2021-2022年新教材高中化學(xué)課時(shí)檢測(cè)11金屬晶體離子晶體（含解析）選擇性必修2

金屬晶體離子晶體(40分鐘70分)一、選擇題(本題包括10小題,每小題5分,共50分)1.下列晶體屬于離子晶體且陰、陽(yáng)離子的空間結(jié)構(gòu)相同的是 ()A.NH4NO3 B.Si3N4 C.NH4ClO4 D.H3PO【解析】選C。NH4NO3是離子晶體,其中陽(yáng)離子銨根為正四面體形,硝酸根為平面三角形,故A錯(cuò)誤;Si3N4為共價(jià)晶體,故B錯(cuò)誤;NH4ClO4是離子晶體,其中陽(yáng)離子銨根為正四面體形,高氯酸根為正四面體形,故C正確;H3PO4屬于分子晶體,故D錯(cuò)誤。2.金屬M(fèi)g中含有的結(jié)構(gòu)粒子是 ()A.Mg原子和“自由電子” B.只有Mg2+C.Mg原子和Mg2+ D.Mg2+與“自由電子”【解析】選D。金屬晶體是由金屬陽(yáng)離子和“自由電子”利用金屬鍵結(jié)合的晶體。3.某晶體的下列性質(zhì)可作為判斷它是離子晶體的充分依據(jù)的是 ()A.具有較高的熔點(diǎn)和較大的硬度B.固態(tài)不導(dǎo)電,其水溶液能導(dǎo)電C.可溶于水D.固態(tài)不導(dǎo)電,熔融態(tài)能導(dǎo)電【解析】選D。A項(xiàng),如金剛石具有較高的熔點(diǎn)和較大的硬度,金剛石不是離子晶體,所以由A項(xiàng)不能確定是離子晶體;B項(xiàng),如HCl、AlCl3等共價(jià)化合物固態(tài)不導(dǎo)電,它們的水溶液能導(dǎo)電,所以由B項(xiàng)也不能確定是離子晶體;C項(xiàng),如HCl、H2SO4等可溶于水,但它們形成的晶體是分子晶體,所以由C項(xiàng)不能確定是離子晶體;只有D項(xiàng)是正確的,離子晶體固態(tài)不導(dǎo)電而熔融態(tài)導(dǎo)電,分子晶體兩種狀態(tài)下都不導(dǎo)電,而金屬晶體固態(tài)時(shí)導(dǎo)電。4.下列關(guān)于離子晶體的描述不正確的是 ()A.離子晶體是陽(yáng)離子和陰離子通過(guò)靜電吸引力結(jié)合而成的晶體B.穩(wěn)定性:NaF>NaCl>NaBr>NaIC.硬度:MgO>CaO>BaOD.在氯化鈉晶體中,Na+和Cl的配位數(shù)均為6【解析】選A。離子晶體是陽(yáng)離子和陰離子通過(guò)靜電作用結(jié)合而成,靜電作用包括靜電斥力和靜電吸引力。5.(2021·淄博高二檢測(cè))如圖所示是金屬鈉的晶胞示意圖,該晶胞平均含有的鈉原子數(shù)是 ()A.9B.5C.3D.2【解析】選D。根據(jù)均攤法進(jìn)行計(jì)算,該晶胞平均含有的鈉原子數(shù)是×8+1=2。6.已知金屬鈉與兩種鹵族元素形成的化合物Q、P,它們的晶格能分別為923kJ·mol1、786kJ·mol1,下列有關(guān)說(shuō)法中不正確的是 ()A.Q的熔點(diǎn)比P的高B.若P是NaCl,則Q一定是NaFC.Q中成鍵離子核間距較小D.若P是NaCl,則Q可能是NaBr【解析】選D。Q的晶格能大于P的晶格能,故Q的熔點(diǎn)比P的高,A項(xiàng)正確;因F的半徑比Cl的小(其他鹵素離子的半徑比Cl的大),故NaF的晶格能大于NaCl的,B項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤;因Q、P中成鍵離子均為一價(jià)離子,電荷數(shù)相同,故晶格能的差異是由成鍵離子核間距決定的,晶格能越大,表明核間距越小,C項(xiàng)正確。7.(雙選)(2021·菏澤高二檢測(cè))甲、乙、丙三種離子晶體的晶胞如圖所示,下列說(shuō)法正確的是 ()A.甲的化學(xué)式(X為陽(yáng)離子)為X2YB.乙中A、B、C三種微粒的個(gè)數(shù)比是1∶3∶1C.丙是CsCl晶體的晶胞D.乙中與A距離最近且相等的B有8個(gè)【解析】選A、B。