3.1 金属晶体-【帮课堂】2024-2025高二化学同步学与练（沪科版2020选择性必修2）

第三章 晶体结构与性质 3.1 金属晶体 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1.了解晶体的特性，知道晶体与非晶体的区别。 2．能从微观角度分析金属晶体中的构成微粒及微粒间的相互作用。 3．理解金属键的概念，初步学会用电子气理论解释金属的物理性质。 4．能从微观上分析金属晶体的组成和结构特点，初步认识金属晶体的堆积模型。 5．学会用均摊法进行晶体的有关计算。 重点：金属晶体常见四种堆积模型、晶胞中微粒数的计算 难点：用电子气理论解释金属的物理性质。晶胞的有关计算 一、晶体的特性 1．物质的聚集状态 （1）类型：物质的聚集状态除了气态、液态、固态外，还有更多的聚集状态如晶态、非晶态以及介乎二者之间的塑晶态、液晶态等。 （2）物质“三态”之间的转化关系： 【温馨提示】①物质的三态变化是物理变化，变化时，克服分子间作用力或者破坏化学键，但不会有新的化学键形成。 ②凝固、凝华和液化的过程均放出热量，融化、升华和汽化的过程均吸收热量，但它们都不属于反应热。 2．晶体与非晶体 （1）晶体： ①概念：把内部微粒（原子、离子或分子）在三维空间里呈周期性有序排列的固体物质称为晶体。常见晶体有食盐、冰、铁、铜等。 ②类型：根据构成晶体的粒子和粒子间作用力的不同，晶体可分为离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体。 （2）非晶体：把内部微粒（原子、离子或分子）排列呈相对无序状态的固体物质呈非晶体。常见到的非晶体有玻璃、橡胶、炭黑等。 3．晶体的特性 （1）自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的几何多面体外形。本质上，晶体的自范性是晶体中原子、分子和离子等微粒在三维空间里呈现周期性有序排列的宏观表现。 （2）各向异性：晶体内部微粒的排列呈现周期性，而不同方向上的微粒排列情况是不同的。因此，在晶体中，不同的方向上具有不同的物理性质，如导电性、导热性、硬度、解理性等。 （3）对称性：晶体中原子周期性的排布，由于周期极小，宏观观察分辨不出微观的不连续性，故一块晶体各部分的宏观性质完全相同。 （4）有序性：内部结构中的微观粒子（原子、分子、离子等）在三维空间呈周期性高度有序排列。 【温馨提示】①晶体还具有固定的熔点，能使X射线衍射，而非晶体排列相对无序，无自范性、无各向异性、无固定熔点，对X射线只能产生散射。 ②晶体与非晶体的比较 晶体 非晶体 微观结构特征 粒子周期性有序排列 粒子排列相对无序 性质 特征 自范性 有 无 熔点 固定 不固定 各向异性 有 无 鉴别 方法 间接方法 看是否具有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性 科学方法 对固体进行X－射线衍射实验 举例 NaCl、I2、SiO2、Na晶体等 玻璃、橡胶等 ③宏观上区别晶体和非晶体的依据是固体有无规则的几何外形，而规则的集合外形是微粒结晶时自发形成的，并非人为加工雕琢。 4．获得晶体的途径 （1）熔融态物质凝固：①凝固速率适当，可得到规则晶体；②凝固速率过快，得到没有规则外形的块状固体或看不到多面体外形粉末。 （2）气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。 （3）溶质从溶液中析出。 二、金属晶体的结构 1．晶胞 （1）概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元。晶胞是晶体中最小的重复结构单元。 金属金的晶体 晶胞 （2）结构：常规的晶胞都是平行六面体，晶体可以看作是数量巨大的晶胞无隙并置而成。 金属金的晶胞及其切割示意图 ①“无隙”（密置层）：相邻晶胞之间没有任何间隙。 ②“并置”（非密置层）：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。 ③所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。 2．晶胞中粒子数目的计算（均摊法） （1）平行六面体(立方体形)晶胞中粒子数目的计算。 ①晶胞的顶角原子是8个晶胞共用 ②晶胞棱上的原子是4个晶胞共用； ③晶胞面上的原子是2个晶胞共用。 如金属铜的一个晶胞(如图所示)均摊到的原子数为8×＋6×＝4。 铜晶体面心立方晶胞及其切割示意图 （2）几种晶胞中原子数目的确定：钠、锌、碘、金刚石晶胞中含有原子的数目分别为2、2、8、8。 钠、锌、碘、金刚石晶胞示意图 【温馨提示】①不是所有晶胞都是平行六面体，有的晶胞呈六棱柱形。 ②由晶胞构成的晶体，其化学式不表示一个分子中原子的数目，只表示每个晶胞中各类原子的最简整数比。 3．晶胞中微粒数的计算 计算一个晶胞中实际拥有的微粒数，常用“切割法”(或“均摊法”)。即某个微粒为n个晶胞所共有，那么切割后的每个晶胞对这个微粒分得的份额是。 （1）平行六面体形(正方体)晶胞中不同位置的微粒数的计算 ①处于顶点上的微粒，同时为8个晶胞所共有，每个微粒有属于该晶胞。 ②处于棱边上的微粒，同时为4个晶胞所共有，每个微粒有属于该晶胞。 ③处于晶面上的微粒，同时为2个晶胞所共有，每个微粒有属于该晶胞。 ④处于晶胞内部的微粒，则完全属于该晶胞。 （2）非平行六面体形晶胞中微粒数的计算 非平行六面体形晶胞中微粒数的计算方法要根据具体情况而定。如计算六方晶胞中的微粒数： ①处于顶点的微粒，为6个晶胞共用，每个微粒有 属于该晶胞。 ②处于面心的微粒，为2个晶胞共用，每个微粒有属于该晶胞。 ③处于体内的微粒，完全属于该晶胞。如下图，六方晶胞中所含的微粒数为12×＋3＋2×＝6。 4．晶体结构的测定 （1）测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪。在X射线通过晶体时，X射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或明锐的衍射峰。 （2）由衍射图形获得晶体结构的信息包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等。 【温馨提示】①同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如晶体SiO2和非晶体SiO2。 ②有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体，不一定是晶体。例如，玻璃制品可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观对称的外观。 ③具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也有固定的组成。 ④晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。 三、金属键与金属的性质 1．金属键 （1）概念：在金属单质晶体中原子之间以金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用。 （2）成键粒子：金属阳离子和自由电子。 （3）成键条件：金属单质或合金。 （4）成键本质（电子气理论）：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有金属原子维系在一起，形成像共价晶体一样的“巨分子”。 （5）特征：自由电子不属于某个特定的金属阳离子，即每个金属阳离子均可享有所有的自由电子，但都不可能独占某个或某几个自由电子在整块金属中自由移动。金属键既没有方向性，也没有饱和性。 （6）金属键的强弱比较：一般来说，金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子数，原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱。反之，原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。 （7）金属键对物质性质的影响：①金属键越强，晶体的熔、沸点越高。②金属键越强，晶体的硬度越大。 2．金属晶体 （1）定义：通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体，叫做金属晶体。 【温馨提示】①在金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，所以，晶体中有阳离子不一定有阴离子，若有阴离子，则一定有阳离子。 ②金属单质或合金的晶体（晶体锗、灰锡除外）属于金属晶体。 ③金属晶体与共价晶体一样。是一种“巨分子”。 （2）金属晶体的主要性质 ①金属晶体一般具有金属光泽、良好的导电性、导热性和延展性等。 ②熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高；同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。 ③合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。 ④金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低；而铁常温下为固体，熔点很高。 （3）用电子气理论解释金属的物理性质 ①导电性——自由电子定向移动形成电流。金属晶体中存在许多自由电子，这些自由电子的运动是没有方向性的，但在外加电场的作用下，自由电子就会发生定向移动形成电流，所以金属容易导电。 ②导热性——自由电子与金属原子发生碰撞后的能量变换。自由电子在运动时与金属原子碰撞而引起能量的交换，从而使能量从温度高的部分传到温度低的部分，使整块金属达到相同的温度。 ③延展性——离子层位置改变而与电子气的作用保持。大多数金属具有较好的延展性，与金属离子和自由电子之间的较强作用有关。当金属受到外力时，晶体中的各离子层就会发生相对滑动，由于金属离子与自由电子之间的相互作用没有方向性，受到外力后，相互作用没有被破坏，金属虽然发生了形变但不会导致断裂。 ④颜色/光泽——自由电子吸收所有频率光释放一定频率光。由于金属原子以最紧密堆积状态排列，内部存在自由电子，所以当光辐射到它的表面上时，自由电子可以吸收所有频率的光，然后很快释放出各种频率的光，这就使得绝大多数金属呈现银灰色以至银白色光泽，金属能反射照射到其表面的光而具有光泽。而金属在粉末状态时，金属的晶面取向杂乱，晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。 1．整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。对这句话的理解错误的是（ ） A．相邻晶胞之间没有任何间隙 B．晶体是晶胞简单、随意堆积而成 C．晶胞排列时，取向相同 D．“并置”是指所有晶胞都是平行排列的 2．化学与生活、科技密切相关。下列说法正确的是（ ） A．“歼-20”飞机上使用的碳纤维被誉为“新材料之王”，是一种新型有机高分子材料 B．“奋斗者号”载人潜水器采用新型钛合金作为舱壳材料，属于金属晶体 C．用于光学望远镜的高致密碳化硅特种陶瓷材料，是一种传统无机非金属材料 D．2022冬奥部分场馆建筑应用了新材料碲化镉发电玻璃，其中碲和镉均属于过渡元素 3．下列说法正确的是（ ） A．金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子 B．在化学反应中金属单质都是还原剂，非金属单质都是氧化剂 C．某晶体中若含有正离子则必含有负离子 D．如果金属失去自由电子，金属晶体将不复存在 4．下列叙述中正确的是（ ） A．金属受外力作用时常常发生变形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 5．金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式：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分别代表这三种堆积方式的结构示意图，则图示结构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 ►问题一 晶体与非晶体的区别 【典例1】晶体与非晶体的本质区别是（ ） A．晶体有规则的几何外形，而非晶体没有规则的几何外形 B．晶体内部粒子呈周期性有序排列，而非晶体内部粒子排列相对无序 C．晶体有固定的熔、沸点，而非晶体没有固定的熔、沸点 D．晶体的硬度大，而非晶体的硬度小 【变式1-1】关于晶体的自范性，下列叙述正确的是（ ） A．破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体 B．圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自范性 C．缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体晶块 D．由玻璃制成规则的玻璃球，体现了晶体的自范性 【变式1-2】下列关于晶体与非晶体的说法正确的是（ ） A．晶体与非晶体的本质区别在于是否有固定的熔沸点 B．晶体有自范性的原因是粒子在微观空间呈周期有序性排列 C．自然形成的水晶柱是晶体，从水晶柱上切削下来的粉末不是晶体 D．区别晶体与非晶体的最科学可靠的方法是检测其是否具有各向异性 ►问题二 金属的特性及原因解释 【典例2】关于金属性质和原因的描述不正确的是（ ） A．金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与金属键没有关系 B．金属具有良好的导电性，是因为在金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了“电子气”，在外加电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流，所以金属易导电 C．金属具有良好的导热性能，是因为自由电子在受热后，加快了运动速率，自由电子通过与金属离子发生碰撞，传递了能量 D．金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金属键 【变式2-1】下图是金属晶体内部的电气理论示意图，仔细观察并用电气理论解释金属导电的原因是 A．金属能导电是因为含有金属正离子 B．金属能导电是因为含有的自由电子在外电场作用下做定向运动 C．金属能导电是因为含有电子且无规则运动 D．金属能导电是因为金属正离子和自由电子的相互作用 【变式2-2】下列叙述正确的是（ ） A．任何晶体中，若含有阳离子，就一定含有阴离子 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 ►问题三 金属键的概念及强弱 【典例3】下列关于金属键的叙述中不正确的是（ ） 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强烈的相互作用，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．金属键是金属阳离子和“自由电子”间的相互作用，金属键无饱和性和方向性 D．构成金属键的“自由电子”在整个金属内部的三维空间中做自由运动 【变式3-1】下列关于金属及金属键的说法正确的是（ ） A．Ca、Mg、Al三中金属晶体的熔点：Ca＞Mg＞Al B．金属具有光泽是因为金属正离子吸收并放出可见光 C．金属能导电是因为金属在外加电场作用下产生了自由电子 D．金属键是金属正离子与自由电子间的相互作用，将铁制品做成炊具，金属键没有被破坏 【变式3-2】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的多少及离子半径的大小有关。由此判断下列说法正确的是（ ） A．金属镁的熔点大于金属铝 B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs逐渐增大 C．金属铝的硬度大于金属钠的硬度 D．金属镁的硬度小于金属钙的硬度 ►问题四 金属晶体的结构与性质 【典例4】金属原子在二维空间里的放置如下图所示的两种方式，下列说法中正确的是(　　) A．图(a)为非密置层，配位数为6 B．图(b)为密置层，配位数为4 C．图(a)在三维空间里堆积可得六方最密堆积和面心立方最密堆积 D．图(b)在三维空间里堆积仅得简单立方堆积 【变式4-1】金属钠是体心立方堆积，关于钠晶体，下列判断合理的是（　 　） A．其熔点比金属铝的熔点高 B．一个钠的晶胞中，平均含有4个钠原子 C．该晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动 D．该晶体中的钠离子在外加电场作用下可发生定向移动 【变式4-2】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．金属导电的实质是金属正离子在外电场作用下的定向移动 C．金属原子的价电子数越多，其金属性就越强 D．Na晶胞和Ca晶胞中实际含有的原子个数之比为1：2 ►问题五 晶胞及粒子数的计算方法 【典例5】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．已知金属钠的晶体堆积模型是体心立方堆积，则其配位数是6 C．已知金属镁的晶体堆积模型是六方最密堆积，则其配位数是12 D．金属导电的实质是金属正离子在外电场作用下的定向移动 【变式5-1】金晶体的晶胞如图所示。设金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，在立方体的各个面的对角线上，3个金原子彼此两两相切，M表示金的摩尔质量。则下列说法错误的是（ ） A．金晶体每个晶胞中含有4个金原子 B．金属键无方向性，金属于最密堆积，配位数是12 C．一个晶胞的体积是16d3 D．金晶体的密度是 【变式5-2】因生产金属铁的工艺和温度等因素不同，产生的铁单质的晶体结构也不同。两种铁晶胞(均为立方体，边长分别为anm和1.22anm)的结构示意图如下： 下列说法不正确的是（ ） A．用X射线衍射可测定铁晶体的结构 B．图1与图2代表的铁单质中，原子之间以金属键相互结合 C．图2代表的铁单质中，一个铁原子周围最多有8个紧邻的铁原子 D．图2代表的铁单质晶体密度为 1．下列关于晶体的性质叙述中，不正确的是（ ） A．晶体的自范性指的是在适宜条件下晶体能够自发地呈现封闭规则的多面体几何外形 B．晶体的各向异性和对称性是矛盾的 C．晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果 D．晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性 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”为所有原子所共用 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．将晶体划分为离子晶体、金属晶体、共价晶体和分子晶体的本质标准是（ ） A．基本构成微粒种类 B．晶体中最小重复结构单元的种类 C．微观粒子的密堆积种类 D．晶体内部微粒的种类及微粒间相互作用的种类 4．晶体内微粒总是按周期性规律重复排列，反映其结构特点的基本重复单位为晶胞，晶体可视为晶胞经平移无隙并置而成。以下是某些晶体的局部结构，可做为晶胞的是（ ） A． (都在顶点) B． (在顶点和面心) C． (在顶点和面心) D． (在顶点和体心) 5．金属能导电的原因是（ ） A．金属晶体中金属正离子与自由电子间的作用很强 B．金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动 C．金属晶体中的金属正离子在外加电场作用下可发生定向移动 D．金属晶体在外加电场作用下可失去电子 6．铝硅合金(含硅13.5%)在凝固时收缩率很小，因而这种合金适合铸造。有下列三种晶体：①铝　②硅　③铝硅合金，它们的熔点由低到高的顺序是(　　) A．①②③　　　　　　 B．②①③ C．③②① D．③①② 7．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正离子和自由电子的定向移动实现的 ②金属键是金属正离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用 ③、、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 8．金晶体采用面心立方最密堆积方式，其晶胞如图所示。设金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数的值，M表示金的摩尔质量。则下列说法错误的是（ ） A．每个晶胞中含有4个Au原子 B．金属键无方向性，金属原子尽可能采取紧密堆积 C．一个晶胞的体积是16d3 D．晶体中Au的配位数为12 9．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．金属导电的实质是金属正离子在外电场作用下的定向移动 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．金属晶体的堆积方式会影响金属的性质 10．一种含Ga、Ni、Co元素的记忆合金的晶体结构可描述为Ga与Ni交替填充在Co构成的立方体体心，形成如图所示的结构单元。对于该合金叙述正确的是（ ） A．粒子个数最简比Ga、Ni、Co=1：1：1 B．其立方晶胞的体积为8a3nm3 C．与Co距离最近且相等的Co有3个 D．Ga、Ni、Co均位于元素周期表的d区 11．Al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Al的原子半径为d，NA代表阿伏加德罗常数，Al的相对原子质量为M，请回答： （1）晶胞中Al原子的配位数为___________，一个晶胞中Al原子的数目为________。 （2）该晶体的密度为___________________________(用字母表示)。 12．我国学者首次发现非水相氮还原过程中的多米诺效应，如图甲所示。一旦完成反应①，反应②③将自发完成。 （1）氮原子比氧原子的第一电离能 (填“大”或“小”)，原因是 。 （2）NH3中氮原子采取 杂化方式。能以配位键与铜离子形成，写出其中心离子的核外电子排布式： 。 （3）反应③中，断裂的是 (填序号，下同)，形成的是 。 A．配位键                 B．极性键                 C．离子键                 D．氢键 （4）Li3N的熔、沸点比的 (填“高”或“低”)，试解释原因 。 （5）金纳米颗粒可充当锂离子还原的电催化材料。金属金的堆积方式如下图所示。 结合下图，计算金属金晶胞中原子数、四面体空隙数和八面体空隙数的最简比值为 。 1．下列说法中正确的有（ ） ①金属晶体的导电性、导热性均与自由电子有关 ②水结成冰密度增大与水分子之间能形成氢键有关 ③金刚石的熔点高于石墨的熔点 ④共价键的强弱决定分子晶体熔、沸点的高低 ⑤H2S、H2Se、H2Te的热稳定性依次减弱，熔沸点依次升高 ⑥硬度由大到小：金刚石>碳化硅>晶体硅 A．②③④⑥ B．①②③⑥ C．①②④⑤ D．①②⑤⑥ 2．金属玻璃是由金属元素或金属元素为主要成分的熔体通过快速冷却得到的具有非晶态结构的金属固体。以下关于金属玻璃的说法正确的是（ ） A．金属玻璃能自发呈现多面体外形 B．金属玻璃具有固定的熔点 C．鉴别金属玻璃是否为晶体最可靠的科学方法为X射线衍射实验 D．金属玻璃是金属与二氧化硅的混合物 3．科教兴国，“可上九天揽月，可下五洋捉鳖”。下列说法正确的是（ ） A．“天舟六号”为中国空间站送去推进剂Xe气，Xe是第ⅠA族元素 B．火星全球影像彩图显示了火星表土颜色，表土中赤铁矿主要成分为FeO C．创造了可控核聚变运行纪录的“人造太阳”，其原料中的H与H互为同位素 D．“深地一号”为进军万米深度提供核心装备，制造钻头用的金刚石为金属晶体 4．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 5．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，下列有关说法正确的是（ ） A．图1和图4为非密置层堆积，图2和图3为密置层堆积 B．图1~图4分别是简单立方堆积、六方最密堆积、面心立方最密堆积、体心立方堆积 C．图1~图4每个晶胞所含有原子数分别为1、2、2、4 D．图1~图4堆积方式的空间利用率大小关系是图1<图2<图3=图4 6．铁镁合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之一，晶胞结构如图所示。储氢时，H2分子在晶胞的体心和棱的中心位置，且最近的两个氢分子之间的距离为a nm，NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是（ ） A．铁镁合金晶胞中Fe原子数为4 B．Mg与Fe之间的最近距离为a nm C．在铁镁合金晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数有12个 D．储氢后的晶体密度为g·cm－3 7．如图所示，铁有δ、γ、α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 A．δ—Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个 B．α—Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个 C．若δ—Fe晶胞边长为a cm，α—Fe晶胞边长为b cm，则两种晶体密度比为2b3∶a3 D．将铁加热到1 500 ℃后，分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同 8．下图(1)是常见的几种物质的晶胞，从左到右分别为锌、碘、金刚石和钠，下列说法不正确的是（ ） A．Zn晶胞的俯视图是如图(2)所示的菱形，则晶体中与一个Zn原子最近且等距的Zn原子有12个 B．碘晶胞中I2分子有两种不同的取向，一个晶胞中有4个分子 C．金刚石晶胞中C原子的半径为c pm，则体对角线的长度为8c pm D．Na晶胞是边长为a nm的立方体，则Na的原子半径可以表示为 pm 9．（1）一种Pt、Co金属间化合物可作为质子交换膜燃料电池的催化剂，其晶胞结构如图1所示，该金属间化合物的中Pt与Co的个数比为___________。 （2）室温下，[Cu(NH3)4](NO3)2，与液氨混合并加入Cu可制得一种黑绿色晶体。黑绿色晶体的晶胞如图2所示，写出该晶体的化学式___________。 （3）如图3所示的是金红石的晶胞，则每个晶胞拥有___________个Ti4+、___________个O2-。 10．I．铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)是第四周期第Ⅷ族的元素，在化学上称为铁系元素，其化合物在生产生活中应用广泛。 （1）第四电离能，其原因是 ； （2）Fe、Co、Ni与Ca都位于第四周期且最外层电子数相同，但相应单质的熔点，Fe、Co、Ni明显高于Ca，其原因是 II．碳的多种同素异形体及一系列化合物广泛应用于科研、医疗、工农业生产等领域。钴单质及其化合物在生产、生活中有广泛应用。回答下列问题： （3）C原子在形成化合物时，可采取多种杂化方式。杂化轨道中s轨道成分越多，C元素的电负性越强，连接在该C原子上的H原子越容易电离。下列化合物中，最有可能在碱性体系中形成负离子的是________(填编号)。 A．CH4 B．CH2==CH2 C．CH≡CH D．