考點(diǎn)14-金屬晶體與離子晶體(解析版)

考點(diǎn)14金屬晶體與離子晶體【核心考點(diǎn)梳理】考點(diǎn)一、金屬鍵與金屬晶體1．金屬鍵(1)概念：“電子氣理論”把金屬鍵描述為金屬原子脫落下來的價(jià)電子形成遍布整塊晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起。(2)成鍵粒子是金屬陽離子和自由電子。(3)金屬鍵的強(qiáng)弱和對(duì)金屬性質(zhì)的影響①金屬鍵的強(qiáng)弱主要決定于金屬元素的原子半徑和價(jià)電子數(shù)。原子半徑越大、價(jià)電子數(shù)越少，金屬鍵越弱；反之，金屬鍵越強(qiáng)。②金屬鍵越強(qiáng)，金屬的熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。如：熔點(diǎn)最高的金屬是鎢，硬度最大的金屬是鉻。特別提醒金屬鍵沒有方向性和飽和性。2．金屬晶體(1)在金屬晶體中，原子間以金屬鍵相結(jié)合。(2)金屬晶體的性質(zhì)：優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性?？键c(diǎn)二、離子晶體1．離子鍵及其影響因素(1)概念：陰、陽離子之間通過靜電作用形成的化學(xué)鍵。(2)影響因素：離子所帶電荷數(shù)越多，離子半徑越小，離子鍵越強(qiáng)。特別提醒離子鍵沒有方向性和飽和性。2．離子晶體及其物理性質(zhì)(1)概念：由陽離子和陰離子相互作用而形成的晶體。(2)離子晶體的性質(zhì)①熔、沸點(diǎn)較高，硬度較大。②離子晶體不導(dǎo)電，但熔化或溶于水后能導(dǎo)電。③大多數(shù)離子晶體能溶于水，難溶于有機(jī)溶劑。3．常見離子晶體的結(jié)構(gòu)(1)NaCl晶胞NaCl晶胞如圖所示，每個(gè)Na＋周圍距離最近的Cl－有6個(gè)(上、下、左、右、前、后各1個(gè))，構(gòu)成正八面體，每個(gè)Cl－周圍距離最近的Na＋有6個(gè)，構(gòu)成正八面體，由此可推知晶體的化學(xué)式為NaCl?；卮鹣铝袉栴}：①每個(gè)Na＋(Cl－)周圍距離相等且最近的Na＋(Cl－)是12個(gè)。②每個(gè)晶胞中實(shí)際擁有的Na＋數(shù)是4個(gè)，Cl－數(shù)是4個(gè)。③若晶胞參數(shù)為apm，則氯化鈉晶體的密度為eq\f(234,NA·a3×10－30)g·cm－3。(2)CsCl晶胞CsCl晶胞如圖所示，每個(gè)Cs＋周圍距離最近的Cl－有8個(gè)，每個(gè)Cl－周圍距離最近的Cs＋有8個(gè)，它們均構(gòu)成正六面體，由此可推知晶體的化學(xué)式為CsCl。回答下列問題：①每個(gè)Cs＋(Cl－)周圍距離最近的Cs＋(Cl－)有6個(gè)，構(gòu)成正八面體。②每個(gè)晶胞中實(shí)際擁有的Cs＋有1個(gè)，Cl－有1個(gè)。③若晶胞參數(shù)為apm，則氯化銫晶體的密度為eq\f(168.5,NA·a3×10－30)g·cm－3?！颈貍渲R(shí)基礎(chǔ)練】1.下圖是金屬晶體的“電子氣”理論示意圖。用該理論解釋金屬導(dǎo)電的原因是()A.金屬能導(dǎo)電是因?yàn)楹薪饘訇栯x子B.金屬能導(dǎo)電是因?yàn)楹械淖杂呻娮釉谕怆妶?chǎng)作用下做定向運(yùn)動(dòng)C.金屬能導(dǎo)電是因?yàn)楹械碾娮幼鳠o規(guī)則運(yùn)動(dòng)D.金屬能導(dǎo)電是因?yàn)榻饘訇栯x子和自由電子的相互作用【答案】B【解析】“電子氣”理論可以很好地解釋金屬的一些現(xiàn)象,如金屬的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、延展性等。金屬中含有金屬陽離子和自由電子,在外加電場(chǎng)的作用下,自由電子定向移動(dòng)形成電流。2．(2021·濟(jì)南高二檢測(cè))下列有關(guān)金屬的說法正確的是()A．金屬原子的核外電子在金屬晶體中都是自由電子B．金屬導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)是金屬陽離子在外電場(chǎng)作用下的定向移動(dòng)C．