2025人教版高中化学选择性必修2
第三章 晶体结构与性质
第三节 金属晶体与离子晶体
第1课时 金属键 金属晶体
基础过关练
题组一 金属、金属键与电子气理论
1.(2024云南师范大学附属中学月考)下列叙述不正确的是( )
A.含有金属元素的离子不一定是阳离子
B.任何晶体中,若含有阳离子,就一定含有阴离子
C.金属键是金属阳离子和“自由电子”间的相互作用,金属键无饱和性和方向性
D.金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高
2.(2024湖南浏阳月考)下列关于金属晶体结构与性质的叙述中正确的是( )
A.金属晶体中的金属阳离子和自由电子都位于晶胞的固定位置上
B.金属常温下都是晶体
C.金属晶体通常具有导电性、导热性和良好的延展性
D.金属晶体发生形变时,内部金属离子与自由电子的相互作用消失
3.(2024云南普洱期末)金属能导电的原因是( )
A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的作用很强
B.金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动
C.金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动
D.金属晶体在外加电场作用下可失去电子
4.(2024山东滕州一中月考)下列说法正确的是( )
A.所有金属元素与所有非金属元素之间都只能形成离子键
B.记忆合金具有一定的导热性
C.Li、Na、K、Rb的熔点逐渐降低与化学键无关
D.金属晶体具有良好的延展性,是因为金属键具有方向性
5.(2024浙江杭州期末)下列说法不正确的是( )
A.钨价层电子数多,金属键强,可用作白炽灯的灯丝材料
B.“石胆化铁为铜”中涉及金属键的断裂和形成
C.温度越高,金属的导电性越好
D.铝合金硬度高、密度小,可作制造飞机的材料
题组二 金属晶体的通性
6.(2024河北唐山期中)下列金属中,金属阳离子与自由电子间的作用力最强的是( )
A.Al B.K C.Na D.Ca
7.下列生活中涉及的化学知识,不能用金属键理论解释的是 ( )
A.用铁制品作炊具
B.铁易生锈
C.用铂金作首饰
D.金属铝制成导线
8.(2024山西忻州测试)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
9.(2024湖南长郡中学检测)“乌铜走银”是云南特有的中国传统铜制工艺品。它以铜为胎,在胎上雕刻各种花纹图案,然后将熔化的银(或金)水填入花纹图案中,完成制作后需经常用汗湿的手摩擦器物,使铜胎变为乌黑,透出银(或金)纹图案。下列有关该工艺的说法错误的是( )
A.用铜和少量的贵金属熔炼成的铜胎仍具有金属性能
B.熔化银(或金)时需破坏金属键
C.铜胎变乌黑的原因是汗液中存在氧化性物质使铜变成了氧化铜
D.“自由电子”的存在使金、银等金属具有金属光泽
题组三 金属晶体的结构与性质
10.(2024山东青岛二中检测)下列各组金属熔点的高低顺序判断正确的是( )
A.Mg>Al>Ca
B.Al>Na>Li
C.Al>Mg>Ca
D.Mg>Ba>Al
11.(2024上海奉贤二模)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下所示,该合金的化学式为( )
A.LaNi5 B.LaNi6
C.LaNi8 D.LaNi9
12.(2024江西赣州上进联考)金属铅的晶粒大小与熔点关系如图所示。下列叙述正确的是( )
A.铅与锗位于同主族且单质晶体类型相同
B.铅晶粒越大,其熔点越低
C.铅晶体中含阳离子,必含阴离子
D.铅晶体熔点高低与晶粒表面积大小有关
13.(2024江苏苏州第十中学月考)云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外,曾主要用于造币,也可用于制造仿银饰品。镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。下列说法错误的是( )
