课时梯级训练(8) 金属键 金属晶体(Word练习)-【优化指导】2025-2026学年高中化学选择性必修第二册（苏教版2019）

课时梯级训练(8)　金属键　金属晶体 题型一　金属键与金属性质 1．下列有关金属元素的特性，叙述正确的是 (　　) A．金属元素的原子具有还原性，离子只具有氧化性 B．金属元素在化合物中一般显正价 C．金属元素在不同化合物中的化合价均不同 D．金属元素的单质在常温下均为金属晶体 B　解析：变价金属的中间价态离子既有还原性又有氧化性，A错误；金属元素在化合物中一般显正价，B正确；同种金属元素在不同化合物中的化合价可以相同，也可以不同，C错误；汞在常温下为液体，此时不属于晶体，D错误。 2．下列关于金属键的叙述中，不正确的是 (　　) A．金属键是金属离子和自由电子这两种带异性电荷的粒子间的强烈相互作用，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，有方向性和饱和性 C.金属键是带异性电荷的金属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．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 B　解析：从基本构成微粒的性质看，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，为整个金属的所有金属离子共有，从这个角度看，金属键无方向性和饱和性。 3．下列关于金属性质和原因的描述不正确的是 (　　) A．金属具有金属光泽，是因为金属中的自由电子吸收了可见光，又把部分能量以光的形式释放出来 B．金属具有良好的导电性，是因为金属晶体中共享了金属原子的自由电子，形成了“电子气”，在外电场的作用下自由电子定向运动形成电流 C．金属具有良好的导热性能，是因为自由电子在受热后，增大了运动速率，自由电子通过与金属离子发生碰撞，传递能量 D．金属具有良好的延展性，是因为金属晶体中的原子层可以通过破坏金属键以达到相对滑动 D　解析：金属一般具有银白色光泽是由于金属键中的自由电子在吸收可见光以后，发生跃迁，成为高能态，然后又会回到低能态，把多余的能量以可见光的形式释放出来，A正确；金属内部有自由电子，当有外加电场时自由电子定向运动，从而形成电流，B正确；金属自由电子受热后运动速率增大，与金属离子碰撞频率增大，传递了能量，故金属有良好的导热性，C正确；当金属晶体受到外力作用时，金属原子间滑动而不断裂金属键，故金属表现出良好的延展性，D错误。 题型二　金属晶体 4．金属原子在二维空间里的排列有如图所示的两种方式，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堆积和面心立方堆积 D．图(b)在三维空间里堆积仅得简单立方 C　解析：密置层原子的配位数为6，非密置层原子的配位数为4，由此可知，图(a)为密置层，图(b)为非密置层。密置层在三维空间堆积可得到六方堆积和面心立方堆积，非密置层在三维空间堆积可得简单立方和体心立方两种堆积。 5．1 183 K以下纯铁晶体的基本结构单元如图甲所示，1 183 K以上纯铁晶体的基本结构如图乙所示，在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同。 (1)纯铁晶体中铁原子以________键相互结合。 (2)在1 183 K以下的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子有________个；在1 183 K以上的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子有________个。 答案：(1)金属　(2)8　12 解析：(1)纯铁晶体中铁原子以金属键相互结合。(2)在1 183 K以下的纯铁晶体中，与中心铁原子等距离且最近的铁原子为立方体顶点的铁原子，共8个；在1 183 K以上的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子为互相垂直的3个面上的铁原子，每个面上各4个，共12个。 题型三　金属晶体的相关计算 6．用X射线衍射研究某金属晶体，测得其立方晶胞的边长为360 pm，此时金属的密度为9.0 g·cm-3。试回答： (1)此晶胞中含金属原子有______个。 (2)每个晶胞的质量是________g。 (3)此金属的相对原子质量为________。 (4)此原子的原子半径为________pm。 答案：(1)4　(2)4.2×10-22　(3)63.21　(4)127.26 解析：(1)根据题图所示可知，一个晶胞中所含有的金属原子个数为8×＋6×＝4。 (2)根据晶胞的边长为360 pm可得，晶胞的体积为(3.6×10-8)3 cm3。根据质量＝密度×体积可得，晶胞的质量是9.0 g·cm-3×(3.6×10-8)3 cm3≈4.2×10-22 g。 (3)金属的相对原子质量＝NA×原子的质量＝6.02×1023×4.2×10-22÷4＝63.21。 (4)在面心立方晶胞中，晶胞的边长＝，因此，该金属原子的原子半径＝×360 pm≈127.26 pm。 7．在金属晶体中，金属原子的自由电子的数目越多，原子半径越小，金属键越强，金属的熔、沸点越高。由此判断下列各组金属熔、沸点高低顺序，其中不正确的是 (　　) A．Al>Mg>Ba B．Al>Na>Li C．Al>Mg>Ca D．Al>Mg>Na B　解析：自由电子的数目：Al>Mg＝Ca＝Ba>Li＝Na；而金属原子半径：r(Ba)>r(Ca)>r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(Li)，则A、C、D正确。B中Li>Na，Al>Na，符合题意。 8．金属钾、铜的部分结构和性质的数据如表所示，则下列说法错误的是 (　　) 金属 K Cu 原子外围电子排布 4s1 3d104s1 原子半径/pm 255 128 原子化热/(kJ·mol-1) 90.0 339.3 熔点/℃ 63.4 1 083 A.单位体积内自由电子数目：K<Cu B．金属键强弱：K<Cu C．金属的硬度大小：K<Cu D．两者最外层电子数目相等，因此其金属键的强弱取决于原子半径大小 D　解析：决定金属键强弱的因素是单位体积内自由电子的数目和原子半径的大小，金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大；金属单位体积内自由电子的数目则取决于金属的外围电子数目，而不是金属的最外层电子数目。 9．下图是金属晶体内部电子气理论图，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离子在外加电场作用下定向运动 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，金属阳离子各层间会出现相对滑动，但自由电子可以起到润滑的作用，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 C　解析：金属能导电是因为自由电子在外加电场作用下定向运动，A错误；金属能导热是因为自由电子在热的作用下与金属离子碰撞，从而发生热的传导，B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错误。 10．我国的超级钢研究居于世界领先地位。某种超级钢中除Fe外，还含Mn 10%、C 0.47%、Al 2%、V 0.7%。下列说法中错误的是 (　　) A．上述五种元素中，有两种位于元素周期表的p区 B．超级钢的晶体一定是金属晶体 C．X射线衍射实验可以确定超级钢的晶体结构 D．超级钢中存在金属键和离子键 D　解析：上述五种元素中，Fe的外围电子排布式为3d64s2，Mn的外围电子排布式为3d54s2，V的外围电子排布式为3d34s2，这三种元素位于d区；C的外围电子排布式为2s22p2，Al的外围电子排布式为3s23p1，这两种元素位于p区，A正确；超级钢的晶体结构符合金属晶体的结构特点，因此为金属晶体，B正确；X射线衍射实验可以确定超级钢的晶体结构，C正确；超级钢是金属晶体，因此存在金属键，不存在离子键，D错误。 11．有四种不同堆积方式的金属晶体的晶胞如图所示，下列说法正确的是 (　　) A．①为简单立方堆积；②③为体心立方堆积；④为面心立方堆积 B．每个晶胞含有的原子数分别为①1个，②2个，③2个，④4个 C．晶胞中原子的配位数分别为①6，②8，③8，④12 D．空间利用率的大小关系为①＜②＜③＜④ B　解析：由金属晶体的晶胞结构图可知，①为简单立方堆积；②为体心立方堆积；③为六方堆积；④为面心立方堆积，A错误；顶点的原子为8个晶胞共用，面上的原子为2个晶胞共用，晶胞体内原子为1个晶胞单独占有。