1、第三节金属晶体与离子晶体夯实基础轻松达标1.下图是金属晶体的电子气理论示意图。用该理论解释金属导电的原因是()A.金属能导电是因为含有金属阳离子B.金属能导电是因为含有的自由电子在外电场作用下做定向运动C.金属能导电是因为含有的电子作无规则运动D.金属能导电是因为金属阳离子和自由电子的相互作用答案B解析电子气理论可以很好地解释金属的一些现象,如金属的导电、导热、延展性等。金属中含有金属阳离子和自由电子,在外加电场的作用下,自由电子定向移动形成电流。2.下列性质能说明石墨具有分子晶体的性质的是()A.晶体能导电B.熔点高C.硬度小D.燃烧产物是CO2答案C解析分子晶体具有硬度小、熔点低的特点,因
2、此C项能说明石墨具有分子晶体的性质。石墨晶体能导电是碳原子未参与杂化的2p电子在电场作用下定向移动;熔点高是共价晶体的性质;燃烧产物是CO2只能说明石墨中含有碳元素,能燃烧是石墨的化学性质。3.下列关于金属晶体的叙述正确的是()A.温度越高,金属的导电性越强B.常温下,金属单质都以金属晶体形式存在C.金属晶体中金属原子紧密堆积,能充分利用空间的原因是金属键没有饱和性和方向性D.金属阳离子与自由电子之间的强烈作用,在外力作用下会发生断裂,故金属无延展性答案C解析温度升高,金属离子的热运动加快,对自由电子的移动造成阻碍,导电性减弱,A项错;常温下,Hg为液态,不属于晶体形态,B项错;金属键无方向性
3、和饱和性,在外力作用下,一般不会断裂,即金属具有延展性,D项错;正是因为金属键无方向性和饱和性,所以金属晶体中的金属原子一般采用最密堆积,尽量充分利用空间,C项正确。4.下列有关晶体性质的叙述,可能为金属晶体性质的是()A.由分子间作用力结合而成,熔点低B.固体或熔融后易导电,熔点在1 000 左右C.由共价键结合成网状结构,熔点高D.固体不导电,但溶于水或熔融后能导电答案B解析由分子间作用力结合而成,熔点低是分子晶体的性质,A错;固体或熔融后能导电是金属晶体的特性,B对、D错;由共价键结合成网状结构,熔点高为共价晶体的性质,C错。5.CaO晶胞如下图所示,其中与Ca2+最近的O2-数为()A
4、.4B.6C.8D.12答案B解析根据CaO晶胞图示,可知与Ca2+邻近的O2-为6个,分别位于Ca2+的前、后、左、右、上、下方位。6.如图所示是硼和镁形成的化合物的晶体结构单元,镁原子间形成正六棱柱,且棱柱的上下底面各有一个镁原子,6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为()A.MgBB.MgB2C.Mg2BD.Mg3B2答案B解析正六棱柱晶胞的顶角原子有16属于该晶胞,故晶胞中Mg原子个数为1216+212=3,6个B原子在晶胞内部,故该化合物化学式可表示为MgB2。7.CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体相似(如图所示),但CaC2晶体中由于哑铃形C22-的存在,使晶胞沿一个方
5、向拉长。则关于CaC2晶体的描述不正确的是()A.CaC2晶体的熔点较高、硬度也较大B.与Ca2+距离相同且最近的C22-构成的多面体是正六面体C.与Ca2+距离相同且最近的C22-有4个D.CaC2晶胞中共含有4个Ca2+和4个C22-答案B解析CaC2晶体属于离子晶体,故有较高的熔点和较大的硬度,A正确;因为晶胞沿一个方向拉长,故和Ca2+距离相同且最近的C22-只有4个(与拉长方向垂直的同一面上),4个C2-构成的是正方形,B错;以Ca2+为中心,与之等距离且最近的是同一平面上的4个C22-,C正确;该晶胞中含有Ca2+的个数=1214+1=4,含有C22-的个数=818+612=4,D
6、正确。8.金晶体的最小重复单元(也称晶胞)是面心立方体,如图所示,即在立方体的8个顶点各有一个金原子,各个面的中心有一个金原子,每个金原子被相邻的晶胞所共有。金原子的直径为d,用NA表示阿伏加德罗常数,M表示金的摩尔质量。(1)金晶体的每个晶胞中含有个金原子。(2)欲计算一个金晶胞的体积,除假定金原子是刚性小球外,还应假定。(3)一个晶胞的体积是。(4)金晶体的密度是。答案(1)4(2)每个面心的原子和四个顶点的原子相互接触(3)22d3(4)2MNAd3解析(1)由题中对金晶体晶胞的叙述,可求出每个晶胞中所拥有的金原子个数,即818+612=4。(2)金原子的排列是紧密堆积形式,每个面心的原
