助自由电子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分( )【答案】×【解析】金属的导热性是由于自由电子碰撞金属原子将能量进行传递。8．金属的导电性是由金属阳离子和自由电子的定向移动实现的( )【答案】×【解析】金属的导电性是在外加电场的作用下，自由电子发生定向移动实现的，而金属阳离子并没有移动。9．金属键没有方向性和饱和性，金属中的电子在整个三维空间运动，属于整个金属( )【答案】√【解析】金属键没有方向性和饱和性，所有电子在三维空间运动，属于整个金属。10．金属晶体的熔点和沸点都很高( )【答案】×【解析】金属晶体的熔沸点不一定都很高，如K、Na等。11．金属晶体的形成是因为晶体中存在金属离子与自由电子间的相互作用( )【答案】√【解析】金属键是一种遍布整个晶体的化学键，金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体，金属晶体中金属阳离子与自由电子强烈的相互作用叫做金属键。12．金属材料良好的延展性和导电性都可以用电子气理论来解释( )【答案】√【解析】电子气理论指出金属阳离子“浸泡”在电子气中，可以解释铁的导电性，导热性和延展性。13．金属能导热是因为自由电子在热的作用下相互碰撞，从而发生热的传导( )【答案】×【解析】金属能导热是因为自由电子在热的作用下与金属阳离子相互碰撞，从而发生热的传导。考点一 金属键【例1】金属键的实质是(　　)A．自由电子与金属阳离子之间的相互作用 B．金属原子与金属原子间的相互作用C．金属阳离子与阴离子的吸引力 D．自由电子与金属原子之间的相互作用【答案】A【解析】金属晶体中存在金属阳离子和自由电子之间的吸引作用，金属阳离子之间的排斥作用、自由电子之间的排斥作用，故选A。【例2】下列关于金属键的叙述中，不正确的是(　　)A．金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间的强烈相互作用，其实质与离子键类似，也是一种电性作用B．金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用，所以与共价键类似，也有方向性和饱和性C．金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子间的相互作用，故金属键无饱和性和方向性D．金属中的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动【答案】B【解析】金属键与离子键的实质类似，都属于电性作用，特征都是无方向性和饱和性；自由电子是由金属原子提供的，并且在整个金属内部的三维空间内运动，为整个金属的所有阳离子所共有，从这个角度看，金属键与共价键有类似之处，但两者又有明显的不同，如金属键无方向性和饱和性。【解题技法】【对点训练1】1．下列有关金属键的叙述错误的是( )A．金属键没有饱和性和方向性B．金属键中的自由电子属于整块金属C．金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关D．金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用【答案】D【解析】A项，金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈相互作用，自由电子为整个金属的所有阳离子所共有，所以金属键没有方向性和饱和性，故A正确；B项，自由电子在金属中自由运动，为整个金属的所有阳离子所共有，属于整块金属，故B正确；C项，金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关，故C正确；D项， 金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈相互作用，既包括金属阳离子与自由电子之间的静电吸引作用，也包括金属阳离子之间及自由电子之间的静电排斥作用，故D错误；故选D。2．下列关于金属键或金属的性质说法正确的是①金属的导电性是由金属阳离子和自由电子的定向移动实现的②金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用③Na、Mg、Al的沸点依次升高④金属键没有方向性和饱和性，金属中的电子在整个三维空间运动，属于整个金属A．①② B．②③ C．③④ D．①④【答案】C【解析】A项，①金属的导电性是在外加电场的作用下，自由电子发生定向移动实现的，而金属阳离子并没有移动，因此①错误；②金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的相互作用，并非仅存在静电吸引作用，因此②错误；③一般情况下，金属阳离子所带电荷数越多，半径越小，金属键越强，金属单质的熔、沸点越高，硬度越大，Na+、Mg2+、Al3+三种离子的半径依次减小、离子所带电荷数依次增多，金属键越来越强，因此③正确；④金属键没有方向性和饱和性，所有电子在三维空间运动，属于整个金属，因此④正确；故选C。考点二 金属晶体的通性【例3】金属的下列性质中和金属晶体的结构无关的是(　　)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】金属的物理性质是由金属晶体所决定的，A、C、D三项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。