2020高中化學(xué) 12 金屬晶體（含解析）

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE13-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精課時分層作業(yè)（十二）金屬晶體(建議用時：40分鐘）［基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]1．下列有關(guān)金屬晶體的說法中不正確的是(）A．金屬晶體是一種“巨分子”B．“電子氣”為所有原子所共用C．簡單立方堆積的空間利用率最低D．體心立方堆積的空間利用率最高D［根據(jù)金屬晶體的“電子氣理論"，選項(xiàng)A、B都是正確的.金屬晶體的堆積方式中空間利用率分別是簡單立方堆積52％，體心立方堆積68%，面心立方最密堆積和六方最密堆積均為74%.因此簡單立方堆積的空間利用率最低，六方最密堆積和面心立方最密堆積的空間利用率最高，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯誤。]2．下列敘述中正確的是（)A．金屬受外力作用時常常發(fā)生變形而不易折斷是由于金屬原子之間有較強(qiáng)的作用B．通常情況下，金屬里的自由電子會發(fā)生定向移動而形成電流C．金屬是借助自由電子的運(yùn)動，把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分D．金屬的導(dǎo)電性隨溫度的升高而減弱D［金屬受外力作用時常常發(fā)生變形而不易折斷是因?yàn)榻饘倬w中各原子層會發(fā)生相對滑動，但不會改變原來的排列方式，故A項(xiàng)不正確;金屬里的自由電子要在外加電場作用下才能發(fā)生定向移動產(chǎn)生電流，故B項(xiàng)不正確；金屬的導(dǎo)熱性是由于自由電子碰撞金屬原子將能量進(jìn)行傳遞,故C項(xiàng)不正確.］3．下列四種敘述，可能為金屬晶體性質(zhì)的是()A．由分子間作用力結(jié)合而成,熔點(diǎn)低B．固體或熔融后易導(dǎo)電,熔點(diǎn)在1000℃左右C．由共價鍵結(jié)合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),熔點(diǎn)高D．固體不導(dǎo)電，但溶于水或熔融后能導(dǎo)電B［由分子間作用力結(jié)合而成，熔點(diǎn)低是分子晶體的性質(zhì),A錯；固體能導(dǎo)電是金屬晶體的特性，B對，D錯；由共價鍵結(jié)合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，熔點(diǎn)高為原子晶體的性質(zhì),C錯。］4．已知某金屬晶體中（如堿金屬)原子堆積方式如圖所示,則該堆積方式是（）A．簡單立方堆積B．體心立方堆積C．六方最密堆積D．面心立方最密堆積［答案］B5．關(guān)于金屬性質(zhì)和原因的描述不正確的是(）A．金屬一般具有銀白色光澤，是物理性質(zhì),與金屬鍵沒有關(guān)系B．金屬具有良好的導(dǎo)電性，是因?yàn)樵诮饘倬w中共享了金屬原子的價電子，形成了“電子氣”,在外加電場的作用下自由電子定向移動便形成了電流，所以金屬易導(dǎo)電C．金屬具有良好的導(dǎo)熱性能，是因?yàn)樽杂呻娮釉谑軣岷?，加快了運(yùn)動速率，自由電子通過與金屬離子發(fā)生碰撞，傳遞了能量D．金屬晶體具有良好的延展性，是因?yàn)榻饘倬w中的原子層可以滑動而不破壞金屬鍵[答案］A6．金屬晶體堆積密度大，原子配位數(shù)高，能充分利用空間的原因是（）A．金屬原子的價電子數(shù)少B．金屬晶體中有自由電子C．金屬原子的原子半徑大D．