2024-2025學(xué)年高中化學(xué)課時(shí)分層作業(yè)12金屬晶體含解析新人教版選修3

PAGE7-課時(shí)分層作業(yè)(十二)金屬晶體(建議用時(shí)：40分鐘)[基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]1．下列有關(guān)金屬晶體的說(shuō)法中不正確的是()A．金屬晶體是一種“巨分子”B．“電子氣”為全部原子所共用C．簡(jiǎn)潔立方積累的空間利用率最低D．體心立方積累的空間利用率最高D[依據(jù)金屬晶體的“電子氣理論”，選項(xiàng)A、B都是正確的。金屬晶體的積累方式中空間利用率分別是簡(jiǎn)潔立方積累52%，體心立方積累68%，面心立方最密積累和六方最密積累均為74%。因此簡(jiǎn)潔立方積累的空間利用率最低，六方最密積累和面心立方最密積累的空間利用率最高，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]2．下列敘述中正確的是()A．金屬受外力作用時(shí)經(jīng)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．通常狀況下，金屬里的自由電子會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)而形成電流C．金屬是借助自由電子的運(yùn)動(dòng)，把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分D．金屬的導(dǎo)電性隨溫度的上升而減弱D[金屬受外力作用時(shí)經(jīng)常發(fā)生變形而不易折斷是因?yàn)榻饘倬w中各原子層會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，但不會(huì)變更原來(lái)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(chǎng)作用下才能發(fā)生定向移動(dòng)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(jià)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(cuò)；固體能導(dǎo)電是金屬晶體的特性，B對(duì)，D錯(cuò)；由共價(jià)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(cuò)。]4．已知某金屬晶體中(如堿金屬)原子積累方式如圖所示，則該積累方式是()A．簡(jiǎn)潔立方積累B．體心立方積累C．六方最密積累D．面心立方最密積累[答案]B5．關(guān)于金屬性質(zhì)和緣由的描述不正確的是()A．金屬一般具有銀白色光澤，是物理性質(zhì)，與金屬鍵沒(méi)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(jià)電子，形成了“電子氣”，在外加電場(chǎng)的作用下自由電子定向移動(dòng)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(dòng)速率，自由電子通過(guò)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(dòng)而不破壞金屬鍵[答案]A6．金屬晶體積累密度大，原子配位數(shù)高，能充分利用空間的緣由是()A．金屬原子的價(jià)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(méi)有飽和性和方向性D[金屬晶體有多種積累方式，主要是由于金屬鍵無(wú)飽和性和方向性。]7．下列說(shuō)法正確的是()A．任何晶體中，若含有陽(yáng)離子也肯定含有陰離子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(gè)晶胞中平均有4個(gè)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(yáng)離子和自由電子，A錯(cuò)；鋁的金屬鍵強(qiáng)于鎂，故鋁的熔點(diǎn)和硬度要高于鎂，B錯(cuò)；銅晶胞中平均含有4個(gè)銅原子，其配位數(shù)為12，C錯(cuò)。]8．金屬晶體中金屬原子有三種常見(jiàn)的積累方式：六方最密積累、面心立方最密積累和體心立方積累，如圖甲、乙、丙分別代表這三種積累方式的結(jié)構(gòu)，其晶胞內(nèi)金屬原子個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)數(shù)為1＋8×eq\f(1,8)＝2，則甲、乙、丙三種積累方式的晶胞內(nèi)金屬原子個(gè)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(wèn)題：(1)碳原子的雜化方式________。(2)每個(gè)正六邊形中占有________個(gè)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(gè)正六邊形。[解析](1)石墨為層狀結(jié)構(gòu)，碳原子實(shí)行sp2雜化。(2)利用點(diǎn)與面之間的關(guān)系，平均每個(gè)正六邊形占有碳原子數(shù)：6×eq\f(1,3)＝2。(3)分析每個(gè)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(gè)數(shù)為eq\f(n,12)NA，故可構(gòu)成的正六邊形個(gè)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(wèn)題：(1)已知下列金屬晶體：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au，其積累方式為：①簡(jiǎn)潔立方積累的是_____________________________；②體心立方積累的是_____________________________；③六方最密積累的是_____________________________；④面心立方最密積累的是_________________________。(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(yáng)離子與自由電子之間的劇烈作用，在肯定外力作用下，不因形變而消逝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(jiǎn)潔立方積累的空間利用率低，金屬Po實(shí)行這種方式。