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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 金属键
1.金属键是( )
A.金属阳离子和自由电子之间的相互排斥
B.阴、阳离子之间的相互作用
C.金属阳离子和自由电子之间的相互吸引
D.金属阳离子和自由电子之间的相互作用
2.下列不能用电子气理论解释的是( )
A.导电性 B.导热性 C.延展性 D.锈蚀性
3.金属晶体的形成是因为晶体中存在( )
A.脱落价电子后的金属离子间的相互作用
B.金属原子间的相互作用
C.脱落了价电子的金属离子与脱落的价电子间的相互作用
D.金属原子与价电子间的相互作用
4.(2020山东枣庄三中高二月考)金属材料具有良好的延展性的原因是( )
A.金属原子半径都较大,价电子数较少
B.金属受外力作用变形时,金属中各原子层会发生相对滑动
C.金属中大量自由电子受外力作用时,运动速率加快
D.自由电子受外力作用时能迅速传递能量
5.下列关于金属键的叙述中,不正确的是( )
深度解析
A.金属键是金属阳离子和自由电子这两种带异性电荷的微粒间的强烈相互作用,其实质与离子键类似,
也是一种电性作用
B.金属键可以看作是许多原子共用许多电子所形成的强烈的相互作用,所以与共价键类似,也有方向性
和饱和性
C.金属键是带异性电荷的金属阳离子和自由电子间的相互作用,故金属键无饱和性和方向性D.自由电子在整个金属内部的三维空间中自由运动
6.“神九”载人飞船上使用了锂镁合金和锂铝合金等合金材料,下列有关叙述不正确的是( )
A.飞船使用的合金材料,一般具有质量轻、强度高的特点
B.锂铝合金中铝、锂的金属性不如钠强
C.锂镁合金和锂铝合金性质相当稳定,不会与酸发生化学反应
D.锂镁合金是一种具有金属特性的物质,易导热、导电
7.金属不透明的原因是( )
A.自由电子能够反射所有频率的光
B.自由电子能够吸收所有频率的光并很快放出
C.金属阳离子能够反射所有频率的光
D.金属阳离子能够吸收所有频率的光
8.现有十种物质:①晶体硅;②冰;③镁;④过氧化钾;⑤干冰;⑥氯化钠;⑦固态氮;⑧铝;⑨碘;⑩二氧化硅。
其中,直接由原子构成的物质有 (填序号,下同);直接由分子构成的物质有 ;属于金属
晶体的物质有 ;属于分子晶体的物质有 。
题组二 金属晶体的通性
9.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
10.下列有关金属的说法中正确的是( )
A.常温下都是晶体
B.最外层电子数少于3个的原子形成的单质都是金属单质
C.任何状态下都有延展性
D.金属晶体能导电、传热
11.根据下列晶体的相关性质,判断可能属于金属晶体的是 ( )
选项 晶体的相关性质
A 由分子间作用力结合而成,熔点低
B 固态或熔融态时易导电,熔点在1 000 ℃左右C 由共价键结合成空间网状结构,熔点高
D 固体不导电,但溶于水或熔融后能导电
12.在金属晶体中,金属原子的价电子数越多,原子半径越小,自由电子与金属阳离子间的作用力就越大,
金属的熔、沸点就越高。由此判断下列各组金属的熔、沸点高低顺序,其中正确的是( )
A.Mg>Al>Ca B.Al>Na>Li
C.Al>Mg>Ca D.Mg>Ba>Al
13.下列有关金属的叙述中正确的是( )
A.金属元素的原子只有还原性,离子只有氧化性
B.金属元素在化合物中一定显正价
C.金属元素在不同化合物中的化合价均不同
D.金属晶体的熔点一定高于分子晶体的
14.(2019江苏镇江高二联考)下列叙述中正确的是( )
A.金属受外力作用时常常发生形变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
15.下图是金属晶体内部的电子气理论示意图。电子气理论可以用来解释金属的性质,其中正确的是(
)
A.金属能导电是因为金属阳离子在外加电场作用下定向移动
B.金属能导热是因为自由电子在热的作用下相互碰撞,从而发生热的传导
C.金属具有延展性是因为在外力的作用下,金属中各原子层间会出现相对滑动,但自由电子可以起到润
滑剂的作用,使金属不会断裂