A.晶胞中铜原子与镍原子的个数比为3∶1
B.铜镍合金是含有金属键的化合物
C.Cu的电导率随温度的升高而减小
D.镍白铜晶体具有较大的硬度
14.(2024辽宁朝阳期末)镁铝合金具有优异的性能,其晶胞结构如图所示。下列说法不正确的是( )
A.镁铝合金的化学式为MgAl2
B.镁铝合金的熔点高于其组分金属镁
C.晶体中存在的化学键类型为金属键
D.该晶胞的质量是g(NA表示阿伏加德罗常数的值)
能力提升练
题组一 金属键和金属晶体
1.(2023山东济南检测,P173定点1)下列有关说法正确的是( )
A.金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子
B.金属导电的实质是金属阳离子在外加电场作用下的定向移动
C.金属原子在化学变化中失去的电子数越多,其还原性越强
D.金属晶体的堆积方式会影响金属的性质
(2024河北定州二中月考)铜钯晶胞的结构如图所示。设NA为阿伏加德罗常数的值,Cu、Pd的原子半径分别为apm、bpm。下列叙述正确的是( )
A.该晶胞中Cu、Pd的原子个数之比为8∶1
B.该晶胞的边长为4apm
C.该晶胞中Pd的配位数为8
D.Cu是金属晶体,由“自由电子”和Cu原子之间强的相互作用而形成
3.(2023福建福州十五中等三校期中联考)如图a、b、c分别代表三种金属晶体的结构示意图,则图示结构内金属原子个数比为( )
a b c
A.3∶2∶1 B.11∶8∶4
C.9∶8∶4 D.21∶14∶9
4.(2024湖北新高考协作体开学考)磁性形状记忆材料Cu-Mn-Al合金的晶胞如图所示,Mn、Al位于Cu形成的小立方体体心。下列说法正确的是( )
A.金属晶体的熔点都很高
B.该合金的化学式为AlMnCu2
C.与Cu距离最近且相等的Cu有12个
D.金属键是金属阳离子和自由电子间的强烈的静电吸引作用
5.(2023辽宁沈阳重点高中郊联体联考)铁与镁组成的储氢合金的立方晶胞结构如图所示。下列说法正确的是( )
A.晶体中距离Fe原子最近的Mg原子数为4
B.晶体中存在金属阳离子,所以该合金是离子晶体
C.Fe原子与Mg原子间最短距离为bnm
D.晶体储氢时,H2在晶胞的体心和棱的中心位置,则储氢后化学式为FeMg2H2
6.(2024黑龙江哈尔滨九中开学考)某50Sn和41Nb形成的立方晶胞结构如图。
下列说法正确的是( )
A.该晶体属于离子化合物
B.Sn周围距离最近的Sn原子个数为8
C.该晶胞沿x轴、y轴、z轴的投影图完全相同
D.该晶体在高温时导电能力更强
题组二 金属晶体的有关计算
7.(2023广东台州一中月考)金晶体的晶胞如图所示,
设金原子的直径为d,NA表示阿伏加德罗常数,M表示金原子的摩尔质量。下列说法错误的是( )
A.金晶体每个晶胞中含有4个金原子
B.金晶体中金原子的配位数为12
C.一个金晶胞的体积是2d3
D.金晶体的密度是
8.(2024广西模拟预测)某镁镍合金储氢后所得晶体的立方晶胞如图1(为便于观察,省略了2个图2的结构),晶胞边长为apm。下列说法正确的是( )
A.晶体的化学式为Mg2NiH6
B.晶胞中与1个Mg配位的Ni有6个
C.晶胞中2个Ni之间的最近距离为apm
D.镁镍合金中Mg、Ni通过离子键结合
9.(2024湖南长郡中学开学考)某立方晶系的锑钾(Sb-K)合金可作为钾离子电池的电极材料,其晶胞如图1所示(图2为晶胞中的一部分),设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是( )
A.该晶体是共价晶体
B.该合金的组成可表示为K2Sb
C.与每个Sb原子距离相等且最近的Sb原子有6个
D.该晶体的密度为×1021g·cm-3
10.(2024湖北十堰统考)一种锂锌合金的晶胞结构如图所示。晶胞参数为apm,Li+、Zn2+的半径依次为76pm、74pm。下列叙述错误的是( )
已知:①NA为阿伏加德罗常数的值。
②晶胞空间利用率等于粒子总体积与晶胞体积之比。
③Li+位于顶点、面心和晶胞内部,Zn2+位于棱心和晶胞内部。
A.锂锌晶体由阳离子和电子构成
B.该晶胞中两种阳离子数目之比为1∶1