據(jù)圖可知,Y位于立方體的4個(gè)頂點(diǎn),根據(jù)均攤法,Y的個(gè)數(shù)為4×=,X位于體心,X的個(gè)數(shù)為1,X和Y的個(gè)數(shù)比為2∶1,所以甲的化學(xué)式為X2Y,故A正確;據(jù)圖可知,A位于8個(gè)頂點(diǎn),根據(jù)均攤法,A的個(gè)數(shù)為8×=1,B位于6個(gè)面心,B的個(gè)數(shù)為6×=3,C位于體心,個(gè)數(shù)為1,則A、B、C的個(gè)數(shù)比為1∶3∶1,故B正確;在CsCl晶胞里,每個(gè)離子周圍可吸引8個(gè)帶異性電荷的離子,正負(fù)離子配位數(shù)均為8,所以丙不是CsCl的晶胞,故C錯(cuò)誤;乙中A位于立方體的頂點(diǎn),B位于面心,在以A為中心的3個(gè)平面的4個(gè)B都和A距離相等且距離最近,所以這樣的B有12個(gè),故D錯(cuò)誤。8.下列圖像是從NaCl或CsCl晶體結(jié)構(gòu)圖中分割出來(lái)的部分結(jié)構(gòu)圖,試判斷屬于NaCl晶體結(jié)構(gòu)的圖像是 ()A.圖(1)和圖(3) B.圖(2)和圖(3)C.只有圖(1) D.圖(1)和圖(4)【解析】選D。在NaCl晶體結(jié)構(gòu)中,每個(gè)Na+周圍等距且最近的Cl有6個(gè),圖(1)和圖(4)能夠滿足;在CsCl晶體中,與每個(gè)Cs+等距且最近的Cl有8個(gè),圖(2)和圖(3)符合。9.氧化鈣在2973K時(shí)熔化,而氯化鈉在1074K時(shí)熔化,兩者的離子間距離和晶體結(jié)構(gòu)類似,有關(guān)它們?nèi)埸c(diǎn)差別較大的原因敘述不正確的是 ()A.氧化鈣晶體中陰、陽(yáng)離子所帶的電荷數(shù)多B.氧化鈣的晶格能比氯化鈉的晶格能大C.氧化鈣的晶格能比氯化鈉的晶格能小D.在氧化鈣與氯化鈉的離子間距離類似的情況下,晶格能主要由陰、陽(yáng)離子所帶電荷的多少?zèng)Q定【解析】選C。氧化鈣和氯化鈉都屬于離子晶體,熔點(diǎn)的高低可根據(jù)晶格能的大小判斷。晶格能的大小與離子所帶電荷多少、離子間距離、晶體結(jié)構(gòu)類型等因素有關(guān)。氧化鈣和氯化鈉的離子間距離和晶體結(jié)構(gòu)都類似,所以晶格能主要由陰、陽(yáng)離子所帶電荷的多少?zèng)Q定。10.有一種藍(lán)色晶體[可表示為MxFey(CN)6],經(jīng)X射線研究發(fā)現(xiàn),它的結(jié)構(gòu)特征是Fe3+和Fe2+互相占據(jù)立方體互不相鄰的頂點(diǎn),而CN位于立方體的棱上。其晶體中陰離子的最小結(jié)構(gòu)單元如圖所示。下列說(shuō)法正確的是 ()A.該晶體的化學(xué)式為M2Fe2(CN)6B.該晶體屬于離子晶體,M呈+1價(jià)C.該晶體屬于離子晶體,M呈+2價(jià)D.晶體中與每個(gè)Fe3+距離最近且等距離的CN為3個(gè)【解析】選B。由圖可推出晶體中陰離子的最小結(jié)構(gòu)單元中含F(xiàn)e2+個(gè)數(shù)為4×=,含F(xiàn)e3+個(gè)數(shù)也為,CN的個(gè)數(shù)為12×=3,因此陰離子為[Fe2(CN)6],則該晶體的化學(xué)式只能為MFe2(CN)6,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;由陰、陽(yáng)離子形成的晶體為離子晶體,M的化合價(jià)為+1價(jià),故B項(xiàng)正確、C項(xiàng)錯(cuò)誤;由圖可看出與每個(gè)Fe3+距離最近且等距離的CN為6個(gè),故D項(xiàng)錯(cuò)誤。二、非選擇題(本題包括2小題,共20分)11.(10分)(1)已知MgO的晶體結(jié)構(gòu)屬于NaCl型。某同學(xué)畫出的MgO晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示,請(qǐng)改正圖中的錯(cuò)誤:______________________________。