B项，金属易失电子是由金属原子的结构决定的，和晶体结构无关。【例4】下图是金属晶体内部电子气理论图电子气理论可以用来解释金属的性质，其中正确的是(　　)A．金属能导电是因为金属阳离子在外加电场作用下定向移动B．金属能导热是因为自由电子在热的作用下相互碰撞，从而发生热的传导C．金属具有延展性是因为在外力的作用下，金属阳离子各层间会出现相对滑动，但自由电子可以起到润滑的作用，使金属不会断裂D．合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，使电子数目增多，所以合金的延展性比纯金属强，硬度比纯金属小【答案】C【解析】金属能导电是因为自由电子在外加电场作用下定向移动，A项错误；金属能导热是因为自由电子在热的作用下与金属阳离子碰撞，从而发生热的传导，B项错误；合金与纯金属相比，由于增加了不同的金属或非金属，相当于填补了金属阳离子之间的空隙，所以一般情况下合金的延展性比纯金属弱，硬度比纯金属大，D项错误。【解题技法】【对点训练2】3．在金属晶体中，金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属键越强，金属的熔、沸点越高。由此判断下列各组金属熔、沸点高低顺序，其中正确的是(　　)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＋＞Li＋＝Na＋；而金属阳离子半径：r(Ba2＋)＞r(Ca2＋)＞r(Na＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)＞r(Li＋)，则A中熔、沸点Al＞Mg，B中熔、沸点Li＞Na，D中熔、沸点Al＞Mg＞Ba，都不符合题意。4．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】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，利用的是金属的导电性。1．构成金属晶体的基本微粒( ) A． 分子              B． 阴离子和自由电子         C． 阳离子和阴离子           D． 阳离子和自由电子【答案】D 【解析】金属单质属于金属晶体，金属晶体由金属阳离子和自由电子构成，D符合题意； 故选D。2．下列金属晶体中，自由电子与金属阳离子间作用最弱的是(　　)A．K　　 　B．Na C．Mg D．Al【答案】A【解析】四种金属中钾的原子半径最大，相同体积内自由电子数较少，所以金属键最弱，即金属阳离子和自由电子间的作用最弱。3．在金属晶体中，自由电子与金属离子的碰撞中有能量传递，可以由此来解释的金属的物理性质是(　　)A．延展性 B．导电性 C．导热性 D．硬度【答案】C【解析】金属晶体中的自由电子与金属离子的碰撞过程中有能量传递，故热量从晶体温度高的一端传递给温度低的一端。4．下列生活中的问题，不能用电子气理论知识解释的是(　　)A．铁易生锈　　　　　 B．用金属铝制成导线C．用金箔做外包装 D．用铁制品做炊具【答案】A【解析】铁易生锈，是因为铁中含有碳，易发生电化学腐蚀，与金属键无关， A选；用金属铝制成导线，是利用金属的导电性，金属中存在金属阳离子和自由电子，当给金属通电时，自由电子定向移动而导电，能用金属键理论知识解释， B不选；用金箔做外包装，是因为有金属光泽，金属具有光泽是因为自由电子能够吸收可见光，能用金属键理论知识解释， C不选；用铁制品做炊具，是利用了金属的导热性，金属容易导热是因为自由电子在运动时经常与金属离子碰撞而引起能量的交换，能用金属键理论知识解释， D不选。5．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】金属晶体较特殊。金属晶体中，有金属阳离子和自由电子而没有阴离子，A项错；晶体中只要有阴离子，根据电荷守恒，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；能导电的晶体不一定是金属晶体，如石墨。6．下列叙述中，不正确的是(　　)A．金属元素在化合物中一般显正价B．金属元素的单质在常温下均为金属晶体C．金属键是金属阳离子和自由电子间的相互作用，故金属键无饱和性和方向性D．构成金属的自由电子在整个金属内部的三维空间中做自由运动【答案】B【解析】因金属原子的最外层电子数很少，且原子核对外层电子的引力小，金属原子一般只能失电子，不能得电子，所以在化合物中一般显正价，A项正确；Hg在常温下为液态，B项错误；金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有的金属原子维系在一起，故金属键无方向性和饱和性，C项正确；自由电子是由金属原子提供的，并且在整个金属内部的三维空间内运动，属于整块固态金属，D项正确。7．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】A项，由分子间作用力结合而成的晶体属于分子晶体，错误；B项，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1 000 ℃左右的晶体可能属于金属晶体，正确；C项，相邻原子之间通过共价键结合形成的空间网状结构的晶体属于共价晶体，错误；D项，固体不导电，说明晶体中无自由移动的带电微粒，则不可能为金属晶体，错误。8．