金屬原子在化學(xué)變化中失去的電子數(shù)越多，其還原性越強(qiáng)D．金屬晶體的堆積方式會(huì)影響金屬的性質(zhì)【答案】D【解析】因金屬的價(jià)電子受原子核的吸引力小，則金屬原子中的價(jià)電子在金屬晶體中為自由電子，而不是所有的核外電子，A錯(cuò)誤；金屬導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)是在外電場(chǎng)作用下自由電子定向移動(dòng)而產(chǎn)生電流的結(jié)果，B錯(cuò)誤；金屬原子在化學(xué)變化中失去電子越容易，其還原性越強(qiáng)，C錯(cuò)誤；金屬晶體中原子的堆積方式會(huì)影響金屬的性質(zhì)，如延展性，D正確。3．（2021·四川達(dá)州·高二期末）下列物質(zhì)中，含有共價(jià)鍵的離子晶體是A． B． C． D．【答案】B【解析】A．溴單質(zhì)是含有非極性鍵的分子晶體，故A不符合題意；B．過氧化鈉是含有離子鍵和非極性共價(jià)鍵的離子晶體，故B符合題意；C．二氧化碳是只含有極性鍵的分子晶體，故C不符合題意；D．氯化鎂是只含有離子鍵的離子晶體，故D不符合題意；故選B。4．（2022·山東·煙臺(tái)市教育科學(xué)研究院高二期末）下列關(guān)于晶體結(jié)構(gòu)或性質(zhì)的描述正確的是A．金屬陽離子只能存在于離子晶體中B．金屬晶體的熔點(diǎn)都比分子晶體的熔點(diǎn)高C．共價(jià)晶體中共價(jià)鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高D．分子晶體的熔、沸點(diǎn)低，常溫下均呈液態(tài)或氣態(tài)【答案】C【解析】A．金屬晶體是由金屬陽離子和自由電子組成，金屬晶體中也含有金屬陽離子，故A錯(cuò)誤；B．金屬晶體的熔沸點(diǎn)差別很大，有的比共價(jià)晶體的熔點(diǎn)高，如W，有的比分子晶體的熔點(diǎn)低，如Hg，故B錯(cuò)誤；C．共價(jià)晶體熔化時(shí)破壞共價(jià)鍵，共價(jià)鍵鍵能越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高，故C正確；D．分子晶體的熔沸點(diǎn)低，常溫下呈液態(tài)(如H2O)、氣態(tài)(如CO2)、固態(tài)(如I2)，故D錯(cuò)誤；答案為C。5.CaO的晶胞如下圖所示,其中與Ca2+最近的O2-數(shù)為 ()A.4 B.6C.8 D.12【答案】B【解析】根據(jù)CaO的晶胞圖示可知,與Ca2+最近的O2-有6個(gè),分別位于Ca2+的前、后、左、右、上、下方位。6.CaC2晶體的晶胞結(jié)構(gòu)與NaCl晶體相似(如圖所示),但CaC2晶體中由于啞鈴形的存在,使晶胞沿一個(gè)方向拉長。則關(guān)于CaC2晶體的描述不正確的是()A.CaC2晶體的熔點(diǎn)較高、硬度也較大B.與Ca2+距離相同且最近的構(gòu)成的多面體是正六面體C.與Ca2+距離相同且最近的有4個(gè)D.CaC2晶胞中共含有4個(gè)Ca2+和4個(gè)【答案】B【解析】CaC2晶體屬于離子晶體,故有較高的熔點(diǎn)和較大的硬度,A正確;因?yàn)榫О匾粋€(gè)方向拉長,故和Ca2+距離相同且最近的只有4個(gè)(與拉長方向垂直的同一面上),4個(gè)構(gòu)成的是正方形,B錯(cuò);以Ca2+為中心,與之等距離且最近的是同一平面上的4個(gè),C正確;該晶胞中含有Ca2+的個(gè)數(shù)=12×1/4+1=4,含有的個(gè)數(shù)=8×1/8+6×1/2=4,D正確。7.如圖表示NaCl晶體的一個(gè)晶胞,直線交點(diǎn)處的圓圈表示NaCl晶體中Na+或Cl-所處的位置。這兩種離子在空間三個(gè)互相垂直的方向上都是等距離排列的。(1)請(qǐng)將其中代表Na+的圓圈涂黑(不必考慮體積大小),以完成NaCl晶胞結(jié)構(gòu)示意圖。(2)在NaCl晶體中,在每個(gè)Na+的周圍與它最接近且距離相等的Na+共有個(gè)。

