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金属晶体与离子晶体一、选择题1．下列叙述中错误的是()A．金属的熔点和硬度由金属晶体中金属离子跟自由电子间的作用强弱决定B．由于金属晶体中自由电子的运动，使金属易导电、导热C．金属键的实质是金属中的自由电子与金属阳离子形成的一种强烈的相互作用D．金属晶体都有银白色的金属光泽解析：金属键的实质是自由电子与金属阳离子之间强烈的相互作用，而金属键的强弱决定金属的熔、沸点和硬度等物理性质，故A、C项正确。绝大多数金属都有银白色的金属光泽，而少数金属具有颜色，如Au呈金黄色，Cu呈紫红色，故D项不正确。答案：D2．下列晶体中，金属阳离子与自由电子间的作用最强的是()A．NaB．MgC．AlD．K解析：影响金属键强弱的主要因素有金属原子的半径、单位体积内自由电子的数目等。一般而言，金属原子的半径小、单位体积内自由电子数目多，金属键就强，金属阳离子与自由电子间的作用就强。Na、Mg、Al均位于第3周期，原子半径逐渐减小，价电子数目逐渐增多，所以金属键逐渐增强，其中铝的金属键最强，钠的金属键最弱，而K和Na位于同一主族，且K的半径比Na大，钾的金属键比钠弱。答案：C3．下列物质的晶格能最大的是()A．MgOB．CaCl2C．KClD．Na2O解析：构成离子晶体的阴、阳离子的半径越小，所带电荷数越多，则晶格能越大。答案：A4．自然界中的CaF2又称萤石，是一种难溶于水的固体，属于典型的离子晶体。下列实验一定能说明CaF2是离子晶体的是()A．CaF2难溶于水，其水溶液的导电性极弱B．CaF2的熔、沸点较高，硬度较大C．CaF2固体不导电，但在熔融状态下可以导电D．CaF2在有机溶剂(如苯)中的溶解度极小解析：离子晶体是由阴、阳离子构成的，熔化时克服的是离子键，产生自由移动的离子，能导电，而分子晶体、原子晶体熔化时，不能产生自由移动的离子，不导电，所以CaF2固体不导电，但在熔融状态下可以导电，一定能说明CaF2是离子晶体。答案：C5．已知铜的晶胞结构如图所示，则在铜的晶胞中所含铜原子数及配位数分别为()A．4、8B．4、12C．14、6D．14、8解析：根据铜的晶胞结构可知，含有铜原子数为：8×18＋6×12＝4；配位数为每个Cu原子周围紧邻的Cu原子数，故为3×8×12＝12。答案：B6．离子化合物的熔点与离子的半径、离子所带的电荷数有关，离子的半径越小，离子所带的电荷数越多，则离子化合物的熔点就越高。①、②、③均为离子化合物，现有下列数据，试判断这三种化合物的熔点高低顺序()物质①②③离子电荷数112键长(10－10m)2.313.182.10A.①②③B．③①②C．③②①D．②①③解析：离子晶体的熔点与离子键的强弱有关，而离子键的强弱可用晶格能来衡量。晶格能∝q1·q2r，即离子所带电荷数越多，离子间距离越小，晶格能越大，离子键越强，熔点越高。故答案为B。答案：B7．钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，结构如图所示，有关说法不正确的是()A．该晶体属于离子晶体B．晶体的化学式为Ba2O2C．该晶体晶胞结构与NaCl相似D．与每个Ba2＋距离相等且最近的Ba2＋共有12个解析：由晶胞结构及“切割法”计算，一个晶胞中含Ba2＋：8×18＋6×12＝4个，含O2－2：12×14＋1＝4个，故晶体化学式是BaO2。答案：B8．下列有关离子晶体的数据大小比较，不正确的是()A．熔点：NaFMgF2AlF3B．晶格能：NaFNaClNaBrC．阴离子的配位数：CsClNaClCaF2D．硬度：MgOCaOBaO解析：由于r(Na＋)r(Mg2＋)r(Al3＋)，且Na＋、Mg2＋、Al3＋所带电荷数依次增大，所以NaF、MgF2、AlF3的晶格能依次增大，离子键依次增强，故熔点依次升高，A不正确。r(F－)r(Cl－)r(Br－)，故NaF、NaCl、NaBr的晶格能依次减小，B正确。在CsCl、NaCl、CaF2晶体中，阴离子的配位数分别为8、6、4，C正确。