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；D项，金属的导电性随温度升高而降低；C项，r(Ca)K，所以金属键Ca>K，故熔、沸点Ca>K。9．金属材料具有良好的延展性的原因是A．金属原子半径都较大，价电子数较少B．金属受外力作用变形时，金属中各原子层会发生相对滑动，但仍保持金属键作用C．金属中大量自由电子受外力作用时，运动速率加快D．自由电子受外力作用时能迅速传递能量【答案】B【解析】A项，金属原子价电子数较少，容易失去电子，不能说明金属有延展性，A错误；B项，金属受外力作用时，金属原子层之间会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，故金属有良好的延展性，B正确；C项，金属的延展性与原子层的相对滑动有关，与电子的运动无关，C错误；D项，自由电子传递能量与金属延展性无关，可以影响金属的导热性，D错误。故选B。10．下列叙述正确的是(　　)A．金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，是由于金属原子之间有较强的作用B．通常情况下，金属里的自由电子会发生定向移动而形成电流C．金属是借助自由电子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分D．金属的导电性随温度的升高而减弱【答案】D【解析】　金属受外力作用时常常发生变形而不易折断，是因为金属晶体中金属阳离子与自由电子存在较强作用各原子层会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，故A项不正确；金属里的自由电子要在外力作用下才能发生定向移动产生电流，故B项不正确；金属的导热性是由于自由电子碰撞金属离子将能量进行传递，故C项不正确。11．物质结构理论推出：金属键越强，其金属的硬度越大，熔、沸点越高。且研究表明，一般来说，金属阳离子半径越小，所带电荷越多，则金属键越强，由此判断下列说法错误的是( )A．硬度：Mg＞Al B．熔点：Mg＞Ca C．硬度：Mg＞K D．熔点：Ca＞K【答案】A 【解析】A项，Mg2+半径比Al3+大，带电荷数比Al3+少，则金属键能Mg＜Al，硬度：Mg＜Al，A错误；B项，Mg2+半径比Ca2+小，带电荷数相同，则金属键能Mg＞Ca，熔点：Mg＞Ca，B正确；C项，Mg2+半径比K+小，带电荷数比K+多，则金属键能Mg＞K，硬度：Mg＞K，C正确；D项，Ca2+半径比K+小，带电荷数比K+多，则金属键能Ca＞K，熔点：Ca＞K，D正确；故选A。12．铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一，其晶胞结构如图所示(黑球代表Fe，白球代表Mg)，铁镁合金的化学式为_______；若该晶胞为正方体，棱长为acm，NA为阿伏加德罗常数的值，则镁原子与铁原子间的最短距离为_______cm，晶胞的密度为_______ g· cm-3。【答案】Mg2Fe (或FeMg2)          【详解】通过分析晶胞结构，可知Fe原子处在面心和顶点的位置，Mg原子处在内部，根据均摊法计算铁镁合金的晶胞中含有铁原子个数为，镁原子个数为8，所以化学式为Mg2Fe (或FeMg2)；经过分析可知，该铁镁合金晶胞结构与CaF2晶体相似，将晶胞分成相等的8个小正方体，Mg就处在每个小正方体的体心位置，所以Mg和Fe的最短距离即晶胞体对角线长的，即；晶胞的密度。13．自然界中存在大量的金属元素，其中钠、镁、铝、铁、铜等在工农业生产中有着广泛的应用。回答下列问题：(1)钠、铁、铝、铁、铜属于_______晶体， 铁熔化破坏的化学键为_______。(2)铜的化合物种类很多。如图是氯化亚铜的晶胞结构，已知晶胞的棱长为a nm。①Cu+与Cl-最短的距离是_______nm，Cl-的配位数为_______。②氯化亚铜密度的计算式为ρ=_______ g·cm-3 (用NA表示阿伏加德罗常数)。【答案】(1)  金属     金属键(2)a     4     【解析】(1)钠、铁、铝、铁、铜属于金属晶体，铁熔化破坏的化学键为金属键；(4)①Cu+与Cl-最短的距离是体对角线的，即 nm，Cl-的配位数为4；②晶体中，Cl-的个数为4，根据化学式CuCl可知，晶体中Cu+的个数也是4，晶胞质量m=g=g，晶胞体积V=a310-21cm3，晶胞密度为ρ=== g·cm-3。结构型式面心立方最密堆积A1体心立方密堆积A2六方最密堆积A3结构示意图配位数12812实例Ca、Al、Cu、Ag、Au、Pd、PtLi、Na、K、Ba、W、FeMg、Zn、Ti1．金属键(1)定义：在金属单质晶体中原子之间以金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用。(2)成键粒子：金属阳离子和自由电子。(3)成键条件：金属单质或合金。(4)成键本质电子气理论：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有金属原子维系在一起，形成像共价晶体一样的“巨分子”。2．金属晶体(1)定义：金属原子间通过金属键相互结合形成的。(2)组成微粒：金属阳离子和自由电子。(3)微粒间的作用力：金属键。(4)分类：金属(除汞外)。选项晶体的相关性质A由分子间作用力结合而成，熔点低B固态或熔融态时易导电，熔点在1 000 ℃左右C由共价键结合成空间网状结构，熔点高D固体不导电，但溶于水或熔融后能导电