7、子和四个顶点的原子要相互接触。(3)右图是金晶体中原子之间相互位置关系的平面图,AC为金原子直径的2倍,AB为立方体的边长,由图可得,立方体的边长为2d,所以一个晶胞的体积为(2d)3=22d3。(4)一个晶胞的质量等于4个金原子的质量,所以=4MNA22d3=2MNAd3。提升能力跨越等级1.金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式:六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆积,如图甲、乙、丙分别代表这三种堆积方式的结构,其晶胞内金属原子个数比为()A.121B.321C.984D.21149答案B解析由均摊思想可知,甲晶胞内金属原子的个数为3+212+1216=6,乙晶胞内金属原子的个数为6
8、12+818=4,丙晶胞内金属原子的个数为1+818=2,则甲、乙、丙三种堆积方式的晶胞内金属原子个数比为321。2.(双选)由原子序数为120的元素组成的离子化合物中,一个阳离子和一个阴离子的核外电子数之和为20,下列说法正确的是()A.晶体中阳离子和阴离子个数不一定相等B.晶体中一定只有离子键而没有共价键C.所含元素可能在同一主族也可能在第一周期D.晶体中阳离子半径一定大于阴离子半径答案AC解析原子序数为120的元素形成的离子化合物,一个阳离子和一个阴离子的核外电子数之和为20,如NaOH、NH4F、Na2O、KH等,这些离子化合物中,阴、阳离子个数不一定相等,A正确。OH-、NH4+中有
9、共价键,B错误。从以上分析可知,元素可以在第一周期,如H元素在第一周期;所含元素可能在同一主族,如KH中两种元素均在第A族,C正确。晶体中阳离子半径不一定大于阴离子半径,如Na+半径比O2-半径小,D错误。3.(双选)石墨烯是从石墨材料中剥离出来,由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。下列关于石墨与石墨烯的说法中正确的是()A.从石墨中剥离石墨烯需要破坏化学键B.石墨中的碳原子采取sp2杂化,每个sp2杂化轨道含13s轨道的成分与23p轨道的成分C.石墨属于混合晶体,层与层之间存在范德华力;层内碳原子间存在共价键;石墨能导电,有类似金属晶体的性质D.石墨烯中平均每个六元碳环含有3个碳原子答
10、案BC解析石墨晶体中,层与层之间的作用力为范德华力,层内存在共价键,每个C原子形成3个键,且每个C原子为3个环共有。石墨晶体中,层与层之间的作用力为范德华力,从石墨中剥离石墨烯需要破坏分子间作用力,A错误。石墨中的碳原子采取sp2杂化,每个sp2杂化轨道含13s轨道的成分与23p轨道的成分,B正确。石墨属于混合晶体,层与层之间存在范德华力;层内碳原子间存在共价键;石墨能导电,具有类似金属晶体的性质,C正确。每个C原子为3个环共有,则石墨烯中平均每个六元碳环含有碳原子数为613=2,D错误。4.食盐晶体是由钠离子(图中的“”)和氯离子(图中的“”)组成的,且均为等距离的交错排列。已知食盐的密度是
11、2.2 gcm-3,阿伏加德罗常数是6.021023 mol-1。在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离最接近于()A.3.010-8 cmB.3.510-8 cmC.4.010-8 cmD.5.010-8 cm答案C解析根据晶胞结构图可知,每个晶胞中有钠离子818+612=4个,氯离子1+1214=4个,根据V=m可计算出晶胞的体积为458.56.0210232.2cm3=1.7710-22cm3。所以晶胞的边长为5.6110-8cm,则晶胞的面对角线长为25.6110-8cm=8.010-8cm。在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为晶胞面对角线的一半,所以两个距离最近的钠离