D.合金与纯金属相比,由于增加了不同的金属或非金属,使电子数目增多,所以合金的延展性比纯金属
强,硬度比纯金属小16.结合金属晶体的结构和性质,回答下列问题:
(1)根据下列叙述判断,可能为金属晶体的是 。
A.由分子间作用力形成的晶体,熔点很低
B.由共价键结合形成空间网状结构的晶体,熔点很高
C.固体有良好的导电性、导热性和延展性
(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相互作用,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
题组三 金属晶体的结构
17.下列有关金属的说法不正确的是( )
A.金属的导电性、导热性、延展性都与自由电子有关
B.简单立方堆积的空间利用率最低
C.钠晶胞结构如图,则钠晶胞中每个钠原子的配位数为6
D.温度升高,金属的导电性将变弱
18.(2019湖北武汉高二检测)已知某金属晶体的晶胞结构如图所示,则在该晶胞中金属原子的配位数为
( )
A.6 B.8 C.10 D.12
19.金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式,为六方最密堆积、面心立方最密堆积和体心立方堆
积,如图(a)、(b)、(c)分别代表这三种晶胞的结构,其晶胞内金属原子个数比为( )A.3∶2∶1 B.11∶8∶4
C.9∶8∶4 D.21∶14∶9
20.金属钠晶体为体心立方晶胞(如图所示),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,设N 为阿伏加德罗常数的值。假定金属钠原子为等径的刚性球且处于体对角线上的三个球相切。
A
则钠原子的半径r为( )
A.
√
3
2a
cm B.❑√3 ·
√
3
2a
cm
N ρ N ρ
A A
C. ❑√3 ·√ 3 2a cm D. 1 ·√ 3 2a cm
4 N ρ 2 N ρ
A A
21.(2020辽宁凌源二中高二网测)已知金属钾的晶胞如图所示,下列有关叙述正确的是( )
深度解析
A.该晶胞属于密置层的一种堆积方式
B.该晶胞是六棱柱
C.每个晶胞平均拥有9个K原子
D.每个K原子周围距离最近且相等的K原子有8个
22.镉晶胞如图所示。已知:用N 表示阿伏加德罗常数的值,晶体密度为d g·cm-3。在该晶胞中两个镉
A
原子最近的核间距为 cm(用含N 、d的代数式表示)。
A
能力提升练
题组一 金属键与金属晶体1.(2020山东广饶一中高二月考, )金属晶体的熔、沸点取决于( )
A.金属键的强弱
B.金属元素的化合价
C.金属晶体中电子数的多少
D.金属阳离子的半径大小
2.(2019陕西西安月考, )下列叙述正确的是( )
A.任何晶体中,若含有阳离子,则一定含有阴离子
B.金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子间的相互作用
C.价电子数越多的金属原子的金属性越强
D.含有金属元素的离子不一定是阳离子
3.( )下列关于金属键或金属的性质说法正确的是( )
①金属的导电性是由金属阳离子和自由电子的定向移动实现的
②金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用
③第三周期金属元素Na、Mg、Al的沸点依次升高
④金属键没有方向性和饱和性,金属中的电子在整个三维空间运动,属于整个金属
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
4.( )下列有关化学键、氢键和范德华力的叙述中,不正确的是( )
A.金属键是金属阳离子与“自由电子”之间的较强作用,金属键无方向性和饱和性
B.共价键是相邻原子之间通过共用电子形成的化学键,共价键有方向性和饱和性
C.范德华力是分子间存在的一种作用力,分子的极性越大,范德华力越大
D.氢键不是化学键,而是一种分子间作用力,所以氢键只存在于分子与分子之间
5.( )要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体的熔、沸点高低和硬度大小一般取决于
金属键的强弱,而金属键的强弱与金属阳离子所带电荷数的多少及金属阳离子半径大小有关。由此判
