2023年秋高中化學(xué)選擇性必修2（蘇教版2023）分層作業(yè)9　金屬晶體（含解析）

第第頁(yè)2023年秋高中化學(xué)選擇性必修2（蘇教版2023）分層作業(yè)9金屬晶體（含解析）分層作業(yè)9金屬晶體

A級(jí)必備知識(shí)基礎(chǔ)練

1.關(guān)于鉀晶體(如圖所示)的結(jié)構(gòu)的敘述中正確的是()

A.其構(gòu)成微粒是鉀原子

B.晶胞是六棱柱

C.每個(gè)晶胞內(nèi)含2個(gè)原子

D.每個(gè)晶胞內(nèi)含6個(gè)原子

2.下列能夠表示出每個(gè)晶胞中所含實(shí)際微粒個(gè)數(shù)的面心立方晶胞的是()

3.金屬晶體中金屬原子有三種常見(jiàn)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,下圖分別代表著三種晶體的晶體結(jié)構(gòu),其晶胞內(nèi)金屬原子個(gè)數(shù)比為()

A.1∶2∶1B.11∶8∶4

C.9∶8∶4D.9∶14∶9

4.最近發(fā)現(xiàn),只含鎂、鎳和碳三種元素的晶體竟然也具有超導(dǎo)性。該新型超導(dǎo)晶體的一個(gè)晶胞如圖所示,則該晶體的化學(xué)式為()

A.Mg2CNi3B.MgC2Ni

C.MgCNi2D.MgCNi3

5.科學(xué)家把C60和K摻雜在一起制造出的物質(zhì)具有超導(dǎo)性能,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。該物質(zhì)中K和C60的個(gè)數(shù)之比為()

A.1∶1B.2∶1

C.3∶1D.4∶1

6.現(xiàn)有四種晶體,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示,其中化學(xué)式一定不屬于AB(或BA)型的是()

7.鐵有δ、γ、α三種晶體結(jié)構(gòu),以下依次是δ、γ、α三種鐵晶體在不同溫度下轉(zhuǎn)化的圖示。

δ-Feγ-Feα-Fe

下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()

A.鐵的δ、γ、α三種晶體互為同分異構(gòu)體

B.γ-Fe晶體為體心立方堆積

C.α-Fe晶體中,與每個(gè)Fe原子距離相等且最近的Fe原子有6個(gè)

D.δ-Fe晶體中,與每個(gè)Fe原子距離相等且最近的Fe原子有6個(gè)

8.根據(jù)要求回答下列問(wèn)題:

(1)1183K以下純鐵晶體的基本結(jié)構(gòu)單元如圖1所示,1183K以上轉(zhuǎn)變?yōu)閳D2所示的基本結(jié)構(gòu)單元,在兩種晶體中最鄰近的鐵原子間距離相同。

圖1

圖2

圖3

①鐵原子的簡(jiǎn)化電子排布式為;鐵晶體中鐵原子以鍵相互結(jié)合。

②在1183K以下的純鐵晶體中,一個(gè)晶胞中鐵原子數(shù)為;在1183K以上的純鐵晶體中,與鐵原子等距離且最近的鐵原子數(shù)為。

(2)銅的晶胞示意圖為圖3,晶胞中所含的銅原子數(shù)為。金屬銅晶胞的邊長(zhǎng)為acm。又知銅的密度為ρg·cm-3,阿伏加德羅常數(shù)為。

B級(jí)關(guān)鍵能力提升練

9.硼和鎂形成的化合物刷新了金屬化合物超導(dǎo)的最高紀(jì)錄。如圖所示的是該化合物的晶體結(jié)構(gòu):鎂原子間形成正六棱柱,且棱柱的上、下底面還各有一個(gè)鎂原子;6個(gè)硼原子位于棱柱內(nèi)。則該化合物的化學(xué)式為()

A.MgBB.MgB2

C.Mg2BD.Mg3B2

10.釔鋇銅氧化合物晶胞的結(jié)構(gòu)如圖所示,則該化合物的化學(xué)式可能是()

A.YBa2Cu3O4

B.YBa2Cu2O5

C.YBa2Cu3O5

D.YBaCu4O4

11.釙(Po)是目前已知的稀有元素之一。金屬釙的晶胞沿x、y或z軸的投影如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()

