1、第 3 节 金属晶体一、选择题1下列关于金属及金属键的说法正确的是( )A金属键具有方向性和饱和性B金属键是金属阳离子与自由电子间的相互作用C金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子D金属具有光泽是因为金属阳离子吸收并放出可见光2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”为所有原子所共有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3下列有关金属的说法正确的是( )A金属原子的核外电子在金属晶体中都是自由电子B镁型和铜型的原子堆积方式空间利用率最高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温度升高，金属的导电性将变大4金属晶体
2、的下列性质中，不能用金属晶体结构加以解释的是( )A易导电 B易导热C有延展性 D易锈蚀5.关于图示的说法不正确的是( )A此种最密堆积为面心立方最密堆积B该种堆积方式称为铜型C该种堆积方式可用符号“ ABCABC”表示D该种堆积方式称为镁型6下列各组物质熔化或汽化时所克服的粒子间的作用力属同种类型的是( )A石英和干冰的熔化 B晶体硅和晶体硫的熔化C钠和铁的熔化 D碘和氯化铵的汽化7金属键的强弱与金属价电子数的多少有关，价电子数越多金属键越强，与金属阳离子的半径大小也有关，金属阳离子的半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的( )ALi Na K BNa Mg AlCLi Be
3、Mg DLi Na Mg8几种晶体的晶胞如图所示：所示晶胞从左到右分别表示的物质正确的排序是( )A碘、锌、钠、金刚石 B金刚石、锌、碘、钠C钠、锌、碘、金刚石 D锌、钠、碘、金刚石9石墨晶体是层状结构，在每一层内；每一个碳原子都跟其他 3 个碳原子相结合，如图是其晶体结构的俯视图，则图中 7 个六元环完全占有的碳原子数是( )A10 个 B18 个 C24 个 D14 个10如图，铁有 、 三种同素异形体，三种晶体在不同温度下能发生转化。下列说法不正确的是( )AFe 晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有 8 个BFe 晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有 6 个C若 Fe 晶胞边长
4、为 a cm，Fe 晶胞边长为 b cm，则两种晶体密度比为 2b3a 3D将铁加热到 1 500 分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同11有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，有关说法正确的是( )A为简单立方堆积 为六方最密堆积 为体心立方堆积 为面心立方最密堆积B每个晶胞含有的原子数分别为：1 个，2 个，2 个，4 个C晶胞中原子的配位数分别为：6，8，8，12D空间利用率的大小关系为： CuAlFeC密度：NaMgAlD空间利用率：体心立方堆积 六方最密堆积面心立方最密堆积二、非选择题13(1)已知下列金属晶体：Ti 、Po、K 、Fe、Ag 、Mg、 Zn、Au 其堆积
5、方式为：简单立方堆积的是_；体心立方堆积的是_；六方最密堆积的是_；面心立方最密堆积的是_。(2)判断下列晶体的类型：SiI 4：熔点 120.5 ，沸点 271.5 ，易水解_。硼：熔点 2 300 ，沸点 2 550 ，硬度大_。硒：熔点：217 ，沸点 685 ，溶于氯仿_。锑：熔点 630.74 ，沸点 1 750 ，导电_。14.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
6、金原子。(2)欲计算一个晶胞的体积，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_。15Mn、Fe 均为第四周期过渡元素，两元素的部分电离能(I )数据列于下表：元素 Mn FeI1 717 759I2 1 509 1 561电离能(kJ/mol) I3 3 248 2 957回答下列问题：(1)Fe 元素价电子层的电子排布式为_，比较两元素的 I2、I 3 可知，气态 Mn2再失去一个电子比气态 Fe2 再失去一个电子难。对此，你的解释是_。(2)Fe 原子或离子外围有较多能量相近的空轨道，能与一些分子或离子形成配合物，则与 Fe 原子或离子形成配合物