(2)Mg是第3周期元素,該周期部分元素氟化物的熔點(diǎn)見(jiàn)下表:氟化物NaFMgF2熔點(diǎn)/K12661534解釋表中氟化物熔點(diǎn)差異的原因:

______________________________。

答案:(1)8號(hào)白球改為小灰球(2)陰離子相同的離子晶體微粒間的作用力隨陽(yáng)離子半徑的減小、電荷數(shù)的增大而增大,故MgF2的熔點(diǎn)高于NaF12.(10分)金屬晶體中金屬原子有三種常見(jiàn)的堆積方式:六方最密堆積、面心立方最密堆積和體心立方密堆積,圖(a)、(b)、(c)分別代表這三種晶胞的結(jié)構(gòu)。(1)三種晶胞內(nèi)金屬原子個(gè)數(shù)比為_(kāi)_______。

(2)三種堆積方式實(shí)質(zhì)是金屬陽(yáng)離子的堆積方式,那么“自由電子”有無(wú)確切的堆積方式?________(填“有”或“無(wú)”)。

(3)影響金屬晶體熔點(diǎn)的主要因素是_______________________。

【解析】(1)晶胞(a)中含原子數(shù)為12×+2×+3=6,晶胞(b)中含原子數(shù)為8×+6×=4,晶胞(c)中含原子數(shù)為8×+1=2。其原子個(gè)數(shù)比為6∶4∶2=3∶2∶1。(2)由于金屬晶體中的“自由電子”不屬于每個(gè)固定的原子,而是在整個(gè)晶體中自由移動(dòng),故自由電子無(wú)確切的堆積方式。(3)金屬晶體是由金屬原子通過(guò)金屬鍵相互結(jié)合而成,金屬鍵的強(qiáng)弱直接影響金屬晶體的熔點(diǎn)。金屬鍵越強(qiáng),晶體的熔點(diǎn)越高。答案:(1)3∶2∶1(2)無(wú)(3)金屬鍵的強(qiáng)弱(20分鐘30分)一、選擇題(本題包括1小題,共10分)13.CaC2晶體的晶胞結(jié)構(gòu)與NaCl晶體的相似(如圖所示),但CaC2晶體中由于的存在,使晶胞沿一個(gè)方向拉長(zhǎng)。下列關(guān)于CaC2晶體的說(shuō)法中正確的是 ()A.1個(gè)Ca2+周圍距離最近且等距離的的數(shù)目為6B.該晶體中的陰離子與F2互為等電子體C.6.4gCaC2晶體中含陰離子0.1molD.與每個(gè)Ca2+距離相等且最近的Ca2+共有12個(gè)【解析】選C。依據(jù)晶胞示意圖可以看出,晶胞豎直方向上的平面的長(zhǎng)與寬不相等,再由圖中體心可知1個(gè)Ca2+周圍距離最近的有4個(gè),而不是6個(gè),故A錯(cuò)誤;含價(jià)電子總數(shù)為2×4+2=10,F2的價(jià)電子總數(shù)為14,二者價(jià)電子總數(shù)不同,不互為等電子體,故B錯(cuò)誤;6.4gCaC2的物質(zhì)的量為0.1mol,CaC2晶體中的陰離子為,則含陰離子的物質(zhì)的量為0.1mol,故C正確;晶胞豎直方向上的平面的長(zhǎng)與寬不相等,所以與每個(gè)Ca2+距離相等且最近的Ca2+應(yīng)為4個(gè),故D錯(cuò)誤。二、非選擇題(本題包括2小題,共20分)14.(10分)(1)Li2O具有反螢石結(jié)構(gòu),晶胞如圖所示。已知晶胞參數(shù)為0.4665nm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則Li2O的密度為_(kāi)_______g·cm3(列出計(jì)算式)。

(2)FeS2晶體的晶胞如圖所示。晶胞邊長(zhǎng)為anm,FeS2相對(duì)分子質(zhì)量為M,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,其晶體密度的計(jì)算表達(dá)式為_(kāi)_______g·cm3;晶胞中Fe2+位于所形成的正八面體的體心,該正八面體的邊長(zhǎng)為_(kāi)_______nm。

【解析】(1)1個(gè)氧化鋰晶胞含O的個(gè)數(shù)為8×+6×=4,含Li的個(gè)數(shù)為8,1cm=107nm,代入密度公式計(jì)算可得Li2O的密度為g·cm3。(2)該晶胞中Fe2+位于棱上和體心,個(gè)數(shù)為12×+1=4,位于頂點(diǎn)和面心,個(gè)數(shù)為8×+6×=4,故晶體密度為×4g÷(a×10-7cm)3=×1021g·cm3。根據(jù)晶胞結(jié)構(gòu),所形成的正八面體的邊長(zhǎng)為該晶胞中相鄰面的面心之間的連線之長(zhǎng),即為晶胞邊長(zhǎng)的,故該正八面體的邊長(zhǎng)為anm。答案:(1)(2)×1021a15.(10分)(2020·全國(guó)Ⅰ卷)Goodenough等人因在鋰離子電池及鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等正極材料研究方面的卓越貢獻(xiàn)而獲得2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。回答下列問(wèn)題:(1)基態(tài)Fe2+與Fe3+離子中未成對(duì)的電子數(shù)之比為_(kāi)_____。