金屬鍵沒有飽和性和方向性D[金屬晶體有多種堆積方式,主要是由于金屬鍵無飽和性和方向性。]7．下列說法正確的是(）A．任何晶體中，若含有陽離子也一定含有陰離子B．金屬鎂的熔點(diǎn)、硬度高于鋁C．右圖為銅的晶胞結(jié)構(gòu)，則每個晶胞中平均有4個銅原子，銅原子的配位數(shù)為6D．銅晶胞的空間利用率約為74%D[金屬晶體中含有金屬陽離子和自由電子，A錯；鋁的金屬鍵強(qiáng)于鎂，故鋁的熔點(diǎn)和硬度要高于鎂,B錯；銅晶胞中平均含有4個銅原子，其配位數(shù)為12，C錯.]8．金屬晶體中金屬原子有三種常見的堆積方式：六方最密堆積、面心立方最密堆積和體心立方堆積,如圖甲、乙、丙分別代表這三種堆積方式的結(jié)構(gòu)，其晶胞內(nèi)金屬原子個數(shù)比為（）甲乙丙A．1∶2∶1 B．3∶2∶1C．9∶8∶4 D．21∶14∶9B[由均分思想可知，甲晶胞內(nèi)金屬原子的個數(shù)為3＋2×eq\f(1，2）＋12×eq\f(1,6）＝6，乙晶胞內(nèi)金屬原子的個數(shù)為6×eq\f（1,2)＋8×eq\f（1,8）＝4，丙晶胞內(nèi)金屬原子的個數(shù)為1＋8×eq\f(1,8）＝2，則甲、乙、丙三種堆積方式的晶胞內(nèi)金屬原子個數(shù)比為3∶2∶1。]9．石墨的片層結(jié)構(gòu)如下圖所示，試回答下列問題：（1)碳原子的雜化方式________.(2)每個正六邊形中占有________個碳原子.（3)石墨晶體每一層內(nèi)碳原子數(shù)與C-C鍵鍵數(shù)之比是________。(4)ng碳原子可構(gòu)成________個正六邊形。［解析]（1)石墨為層狀結(jié)構(gòu)，碳原子采取sp2雜化。(2）利用點(diǎn)與面之間的關(guān)系，平均每個正六邊形占有碳原子數(shù)：6×eq\f（1，3）＝2。(3)分析每個正六邊形：①所占的碳原子數(shù)為6×eq\f(1，3)＝2；②所占的C—C鍵鍵數(shù)為6×eq\f(1，2)＝3，故答案為2∶3。(4)ng碳原子的個數(shù)為eq\f（n，12)NA，故可構(gòu)成的正六邊形個數(shù)為eq\f(\f(n,12）NA，2)＝eq\f（nNA,24)。［答案］(1)sp2(2)2(3）2∶3（4）eq\f（nNA，24）10．結(jié)合金屬晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，回答以下問題:（1)已知下列金屬晶體：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au，其堆積方式為：①簡單立方堆積的是_____________________________；②體心立方堆積的是_____________________________；③六方最密堆積的是_____________________________;④面心立方最密堆積的是_________________________.(2）下列關(guān)于金屬晶體的敘述正確的是________。A．常溫下,金屬單質(zhì)都以金屬晶體形式存在B．金屬陽離子與自由電子之間的強(qiáng)烈作用，在一定外力作用下，不因形變而消失C．鈣的熔、沸點(diǎn)高于鉀D．溫度越高，金屬的導(dǎo)電性越好[解析］(1)簡單立方堆積的空間利用率低，金屬Po采取這種方式。體心立方堆積是上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中，這種堆積方式的空間利用率比簡單立方堆積的高,許多金屬是這種堆積方式。六方最密堆積按ABAB……的方式堆積，面心立方最密堆積按ABCABC……的方式堆積，六方最密堆積常見金屬為Mg、Zn、Ti，面心立方最密堆積常見金屬為Cu、Ag、Au。