苯 （4）以甲醇为溶剂，可与色胺酮分子配位结合形成对DNA具有切割作用的色胺酮钴配合物(合成过程如图所示)，色胺酮分子中N原子的杂化类型有 。 （5）金属钴晶体的晶胞呈六棱柱形，其结构如图所示，每个晶胞中含Co原子数为 ；晶胞底面呈正六边形，边长为apm，设为阿伏加德罗常数的值，晶胞的密度，则该晶胞的高b为 pm(列出计算式)。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！14 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第三章 晶体结构与性质 3.1 金属晶体 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1.了解晶体的特性，知道晶体与非晶体的区别。 2．能从微观角度分析金属晶体中的构成微粒及微粒间的相互作用。 3．理解金属键的概念，初步学会用电子气理论解释金属的物理性质。 4．能从微观上分析金属晶体的组成和结构特点，初步认识金属晶体的堆积模型。 5．学会用均摊法进行晶体的有关计算。 重点：金属晶体常见四种堆积模型、晶胞中微粒数的计算 难点：用电子气理论解释金属的物理性质。晶胞的有关计算 一、晶体的特性 1．物质的聚集状态 （1）类型：物质的聚集状态除了气态、液态、固态外，还有更多的聚集状态如晶态、非晶态以及介乎二者之间的塑晶态、液晶态等。 （2）物质“三态”之间的转化关系： 【温馨提示】①物质的三态变化是物理变化，变化时，克服分子间作用力或者破坏化学键，但不会有新的化学键形成。 ②凝固、凝华和液化的过程均放出热量，融化、升华和汽化的过程均吸收热量，但它们都不属于反应热。 2．晶体与非晶体 （1）晶体： ①概念：把内部微粒（原子、离子或分子）在三维空间里呈周期性有序排列的固体物质称为晶体。常见晶体有食盐、冰、铁、铜等。 ②类型：根据构成晶体的粒子和粒子间作用力的不同，晶体可分为离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体。 （2）非晶体：把内部微粒（原子、离子或分子）排列呈相对无序状态的固体物质呈非晶体。常见到的非晶体有玻璃、橡胶、炭黑等。 3．晶体的特性 （1）自范性：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的几何多面体外形。本质上，晶体的自范性是晶体中原子、分子和离子等微粒在三维空间里呈现周期性有序排列的宏观表现。 （2）各向异性：晶体内部微粒的排列呈现周期性，而不同方向上的微粒排列情况是不同的。因此，在晶体中，不同的方向上具有不同的物理性质，如导电性、导热性、硬度、解理性等。 （3）对称性：晶体中原子周期性的排布，由于周期极小，宏观观察分辨不出微观的不连续性，故一块晶体各部分的宏观性质完全相同。 （4）有序性：内部结构中的微观粒子（原子、分子、离子等）在三维空间呈周期性高度有序排列。 【温馨提示】①晶体还具有固定的熔点，能使X射线衍射，而非晶体排列相对无序，无自范性、无各向异性、无固定熔点，对X射线只能产生散射。 ②晶体与非晶体的比较 晶体 非晶体 微观结构特征 粒子周期性有序排列 粒子排列相对无序 性质 特征 自范性 有 无 熔点 固定 不固定 各向异性 有 无 鉴别 方法 间接方法 看是否具有固定的熔点或根据某些物理性质的各向异性 科学方法 对固体进行X－射线衍射实验 举例 NaCl、I2、SiO2、Na晶体等 玻璃、橡胶等 ③宏观上区别晶体和非晶体的依据是固体有无规则的几何外形，而规则的集合外形是微粒结晶时自发形成的，并非人为加工雕琢。 4．获得晶体的途径 （1）熔融态物质凝固：①凝固速率适当，可得到规则晶体；②凝固速率过快，得到没有规则外形的块状固体或看不到多面体外形粉末。 （2）气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。 （3）溶质从溶液中析出。 二、金属晶体的结构 1．晶胞 （1）概念：晶胞是描述晶体结构的基本单元。晶胞是晶体中最小的重复结构单元。 金属金的晶体 晶胞 （2）结构：常规的晶胞都是平行六面体，晶体可以看作是数量巨大的晶胞无隙并置而成。 金属金的晶胞及其切割示意图 ①“无隙”（密置层）：相邻晶胞之间没有任何间隙。 ②“并置”（非密置层）：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。 ③所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。 2．晶胞中粒子数目的计算（均摊法） （1）平行六面体(立方体形)晶胞中粒子数目的计算。 ①晶胞的顶角原子是8个晶胞共用 ②晶胞棱上的原子是4个晶胞共用； ③晶胞面上的原子是2个晶胞共用。 如金属铜的一个晶胞(如图所示)均摊到的原子数为8×＋6×＝4。 铜晶体面心立方晶胞及其切割示意图 （2）几种晶胞中原子数目的确定：钠、锌、碘、金刚石晶胞中含有原子的数目分别为2、2、8、8。 钠、锌、碘、金刚石晶胞示意图 【温馨提示】①不是所有晶胞都是平行六面体，有的晶胞呈六棱柱形。 ②由晶胞构成的晶体，其化学式不表示一个分子中原子的数目，只表示每个晶胞中各类原子的最简整数比。 3．晶胞中微粒数的计算 计算一个晶胞中实际拥有的微粒数，常用“切割法”(或“均摊法”)。即某个微粒为n个晶胞所共有，那么切割后的每个晶胞对这个微粒分得的份额是。 （1）平行六面体形(正方体)晶胞中不同位置的微粒数的计算 ①处于顶点上的微粒，同时为8个晶胞所共有，每个微粒有属于该晶胞。 ②处于棱边上的微粒，同时为4个晶胞所共有，每个微粒有属于该晶胞。 ③处于晶面上的微粒，同时为2个晶胞所共有，每个微粒有属于该晶胞。 ④处于晶胞内部的微粒，则完全属于该晶胞。 （2）非平行六面体形晶胞中微粒数的计算 非平行六面体形晶胞中微粒数的计算方法要根据具体情况而定。如计算六方晶胞中的微粒数： ①处于顶点的微粒，为6个晶胞共用，每个微粒有 属于该晶胞。 ②处于面心的微粒，为2个晶胞共用，每个微粒有属于该晶胞。 ③处于体内的微粒，完全属于该晶胞。如下图，六方晶胞中所含的微粒数为12×＋3＋2×＝6。 4．晶体结构的测定 （1）测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪。在X射线通过晶体时，X射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或明锐的衍射峰。 （2）由衍射图形获得晶体结构的信息包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等。 【温馨提示】①同一物质可以是晶体，也可以是非晶体，如晶体SiO2和非晶体SiO2。 ②有着规则几何外形或者美观、对称外形的固体，不一定是晶体。例如，玻璃制品可以塑造出规则的几何外形，也可以具有美观对称的外观。 ③具有固定组成的物质也不一定是晶体，如某些无定形体也有固定的组成。 ④晶体不一定都有规则的几何外形，如玛瑙。 三、金属键与金属的性质 1．金属键 （1）概念：在金属单质晶体中原子之间以金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用。 （2）成键粒子：金属阳离子和自由电子。 （3）成键条件：金属单质或合金。 （4）成键本质（电子气理论）：金属原子脱落下来的价电子形成遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子共用，从而把所有金属原子维系在一起，形成像共价晶体一样的“巨分子”。 （5）特征：自由电子不属于某个特定的金属阳离子，即每个金属阳离子均可享有所有的自由电子，但都不可能独占某个或某几个自由电子在整块金属中自由移动。金属键既没有方向性，也没有饱和性。 （6）金属键的强弱比较：一般来说，金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子数，原子半径越大，价电子数越少，金属键越弱。反之，原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。 （7）金属键对物质性质的影响：①金属键越强，晶体的熔、沸点越高。②金属键越强，晶体的硬度越大。 2．金属晶体 （1）定义：通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体，叫做金属晶体。 【温馨提示】①在金属晶体中有阳离子，但没有阴离子，所以，晶体中有阳离子不一定有阴离子，若有阴离子，则一定有阳离子。 ②金属单质或合金的晶体（晶体锗、灰锡除外）属于金属晶体。 ③金属晶体与共价晶体一样。是一种“巨分子”。 （2）金属晶体的主要性质 ①金属晶体一般具有金属光泽、良好的导电性、导热性和延展性等。 ②熔、沸点：金属键越强，熔、沸点越高。同周期金属单质，从左到右(如Na、Mg、Al)熔、沸点升高；同主族金属单质，从上到下(如碱金属)熔、沸点降低。 ③合金的熔、沸点一般比其各成分金属的熔、沸点低。 ④金属晶体熔点差别很大，如汞常温下为液体，熔点很低；而铁常温下为固体，熔点很高。 （3）用电子气理论解释金属的物理性质 ①导电性——自由电子定向移动形成电流。金属晶体中存在许多自由电子，这些自由电子的运动是没有方向性的，但在外加电场的作用下，自由电子就会发生定向移动形成电流，所以金属容易导电。 ②导热性——自由电子与金属原子发生碰撞后的能量变换。