断下列说法正确的是( )
A.金属镁的熔点高于金属铝
B.碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐增大的
C.金属铝的硬度大于金属钠
D.金属镁的硬度小于金属钙题组二 金属晶体及其相关计算
6.(2020天津静海一中高二月考, )(1)某复合型氧化物可用于制造航母中的热敏传感器,其晶胞结构如
图所示,其中A为晶胞的顶点,A可以是Ca、Sr、Ba或Pb。当B是V、Cr、Mn或Fe时,这种化合物
具有良好的电学性能。下列说法正确的是 (填字母)。
A.金属Ca、Sr、Ba采用体心立方堆积
B.用A、B、O表示的某复合型氧化物晶体的化学式为ABO
3
C.在制造Fe薄片时,金属键完全断裂
D.V、Cr、Mn、Fe晶体中均存在金属阳离子和阴离子
(2)辽宁号航母飞行甲板等都是由铁及其合金制造的。铁有δ、γ、α三种同素异形体,其晶胞结构如图
所示。
①γ-Fe晶胞中含有的铁原子数为 。
②δ-Fe、α-Fe两种晶体中铁原子的配位数之比为 。
③若α-Fe晶胞的边长为a cm,γ-Fe晶胞的边长为b cm,则两种晶体的密度之比为 。
7.( )金属钨晶体中晶胞的结构如图所示。它是一种体心立方结构。实际测得金属钨的密度为ρ
g·cm-3,钨的相对原子质量为M,假定钨原子为等直径的刚性球,设N 为阿伏加德罗常数的值。请回答
A
下列问题:
(1)每一个晶胞分摊到 个钨原子。
(2)晶胞的边长为 cm。
(3)钨的原子半径为 cm(只有体对角线上的各个球才是彼此接触的)。8.( )铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一,其晶胞结构如图所示(黑球代表Fe,白
球代表Mg),铁镁合金的化学式为 ;若该晶胞为正方体,棱长为a cm,N 为阿伏加德罗常数的值,
A
则镁原子与铁原子间的最短距离为 cm,晶胞的密度为 g∙cm-3。
答案全解全析
基础过关练
1.D 2.D 3.C 4.B 5.B 6.C 7.B 9.B
10.D 11.B 12.C 13.B 14.D 15.C 17.C 18.D
19.A 20.C 21.D
1.D 金属晶体中存在金属阳离子和自由电子之间的吸引作用,金属阳离子之间的排斥作用、自由电
子之间的排斥作用。综上所述,A、B、C错;D正确。
2.D 电子气理论可以解释金属晶体的导电性、导热性、延展性等物理性质,但不能解释其化学性质,
例如锈蚀性。
3.C 金属晶体的形成是因为晶体中存在脱落了价电子的金属离子与脱落的价电子间的相互作用,C
项正确。
4.B 金属原子价电子数较少,容易失去电子,不能说明有延展性,A错误;金属受外力作用时,金属原子
层之间会发生相对滑动,但不会改变原来的排列方式,故金属有良好的延展性,B正确;金属的延展性与
原子层的相对滑动有关,与电子的运动无关,C错误;自由电子传递能量与金属延展性无关,可以影响金
属的导热性,D错误。
5.B 金属键与离子键的实质都是电性作用,特征都是无方向性和饱和性;自由电子是由金属原子提供
的,并且在整个金属内部的三维空间内运动,被整个金属的阳离子所共有,从这个角度看,金属键与共价
键有类似之处,但两者又有明显的不同,如金属键无方向性和饱和性。故选B。归纳总结 金属晶体中的电子不专属于某一个或几个特定的金属阳离子,而是均匀地分布在整块晶体
中,因此金属晶体中存在所有金属阳离子与所有自由电子之间的电性作用,这就是金属键。金属键没
有方向性和饱和性。
6.C A项,航天材料要符合质地轻、硬度大等基本要求。B项,根据碱金属元素性质递变规律可知Na
的金属性比Li强,根据金属活动性顺序可知Na的金属性比铝强。C项,锂、镁按一定比例熔合而得到
锂镁合金,具有活泼金属的性质,能与酸反应。D项,合金改变了金属内部结构,但仍具有金属的导热、
导电等性质。
7.B 由于固态金属中有“自由电子”,当可见光照射到金属表面上时,“自由电子”能够吸收所有频率
的光并很快放出,使得金属不透明。
8.答案 ①③⑧⑩ ②⑤⑦⑨ ③⑧ ②⑤⑦⑨
解析 直接由原子构成的物质包括:共价晶体、金属晶体等。
9.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。