(2)Li及周期表中相鄰元素的第一電離能(I1)如表所示。I1(Li)>I1(Na),原因是_____________________________________。

I1(Be)>I1(B)>I1(Li),原因是_____________________________________。

I1/(kJ·mol1)Li520Be900B801Na496Mg738Al578(3)磷酸根離子的空間構(gòu)型為_(kāi)___________,其中P的價(jià)層電子對(duì)數(shù)為_(kāi)_______、雜化軌道類型為_(kāi)___________。

(4)LiFePO4的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如(a)所示。其中O圍繞Fe和P分別形成正八面體和正四面體,它們通過(guò)共頂點(diǎn)、共棱形成空間鏈結(jié)構(gòu)。每個(gè)晶胞中含有LiFePO4的單元數(shù)有__________個(gè)。

電池充電時(shí),LiFePO4脫出部分Li+,形成Li1xFePO4,結(jié)構(gòu)示意圖如(b)所示,則x=________,n(Fe2+)∶n(Fe3+)=________。

【解析】(1)基態(tài)鐵原子的價(jià)電子排布式為3d64s2,失去外層電子轉(zhuǎn)化為Fe2+和Fe3+,這兩種基態(tài)離子的價(jià)電子排布式分別為3d6和3d5,根據(jù)洪特規(guī)則可知,基態(tài)Fe2+有4個(gè)未成對(duì)電子,基態(tài)Fe3+有5個(gè)未成對(duì)電子,所以未成對(duì)電子個(gè)數(shù)比為4∶5;(2)同主族元素,從上至下,原子半徑增大,第一電離能逐漸減小,所以I1(Li)>I1(Na);同周期元素,從左至右,第一電離能呈現(xiàn)增大的趨勢(shì),但由于第ⅡA族元素基態(tài)原子s能級(jí)軌道處于全充滿的狀態(tài),能量更低更穩(wěn)定,所以其第一電離能大于同一周期的第ⅢA族元素,因此I1(Be)>I1(B)>I1(Li);(3)經(jīng)過(guò)計(jì)算,P中不含孤電子對(duì),成鍵電子對(duì)數(shù)目為4,價(jià)層電子對(duì)數(shù)為4,因此其構(gòu)型為正四面體形,P原子是采用sp3雜化方式形成的4個(gè)sp3雜化軌道;(4)由題干可知,LiFePO4的晶胞中,Fe存在于由O構(gòu)成的正八面體內(nèi)部,P存在于由O構(gòu)成的正四面體內(nèi)部;再分析題干中給出的(a)、(b)和(c)三個(gè)不同物質(zhì)的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖,對(duì)比(a)和(c)的差異可知,(a)圖所示的LiFePO4的晶胞中,小球表示的即為L(zhǎng)i+,其位于晶胞的8個(gè)頂點(diǎn),4個(gè)側(cè)面面心以及上下底面各自的相對(duì)的兩條棱心處,經(jīng)計(jì)算一個(gè)晶胞中Li+的個(gè)數(shù)為8×+4×+4×=4(個(gè));進(jìn)一步分析(a)圖所示的LiFePO4的晶胞中,八面體結(jié)構(gòu)和四面體結(jié)構(gòu)的數(shù)目均為4,即晶胞中含F(xiàn)e和P的數(shù)目均為4;考慮到化學(xué)式為L(zhǎng)iFePO4,并且一個(gè)晶胞中含有的Li+、Fe和P的數(shù)目均為4,所以一個(gè)晶胞中含有4個(gè)LiFePO4單元。對(duì)比(a)和(b)兩個(gè)晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知,Li1xFePO4相比于LiFePO4缺失一個(gè)面心的Li+以及一個(gè)棱心的Li+;結(jié)合上一個(gè)空的分析可知,LiFePO4晶胞的化學(xué)式為L(zhǎng)i4Fe4P4O16,那么Li1xFePO4晶胞的化學(xué)式為L(zhǎng)i3.25Fe4P4O16,所以有1x=即x=0.1875。結(jié)合上一個(gè)空計(jì)算的結(jié)果可知,Li1xFePO4即Li0.8125Fe