自由电子在运动时与金属原子碰撞而引起能量的交换，从而使能量从温度高的部分传到温度低的部分，使整块金属达到相同的温度。 ③延展性——离子层位置改变而与电子气的作用保持。大多数金属具有较好的延展性，与金属离子和自由电子之间的较强作用有关。当金属受到外力时，晶体中的各离子层就会发生相对滑动，由于金属离子与自由电子之间的相互作用没有方向性，受到外力后，相互作用没有被破坏，金属虽然发生了形变但不会导致断裂。 ④颜色/光泽——自由电子吸收所有频率光释放一定频率光。由于金属原子以最紧密堆积状态排列，内部存在自由电子，所以当光辐射到它的表面上时，自由电子可以吸收所有频率的光，然后很快释放出各种频率的光，这就使得绝大多数金属呈现银灰色以至银白色光泽，金属能反射照射到其表面的光而具有光泽。而金属在粉末状态时，金属的晶面取向杂乱，晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以金属粉末常呈暗灰色或黑色。 1．整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。对这句话的理解错误的是（ ） A．相邻晶胞之间没有任何间隙 B．晶体是晶胞简单、随意堆积而成 C．晶胞排列时，取向相同 D．“并置”是指所有晶胞都是平行排列的 【答案】B 【解析】晶体并不是晶胞简单、随意堆积而成，而是晶胞平行排列而成的，且相邻晶胞之间没有任何间隙。 2．化学与生活、科技密切相关。下列说法正确的是（ ） A．“歼-20”飞机上使用的碳纤维被誉为“新材料之王”，是一种新型有机高分子材料 B．“奋斗者号”载人潜水器采用新型钛合金作为舱壳材料，属于金属晶体 C．用于光学望远镜的高致密碳化硅特种陶瓷材料，是一种传统无机非金属材料 D．2022冬奥部分场馆建筑应用了新材料碲化镉发电玻璃，其中碲和镉均属于过渡元素 【答案】B 【解析】A．碳纤维是性能优良的新型无机非金属材料，故A错误；B．钛合金是性能优良的金属材料，属于金属晶体，故B正确；C．碳化硅特种陶瓷材料是性能优良的新型无机非金属材料，故C错误；D．碲元素位于元素周期表第无周期ⅥA族，属于主族元素，不属于过渡元素，故D错误；故选B。 3．下列说法正确的是（ ） A．金属导电是因为在外加电场作用下产生自由电子 B．在化学反应中金属单质都是还原剂，非金属单质都是氧化剂 C．某晶体中若含有正离子则必含有负离子 D．如果金属失去自由电子，金属晶体将不复存在 【答案】D 【解析】A、金属晶体由金属正离子和自由电子构成，在外加电场作用下自由电子发生定向移动形成电流而导电，A项错误；B、有些非金属单质在化学反应中也可以作还原剂，如C、在其燃烧中都作还原剂等，B项错误；C、金属晶体中有正离子，但没有负离子，C项错误；D、金属晶体是金属原子之间通过金属键结合形成的，而金属键是金属正离子与自由电子之间的强烈的相互作用，D项正确;答案选Ｄ。 4．下列叙述中正确的是（ ） A．金属受外力作用时常常发生变形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 【答案】D 【解析】金属受外力作用时常常发生变形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离子将能量进行传递，故C项不正确。 5．金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式：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分别代表这三种堆积方式的结构示意图，则图示结构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 【答案】A 【解析】用均摊法容易求得a、b、c中金属原子个数6、4、2，故其比值为3:2:1。选A。 ►问题一 晶体与非晶体的区别 【典例1】晶体与非晶体的本质区别是（ ） A．晶体有规则的几何外形，而非晶体没有规则的几何外形 B．晶体内部粒子呈周期性有序排列，而非晶体内部粒子排列相对无序 C．晶体有固定的熔、沸点，而非晶体没有固定的熔、沸点 D．晶体的硬度大，而非晶体的硬度小 【答案】B 【解析】A．晶体有单晶体和多晶体，多晶体没有规则的几何外形，且非晶体可能有规则的几何外形，比如钻石形状的玻璃制品，A错误；B．晶体与非晶体的根本区别在于其内部粒子在空间上是否按一定规律做周期性重复排列，B正确；C．单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点，但这不是二者的本质区别，C错误；D．某些合金为非晶体，但具有很大的硬度，故D错误；故答案为B。 【变式1-1】关于晶体的自范性，下列叙述正确的是（ ） A．破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体 B．圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自范性 C．缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体晶块 D．由玻璃制成规则的玻璃球，体现了晶体的自范性 【答案】C 【解析】晶体的自范性指的是在适宜条件下，晶体能够自发呈现规则的几何外形的性质。A选项所述过程不可能实现；B选项中的圆形并不是晶体冰本身自发形成的，而是受容器的限制形成的；D选项中玻璃属于非晶体；氯化钠属于晶体，从饱和溶液中析出是形成晶体的途径之一，其发生的原因是晶体的自范性，故C选项正确。 【变式1-2】下列关于晶体与非晶体的说法正确的是（ ） A．晶体与非晶体的本质区别在于是否有固定的熔沸点 B．晶体有自范性的原因是粒子在微观空间呈周期有序性排列 C．自然形成的水晶柱是晶体，从水晶柱上切削下来的粉末不是晶体 D．区别晶体与非晶体的最科学可靠的方法是检测其是否具有各向异性 【答案】B 【解析】A项，晶体与非晶体的本质区别在于是否有自范性，微粒在微观空间是否呈现周期性的有序排列，故A错误；B项， 晶体有自范性是粒子在微观空间呈周期有序性排列的宏观表象，故B正确；C项，晶体形成后，其结构是有序性和可复制性，所以即使是粉末，其微观结构也是晶体的有序结构，故C错误；D项，区别晶体与非晶体的最科学可靠的方法是X—射线衍射法，故D错误；故选B。 ►问题二 金属的特性及原因解释 【典例2】关于金属性质和原因的描述不正确的是（ ） A．金属一般具有银白色光泽，是物理性质，与金属键没有关系 B．金属具有良好的导电性，是因为在金属晶体中共享了金属原子的价电子，形成了“电子气”，在外加电场的作用下自由电子定向移动便形成了电流，所以金属易导电 C．金属具有良好的导热性能，是因为自由电子在受热后，加快了运动速率，自由电子通过与金属离子发生碰撞，传递了能量 D．金属晶体具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以滑动而不破坏金属键 【答案】A 【解析】金属一般具有银白色的金属光泽，与金属键密切相关。由于金属原子以最紧密堆积状态排列，内部存在自由电子，所以当光辐射到它的表面上时，自由电子可以吸收所有频率的光，然后很快释放出各种频率的光，这就使得绝大多数金属呈现银灰色以至银白色光泽，故A项错误；B、C、D项均正确。 【变式2-1】下图是金属晶体内部的电气理论示意图，仔细观察并用电气理论解释金属导电的原因是 A．金属能导电是因为含有金属正离子 B．金属能导电是因为含有的自由电子在外电场作用下做定向运动 C．金属能导电是因为含有电子且无规则运动 D．金属能导电是因为金属正离子和自由电子的相互作用 【答案】B 【解析】组成金属晶体的微粒为金属正离子和自由电子，在外加电场作用下电子可发生定向移动，故能导电，与金属正离子无关。综上所述，本题选B。 【变式2-2】下列叙述正确的是（ ） A．任何晶体中，若含有阳离子，就一定含有阴离子 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 【答案】D 【解析】金属晶体中虽存在阳离子，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；价电子数多的金属元素的金属性不一定强，如Fe的价电子数比Na多，但Fe的金属性却没有Na的强，C错误；含有金属元素的离子不一定是阳离子，如AlO就是阴离子，D正确。 ►问题三 金属键的概念及强弱 【典例3】下列关于金属键的叙述中不正确的是（ ） 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强烈的相互作用，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．金属键是金属阳离子和“自由电子”间的相互作用，金属键无饱和性和方向性 D．构成金属键的“自由电子”在整个金属内部的三维空间中做自由运动 【答案】B 【解析】从构成物质的基本微粒的性质看，金属键与离子键的实质类似，都属于电性作用，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，为整个金属的所有阳离子所共有，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。 【变式3-1】下列关于金属及金属键的说法正确的是（ ） A．Ca、Mg、Al三中金属晶体的熔点：Ca＞Mg＞Al B．金属具有光泽是因为金属正离子吸收并放出可见光 C．