10.D Hg常温下是液态,不是晶体,A项错误;H、He最外层电子数都少于3个,但它们不是金属元素,B
项错误;金属的延展性指的是能延伸成细丝、轧成薄片的性质,在液态时,金属具有流动性,不具有延展
性,C项错误;金属晶体中存在自由电子,能够导电、传热,D项正确。
11.B A项,由分子间作用力结合而成的晶体属于分子晶体,错误;B项,金属晶体中有自由移动的电子,
能导电,绝大多数金属在常温下为固体,熔点较高,所以固态或熔融态时易导电,熔点在1 000 ℃左右的
晶体可能属于金属晶体,正确;C项,相邻原子之间通过共价键结合形成的空间网状结构的晶体属于共
价晶体,错误;D项,固体不导电,说明晶体中无自由移动的带电微粒,则不可能为金属晶体,错误。
12.C 原子半径从大到小的顺序是Ba>Ca>Na>Mg>Al>Li,其中Al价电子数最多,故C项正确。
13.B 金属元素的原子只有还原性,但某些离子(如Fe2+)既有氧化性,又有还原性,A错误;金属元素在化
合物中一定显正价,B正确;金属元素在形成不同的化合物时,化合价可以相同,C错误;金属晶体的熔、
沸点差距较大,有些金属晶体的熔、沸点很低,如Hg在常温下是液体,D错误。
14.D 金属受外力作用时常常发生形变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。15.C 金属能导电是因为自由电子在外加电场作用下定向移动,A项错误;金属能导热是因为自由电子
在热的作用下与金属原子碰撞,从而发生热的传导,B项错误;合金与纯金属相比,由于增加了不同的金
属或非金属,相当于填补了金属阳离子之间的空隙,所以一般情况下合金的延展性比纯金属弱,硬度比
纯金属大,D项错误。
16.答案 (1)C (2)BC
解析 (1)通过分子间作用力形成的晶体属于分子晶体,A错误;通过共价键形成的空间网状结构的晶
体属于共价晶体,B错误;导电性、导热性、延展性是金属晶体的通性,C正确。(2)常温下,Hg为液态,A
错误;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,故钙的
熔、沸点高于钾,C正确;温度升高,金属的导电性减弱,D错误。
17.C 由钠晶胞可知,钠为体心立方堆积,每个钠原子的配位数是8。
18.D 在该晶胞中,与每个顶角的原子距离相等且最近的原子共有12个,因此其配位数为12。
19.A 晶胞(a)中所含原子个数为12×1+2×1+3=6,晶胞(b)中所含原子个数为8×1+6×1=4,晶胞(c)中所
6 2 8 2
含原子个数为8×1+1=2。
8
2×a
20.C 该晶胞中实际含两个钠原子,晶胞边长为4r,则ρ= ,进一步化简后可得答案。
4r
❑√3 N ×( )3
A ❑√3
21.D 钾晶胞属于体心立方晶胞,是非密置层的两种堆积方式中的一种,故A错误;该晶胞是立方体,不
是六棱柱,故B错误;根据均摊法计算,每个晶胞含有的K原子数为1×8+1=2,故C错误;观察晶胞中心的
8
原子,每个K原子周围距离最近且相等的K原子有8个,故D正确。
知识拓展 金属原子在二维空间(平面)的堆积方式
(1)非密置层:非最紧密排列,配位数为4,如图1所示。
(2)密置层:最紧密排列,配位数为6,如图2所示。
22.答案
❑√3
×
√
3
224
2 dN
A解析 该晶胞中位于体对角线的3个镉原子相切,1个晶胞含2个镉原子。设晶胞棱长为a cm,d=
2×112 ,a= √ 3 224 。设两镉原子最近的核间距为x cm,则(2x)2=3a2,x= ❑√3 a= ❑√3 × √ 3 224 。
a3 N dN 2 2 dN
A A A
能力提升练
1.A 2.D 3.C 4.D 5.C
1.A 金属晶体的熔、沸点与金属键的强弱有关,金属阳离子的半径越小,所带电荷数越多,金属键越强,
晶体的熔、沸点越高,故A正确,D错误;金属元素的化合价与熔、沸点无关,故B错误;金属晶体中电子
数的多少会影响金属的导热性,与熔、沸点无关,故C错误。
2.D 金属晶体中存在阳离子,但没有阴离子,A错误;金属晶体的形成是因为晶体中存在金属阳离子与
自由电子间的相互作用,B错误;价电子数多的金属原子的金属性不一定强,如Fe的价电子数比Na多,