（2)常溫下,Hg為液態(tài),A錯；因?yàn)榻饘冁I無方向性,故金屬鍵在一定范圍內(nèi)不因形變而消失,B正確；鈣的金屬鍵強(qiáng)于鉀，故熔、沸點(diǎn)高于鉀，C正確；溫度升高，金屬的導(dǎo)電性減弱，D錯。[答案]（1)①Po②Na、K、Fe③Mg、Zn④Cu、Au（2)BC11。金晶體的最小重復(fù)單元（也稱晶胞）是面心立方體，如圖所示，即在立方體的8個頂點(diǎn)各有一個金原子，各個面的中心有一個金原子，每個金原子被相鄰的晶胞所共有.金原子的直徑為d,用NA表示阿伏加德羅常數(shù)，M表示金的摩爾質(zhì)量。（1）金晶體的每個晶胞中含有________個金原子。（2)欲計(jì)算一個金晶胞的體積，除假定金原子是剛性小球外，還應(yīng)假定________________。（3）一個晶胞的體積是________。（4)金晶體的密度是________.[解析]（1）由題中對金晶體晶胞的敘述，可求出每個晶胞中所擁有的金原子個數(shù)，即8×eq\f(1，8）＋6×eq\f（1，2)＝4。(2)金原子的排列是緊密堆積形式的，每個面心的原子和四個頂點(diǎn)的原子要相互接觸。（3）右圖是金晶體中原子之間相互位置關(guān)系的平面圖，AC為金原子直徑的2倍，AB為立方體的邊長，由圖可得,立方體的邊長為eq\r（2)d，所以一個晶胞的體積為(eq\r（2）d)3＝2eq\r（2)d3。(4)一個晶胞的質(zhì)量等于4個金原子的質(zhì)量，所以ρ＝eq\f(4M,NA·2\r（2)d3)＝eq\f（\r（2)M，NAd3）.[答案］（1)4（2)每個面心的原子和四個頂點(diǎn)的原子相互接觸（3)2eq\r（2）d3(4)eq\f(\r（2）M，NAd3）[能力提升練］12．某固體僅由一種元素組成,其密度為5.0g·cm－3，用X。射線研究該固體的結(jié)構(gòu)時得知：在邊長1×10－7cmA．32 B．120C．150 D．180C［Ar＝M＝eq\f（1×10－7cm3,20）×6。02×1023mol－1×5.0g·cm－3≈150g·mol－1，故Mr＝150。]13．金屬鈉晶體為體心立方晶胞，實(shí)驗(yàn)測得鈉的密度為ρ(g·cm－3)。已知鈉的相對原子質(zhì)量為a，阿伏加德羅常數(shù)為NA(mol－1），假定金屬鈉原子為等徑的剛性小球且處于體對角線上的三個球相切。則鈉原子的半徑r（cm)為（）A。eq\r(3,\f(2a,NAρ）） B。eq\r（3)eq\r(3,\f(2a，NAρ))C.eq\f(\r(3)，4)eq\r（3,\f（2a，NAρ)) D。eq\f(1，2)eq\r(3,\f（2a，NAρ)）C［該晶胞中實(shí)際含鈉原子2個,晶胞邊長為eq\f(4×r，\r（3)），則ρ＝eq\f（2×a，NA×\b\lc\（\rc\）(\a\vs4\al\co1（\f（4×r,\r（3)））)3)，進(jìn)一步化簡后可得答案.］14．鐵有δ、γ、α三種同素異形體,其結(jié)構(gòu)分別如圖所示，三種晶體在不同溫度下能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化.下列說法不正確的是（)A．δ-Fe晶體中與每個鐵原子等距離且最近的鐵原子有8個B．α.Fe晶體中與每個鐵原子等距離且最近的鐵原子有6個C．若δ。Fe晶胞邊長為acm，α。Fe晶胞邊長為bcm，則兩種晶體密度比為2b3∶a3D．將鐵加熱到1500℃分別急速冷卻和緩慢冷卻,得到的晶體的堆積模型相同［答案］D15．金屬鎢晶體中晶胞的結(jié)構(gòu)模型如圖所示.它是一種體心立方結(jié)構(gòu)。實(shí)際測得金屬鎢的密度為ρ，鎢的相對原子質(zhì)量為M，假定鎢原子為等直徑的剛性球,請回答下列問題:（1)每一個晶胞分?jǐn)偟絖_______個鎢原子。