(3)在NaCl晶胞中正六面體的頂點(diǎn)上、面上、棱上的Na+或Cl-為該晶胞與其相鄰的晶胞所共有。根據(jù)(1)中畫出的NaCl的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖分析,一個(gè)晶胞中Cl-的個(gè)數(shù)等于,即(填計(jì)算式);Na+的個(gè)數(shù)等于,即(填計(jì)算式)。

(4)設(shè)NaCl的摩爾質(zhì)量為Mg·mol-1,NaCl晶體的密度為ρg·cm-3,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA。則NaCl晶體中兩個(gè)距離最近的鈉離子中心之間的距離為cm。

【答案】(1)答案不唯一,合理即可(2)12(3)412×+1=448×+6×=4(4)【解析】(1)根據(jù)題意可畫出NaCl的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖如下:(或其他合理的情況)(2)根據(jù)(1)中畫出的NaCl晶胞結(jié)構(gòu)示意圖分析,每個(gè)Na+的周圍最接近且距離相等的Na+共有12個(gè)。(3)根據(jù)(1)中畫出的NaCl晶胞結(jié)構(gòu)示意圖分析,在一個(gè)NaCl晶胞中,含Cl-的個(gè)數(shù)為12×+1=4;含Na+的個(gè)數(shù)為8×+6×=4。(4)設(shè)Cl-與Na+中心之間的最近距離為acm,則兩個(gè)最近的Na+中心之間的距離為acm,根據(jù)·NA=M,則a=。所以Na+間的最近距離為cm?！娟P(guān)鍵能力提升練】8.金屬晶體中金屬原子有三種常見的堆積方式:六方最密堆積、面心立方最密堆積和體心立方堆積,如圖甲、乙、丙分別代表這三種堆積方式的單元結(jié)構(gòu),則甲、乙、丙三種單元內(nèi)金屬原子個(gè)數(shù)比為()A.1∶2∶1 B.3∶2∶1C.9∶8∶4 D.21∶14∶9【答案】B【解析】由均攤思想可知,甲單元結(jié)構(gòu)內(nèi)金屬原子的個(gè)數(shù)為3+2×1/2+12×1/6=6,乙單元結(jié)構(gòu)內(nèi)金屬原子的個(gè)數(shù)為6×1/2+8×1/8=4,丙單元結(jié)構(gòu)內(nèi)金屬原子的個(gè)數(shù)為1+8×1/8=2,則甲、乙、丙三種單元結(jié)構(gòu)內(nèi)金屬原子個(gè)數(shù)比為3∶2∶1。9.石墨的片層結(jié)構(gòu)如圖所示。在片層結(jié)構(gòu)中，碳原子數(shù)、C—C鍵數(shù)、六元環(huán)數(shù)之比為()A.1︰1︰1 B.2︰2︰3 C.1︰2︰3 D.2︰3︰1【答案】D【解析】在石墨的片層結(jié)構(gòu)中，以一個(gè)六元環(huán)為研究對(duì)象，由于一個(gè)碳原子被三個(gè)六元環(huán)共用，即屬于每個(gè)六元環(huán)的碳原子數(shù)為；一個(gè)C—C鍵被兩個(gè)六元環(huán)共用，即屬于每個(gè)六元環(huán)的C—C鍵的數(shù)目為，故碳原子數(shù)、C—C鍵數(shù)、六元環(huán)數(shù)之比為2︰3︰1。10.下列關(guān)于氯化銫晶體的敘述不正確的是()A.1mol氯化銫中有個(gè)CsCl分子B.氯化銫晶體中，每個(gè)周圍與它最近且等距離的有6個(gè)C.氯化銫晶體的硬度較大是由于和存在著較強(qiáng)的離子鍵D.每個(gè)晶胞中平均含有1個(gè)和1個(gè)【答案】A【解析】在氯化銫晶體中不存在CsCl分子，只存在和，化學(xué)式CsCl表示氯化銫晶體中和的個(gè)數(shù)比為1︰111.下表給出了幾種氯化物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。物質(zhì)NaClMgCl2AlCl3CCl4熔點(diǎn)/℃801708190-23沸點(diǎn)/℃1413141818077關(guān)于表中4種氯化物有下列說法:(1)AlCl3在加熱時(shí)可升華(2)CCl4屬于分子晶體(3)MgCl2的晶體屬于離子晶體(4)AlCl3是典型的離子晶體其中正確的是()A.只有(1)和(2) B.只有(3)C.只有(1)(2)(3) D.全部一致【答案】C【解析】根據(jù)各物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)判斷,NaCl和MgCl2是離子晶體,AlCl3和CCl4為分子晶體;AlCl3的沸點(diǎn)低于熔點(diǎn),所以易升華。12.根據(jù)下圖推測(cè),若CsCl晶體中兩距離最近的Cs+間距離為a,則每個(gè)Cs+周圍與其距離為a的Cs+數(shù)目為,每個(gè)Cs+周圍距離相等且次近的Cs+數(shù)目為,距離為;每個(gè)Cs+周圍距離相等且第三近的Cs+數(shù)目為,距離為;每個(gè)Cs+周圍緊鄰且等距的Cl-數(shù)目為。