7、的分子或离子应具备的条件是_。(3)三氯化铁常温下为固体，熔点 282 ，沸点 315 ，在 300 以上易升华，易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，据此判断三氯化铁晶体为_晶体。(4)金属铁的晶体在不同温度下有两种堆积方式，晶胞分别如图所示。面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的 Fe 原子个数之比为_，其中体心立方晶胞空间利用率为_。能力提升16下表为元素周期表的一部分。请回答下列问题：(1)上述元素中，属于 s 区的是 _ (填元素符号)。(2)写出元素的基态原子的价电子排布图_。(3)元素的第一电离能：_( 选填“大于”或“小于”)。(4)元素气态氢化物的 VSEPR 模型为_；该
8、分子为_分子(选填“极性”或“非极性”)。向硫酸铜溶液中逐滴加入其水溶液，可观察到的现象为_。(5)元素的单质的晶体中原子的堆积方式如图甲所示，其晶胞特征如图乙所示，原子之间相互位置关系的平面图如图丙所示。若已知的原子半径为 d cm，N A 代表阿伏加德罗常数，元素的相对原子质量为M，请回答：晶胞中原子的配位数为 _，该晶体的密度为_( 用字母表示)。17铁和铜都是日常生活中常见的金属，有着广泛的用途。请回答下列问题：(1)铁的核外电子排布式为_。(2)配合物 Fe(CO)x 常温下呈液态，熔点为20.5 ，沸点为 103 ，易溶于非极性溶剂，据此可判断 Fe(CO)x 晶体属于_(填晶体类
9、型)。 Fe(CO)x 的中心原子价电子数与配体提供电子数之和为 18，则 x_。(3)K3Fe(CN)6的配体 CN 中碳原子杂化轨道类型为_，C 、N、O 三元素的电负性由大到小的顺序为_( 用元素符号表示) 。(4)铜晶体铜原子的堆积方式如图 1 所示。铜位于元素周期表的_区。每个铜原子周围距离最近的铜原子数目_。(5)某 M 原子的外围电子排布式为 3s23p5，铜与 M 形成化合物的晶胞如图 2 所示( 黑点代表铜原子)。该晶体中铜原子和 M 原子之间的最短距离为 a pm，阿伏加德罗常数为 NA，则该晶体的密度为 _g/cm3 (只写计算式)。答案及解析1解析：选 B 金属键存在于
10、金属阳离子和“自由电子” 之间的强的相互作用，不是存在于相邻原子之间的作用力，而是属于整 块金属，没有方向性和饱和性，A 错误；金属键是存在于金属阳离子和“自由电子”之间的强的相互作用，这些“自由电子”为所有阳离子所共用，其本质也是电性作用，B 正确；金属中存在金属阳离子和“自由电子” ，当给金属通电时， “自由电子”定向移动而 导电， C 错误；金属具有光泽是因为自由电子能够吸收可见光，并不是能放出可见光，D 错误。2解析：选 D 根据金属晶体的电子气理论，A、B 选项都是正确的。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
11、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。3解析：选 B 金属原子的最外层电子为自由移动的电子，A 错误；Mg 为六方最密堆积， Cu 为面心立方最密堆积，空 间利用率都是 74%，为金属晶体堆积模式中空间利用率最高的，B 正确；金属原子的还原性的强弱与失去电子的多少无关，与失去电子的难易程度有关，C 错误；温度越高，金属中的自由电子碰撞频繁，导致金属的导电性减弱，D 错误。4解析：选 D 金属晶体的构成微粒为自由电子和金属阳离子。金属晶体中的自由 电子在外加电场的作用下发生定向移动，故金属晶体易 导电 与金属晶体的结构有关， A 错误；升
12、高温度，金属阳离子和自由电子之间通过碰撞传递能量，故金属晶体易导热与金属晶体的结构有关，B 错误 ；金属晶体中金属阳离子和自由电子之间 存在较强的金属键，金属键没有方向性，导致金属晶体有延展性，与结构有关，C 错误；金属易锈蚀说明金属原子易失电子，金属活泼性强，与金属晶体结 构无关， D 正确。5解析：选 D 从图示可看出， 该堆积方式的第一层和第四 层重合，所以 这种堆积方式属于铜型堆积，可用符号“ ABCABC”表示，属面心立方最密堆积，而镁属于六方最密堆积，所以选项 D 不正确。6解析：选 C 石英的成分为 SiO2，熔化时需克服共价键，干冰为固体 CO2，熔化 时需克服分子间作用力；晶
