2019-2020学年高中化学 课时分层作业12 金属晶体（含解析）新人教版选修3

课时分层作业(十二)金属晶体(建议用时：40分钟)[基础达标练]1．下列有关金属晶体的说法中不正确的是()A．金属晶体是一种“巨分子”B．“电子气”为所有原子所共用C．简单立方堆积的空间利用率最低D．体心立方堆积的空间利用率最高D[根据金属晶体的“电子气理论”，选项A、B都是正确的。金属晶体的堆积方式中空间利用率分别是简单立方堆积52%，体心立方堆积68%，面心立方最密堆积和六方最密堆积均为74%。因此简单立方堆积的空间利用率最低，六方最密堆积和面心立方最密堆积的空间利用率最高，选项C正确，选项D错误。]2．下列叙述中正确的是()A．金属受外力作用时常常发生变形而不易折断是由于金属原子之间有较强的作用B．通常情况下，金属里的自由电子会发生定向移动而形成电流C．金属是借助自由电子的运动，把能量从温度高的部分传到温度低的部分D．金属的导电性随温度的升高而减弱D[金属受外力作用时常常发生变形而不易折断是因为金属晶体中各原子层会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，故A项不正确；金属里的自由电子要在外加电场作用下才能发生定向移动产生电流，故B项不正确；金属的导热性是由于自由电子碰撞金属原子将能量进行传递，故C项不正确。]3．下列四种叙述，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1000℃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B[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，熔点高为原子晶体的性质，C错。]4．已知某金属晶体中(如碱金属)原子堆积方式如图所示，则该堆积方式是()A．简单立方堆积B．体心立方堆积C．六方最密堆积D．面心立方最密堆积[答案]B5．关于金属性质和原因的描述不正确的是()A．金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与金属键没有关系B．金属具有良好的导电性，是因为在金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了“电子气”，在外加电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流，所以金属易导电C．金属具有良好的导热性能，是因为自由电子在受热后，加快了运动速率，自由电子通过与金属离子发生碰撞，传递了能量D．金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金属键[答案]A6．金属晶体堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间的原因是()A．金属原子的价电子数少B．金属晶体中有自由电子C．金属原子的原子半径大D．金属键没有饱和性和方向性D[金属晶体有多种堆积方式，主要是由于金属键无饱和性和方向性。]7．下列说法正确的是()A．任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子B．金属镁的熔点、硬度高于铝C．右图为铜的晶胞结构，则每个晶胞中平均有4个铜原子，铜原子的配位数为6D．铜晶胞的空间利用率约为74%D[金属晶体中含有金属阳离子和自由电子，A错；铝的金属键强于镁，故铝的熔点和硬度要高于镁，B错；铜晶胞中平均含有4个铜原子，其配位数为12，C错。]8．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()甲乙丙A．1∶2∶1B．3∶2∶1C．9∶8∶4D．21∶14∶9B[由均分思想可知，甲晶胞内金属原子的个数为3＋2×12＋12×16＝6，乙晶胞内金属原子的个数为6×12＋8×18＝4，丙晶胞内金属原子的个数为1＋8×18＝2，则甲、乙、丙三种堆积方式的晶胞内金属原子个数比为3∶2∶1。]9．石墨的片层结构如下图所示，试回答下列问题：(1)碳原子的杂化方式________。(2)每个正六边形中占有________个碳原子。(3)石墨晶体每一层内碳原子数与C—C键键数之比是________。(4)ng碳原子可构成________个正六边形。[解析](1)石墨为层状结构，碳原子采取sp2杂化。(2)利用点与面之间的关系，平均每个正六边形占有碳原子数：6×13＝2。(3)分析每个正六边形：①所占的碳原子数为6×13＝2；②所占的C—C键键数为6×12＝3，故答案为2∶3。(4)ng碳原子的个数为n12NA，故可构成的正六边形个数为n12NA2＝nNA24。[答案](1)sp2(2)2(3)2∶3(4)nNA2410．结合金属晶体的结构和性质，回答以下问题：(1)已知下列金属晶体：Na、Po、K、Fe、Cu、Mg、Zn、Au，其堆积方式为：①简单立方堆积的是_____________________________；②体心立方堆积的是_____________________________；③六方最密堆积的是_____________________________；④面心立方最密堆积的是_________________________。(2)下列关于金属晶体的叙述正确的是________。A．常温下，金属单质都以金属晶体形式存在B．金属阳离子与自由电子之间的强烈作用，在一定外力作用下，不因形变而消失C．钙的熔、沸点高于钾D．温度越高，金属的导电性越好[解析](1)简单立方堆积的空间利用率低，金属Po采取这种方式。体心立方堆积是上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，这种堆积方式的空间利用率比简单立方堆积的高，许多金属是这种堆积方式。