C.该晶胞空间利用率φ=×100%
D.该晶体密度ρ=g·cm-3
11.(2024上海华东师范大学第三附中期中)Fe有δ、γ、α三种同素异形体,其晶胞结构如图所示:
(1)α-Fe晶体中每个铁原子周围与它最接近且距离相等的铁原子有 个。
(2)α-Fe延展时, (填“可以”或“不可以”)转变为γ-Fe。
(3)若δ-Fe晶体的晶胞边长为acm,设NA表示阿伏加德罗常数的值,则δ-Fe晶体的密度为 。
(4)若δ-Fe晶胞边长为bpm,则Fe原子半径r= pm。
答案与分层梯度式解析
第三章 晶体结构与性质
第三节 金属晶体与离子晶体
第1课时 金属键 金属晶体
基础过关练
1.B 含有金属元素的离子不一定是阳离子,如Mn是阴离子,A正确;金属晶体中有阳离子,没有阴离子,B错误;金属键无方向性和饱和性,C正确;金属晶体的熔点不一定比分子晶体的高,如Hg常温下是液态,S的熔点高于Hg,D正确。
2.C 金属晶体中自由电子在金属阳离子之间移动,电子不在固定位置上,A错误;汞常温下是液体,B错误;金属晶体通常具有导电性、导热性和良好的延展性,C正确;金属晶体中的金属键无方向性,当发生形变时,金属键并未被破坏,D错误。
3.B 金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动,故能导电,B正确。
4.B 金属元素与非金属元素也可形成共价键,如AlCl3,A错误;记忆合金中存在金属键,存在金属阳离子和自由电子,有一定的导热性,B正确;原子半径Li
知识拓展
金属晶体微观结构与其物理性质的关系
(1)在不通电的情况下,金属晶体中的自由电子在整块金属中作无规则运动。在外加电场作用下,自由电子发生定向移动,形成电流。
(2)温度升高,自由电子与金属原子碰撞次数增多,电阻增大,金属导电能力变弱,这与电解质溶液导电是有区别的。
6.A 金属单质中,一般金属阳离子所带电荷数越多、半径越小,金属阳离子与自由电子间的作用力越强,故Al中金属阳离子与自由电子间的作用力最强。
7.B 用铁制品作炊具是利用了金属的导热性,能用金属键理论解释,A项不符合题意;日常生活中的铁易生锈是因为铁易发生电化学腐蚀,不能用金属键理论解释,B项符合题意;用铂金作首饰是因为其有金属光泽,且具有延展性,能用金属键理论解释,C项不符合题意;金属铝制成导线利用了金属的导电性,能用金属键理论解释,D项不符合题意。
8.B 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。
9.C 合金具有金属性能,用铜和少量的贵金属熔炼成的铜胎仍具有金属性能,A正确;银(或金)为金属晶体,熔化时需破坏金属键,B正确;用汗湿的手摩擦能提供电解质溶液,与铜和银(或金)形成原电池,铜为负极,更容易被空气中的O2氧化,C错误;金属中的自由电子吸收了可见光,又把各种波长的光几乎全部反射出去,所以金属具有金属光泽,D正确。
10.C 金属阳离子的半径:r(Ba2+)>r(Ca2+)>r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+)>r(Li+),金属阳离子所带电荷数:Al3+>Mg2+=Ba2+=Ca2+>Li+=Na+,则熔点:Al>Mg>Ca,Al>Li>Na,Al>Mg>Ba,C正确。
方法规律
在金属晶体中,金属阳离子的半径越小,所带电荷数越多,则金属键越强,金属的熔点越高。
11.A 由晶胞结构可知,晶胞中镧原子个数为8×=1,镍原子个数为8×+1=5,则合金的化学式为LaNi5。
12.D 铅晶体是金属晶体,由金属阳离子和自由电子构成,含阳离子,不含阴离子,锗晶体是共价晶体,A、C错误;根据题图可知,铅晶粒越大熔点越高,B错误;根据题图可知,铅晶体熔点高低与晶粒表面积大小有关,D正确。
13.B 晶胞中Cu原子的数目为6×=3、Ni原子的数目为8×=1,则晶胞中Cu与Ni原子数目之比为3∶1,A正确;合金不是化合物,B错误;Cu的电导率随温度升高而减小,C正确;合金的硬度比组分金属大,且镍白铜可用于造币,则镍白铜晶体具有较大的硬度,D正确。