r(Mg2＋)r(Ca2＋)r(Ba2＋)，故MgO、CaO、BaO的晶格能依次减小，离子键依次减弱，硬度依次减小，D正确。答案：A9．已知金属钠能与两种卤族元素形成化合物Q、P，它们的晶格能分别为923kJ·mol－1、786kJ·mol－1，下列有关说法中不正确的是()A．Q的熔点比P的高B．若P是NaCl，则Q一定是NaFC．Q中成键离子核间距较小D．若P是NaCl，则Q可能是NaBr解析：本题主要涉及晶格能的大小与物质性质及影响晶格能大小的内部因素之间的关系问题，解答时应从晶格能的大小对物质性质的影响以及影响晶格能大小的因素等角度进行分析。Q的晶格能大于P的晶格能，故Q的熔点比P的高，A项正确；因F－的半径比Cl－的小(其他卤素离子的半径比Cl－的大)，故NaF的晶格能大于NaCl的，故B项正确，D项错误；因Q、P中成键离子均为一价离子，电荷数相同，故晶格能的差异是由成键离子核间距决定的，晶格能越大，表明核间距越小，C项正确。答案：D10．已知CsCl晶体的密度为ρg·cm－3，NA为阿伏加德罗常数，相邻的两个Cs＋的核间距为acm，如图所示，则CsCl的相对分子质量可以表示为()A．NA·a3·ρB.NA·a3·ρ6C.NA·a3·ρ4D.NA·a3·ρ8解析：一个CsCl晶胞中含Cs＋：8×18＝1个，含Cl－：1个，m(晶胞)＝MNAg，V＝a3cm3；即ρ＝Ma3·NAg·cm－3，故M＝ρ·a3·NA。答案：A二、非选择题11．金属镍及其化合物在合金材料以及催化剂等方面应用广泛。请回答下列问题：(1)Ni原子的核外电子排布式为_______________________________________。(2)NiO、FeO的晶体结构类型均与氯化钠的相同，Ni2＋和Fe2＋的离子半径分别为69pm和78pm，则熔点NiO________FeO(填“”或“”)。(3)NiO晶胞中Ni和O的配位数分别为__________、__________。(4)金属镍与镧(La)形成的合金是一种良好的储氢材料，其晶胞结构示意图如图所示。该合金的化学式为________________。解析：(1)核外电子排布式与价电子排布式要区别开。(2)NiO、FeO都属于离子晶体，熔点高低受离子键强弱影响，离子半径越小，离子键越强，熔点越高。(3)因为NiO晶体结构与NaCl相同，而NaCl晶体中Na＋、Cl－的配位数都是6，所以，NiO晶体中Ni2＋、O2－的配位数也是6。(4)根据晶胞结构可计算，一个合金晶胞中，La：8×18＝1，Ni：1＋8×12＝5。所该合金的化学式为LaNi5。答案：(1)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2(2)(3)66(4)LaNi512．溴化钠、氯化钠和氧化镁离子晶体的核间距和晶格能(部分)如下表所示：NaBrNaClMgO离子的核间距/pm290276205晶格能/(kJ·mol－1)7873890(1)溴化钠晶体比氯化钠晶体晶格能________(填“大”或“小”)，主要原因是________________________。(2)氧化镁晶体比氯化钠晶体晶格能大，主要原因是___________________。(3)溴化钠、氯化钠和氧化镁晶体中，硬度最大的是________。工业制取单质镁时，往往电解的是氯化镁而不是氧化镁，主要原因是___________。解析：利用离子晶体中离子的核间距、离子的电荷数与晶格能的关系，对离子晶体的物理性质进行分析。晶格能越大，则离子晶体越稳定，即熔、沸点越高。答案：(1)小NaBr比NaCl离子的核间距大(2)氧化镁晶体中的阴、阳离子的电荷数绝对值大，并且离子的核间距小(3)氧化镁氧化镁晶体比氯化镁晶体晶格能大，熔点高，电解时消耗电能大13．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＝34×32MNAρ。(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%＝83π34a3a3×100%＝3π8×100%＝68%。答案：(1)2(2)32MNAρ(3)34×32MNAρ(4)68%