13、体硅熔化时克服共价键，晶体硫熔化时克服分子间作用力；钠与铁均为金属晶体，熔化时克服的都是金属 键；碘汽化时克服分子 间作用力， NH4Cl 汽化时需克服离子键与共价键。7解析：选 B Li、Na、K 价 电子数相同，金属阳离子半径逐渐增大，金属键逐渐减弱，熔点逐渐降低，A 错误；Na 、Mg、Al 价电子数逐渐增多，金属阳离子半径逐渐减小，金属 键逐渐增强，熔点逐渐升高，B 正确；Be、 Mg 价电子数相同，金属阳离子半径逐 渐增大，金属 键逐渐减弱，熔点逐渐降低，C 错误；Li、Na 价电子数相同，金属阳离子半径逐渐增大，金属键逐渐减弱，熔点逐渐降低，D 错误。8解析：选 C 第一种晶胞为体
14、心立方堆积，钾、 钠、铁等金属采用这种堆积方式；第二种晶胞为六方最密堆积，镁 、锌、钛等金属采用这种堆积方式；组成第三种晶胞的粒子为双原子分子，是碘；第四种晶胞的粒子构成正四面体结构， 为 金刚石。9解析：选 D 利用切割法分析。根据石墨晶体的结构示意 图知，每个 环中有 6 个碳原子，每个碳原子为三个环共用，对一个环的贡献为 ，则一个六元环平均占有两个碳原子，13则图中 7 个六元环完全占有的碳原子数是 14，选 D。10解析：选 D 由题图知， Fe晶体中与铁原子等距离且最近的铁原子有 8 个， A 项正确；Fe 晶体中与铁原子等距离且最近的铁原子有 6 个，B 项正确；一个 Fe晶胞占有
15、 2个铁原子，一个 Fe晶胞占有 1 个铁原子，故两者密度比为 2b 3a 3，C 项正确；晶体加热后急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型256a3 156b3是不同的，D 项错误。11解析：选 B 体心立方堆积，为六方最密堆积， A 错误；根据均摊法，顶点原子属于晶胞的 ，面心原子属于晶胞的 ，体心内属于晶胞，棱上的原子属于晶胞的 ，所以每18 12 14个晶胞含有的原子数分别是 1、2、2、4，B 正确；简单立方堆 积中，原子的配位数是 6，体心立方堆积中原子的配位数是 8，后两种原子的配位数均是 12，C 错误；六方最密堆积和面心立方最密堆积的空间利用率相同，都是 74%，D 错误。12解
16、析：选 B 同主族的金属单质，原子序数越大，熔点越低，这是因为它们的价电子数相同，随着原子半径的增大，金属键逐渐减弱，A 项错误；Na 、Mg、Al 是同周期的金属单质，密度逐渐增大，C 项错误 ；不同堆积方式的金属晶体空间利用率分别是：简单立方堆积52%，体心立方堆积 68%，六方最密堆积和面心立方最密堆积均为 74%，D 项错误；常用的金属导体中，导电性最好的是银 ，其次是 铜，再次是铝、 铁，故 B 项正确。13解析：(1)简单立方堆积方式的空间利用率低，只有金属 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，多
17、数金属是 这种堆积方式。六方最密堆积按 ABABABAB的方式堆积，面心立方最密堆积按 ABCABCABC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)SiI 4 熔点低，沸点低，是分子晶体。硼熔、沸点高，硬度大，是典型的原子晶体。 硒熔、沸点低，易溶于氯仿，属于分子晶体。锑熔点较高，沸点较高，固 态能导电，是金属晶体。答案：(1)Po K、Fe Mg、Zn、Ti Ag 、Au(2)分子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体14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 6 4。(2)金原子的排列是紧密
18、堆积方式的，所以原子要相互接触。18 12(3)如图所示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 d，所以一个晶胞的体积为( d)32 d3。(4)2 2 2一个晶胞的质量等于 4 个金原子的质量，所以 。4MNA22d3 2MNAd3答案：(1)4 (2)金属原子间相互接触 (3)2 d3 (4)22MNAd315解析：(1)Fe 元素的原子序数是 26，根据核外电子排布规律可知价电子层的电子排布式为 3d64s2。由 Mn2 转化为 Mn3 时， 3d 能级由较稳定的 3d5 半充满状态转变为不稳定的 3d4 状态(