14.B 晶胞中Mg的数目为8×=4,Al的数目为8,化学式为MgAl2,A正确;合金的硬度高于其组分金属,熔点低于其组分金属,B错误;合金属于金属晶体,存在金属键,C正确;一个晶胞中含有4个“MgAl2”,其质量为g,D正确。
能力提升练
1.D 金属原子的价电子在金属晶体中为自由电子,而不是所有的核外电子,A项错误;金属导电的实质是在外加电场作用下自由电子定向移动产生电流,B项错误;金属原子在化学变化中失去电子越容易,其还原性越强,C项错误;金属晶体中原子的堆积方式会影响金属的性质,如延展性,D项正确。
2.C 晶胞中Cu原子的个数为8×=1,Pd原子的个数为1,该晶胞中Cu、Pd的原子个数之比为1∶1,A错误;Cu与Pd相切,体对角线长度为(2a+2b)pm,则该晶胞边长为pm,B错误;距离Pd最近且等距离的Cu为8个,该晶胞中Pd的配位数为8,C正确;Cu是金属晶体,由“自由电子”和Cu2+之间强的相互作用而形成,D错误。
3.A a中原子个数=12×+3=6,b中原子个数=8×=4,c中原子个数=1+8×=2,所以原子个数比是6∶4∶2=3∶2∶1,故选A。
4.B 金属晶体的熔点不一定都高,如Na、K、Rb的熔点就比较低,A错误;该晶胞内Cu原子数目为8×+1=8,Mn原子数目为4,Al原子数目为4,该合金的化学式为AlMnCu2,B正确;与体心Cu距离最近且相等的Cu有6个,C错误;金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用,D错误。
5.D 以上底面面心Fe原子为研究对象,与之最近的Mg原子为该晶胞内上方4个Mg原子、上层晶胞中下方4个Mg原子,则铁原子的配位数为8,A错误;晶体中存在金属阳离子,没有阴离子,有自由电子,所以该合金是金属晶体,B错误;由晶胞结构知,铁原子与镁原子间最短距离为体对角线长的,即bnm,C错误;晶胞中位于顶点和面心的铁原子个数为8×=4,位于体内的镁原子个数为8,储氢后位于体心和棱的中心位置的H2个数为12×+1=4,则储氢后化学式为FeMg2H2,D正确。
6.B 该晶体是由Sn和Nb形成的金属晶体,A错误;Sn原子位于晶胞的顶点、体心,体心周围距离最近且相等的Sn原子个数是8,B正确;晶胞沿x轴、y轴、z轴的投影图不完全相同,C错误;高温时,金属的导电能力减弱,D错误。
7.D 金晶体每个晶胞中含有6×=4个金原子,A正确;金晶胞为面心立方晶胞,晶体中金原子的配位数为12,B正确;在立方体的各个面的对角线上3个金原子相切,金原子的直径为d,面对角线长度为2d,棱长为d,则晶胞的体积为(d3,C正确;每个晶胞中含有4个金原子,晶胞质量为,晶胞的体积为2d3,则晶体密度为,D错误。
8.A 图1中省略了2个图2的结构,Ni位于晶胞的顶点和面心,有8×=4个,每个Ni原子周围有6个H,则晶胞中有24个H,晶胞体内有8个Mg,晶体的化学式为Mg2NiH6,A正确;晶胞中Mg周围距离最近且相等的Ni有4个,晶胞中与1个Mg配位的Ni有4个,B错误;晶胞中最近的2个Ni距离为面对角线长的一半,即apm,C错误;Mg、Ni均为金属元素,合金中Mg、Ni通过金属键结合,D错误。
9.D
合金组成表示为K3Sb,B错误;一个晶胞中含有4个“K3Sb”,晶胞质量为g,晶胞的密度为×1021g·cm-3,D正确。
10.C 锂锌晶体属于金属晶体,由阳离子和电子构成,A正确;Li+位于顶点、面心和晶胞内部,有8×+4=8个,Zn2+位于棱心和晶胞内部,有12×+5=8个,晶胞中两种阳离子数目之比为1∶1,B正确;该晶胞空间利用率φ=×100%,C错误;该晶体密度为g·cm-3=g·cm-3,D正确。
11.答案 (1)6 (2)不可以 (3)b
解析 (1)分析题图可知,α-Fe晶体中每个顶点的铁原子周围与它最接近且距离相等的铁原子有6个。
(2)金属延展时金属键不变,金属结构不变,α-Fe延展时不可以转变为γ-Fe。
(3)δ-Fe晶体中Fe的数目为1+8×=2,晶胞质量为g,密度为g/cm3。
(4)若δ-Fe晶胞边长为bpm,体对角线长=4r,因此Fe原子半径r=bpm。
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