【答案】612a8a8【解析】根據(jù)左圖的晶體結(jié)構(gòu)分析,以體心的Cs+為研究對(duì)象,每個(gè)Cs+周圍距離為a的Cs+分別位于其上、下、前、后、左、右的六個(gè)方位,即6個(gè);每個(gè)與其次近(距離為a)的Cs+分別位于通過體心Cs+的3個(gè)切面的大正方形的頂點(diǎn),個(gè)數(shù)為4×3=12;與其第三近(距離為a)的Cs+分別位于大立方體的8個(gè)頂點(diǎn)上;每個(gè)Cs+周圍緊鄰且等距的Cl-數(shù)目為8。13.如圖為一些晶體中的部分結(jié)構(gòu),它們分別是NaCl、CsCl、干冰、金剛石、石墨中的某一種。(1)其中代表金剛石的是(填字母,下同),其中每個(gè)碳原子與個(gè)碳原子最近且距離相等,金剛石屬于晶體。

(2)其中代表石墨的是,其中每個(gè)六元環(huán)平均占有的碳原子數(shù)為。

(3)其中表示NaCl的是,NaCl晶體中每個(gè)Na+周圍與它最近且等距離的Na+有個(gè)。

(4)代表CsCl的是,它屬于晶體,每個(gè)Cs+與個(gè)Cl-緊鄰。

(5)代表干冰的是,它屬于晶體,每個(gè)CO2分子與個(gè)CO2分子緊鄰。

【答案】(1)D4共價(jià)(2)E2(3)A12(4)C離子8(5)B分子12【解析】根據(jù)不同物質(zhì)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來分析各圖形所代表的物質(zhì)。NaCl晶胞是立方單元,每個(gè)Na+與6個(gè)Cl-緊鄰,每個(gè)Cl-又與6個(gè)Na+緊鄰,每個(gè)Na+周圍與其最近且等距離的Na+有12個(gè)。CsCl晶體由Cs+、Cl-構(gòu)成體心立方結(jié)構(gòu)。干冰也是立方體結(jié)構(gòu),在立方體每個(gè)頂點(diǎn)和面心都有1個(gè)CO2分子,所以每個(gè)CO2分子在三維空間里與其緊鄰的CO2分子有12個(gè)。金剛石中每個(gè)碳原子緊鄰4個(gè)其他碳原子。石墨的片層結(jié)構(gòu)中每個(gè)碳原子緊鄰3個(gè)碳原子,即每個(gè)正六邊形占有的碳原子數(shù)是6×1/3=2?！緦W(xué)科素養(yǎng)拔高練】14.鈦(Ti)、釩(V)、鎳(Ni)、鑭(La)等在儲(chǔ)氫材料方面具有廣泛的用途。下圖Ⅰ、Ⅱ是一些晶體材料的結(jié)構(gòu)示意圖。請(qǐng)回答下列問題:(1)寫出基態(tài)鎳原子的核外電子排布式:。

(2)鑭系合金是稀土系儲(chǔ)氫合金的典型代表。某合金儲(chǔ)氫后的晶胞如圖Ⅰ所示,該合金的化學(xué)式為,1mol鑭形成的該合金能儲(chǔ)存mol氫氣。

(3)嫦娥三號(hào)衛(wèi)星上的PTC元件(熱敏電阻)的主要成分——鋇鈦礦晶體的晶胞結(jié)構(gòu)如圖Ⅱ所示,該晶體經(jīng)X射線分析鑒定,重復(fù)單元為立方體,邊長為acm。頂點(diǎn)位置被Ti4+所占據(jù),體心位置被Ba2+所占據(jù),所有棱心位置被O2-所占據(jù)。①該晶體中的O元素與H元素形成的簡單化合物的中心原子的雜化類型為,其分子的空間結(jié)構(gòu)為。

②寫出該晶體的化學(xué)式:。

③若該晶體的密度為ρg·cm-3,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,則a=。

【答案】(1)1s22s22p63s23p63d84s2(或[Ar]3d84s2)(2)LaNi53(3)①sp3雜化V形②BaTiO3③（ρNA/333）1/3cm【解析】(1)Ni是28號(hào)元素,其基態(tài)原子的電子排布式為1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2。(2)根據(jù)某合金儲(chǔ)氫后的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖可知,該晶胞中含有La:8×1/8=1、Ni:8×1/2+1=5,所以合金的化學(xué)式為LaNi