金属能导电是因为金属在外加电场作用下产生了自由电子 D．金属键是金属正离子与自由电子间的相互作用，将铁制品做成炊具，金属键没有被破坏 【答案】D 【解析】A．三种金属原子的价电子数：Al＞Mg＝Ca，金属阳离子的半径：r(Ca＋)＞r(Mg2＋)＞r(Al3＋)，则熔点Al>Mg>Ca，A错误；B．金属具有光泽是因为自由电子能够吸收可见光，但不能放出可见光，B错误；C．金属中存在金属正离子和自由电子，当给金属通电时，自由电子定向移动而导电，C错误；D．金属键是存在于金属正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的正离子所共用，将铁制品做成炊具，只利用了金属的延展性和导热性，金属键没有被破坏，D正确；答案选D。 【变式3-2】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的多少及离子半径的大小有关。由此判断下列说法正确的是（ ） A．金属镁的熔点大于金属铝 B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs逐渐增大 C．金属铝的硬度大于金属钠的硬度 D．金属镁的硬度小于金属钙的硬度 【答案】C 【解析】镁离子比铝离子的半径大且所带的电荷少，故金属镁比金属铝的金属键弱，所以金属镁比金属铝的熔、沸点和硬度都小；从Li到Cs，离子的半径是逐渐增大的，所带电荷相同，金属键逐渐减弱，熔、沸点和硬度都逐渐减小；因铝离子的半径比钠离子小且所带电荷多，使金属铝比金属钠的金属键强，所以金属铝比金属钠的熔、沸点和硬度都大；因镁离子的半径小且所带电荷与钙离子相同，金属镁比金属钙的金属键强，所以金属镁比金属钙的熔、沸点和硬度都大。故选C。 ►问题四 金属晶体的结构与性质 【典例4】金属原子在二维空间里的放置如下图所示的两种方式，下列说法中正确的是(　　) A．图(a)为非密置层，配位数为6 B．图(b)为密置层，配位数为4 C．图(a)在三维空间里堆积可得六方最密堆积和面心立方最密堆积 D．图(b)在三维空间里堆积仅得简单立方堆积 【答案】C 【解析】金属原子在二维空间里有两种排列方式，一种是密置层排列，一种是非密置层排列。密置层排列的空间利用率高，原子的配位数为6，非密置层的配位数较密置层小，为4。由此可知，题图中(a)为密置层，(b)为非密置层。密置层在三维空间里堆积可得到六方最密堆积和面心立方最密堆积两种堆积模型，非密置层在三维空间里堆积可得简单立方堆积和体心立方堆积两种堆积模型。故选C。 【变式4-1】金属钠是体心立方堆积，关于钠晶体，下列判断合理的是（　 　） A．其熔点比金属铝的熔点高 B．一个钠的晶胞中，平均含有4个钠原子 C．该晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动 D．该晶体中的钠离子在外加电场作用下可发生定向移动 【答案】C 【解析】A．金属的原子半径越小，金属离子所带电荷越多，金属键越强，金属熔化时破坏金属键，所以Al的金属键强度大于Na，所以Na的熔点比金属铝的熔点低，选项A错误；B．晶胞中Na原子位于立方体的顶点和体心，则一个钠的晶胞中，平均含有钠原子数为1/8×1+1=2，选项B错误；C．自由电子在电场的作用下可以定向移动，金属晶体中存在自由移动的电子，所以该晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动，选项C正确；D．晶体中的钠离子在外加电场作用下不能定向移动，选项D错误。答案选C。 【变式4-2】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．金属导电的实质是金属正离子在外电场作用下的定向移动 C．金属原子的价电子数越多，其金属性就越强 D．Na晶胞和Ca晶胞中实际含有的原子个数之比为1：2 【答案】D 【解析】A．因金属元素的电负性和电离能较小，则金属原子的价电子容易脱离原子核的束缚成为晶体中的“自由电子”，选项A错误；B．金属导电的实质是在外电场的作用下，“自由电子”定向移动而产生电流，选项B错误；C．金属性的强弱与价电子数的多少无必然联系，选项C错误；D．晶胞中原子在顶点和体心，含有的原子个数为，晶胞中原子在顶点和面心，含有的原子个数为，实际含有的原子个数之比为2：4=1：2，选项D正确。答案选D。 ►问题五 晶胞及粒子数的计算方法 【典例5】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．已知金属钠的晶体堆积模型是体心立方堆积，则其配位数是6 C．已知金属镁的晶体堆积模型是六方最密堆积，则其配位数是12 D．金属导电的实质是金属正离子在外电场作用下的定向移动 【答案】C 【解析】A．金属原子的核外电子在金属晶体中最外层电子肯定是自由电子，内层电子受到核内质子的吸引，而不自由，故A错误；B．金属钠的晶体堆积模型是体心立方堆积，为钾型，则其配位数是8，故B错误；C．金属镁的晶体堆积模型是六方最密堆积，由此堆积可知，同一层上每个球与同层中周围6个球相接触同时又与上下两层中各3个球相接触，故每个球与周围12个球相接触，所以它们的配位数是12，故C正确；D．金属导电的实质是金属制得自由电子的定向移动，故D错误。故选C选项。 【变式5-1】金晶体的晶胞如图所示。设金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数，在立方体的各个面的对角线上，3个金原子彼此两两相切，M表示金的摩尔质量。则下列说法错误的是（ ） A．金晶体每个晶胞中含有4个金原子 B．金属键无方向性，金属于最密堆积，配位数是12 C．一个晶胞的体积是16d3 D．金晶体的密度是 【答案】C 【解析】A．金原子处于顶点与面心上，算晶胞中含有的金原子数目为8×+6×=4，A说法正确；B．金晶体中，金属键无方向性，金原子采取面心立方最密堆积，配位数是12，B说法正确；C．在立方体的各个面的对角线上3个金原子彼此两两相切，金原子的直径为d，故面对角线长度为2d，棱长为×2d=d，故晶胞的体积为(d)3=2d3，C说法错误；D．晶胞中含有4个原子，故晶胞质量为，晶胞的体积为2d3，故晶胞密度=，D说法正确；答案为C。 【变式5-2】因生产金属铁的工艺和温度等因素不同，产生的铁单质的晶体结构也不同。两种铁晶胞(均为立方体，边长分别为anm和1.22anm)的结构示意图如下： 下列说法不正确的是（ ） A．用X射线衍射可测定铁晶体的结构 B．图1与图2代表的铁单质中，原子之间以金属键相互结合 C．图2代表的铁单质中，一个铁原子周围最多有8个紧邻的铁原子 D．图2代表的铁单质晶体密度为 【答案】C 【解析】A．区别晶体与非晶体的最可靠的科学方法是X射线衍射法，则用X射线衍射可测定铁晶体的结构，故A正确；B．铁为金属晶体，铁单质中原子之间以金属键相互结合，故B正确；C．由晶胞结构可知，图2代表的铁单质中，位于顶点的铁原子与位于面心的铁原子的距离最近，则一个铁原子周围最多有12个紧邻的铁原子，故C错误；D．由晶胞结构可知，图2代表的铁单质中，位于顶点和面心的铁原子个数为8×+6×=4，设晶体的密度为dg/cm3，由晶胞的质量公式可得：=(1.22a×10-7)3d，解得d=，故D正确；故选C。 1．下列关于晶体的性质叙述中，不正确的是（ ） A．晶体的自范性指的是在适宜条件下晶体能够自发地呈现封闭规则的多面体几何外形 B．晶体的各向异性和对称性是矛盾的 C．晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果 D．晶体的各向异性直接取决于微观粒子的排列具有特定的方向性 【答案】B 【解析】晶体的各向异性取决于微观粒子的排列具有特定的方向性，而对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列的必然结果，B项的说法错误。 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”为所有原子所共用 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 【答案】D 【解析】根据金属晶体的“电子气理论”，选项A、B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，选项C正确，选项D错误。 3．将晶体划分为离子晶体、金属晶体、共价晶体和分子晶体的本质标准是（ ） A．基本构成微粒种类 B．晶体中最小重复结构单元的种类 C．微观粒子的密堆积种类 D．晶体内部微粒的种类及微粒间相互作用的种类 【答案】D 【解析】根据晶体内部微粒的种类和微粒间的相互作用的不同，可将晶体分为离子晶体、金属晶体、共价晶体和分子晶体。 4．晶体内微粒总是按周期性规律重复排列，反映其结构特点的基本重复单位为晶胞，晶体可视为晶胞经平移无隙并置而成。以下是某些晶体的局部结构，可做为晶胞的是（ ） A． (都在顶点) B． (在顶点和面心) C． (在顶点和面心) D． (在顶点和体心) 【答案】B 【解析】按照题意，晶体可视为晶胞经平移无隙并置而成，是指相邻晶胞之间没有任何间隙，所有晶胞平行排列，取向相同。由此可知，平移后，重合位置的原子相同。A．不管是左右或上下平移时，大圆表示的原子和小圆表示的原子位置重合，但不是同一种原子，因此该结构不能作为晶胞，A错误；B．不管是上下平移还是左右平移，各原子都可以与相同的原子重叠，可平移无隙并置得到晶体，因此该结构可以作为晶胞，B正确；C．