A.構(gòu)成晶體的微粒間的作用力是金屬鍵

B.構(gòu)成該晶體的微粒是金屬離子和自由電子

C.若Po原子的半徑為r,則晶胞邊長(zhǎng)為r

D.晶體中Po原子的配位數(shù)為6

12.鐵鎂合金是目前已發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)氫密度較高的儲(chǔ)氫材料之一,其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。儲(chǔ)氫時(shí),H2分子在晶胞的體心和棱的中心位置,且最近的兩個(gè)氫分子之間的核間距為anm,設(shè)NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()

A.鐵鎂合金晶胞中Fe原子數(shù)為4

B.Mg與Fe之間的最近核間距為anm

C.在鐵鎂合金晶體中,與鐵原子等距離且最近的鐵原子有12個(gè)

D.儲(chǔ)氫后的晶體密度為g·cm-3

13.[2023湖南師大附中期末]磷錫青銅合金廣泛用于儀器儀表中的耐磨零件和抗磁元件等。其晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。已知晶胞參數(shù)為apm,下列說(shuō)法不正確的是()

A.磷錫青銅的化學(xué)式為Cu3SnP

B.該晶胞中與Cu等距離且最近的Cu有4個(gè)

C.三種元素Cu、Sn、P在元素周期表中分別處于ds區(qū)、p區(qū)、p區(qū)

D.Sn和P原子間的最短距離為apm

14.金屬原子在空間按一定的方式堆積就形成了金屬晶體。

(1)下圖為二維平面晶體示意圖,所表示的化學(xué)式為AX3的是(填字母)。

a

b

(2)將等徑圓球在二維空間里進(jìn)行排列,可形成密置層和非密置層,在圖1所示的半徑相等的圓球的排列中,A屬于層,配位數(shù)是;B屬于層,配位數(shù)是。

圖1

圖2

(3)將非密置層一層一層地在三維空間里堆積,得到如圖2所示的一種金屬晶體的晶胞,它被稱為簡(jiǎn)單立方堆積,在這種晶體中,金屬原子的配位數(shù)是,平均每個(gè)晶胞所占有的原子數(shù)目是。

(4)有資料表明,只有釙的晶體中的原子具有如圖2所示的堆積方式,釙位于元素周期表的第周期族,元素符號(hào)是,最外電子層的電子排布式是。

15.(1)在下圖中選擇:

①金屬鈉的晶胞模型是,每個(gè)晶胞含有個(gè)Na原子,每個(gè)Na原子周?chē)袀€(gè)緊鄰的Na原子。

②金屬銅每個(gè)晶胞含有個(gè)Cu原子,每個(gè)Cu原子周?chē)袀€(gè)緊鄰的Cu原子。

(2)在(1)題中的晶胞示意圖中把金屬原子抽象成質(zhì)點(diǎn),而事實(shí)上在堆積模型中我們把金屬原子看成互相接觸的球體則更接近實(shí)際情況。對(duì)于簡(jiǎn)單立方堆積的晶胞,“金屬球”在晶胞的棱心處接觸,設(shè)晶胞(立方體)的棱長(zhǎng)為a,球的半徑為r,則a與r的關(guān)系是a=2r。

那么,在鉀型堆積模型中,“金屬球”應(yīng)在處接觸,則晶胞棱長(zhǎng)a與球半徑r的關(guān)系是;晶胞的體積為;而該晶胞中擁有

個(gè)原子,故金屬原子所占的體積為,因此鉀型原子堆積的空間利用率為(寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程):。

C級(jí)學(xué)科素養(yǎng)拔高練

16.金是較稀有、較珍貴和極被人們看重的金屬之一,是一種非常重要的金屬。不僅是用于儲(chǔ)備和出資的特殊通貨,同時(shí)又是首飾業(yè)、電子業(yè)、現(xiàn)代通訊、航天航空業(yè)等部門(mén)的重要材料。

金晶體的最小重復(fù)單元(也稱晶胞)是面心立方體,如圖所示,即在立方體的8個(gè)頂點(diǎn)各有一個(gè)金原子,各個(gè)面的中心有一個(gè)金原子,每個(gè)金原子被相鄰的晶胞所共有。金原子的直徑為d,用NA表示阿伏加德羅常數(shù),M表示金的摩爾質(zhì)量。