19、或 Fe2 转化为 Fe3 时，3d 能级由不稳定的 3d6 状态转变为较稳定的 3d5 半充满状态) ，因此气态 Mn2 再失去一个电子比气态 Fe2 再失去一个电子难。(2)配位健中必须有孤对电子，因此与 Fe 原子或离子形成配合物的分子或离子应具备的条件是具有孤对电子。(3)三氯化铁常温下为固体，熔点 282 ，沸点 315 ，在 300 以上易升华，易溶于水，也易溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，由此可知三氯化铁晶体为分子晶体。(4) 根据晶胞结构可知面心立方晶胞和体心立方晶胞中实际含有的 Fe 原子个数分别是 6 8 4、18 2，12 18 18原子个数之比为 21。设铁原子半径是 r，则
20、立方体的体对 角线是 4r，所以立方体的边长是 ，所以体心立方晶胞空间利用率为 100%68% 。4r343r32(4r3)3答案：(1)3d 64s2 由 Mn2 转化为 Mn3 时，3d 能级由较稳定的 3d5 半充满状态转变为不稳定的 3d4 状态(或 Fe2 转化为 Fe3 时，3d 能级由不稳定的 3d6 状态转变为较稳定的 3d5半充满状态) (2) 具有孤对电子(3)分子 (4)21 68%16解析：(1)区的名称来自于按照构造原理最后填入电子的 轨道名称，因此上述元素中，属于 s 区的是 H、Mg、Ca。(2)元素是 Cr，原子序数是 24，所以根据核外电子排布规律可知基态原子
21、的价电子排布图为 。(3)分别是 N 和 O，非金属性越强，第一电离能越大。但由于氮元素的 2p 轨道电子处于半充满状态，稳定性强，第一电离能大于氧元素，则元素的第一电离能：大于。(4)元素气态氢化物是氨气，其中氮元素含有 1 对孤对电子，价层电子对数是 2，所以的 VSEPR 模型为四面体形；由于实际构型是三角锥形，所以该分子为极性分子。氨气能与铜离子形成配位健，则向硫酸铜溶液中逐滴加入其水溶液，可观察到的现象为先产生蓝色沉淀，后溶解得深蓝色溶液。(5)元素是 Al，根据晶胞结构可知以顶点为中心，与该点距离最近的铝原子有 12 个，所以晶胞中原子的配位数为 12；若已知的原子半径为 d cm
22、，则面对角线是 4d cm，则边长是 2 d cm，体积是(2 d cm)3。晶胞中铝原子的个数8 6 4，2 218 12则该晶体的密度为 gcm3 。4MNA22d cm3 2M8d3NA答案：(1)H、Mg、Ca (2) (3)大于 (4)四面体形 极性 先产生蓝色沉淀，后溶解得深蓝色溶液 (5)12 g/cm3M42d3NA (或 2M8d3NAg/cm3)17解析：(1)铁是 26 号元素，位于周期表中第四周期第族，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。(2)分子晶体的熔沸点较低，根据 题给 信息知， 该物质的熔沸点较低，所以为分子晶体，配合物 Fe(CO)x的
23、中心原子是铁原子，其价电子数是 8，每个配体提供的 电子数是 2,82x18，x5。(3)CN 中 C 原子价层电子对个数 1 (4113)2，所以12采取 sp 杂化；一般来说非金属性越强，电负性越大，所以 C、N、O 三元素的电负性由大到小的顺序为 ONC。(4) 铜为 29 号元素，基态铜原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，位于元素周期表的 ds 区；根据晶胞结构图可知，铜为面心立方堆积，所以每个铜原子周围距离最近的铜原子位于经过该原子的立方体的面的面心上，共有 12 个。(5)根据 M 的外 围电子排布式判断出 M 原子为 Cl 原子；由晶胞结构可知，C
24、u 原子处于晶胞内部，晶胞中含有 4 个 Cu 原子，Cl 原子属于顶点与面心上，晶胞中含有 Cl 原子数目为8 6 4，故化学式为 CuCl,1 mol CuCl 的质量为 99.5 g,1 mol CuCl 含有 个晶胞，18 12 NA4铜原子和 M 原子之间的最短距离 为立方体体对角线的 ，而体对角线为晶胞边长的 倍，设14 3晶胞的边长为 x，有 xa，解得 x a pm a1010 cm，因此 1 mol CuCl 的体积14 3 433 433为 3，密度为 1030 NA4 (433a10 10cm) 99.5 gNA4 (433a10 10cm)3 99.5NA4 (433a)3g/cm3。答案：(1)Ar3d 64s2 (或 1s22s22p63s23p63d64s2)(2)分子晶体 5 (3)sp ONC (4)ds 12(5) 103099.5NA4 (433a)3