上下平移时，位于面心的两个不同的原子位置会重合，因此该结构不能作为晶胞，C错误；D．该结构平移时会存在空隙，因此不能作为晶胞，D错误；答案选B。 5．金属能导电的原因是（ ） A．金属晶体中金属正离子与自由电子间的作用很强 B．金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动 C．金属晶体中的金属正离子在外加电场作用下可发生定向移动 D．金属晶体在外加电场作用下可失去电子 【答案】B 【解析】组成金属晶体的微粒为金属正离子和自由电子，在金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动，故能导电，与金属正离子无关，故选B。 6．铝硅合金(含硅13.5%)在凝固时收缩率很小，因而这种合金适合铸造。有下列三种晶体：①铝　②硅　③铝硅合金，它们的熔点由低到高的顺序是(　　) A．①②③　　　　　　 B．②①③ C．③②① D．③①② 【答案】D 【解析】合金的熔点一般比其各成分金属的熔点都要低，所以最低的是铝硅合金。硅晶体是熔点极高的原子晶体。 7．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正离子和自由电子的定向移动实现的 ②金属键是金属正离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用 ③、、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 【答案】C 【解析】①金属的导电性是在外加电场的作用下，自由电子发生定向移动实现的，而金属正离子并没有移动，因此①错误； ②金属键是金属正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； ③一般情况下，金属正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，、、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； ④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； 故选：C。 8．金晶体采用面心立方最密堆积方式，其晶胞如图所示。设金原子的直径为d，用NA表示阿伏加德罗常数的值，M表示金的摩尔质量。则下列说法错误的是（ ） A．每个晶胞中含有4个Au原子 B．金属键无方向性，金属原子尽可能采取紧密堆积 C．一个晶胞的体积是16d3 D．晶体中Au的配位数为12 【答案】C 【解析】A．金晶胞中含有8×1/8+6×1/2=4个Au原子，A正确；B．金属键无方向性和饱和性，在空间允许的情况下金属原子尽可能采取紧密堆积，B正确；　 C．面心立方最密堆积方式的晶胞中，各个面的对角线上3个Au原子两两相切，Au原子的直径为d，故面对角线长度为2d，棱长为/2×2d=d，故晶胞的体积为(d)3=2d3，C错误；D．面心立方最密堆积方式的配位数为12，D正确；故选C。 9．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．金属导电的实质是金属正离子在外电场作用下的定向移动 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．金属晶体的堆积方式会影响金属的性质 【答案】D 【解析】A． 因金属的最外层电子受原子核的吸引力小，则金属原子中的最外层电子在金属晶体中为自由电子，而不是所有的核外电子，A错误；B． 金属导电的实质是在外电场作用下自由电子定向移动而产生电流的结果，B错误；C． 金属原子在化学变化中失去电子越容易，其还原性越强，C错误；D． 金属晶体中原子的堆积方式会影响金属的性质，如延展性，D正确；故选D。 10．一种含Ga、Ni、Co元素的记忆合金的晶体结构可描述为Ga与Ni交替填充在Co构成的立方体体心，形成如图所示的结构单元。对于该合金叙述正确的是（ ） A．粒子个数最简比Ga、Ni、Co=1：1：1 B．其立方晶胞的体积为8a3nm3 C．与Co距离最近且相等的Co有3个 D．Ga、Ni、Co均位于元素周期表的d区 【答案】B 【解析】A．Co构成立方体，Ga与Ni交替填充在Co构成的立方体体心，根据均摊原则，该合金的晶胞中，粒子个数最简比Ga∶Ni∶Co=1∶1∶2，故A错误；B．Ga与Ni交替填充在Co构成的立方体体心，晶胞的边长为距离最近的2个Ni原子的距离，为2anm，该合金的立方晶胞的体积为8a3 nm3，故B正确；C．根据晶胞结构，与Co距离最近且相等的Co有6个，故C错误；D．Ni、Co位于元素周期表的d区，Ga位于元素周期表的p区，故D错误；选B。 11．Al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Al的原子半径为d，NA代表阿伏加德罗常数，Al的相对原子质量为M，请回答： （1）晶胞中Al原子的配位数为___________，一个晶胞中Al原子的数目为________。 （2）该晶体的密度为___________________________(用字母表示)。 【答案】（1）12 4 （2） 【解析】(1)Al属于ABCABC……方式堆积的面心立方最密堆积，配位数为12，一个晶胞中Al原子的数目为8×＋6×＝4。(2)利用公式求金属晶体的密度，关键是找出晶胞正方体的边长。本题中面对角线的长度为4d，然后根据边长的 倍等于面对角线的长度可求得晶胞正方体的边长为2d。把数据代入公式ρV＝M得ρ×(2d)3＝M，解得ρ＝。 12．我国学者首次发现非水相氮还原过程中的多米诺效应，如图甲所示。一旦完成反应①，反应②③将自发完成。 （1）氮原子比氧原子的第一电离能 (填“大”或“小”)，原因是 。 （2）NH3中氮原子采取 杂化方式。能以配位键与铜离子形成，写出其中心离子的核外电子排布式： 。 （3）反应③中，断裂的是 (填序号，下同)，形成的是 。 A．配位键                 B．极性键                 C．离子键                 D．氢键 （4）Li3N的熔、沸点比的 (填“高”或“低”)，试解释原因 。 （5）金纳米颗粒可充当锂离子还原的电催化材料。金属金的堆积方式如下图所示。 结合下图，计算金属金晶胞中原子数、四面体空隙数和八面体空隙数的最简比值为 。 【答案】（1）大 氮原子的价层电子排布式为，2p轨道呈半充满稳定状态，失去一个电子需要的能量较高 （2）杂化 [Ar]或 （3） C B （4）高 L离子晶体，NH3分子晶体，破坏离子键比破坏分子间作用力需要的能量高 （5）1：2：1 【解析】（1）氮原子的价层电子排布式为2s22p3，p轨道呈半充满稳定状态，失去一个电子需要的能量高，因此第一电离能比氧原子大，故答案为：大；N原子的价电子排布式为，p轨道呈半充满稳定状态，失去一个电子需要的能量高，即第一电离能较大； （2）氨气分子中氮原子的价层电子对数为×(5+3)＝4，因此氮原子杂化方式为sp3杂化；[Cu(NH3)4]2+中中心离子为Cu2+，其核外电子排布式为[Ar]3d8或1s22s22p63s23p63d8，故答案为：sp3；[Ar]3d8或1s22s22p63s23p63d8； （3）由图可知反应③中Li3N与H+反应生成Li+和NH3，断裂了Li3N的离子键，形成了NH3的极性键，故答案为：C；B； （4）Li3N是离子晶体，NH3是分子晶体，破坏离子键比破坏分子间作用力需要的能量高，则Li3N的熔、沸点比NH3的高； （5）晶胞中Au原子位于面心、顶点上，属于面心立方最密堆积；以顶点Au原子研究，与之相邻的原子处于面心，每个顶点为8个晶胞共用，每个面心为2个晶胞共有，故Au原子数为=12，四面体空隙数24，每个面心立方晶胞有12个八面体空隙，则三者最简比值为1：2：1。 1．下列说法中正确的有（ ） ①金属晶体的导电性、导热性均与自由电子有关 ②水结成冰密度增大与水分子之间能形成氢键有关 ③金刚石的熔点高于石墨的熔点 ④共价键的强弱决定分子晶体熔、沸点的高低 ⑤H2S、H2Se、H2Te的热稳定性依次减弱，熔沸点依次升高 ⑥硬度由大到小：金刚石>碳化硅>晶体硅 A．②③④⑥ B．①②③⑥ C．①②④⑤ D．①②⑤⑥ 【答案】D 【解析】①给金属晶体加电压时，晶体中的自由电子定向移动形成电流，自由电子的移动能传递热能，因此金属晶体的导电性、导热性均与自由电子有关，①正确；②冰和水的密度不同主要是由于水分子间存在氢键，氢键在液态水中使一个水分子与4个水分子相连，而当水凝固时，水分子排列得很规则，氢键会拉伸水分子，使得水分子之间距离增大，体积也就增大，密度减小，②正确；③石墨的熔点高于金刚石，③错误；④分子晶体熔、沸点的高低取决于分子间作用力的强弱，与共价键强弱无关，④错误；⑤S、Se、Te非金属性依次减弱，故、、的热稳定性依次减弱，但是、、的相对分子质量依次增大，其熔沸点依次升高，⑤正确；⑥金刚石的硬度大于碳化硅大于晶体硅，⑥正确；正确的为①②⑤⑥，故答案选D。 2．金属玻璃是由金属元素或金属元素为主要成分的熔体通过快速冷却得到的具有非晶态结构的金属固体。以下关于金属玻璃的说法正确的是（ ） A．金属玻璃能自发呈现多面体外形 B．金属玻璃具有固定的熔点 C．鉴别金属玻璃是否为晶体最可靠的科学方法为X射线衍射实验 D．