(1)金晶體的每個(gè)晶胞中含有個(gè)金原子。

(2)欲計(jì)算一個(gè)晶胞的體積,除假定金原子是剛性小球外,還應(yīng)假定。

(3)一個(gè)晶胞的體積是。

(4)金晶體的密度是。

答案：

1.C解析構(gòu)成鉀晶體的微粒是K+和自由電子,其晶胞是體心立方晶胞,其中有8個(gè)頂點(diǎn)原子和1個(gè)體心原子,每個(gè)晶胞內(nèi)含有8×+1=2個(gè)原子。

2.B解析A項(xiàng)和B項(xiàng)是面心立方晶胞,其中B項(xiàng)是經(jīng)過(guò)切割后的面心立方晶胞,它能表示出此晶胞中所含微粒的實(shí)際數(shù)目,C項(xiàng)和D項(xiàng)是體心立方晶胞。

3.A解析根據(jù)切割法可推知,第1個(gè)為六方最密堆積的晶胞,此晶胞中有2個(gè)金屬原子;第2個(gè)為面心立方最密堆積的晶胞,此晶胞中有4個(gè)金屬原子;第三個(gè)為體心立方堆積的晶胞,此晶胞中有2個(gè)金屬原子。所以原子個(gè)數(shù)比為2∶4∶2,化簡(jiǎn)為1∶2∶1,所以選A。

4.D解析Mg原子處于晶胞的頂點(diǎn)上,故有8×=1個(gè);Ni原子處于晶胞的面心,故有6×=3個(gè);C原子處于晶胞的體心,完全屬于該晶胞,故該晶體的化學(xué)式為MgCNi3。

5.C解析根據(jù)切割法可知,該晶胞中K的個(gè)數(shù)為2×6×=6,C60的個(gè)數(shù)為1+8×=2,所以該物質(zhì)中K和C60的個(gè)數(shù)之比為6∶2=3∶1。

6.C解析A項(xiàng),晶胞中微粒A的個(gè)數(shù)為8×=1,微粒B的個(gè)數(shù)為1,則化學(xué)式可能為AB(或BA);B項(xiàng),晶胞中微粒A的個(gè)數(shù)為4×,微粒B的個(gè)數(shù)為4×,則化學(xué)式可能為AB(或BA);C項(xiàng),晶胞中微粒A的個(gè)數(shù)為8×=1,微粒B的個(gè)數(shù)為12×=3,則化學(xué)式可能為AB3(或B3A);D項(xiàng),晶胞中微粒A的個(gè)數(shù)為8×+6×=4,微粒B的個(gè)數(shù)為1+12×=4,則化學(xué)式可能為AB(或BA)。

7.C解析同分異構(gòu)體是分子式相同而結(jié)構(gòu)不同的化合物的互稱,而鐵的三種不同晶體結(jié)構(gòu)中都只含有一種鐵元素,均為單質(zhì),A項(xiàng)錯(cuò)誤;結(jié)合γ-Fe晶體的晶胞結(jié)構(gòu)可知其為面心立方堆積,B項(xiàng)錯(cuò)誤;α-Fe晶體的堆積方式為簡(jiǎn)單立方堆積,與每個(gè)Fe原子距離相等且最近的Fe原子有6個(gè),C項(xiàng)正確;δ-Fe晶胞中,以體心的Fe原子為基準(zhǔn),則位于頂點(diǎn)的8個(gè)Fe原子到體心的Fe原子的距離相等且最近,D項(xiàng)錯(cuò)誤。

8.答案(1)①[Ar]3d64s2金屬②212

(2)4mol-1

解析(1)②在1183K以下的純鐵晶體中,鐵原子個(gè)數(shù)為1+8×=2;在1183K以上的純鐵晶體中,與面心鐵原子等距離且最近的鐵原子有12個(gè)。

(2)1個(gè)銅的晶胞中含有4個(gè)銅原子。1個(gè)晶胞的體積為a3cm3;一個(gè)晶胞的質(zhì)量為a3ρg;由=a3ρg,得NA=mol-1。

9.B解析棱柱內(nèi)硼原子數(shù)為6,均屬于這個(gè)晶胞。鎂原子位于上、下面心(2個(gè))及12個(gè)頂點(diǎn),共有鎂原子數(shù)為2×+12×=3,則鎂、硼原子個(gè)數(shù)之比為1∶2,化學(xué)式為MgB2。