六方最密堆积按ABAB……的方式堆积，面心立方最密堆积按ABCABC……的方式堆积，六方最密堆积常见金属为Mg、Zn、Ti，面心立方最密堆积常见金属为Cu、Ag、Au。(2)常温下，Hg为液态，A错；因为金属键无方向性，故金属键在一定范围内不因形变而消失，B正确；钙的金属键强于钾，故熔、沸点高于钾，C正确；温度升高，金属的导电性减弱，D错。[答案](1)①Po②Na、K、Fe③Mg、Zn④Cu、Au(2)BC11.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________。[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8×18＋6×12＝4。(2)金原子的排列是紧密堆积形式的，每个面心的原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ρ＝4MNA·22d3＝2MNAd3。[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[能力提升练]12．某固体仅由一种元素组成，其密度为5.0g·cm－3，用X­射线研究该固体的结构时得知：在边长1×10－7cm的正方体中含有20个原子，则此元素的相对原子质量最接近下列数据中的()A．32B．120C．150D．180C[Ar＝M＝1×10－7cm320×6.02×1023mol－1×5.0g·cm－3≈150g·mol－1，故Mr＝150。]13．金属钠晶体为体心立方晶胞，实验测得钠的密度为ρ(g·cm－3)。已知钠的相对原子质量为a，阿伏加德罗常数为NA(mol－1)，假定金属钠原子为等径的刚性小球且处于体对角线上的三个球相切。则钠原子的半径r(cm)为()A.32aNAρB.332aNAρC.3432aNAρD.1232aNAρC[该晶胞中实际含钠原子2个，晶胞边长为4×r3，则ρ＝2×aNA×4×r33，进一步化简后可得答案。]14．铁有δ、γ、α三种同素异形体，其结构分别如图所示，三种晶体在不同温度下能发生相互转化。下列说法不正确的是()A．δ­Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个B．α­Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个C．若δ­Fe晶胞边长为acm，α­Fe晶胞边长为bcm，则两种晶体密度比为2b3∶a3D．将铁加热到1500℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体的堆积模型相同[答案]D15．金属钨晶体中晶胞的结构模型如图所示。它是一种体心立方结构。实际测得金属钨的密度为ρ，钨的相对原子质量为M，假定钨原子为等直径的刚性球，请回答下列问题：(1)每一个晶胞分摊到________个钨原子。(2)晶胞的边长a为________。(3)钨的原子半径r为________(只有体对角线上的各个球才是彼此接触的)。(4)金属钨原子形成的体心立体结构的空间利用率为________。[解析](1)晶胞中每个顶点的钨原子为8个晶胞所共有，体心的钨原子完全为该晶胞所有，故每一个晶胞分摊到2个钨原子。(2)每个晶胞中含有2个钨原子，则每个晶胞的质量m＝2MNA，又因每个晶胞的体积V＝a3，所以晶胞密度ρ＝mV＝2MNAa3，a＝32MNAρ。(3)钨晶胞的体对角线上堆积着3个钨原子，则体对角线的长度为钨原子半径的4倍，即4r＝3a，r＝3a4＝3432MNAρ。(4)每个晶胞含有2个钨原子，2个钨原子的体积V′＝2×43πr3＝8πr33，则该体心立方结构的空间利用率＝V′V＝8πr33a3×100%＝83π34a3a3×100%＝3π8×100%≈68%。[答案](1)2(2)32MNAρ(3)3432MNAρ(4)68%16．钛(Ti)、钒(V)、镍(Ni)、镧(La)等在储氢材料方面具有广泛的用途。图甲、乙、丙是一些晶体材料的结构示意图。甲乙丙请回答下列问题：(1)写出基态镍原子的核外电子排布式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)钛金属晶体的原子堆积方式如图甲所示，则每个钛原子周围有________个紧邻的钛原子。(3)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乙所示，该合金的化学式为________，1mol镧形成的该合金能储存________mol氢气。(4)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丙所示，该晶体经X­射线分析鉴定，重复单位为立方体，边长为acm。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。①写出该晶体的化学式：________。②若该晶体的密度为ρg·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则a＝________cm。[解析](1)Ni是28号元素，其原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。(2)由钛金属晶体的原子堆积方式可知，属于六方最密堆积，原子配位数为12，即每个钛原子周围有12个紧邻的钛原子。(3)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：8×18＝1、Ni：8×12＋1＝5，所以化学式是LaNi5；1mol该合金吸附氢气的物质的量是8mol×14＋2mol×12＝3mol。(4)①根据晶胞结构示意图可知，Ba：1、Ti：8×18＝1、O：12×14＝3，所以该晶体的化学式是BaTiO3；②由于晶胞为立方体，边长为acm，一个晶胞中含有一个BaTiO3，若该晶体的密度为ρg·cm－3，阿伏加德罗常数的值为NA，则根据晶体的密度ρ＝mV＝233g·m