金属玻璃是金属与二氧化硅的混合物 【答案】C 【解析】A．根据题中描述，金属玻璃是非晶体，不能自发呈现多面体外形，A错误；B．金属玻璃是非晶体，没有固定熔沸点，B错误；C．鉴别金属玻璃是否为晶体最可靠的科学方法为X射线衍射实验，C正确；D．金属玻璃是由金属元素或金属元素为主要成分的金属固体，D错误；故选C。 3．科教兴国，“可上九天揽月，可下五洋捉鳖”。下列说法正确的是（ ） A．“天舟六号”为中国空间站送去推进剂Xe气，Xe是第ⅠA族元素 B．火星全球影像彩图显示了火星表土颜色，表土中赤铁矿主要成分为FeO C．创造了可控核聚变运行纪录的“人造太阳”，其原料中的H与H互为同位素 D．“深地一号”为进军万米深度提供核心装备，制造钻头用的金刚石为金属晶体 【答案】C 【解析】A．化学符号Xe，原子序数54，在元素周期表中处于第5周期0族，故A错误；B．赤铁矿的主要成分是Fe2O3，不是FeO，故B错误；C．H与H具有相同的质子数，不同的中子数，互为同位素，故C正确；D．金刚石是共价晶体，故D错误；故选C。 4．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 【答案】C 【解析】A．金属能导电是因为自由电子在外加电场作用下定向移动，故A错误；B．金属能导热是因为自由电子在热的作用下与金属阳离子发生碰撞，从而发生热的传导，故B错误；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，而自由电子起到润滑剂的作用，使得金属不会断裂，故C正确；D．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，故D错误；综上所述，答案为C。 5．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，下列有关说法正确的是（ ） A．图1和图4为非密置层堆积，图2和图3为密置层堆积 B．图1~图4分别是简单立方堆积、六方最密堆积、面心立方最密堆积、体心立方堆积 C．图1~图4每个晶胞所含有原子数分别为1、2、2、4 D．图1~图4堆积方式的空间利用率大小关系是图1<图2<图3=图4 【答案】D 【解析】A．图1、图2为非密置层堆积，图3、图4为密置层堆积，故A错；B．图1~图4分别是简单立方堆积、体心立方堆积、面心立方堆积和六方最密堆积，故B错；C．图1~图4每个晶胞所含有的原子数分别为8×1/8=1、8×1/8+1=2、8×1/8+6×1/2=4、8×1/8+1=2，故C错；D．图1~图4堆积方式的空间利用率分别为：52%、68%、74%、74%，故D正确 ；答案选D。 6．铁镁合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之一，晶胞结构如图所示。储氢时，H2分子在晶胞的体心和棱的中心位置，且最近的两个氢分子之间的距离为a nm，NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法错误的是（ ） A．铁镁合金晶胞中Fe原子数为4 B．Mg与Fe之间的最近距离为a nm C．在铁镁合金晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数有12个 D．储氢后的晶体密度为g·cm－3 【答案】B 【解析】A.由铁镁合金晶胞结构可知，铁原子处于面心和顶点位置，由均摊法计算可知，铁镁合金晶胞中含有铁原子数为8×＋6×＝4，故A正确；B.该晶胞参数为a nm，Mg与Fe之间的最近距离为a nm，故B错误；C.与铁原子最近的铁原子数有12个，故C正确；D.储氢后的晶体化学式为FeMg2H2，晶体密度为g·cm－3，故D正确；故选B。 7．如图所示，铁有δ、γ、α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 A．δ—Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个 B．α—Fe晶体中与每个铁原子等距离且最近的铁原子有6个 C．若δ—Fe晶胞边长为a cm，α—Fe晶胞边长为b cm，则两种晶体密度比为2b3∶a3 D．将铁加热到1 500 ℃后，分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同 【答案】D 【解析】本题考查晶胞结构。由题图知,δ-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。一个δ-Fe晶胞占有2个铁原子，一个α-Fe晶胞占有1个铁原子，故两者密度比为,C项正确。晶体加热后急速冷却和缓慢冷却,得到的晶体类型是不同的，D项错误。选D。 8．下图(1)是常见的几种物质的晶胞，从左到右分别为锌、碘、金刚石和钠，下列说法不正确的是（ ） A．Zn晶胞的俯视图是如图(2)所示的菱形，则晶体中与一个Zn原子最近且等距的Zn原子有12个 B．碘晶胞中I2分子有两种不同的取向，一个晶胞中有4个分子 C．金刚石晶胞中C原子的半径为c pm，则体对角线的长度为8c pm D．Na晶胞是边长为a nm的立方体，则Na的原子半径可以表示为 pm 【答案】D 【解析】A．锌原子堆积方式为六方最密堆积，属于密堆积，由晶胞结构可知，晶体中与一个Zn原子最近且等距的Zn原子有12个，A正确；B．由晶胞结构可知，碘分子的排列有2种不同的取向，在顶点和面心的I2取向不同，一个晶胞中有 8×1/8+6×1/2=4个I2分子，B正确；C．由晶胞结构可知，金刚石晶胞的体对角线等于C原子半径的8倍，金刚石晶胞中C原子的半径为c pm，则体对角线的长度为8c pm，C正确；D．由晶胞结构可知，Na晶胞体对角线的1/4等于Na原子的半径，Na晶胞是边长为a nm的立方体，则Na的原子半径可以表示为a/4 nm=a/4×103pm，D错误；故选D。 9．（1）一种Pt、Co金属间化合物可作为质子交换膜燃料电池的催化剂，其晶胞结构如图1所示，该金属间化合物的中Pt与Co的个数比为___________。 （2）室温下，[Cu(NH3)4](NO3)2，与液氨混合并加入Cu可制得一种黑绿色晶体。黑绿色晶体的晶胞如图2所示，写出该晶体的化学式___________。 （3）如图3所示的是金红石的晶胞，则每个晶胞拥有___________个Ti4+、___________个O2-。 【答案】（1）3：1     （2）Cu3N     （3）2     4 【详解】（1）根据均摊原则，1个晶胞中Pt原子数是6×1/2=3、Co原子数是8×1/8=1，Pt与Co的个数比为3:1； （2） 根据均摊原则，1个晶胞中Cu原子数是12×1/4=3、N原子数是8×1/8=1，该晶体的化学式Cu3N； （3）根据均摊原则，则每个晶胞拥有8×1/8+1=2个Ti4+、4×1/2+2=4个O2-。 10．I．铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)是第四周期第Ⅷ族的元素，在化学上称为铁系元素，其化合物在生产生活中应用广泛。 （1）第四电离能，其原因是 ； （2）Fe、Co、Ni与Ca都位于第四周期且最外层电子数相同，但相应单质的熔点，Fe、Co、Ni明显高于Ca，其原因是 II．碳的多种同素异形体及一系列化合物广泛应用于科研、医疗、工农业生产等领域。钴单质及其化合物在生产、生活中有广泛应用。回答下列问题： （3）C原子在形成化合物时，可采取多种杂化方式。杂化轨道中s轨道成分越多，C元素的电负性越强，连接在该C原子上的H原子越容易电离。下列化合物中，最有可能在碱性体系中形成负离子的是________(填编号)。 A．CH4 B．CH2==CH2 C．CH≡CH D．苯 （4）以甲醇为溶剂，可与色胺酮分子配位结合形成对DNA具有切割作用的色胺酮钴配合物(合成过程如图所示)，色胺酮分子中N原子的杂化类型有 。 （5）金属钴晶体的晶胞呈六棱柱形，其结构如图所示，每个晶胞中含Co原子数为 ；晶胞底面呈正六边形，边长为apm，设为阿伏加德罗常数的值，晶胞的密度，则该晶胞的高b为 pm(列出计算式)。 【答案】（1）铁失去的是较稳定的上的一个电子，钴失去的是上的一个电子 （2）Fe、Co、Ni的正离子(原子)半径比Ca的小，价电子数目比Ca的多，金属键比Ca的强，因此熔点高 （3）C （4）sp3 、sp2 （5）6 【解析】（1）第四电离能，其原因是铁失去的是较稳定的上的一个电子，钴失去的是上的一个电子，失去电子后可以得到更稳定的，故更易失去电子。 （2）Fe、Co、Ni与Ca都位于第四周期且最外层电子数相同，但相应单质的熔点，Fe、Co、Ni明显高于Ca，其原因是四者均为金属晶体，Fe、Co、Ni的正离子(原子)半径比Ca的小，价电子数目比Ca的多，金属键比Ca的强，因此熔点高。 （3）杂化轨道中s轨道成分越多，C元素的电负性越强，连接在该C原子上的H原子越容易电离，最有可能在碱性体系中形成负离子，故碳原子为sp杂化的分子，其杂化轨道s轨道成分最多，故最有可能在碱性体系中形成负离子的乙炔。 （4）由图可知，色胺酮分子中中既有连有三根σ键和一个孤电子对的N，也有连有2根σ键和一个孤电子对的N，故杂化方式为 、。 （5）每个晶胞中含Co原子数为。晶胞的密度得该晶胞的高b为pm。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！14 学科网（北京）股份有限公司 $$