體心立方積累是上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中，這種積累方式的空間利用率比簡(jiǎn)潔立方積累的高，很多金屬是這種積累方式。六方最密積累按ABAB……的方式積累，面心立方最密積累按ABCABC……的方式積累，六方最密積累常見(jiàn)金屬為Mg、Zn、Ti，面心立方最密積累常見(jiàn)金屬為Cu、Ag、Au。(2)常溫下，Hg為液態(tài)，A錯(cuò)；因?yàn)榻饘冁I無(wú)方向性，故金屬鍵在肯定范圍內(nèi)不因形變而消逝，B正確；鈣的金屬鍵強(qiáng)于鉀，故熔、沸點(diǎn)高于鉀，C正確；溫度上升，金屬的導(dǎo)電性減弱，D錯(cuò)。[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(gè)頂點(diǎn)各有一個(gè)金原子，各個(gè)面的中心有一個(gè)金原子，每個(gè)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(gè)晶胞中含有________個(gè)金原子。(2)欲計(jì)算一個(gè)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(gè)晶胞的體積是________。(4)金晶體的密度是________。[解析](1)由題中對(duì)金晶體晶胞的敘述，可求出每個(gè)晶胞中所擁有的金原子個(gè)數(shù)，即8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4。(2)金原子的排列是緊密積累形式的，每個(gè)面心的原子和四個(gè)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(zhǎng)，由圖可得，立方體的邊長(zhǎng)為eq\r(2)d，所以一個(gè)晶胞的體積為(eq\r(2)d)3＝2eq\r(2)d3。(4)一個(gè)晶胞的質(zhì)量等于4個(gè)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(gè)面心的原子和四個(gè)頂點(diǎn)的原子相互接觸(3)2eq\r(2)d3(4)eq\f(\r(2)M,NAd3)[實(shí)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-射線探討該固體的結(jié)構(gòu)時(shí)得知：在邊長(zhǎng)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，試驗(yàn)測(cè)得鈉的密度為ρ(g·cm－3)。已知鈉的相對(duì)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(duì)角線上的三個(gè)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(gè)，晶胞邊長(zhǎng)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(jiǎn)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(shuō)法不正確的是()A．δ-Fe晶體中與每個(gè)鐵原子等距離且最近的鐵原子有8個(gè)B．α-Fe晶體中與每個(gè)鐵原子等距離且最近的鐵原子有6個(gè)C．若δ-Fe晶胞邊長(zhǎng)為acm，α-Fe晶胞邊長(zhǎng)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，得到的晶體的積累模型相同[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(cè)得金屬鎢的密度為ρ，鎢的相對(duì)原子質(zhì)量為M，假定鎢原子為等直徑的剛性球，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)每一個(gè)晶胞分?jǐn)偟絖_______個(gè)鎢原子。(2)晶胞的邊長(zhǎng)a為________。(3)鎢的原子半徑r為________(只有體對(duì)角線上的各個(gè)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(gè)頂點(diǎn)的鎢原子為8個(gè)晶胞所共有，體心的鎢原子完全為該晶胞全部，故每一個(gè)晶胞分?jǐn)偟?個(gè)鎢原子。(2)每個(gè)晶胞中含有2個(gè)鎢原子，則每個(gè)晶胞的質(zhì)量m＝eq\f(2M,NA)，又因每個(gè)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(duì)角線上積累著3個(gè)鎢原子，則體對(duì)角線的長(zhǎng)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(gè)晶胞含有2個(gè)鎢原子，2個(gè)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(chǔ)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(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)寫出基態(tài)鎳原子的核外電子排布式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)鈦金屬晶體的原子積累方式如圖甲所示，則每個(gè)鈦原子四周有________個(gè)緊鄰的鈦原子。(3)鑭系合金是稀土系儲(chǔ)氫合金的典型代表。某合金儲(chǔ)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(chǔ)存________mol氫氣。(4)嫦娥三號(hào)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(zhǎng)為acm。頂點(diǎn)位置被Ti4＋所占據(jù)，體心位置被Ba2＋所占據(jù)，全部棱心位置被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(hào)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積累方式可知，屬于六方最密積累，原子配位數(shù)為12，即每個(gè)鈦原子四周有12個(gè)緊鄰的鈦原子。(3)依據(jù)某合金儲(chǔ)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依據(jù)晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知，Ba：1、Ti：8×eq\f(1,8)＝1、O：1