12、子中心间的距离为4.010-8cm。5.根据下图推测,CsCl晶体中两距离最近的Cs+间距离为a,则每个Cs+周围与其距离为a的Cs+数目为,每个Cs+周围距离相等且次近的Cs+数目为,距离为;每个Cs+周围距离相等且第三近的Cs+数目为,距离为;每个Cs+周围紧邻且等距的Cl-数目为。答案6122a83a8解析以图中大立方体中心的Cs+为基准,与其最近(距离为a)的Cs+分别位于其上、下、前、后、左、右的六个方位,即6个;与其次近(距离为2a)的Cs+分别位于通过中心Cs+的3个切面的大正方形的顶点,个数为43=12;与其第三近(距离为3a)的Cs+分别位于大立方体的8个顶点上;每个Cs+周
13、围紧邻且等距的Cl-数目为8。6.如图为一些晶体中的部分结构,它们分别是NaCl、CsCl、干冰、金刚石、石墨中的某一种。(1)其中代表金刚石的是(填字母,下同),其中每个碳原子与个碳原子最近且距离相等,金刚石属于晶体。(2)其中代表石墨的是,其中每个正六边形平均占有的碳原子数为。(3)其中表示NaCl的是,每个Na+周围与它最近的个Na+紧邻。(4)代表CsCl的是,它属于晶体,每个Cs+与个Cl-紧邻。(5)代表干冰的是,它属于晶体,每个CO2分子与个CO2分子紧邻。答案(1)D4共价(2)E2 (3)A12(4)C离子8 (5)B分子12解析根据不同物质晶体的结构特点来辨别图形所代表的物
14、质。NaCl晶胞是立方单元,每个Na+与6个Cl-紧邻,每个Cl-又与6个Na+紧邻,但观察Na+与最近且等距离的Na+数时要抛开Cl-,从空间结构上看是12个Na+,即x轴面上、y轴面上、z轴面上各4个。CsCl晶体由Cs+、Cl-构成体心立方结构。干冰也是立方体结构,但在立方体每个正方形面心都有1个CO2分子,称为“面心立方”,所以每个CO2分子在三维空间里x、y、z三个面各紧邻4个CO2分子,共12个CO2分子。金刚石中每个碳原子紧邻4个其他碳原子。石墨的片层由正六边形结构组成,每个碳原子紧邻3个碳原子,即每个正六边形占有的碳原子数是613=2。贴近生活拓展创新钛(Ti)、钒(V)、镍(
15、Ni)、镧(La)等在储氢材料方面具有广泛的用途。下图、是一些晶体材料的结构示意图。请回答下列问题:(1)写出基态镍原子的核外电子排布式:。(2)镧系合金是稀土系储氢合金的典型代表。某合金储氢后的晶胞如图所示,该合金的化学式为,1 mol镧形成的该合金能储存 mol氢气。(3)嫦娥三号卫星上的PTC元件(热敏电阻)的主要成分钡钛矿晶体的晶胞结构如图所示,该晶体经X- 射线分析鉴定,重复单位为立方体,边长为a cm。顶点位置被Ti4+所占据,体心位置被Ba2+所占据,所有棱心位置被O2-所占据。该晶体中的O元素与H元素形成的化合物的中心原子的杂化类型为,其分子的空间结构为。写出该晶体的化学式:。
16、若该晶体的密度为 gcm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则a= cm。答案(1)1s22s22p63s23p63d84s2(或Ar3d84s2)(2)LaNi53(3)sp3杂化V形BaTiO33233NA解析(1)Ni是28号元素,其基态原子的电子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2或Ar3d84s2。(2)根据某合金储氢后的晶胞结构示意图可知,该合金中含有La:818=1、Ni:812+1=5,所以化学式是LaNi5;1mol该合金吸附氢气的物质的量是8mol14+2mol12=3mol。(3)该晶体中的O元素与H元素形成的化合物是H2O,中心原子O原子的杂化类型为sp3杂化,其分子空间结构为V形;根据晶胞结构示意图可知,Ba:1、Ti:818=1、O:1214=3,所以该晶体的化学式是BaTiO3;由于晶胞为立方体,边长为acm,1mol晶胞中含有1molBaTiO3,若该晶体的密度为gcm-3,阿伏加德罗常数的值为NA,则根据晶体的密度=mV=233gmol-1NAmol-1(acm)3=233a3NAgcm-3,可得a=3233NAcm。