10.C解析晶胞中銅原子數(shù)為8×+8×=3;氧原子數(shù)為7×+6×=5;2個(gè)鋇原子和1個(gè)釔原子都在晶胞內(nèi),所以該晶體每個(gè)晶胞中含有的釔原子、鋇原子、銅原子和氧原子個(gè)數(shù)分別為1、2、3、5,化學(xué)式為YBa2Cu3O5。

11.C解析釙為金屬單質(zhì),屬于金屬晶體,所以微粒間的作用力為金屬鍵,A項(xiàng)正確;金屬鍵是由金屬陽(yáng)離子和自由電子形成的,即構(gòu)成該晶體的微粒是金屬離子和自由電子,B項(xiàng)正確;根據(jù)投影圖可知Po晶體采用簡(jiǎn)單立方堆積,棱上的兩個(gè)原子相切,所以若原子半徑為r,則晶胞邊長(zhǎng)為2r,C項(xiàng)錯(cuò)誤;Po晶體采用簡(jiǎn)單立方堆積,Po原子的配位數(shù)為6,D項(xiàng)正確。

12.B解析由鐵鎂合金晶胞結(jié)構(gòu)可知,鐵原子處于面心和頂點(diǎn)位置,則鐵鎂合金晶胞中含有鐵原子數(shù)為8×+6×=4,A項(xiàng)正確;由題意可知,晶胞的一個(gè)面如圖所示:

最近的兩個(gè)氫分子之間的核間距為anm,則面對(duì)角線為2anm,晶胞的棱長(zhǎng)為anm,晶胞體對(duì)角線為anm,Mg與Fe之間的最近核間距為anm,B項(xiàng)錯(cuò)誤;與鐵原子等距離且最近的鐵原子有12個(gè),C項(xiàng)正確;儲(chǔ)氫后的晶體化學(xué)式為FeMg2H2,晶體密度為g·cm-3,D項(xiàng)正確。

13.B解析根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)分析得到晶胞中原子個(gè)數(shù)分別為P:1,Sn:8×=1,Cu:6×=3,則磷錫青銅的化學(xué)式為Cu3SnP,故A正確;以面心的銅分析,該晶胞中與Cu等距離且最近的Cu有8個(gè),故B錯(cuò)誤;三種元素Cu、Sn、P的外圍電子排布分別為3d104s1、5s25p2、3s23p3,則三種元素在元素周期表中分別處于ds區(qū)、p區(qū)、p區(qū),故C正確;Sn和P原子間的最短距離為體對(duì)角線的一半即apm,故D正確。

14.答案(1)b

(2)非密置4密置6

(3)61

(4)6ⅥAPo6s26p4

解析(1)把四個(gè)環(huán)境相同的距離最近的白球或灰球連接,可以確定最小的重復(fù)單元,如圖兩例:

a圖中,灰球與白球的個(gè)數(shù)之比為1∶2;b圖中,灰球與白球的個(gè)數(shù)之比為1∶3。所以化學(xué)式為AX3的是b。

a

b

(2)A圖中,白球周?chē)苯优c之相鄰的黑球數(shù)為4,即原子的配位數(shù)為4,屬于非密置層;B圖中,白球周?chē)苯优c之相鄰的黑球數(shù)為6,即原子的配位數(shù)為6,屬于密置層。

(3)簡(jiǎn)單立方晶體中,金屬原子的配位數(shù)是6(上下、左右、前后),平均每個(gè)晶胞占有的原子數(shù)為8×=1。

(4)釙位于第6周期,原子最外層有6個(gè)電子。

15.答案(1)①B28②412

(2)立方體體對(duì)角線的(或)r=aa32

πa3×100%=×100%≈68%

解析(1)①金屬鈉的堆積方式與金屬鉀的堆積方式相同,均為體心立方堆積,每個(gè)晶胞中含有2個(gè)鈉原子,其配位數(shù)是8。②金屬銅為面心立方堆積,每個(gè)晶胞中含有4個(gè)原子,配位數(shù)為12。

(2)鉀型堆積模型(如圖B),“金屬球”應(yīng)在立方體體對(duì)角線的(或)處接觸,若晶胞的棱長(zhǎng)為a,則立方體體對(duì)角線為a,“金屬球”的半徑r=a,