(2)晶胞的邊長a為________。(3)鎢的原子半徑r為________(只有體對角線上的各個球才是彼此接觸的）。(4)金屬鎢原子形成的體心立體結(jié)構(gòu)的空間利用率為________.［解析](1）晶胞中每個頂點(diǎn)的鎢原子為8個晶胞所共有，體心的鎢原子完全為該晶胞所有，故每一個晶胞分?jǐn)偟?個鎢原子。(2)每個晶胞中含有2個鎢原子，則每個晶胞的質(zhì)量m＝eq\f(2M,NA）,又因每個晶胞的體積V＝a3，所以晶胞密度ρ＝eq\f（m,V）＝eq\f(2M，NAa3）,a＝eq\r（3，\f(2M,NAρ))。（3)鎢晶胞的體對角線上堆積著3個鎢原子，則體對角線的長度為鎢原子半徑的4倍,即4r＝eq\r(3）a,r＝eq\f（\r（3)a,4)＝eq\f(\r（3)，4）eq\r（3，\f（2M,NAρ)）.(4）每個晶胞含有2個鎢原子,2個鎢原子的體積V′＝2×eq\f(4，3）πr3＝eq\f（8πr3,3)，則該體心立方結(jié)構(gòu)的空間利用率＝eq\f（V′,V）＝eq\f（\f(8πr3，3),a3)×100％＝eq\f(\f（8,3)π\(zhòng)b\lc\（\rc\)（\a\vs4\al\co1（\f（\r（3）,4）a))3,a3）×100%＝eq\f（\r(3）π,8）×100％≈68%。［答案］(1）2(2)eq\r（3,\f（2M,NAρ)）（3)eq\f(\r（3),4）eq\r(3，\f（2M，NAρ))（4）68％16．鈦（Ti)、釩（V)、鎳（Ni)、鑭(La)等在儲氫材料方面具有廣泛的用途。圖甲、乙、丙是一些晶體材料的結(jié)構(gòu)示意圖。甲乙丙請回答下列問題：(1）寫出基態(tài)鎳原子的核外電子排布式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。（2)鈦金屬晶體的原子堆積方式如圖甲所示，則每個鈦原子周圍有________個緊鄰的鈦原子。（3）鑭系合金是稀土系儲氫合金的典型代表。某合金儲氫后的晶胞如圖乙所示，該合金的化學(xué)式為________，1mol鑭形成的該合金能儲存________mol氫氣。（4）嫦娥三號衛(wèi)星上的PTC元件(熱敏電阻）的主要成分——鋇鈦礦晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖丙所示，該晶體經(jīng)X.射線分析鑒定，重復(fù)單位為立方體，邊長為acm。頂點(diǎn)位置被Ti4＋所占據(jù)，體心位置被Ba2＋所占據(jù)，所有棱心位置被O2－所占據(jù)。①寫出該晶體的化學(xué)式：________。②若該晶體的密度為ρg·cm－3，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則a＝________cm。[解析]（1)Ni是28號元素，其原子的核外電子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。(2)由鈦金屬晶體的原子堆積方式可知，屬于六方最密堆積，原子配位數(shù)為12，即每個鈦原子周圍有12個緊鄰的鈦原子。（3)根據(jù)某合金儲氫后的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知該合金中含有La：8×eq\f（1,8）＝1、Ni：8×eq\f（1，2)＋1＝5，所以化學(xué)式是LaNi5；1mol該合金吸附氫氣的物質(zhì)的量是8mol×eq\f（1,4）＋2mol×eq\f（1,2)＝3mol。(4)①根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知，Ba:1、Ti:8×eq\f(1，8）＝1、O：1