但Fe的金属性没有Na的强,C错误;含有金属元素的离子不一定是阳离子,如AlO-、MnO-等,D正确。
2 4
3.C 金属的导电性是因为在外加电场的作用下,自由电子发生定向移动,而金属阳离子并没有移动,因
此①错误;金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的相互作用,并非仅存在静电吸引作用,因
此②错误;一般情况下,金属阳离子所带电荷数越多,半径越小,金属键越强,金属单质的熔、沸点越高,
硬度越大,Na+、Mg2+、Al3+三种离子的半径依次减小、离子所带电荷数依次增多,金属键越来越强,因
此③正确;金属键没有方向性和饱和性,所有电子在三维空间运动,属于整个金属,因此④正确。
4.D 氢键是一种分子间作用力,比范德华力强,但是比化学键弱。氢键既可以存在于分子间(如水、乙
醇、液氨等),又可以存在于分子内(如 )。
5.C 影响金属晶体熔、沸点的主要因素是金属键。镁离子比铝离子的半径大且镁离子所带的电荷数
少,所以金属镁比金属铝的金属键弱,其熔、沸点和硬度都比金属铝小;碱金属单质从Li到Cs,金属离
子的半径是逐渐增大的,金属阳离子所带电荷数相同,金属键逐渐减弱,熔、沸点和硬度都逐渐减小;铝
离子的半径比钠离子的小且铝离子所带电荷数比钠离子的多,金属铝比金属钠的金属键强,所以金属铝的硬度比金属钠大;镁离子的半径比钙离子的小,镁离子、钙离子所带电荷数相同,金属镁比金属钙
的金属键强,所以金属镁的硬度比金属钙大。
6.答案 (1)B (2)①4 ②4∶3 ③b3∶4a3
解析 (1)由晶胞结构可知,A位于晶胞的8个顶点,故金属Ca、Sr、Ba采用的是简单立方堆积,A不正
确;由晶胞结构可知,晶胞中含有A的数目为8×1=1,含有B的数目为1,含有O的数目为6×1=3,故用
8 2
A、B、O表示的某复合型氧化物晶体的化学式为ABO ,B正确;在制造Fe薄片时,金属键没有断裂,C
3
不正确;V、Cr、Mn、Fe晶体均为金属晶体,其中均存在金属阳离子和自由电子,无阴离子存在,D不正
确。
(2)①γ-Fe晶胞中,Fe位于晶胞的8个顶点和6个面心,故其含有的铁原子数为8×1+6×1=4。
8 2
②δ-Fe晶胞中,铁原子的配位数为8;α-Fe晶胞中,铁原子的配位数为6,故两种晶体中铁原子的配位数
之比为8∶6=4∶3。
③设N 为阿伏加德罗常数的值,若α-Fe晶胞的边长为a cm,其1个晶胞中只含1个Fe原子,则晶体的
A
56 g 56×4 g
密度为 ;若γ-Fe晶胞的边长为b cm,其1个晶胞中含4个Fe原子,则晶体的密度为 。故
N N
A A
(acm)3 (bcm)3
56 g 56×4 g
两种晶体的密度之比为
N
∶
N
=b3∶4a3。
A A
(acm)3 (bcm)3
7.答案 (1)2 (2)
√
3
2M
(3)
❑√3
×
√
3
2M
N ρ 4 N ρ
A A
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。
2M
(2)每个晶胞中含有2个钨原子,则每个晶胞的质量为 g,设晶胞的边长为a cm,每个晶胞的体积为a3
N
A
cm3,所以晶胞密度ρ g·cm-3= 2M g·cm-3,a= √ 3 2M 。
N a3 N ρ
A A(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,设钨的原子半径
为r cm,即4r=❑√3 a,r= ❑√3 a= ❑√3 × √ 3 2M 。
4 4 N ρ
A
8.答案 Mg Fe
❑√3a 416
2 4 a3N
A
解析 通过分析晶胞结构,可知Fe原子处在面心和顶点的位置,Mg原子处在内部,根据均摊法计算铁
镁合金的晶胞中含有铁原子个数为8×1+6×1=4,镁原子个数为8,所以化学式为Mg Fe;经过分析可知,
2
8 2
该铁镁合金晶胞结构与CaF 晶体相似,将晶胞分成相等的8个小正方体,Mg就处在每个小正方体的体
2
心位置,所以Mg和Fe的最短距离即晶胞体对角线长的1 ,即❑√3a cm;晶胞的密度ρ = m 晶胞=
晶胞
4 4 V
晶胞
(24×2+56)
4× g·cm-3= 416 g·cm-3。
N
A a3N
a3 A