晶胞①中原子个数为8×＝1；晶胞②中原子个数为1＋8×＝2；晶胞③中原子个数为4×＋4×＋1＝2，晶胞④中原子个数为8×＋6×＝4，B正确；①为简单立方堆积，配位数为6；②为体心立方堆积，配位数为8；③为六方堆积，配位数为12；④为面心立方堆积，配位数为12，C错误；六方堆积与面心立方堆积的空间利用率相等，简单立方堆积、体心立方堆积不是最密堆积，空间利用率比六方堆积和面心立方堆积的小；体心立方堆积的空间利用率比简单立方堆积的高，故空间利用率的大小关系为①＜②＜③＝④，D错误。 12．某晶体的一部分如图所示，这种晶体中A、B、C三种微粒数之比是 (　　) A．3∶9∶4 B．1∶4∶2 C．2∶9∶4 D．3∶8∶4 B　解析：该晶体中含A原子个数为6×＝，B原子个数为6×＋3×＝2，C原子个数为1；则A、B、C的个数比为∶2∶1＝1∶4∶2。 13．硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导的最高纪录。如图所示的是该化合物的晶体结构：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上、下底面还各有一个镁原子；6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式为 (　　) A.MgB B．MgB2 C．Mg2B D．Mg3B2 B　解析：棱柱内硼原子数为6，均属于该晶胞。镁原子位于上、下面心(2个)及12个顶点，共有镁原子数为2×＋12×＝3，则镁、硼原子个数之比为1∶2。 14．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的值，M表示金的摩尔质量，在立方体的各个面的对角线上，3个金原子彼此两两相切。则下列说法错误的是 (　　) A．金晶体的每个晶胞中含有4个金原子 B．金属键无方向性，金属原子尽可能采取密堆积 C．一个金晶胞的体积是16d3 D．金晶体的密度是 C　解析：金原子处于顶点与面心上，晶胞中含有的金原子数目为8×＋6×＝4，A正确；金属晶体中，金属键无方向性，金属原子采取密堆积，B正确；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，故一个金晶胞的体积为(d)3＝2d3，C错误；晶胞中含有4个金原子，故晶胞的质量为，体积为2d3，故晶体的密度为＝，D正确。 15．如图，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．γ­Fe晶体晶胞中含有铁原子个数为4 B．α­Fe晶体晶胞中含有铁原子个数为1 C．将铁加热到1 500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却，得到的晶体类型相同 D．三种同素异形体的性质不相同 C　解析：γ­Fe晶体晶胞中含有铁原子个数为8×＋6×＝4，A正确；α­Fe晶体晶胞中含有铁原子个数为8×＝1，B正确；将铁冷却到不同的温度，得到的晶体类型不同，C错误；同素异形体的性质不同，D正确。 16．金属晶体中金属原子主要有三种常见的堆积方式，体心立方堆积、面心立方堆积和六方堆积。 (1)写出基态Cu原子的核外电子排布式：______________；金属铜采用下列________(填字母)堆积方式。 (2)铝单质晶体的晶胞特征如图所示。则一个晶胞中Al原子的数目为________。 (3)洁净铁(可用于合成氨反应的催化剂)的表面上存在氮原子，如图为氮原子在铁的晶面上的单层附着局部示意图(图中黑色小球代表氮原子，灰色球代表铁原子)。则在图示状况下，铁颗粒表面上N/Fe原子数比值的最大值为________。 答案：(1)1s22s22p63s23p63d104s1(或[Ar]3d104s1)　C (2)4　(3)1∶2 解析：(1)铜晶体的晶胞为面心立方堆积。 (2)从题图中可以看出金属铝为面心立方堆积，则一个晶胞中Al原子个数为8×＋6×＝4。 (3)小黑球周围有四个灰球，而一个灰球旁边有两个黑球，故比值为1∶2。 17．(1)在下图中选择： ①金属钠的晶胞模型是__________，每个晶胞含有________个Na原子，每个Na原子周围有______个紧邻的Na原子。 ②金属铜的每个晶胞含有________个Cu原子，每个Cu原子周围有________个紧邻的Cu原子。 (2)在(1)小题中的晶胞示意图中把金属原子抽象成质点，而事实上在堆积模型中我们把金属原子看成互相接触的球体则更接近实际情况。对于简单立方堆积的晶胞中，“金属球”在晶胞的棱心处接触，设晶胞(立方体)的棱长为a，球的半径为r，则a与r的关系是a＝2r。 那么，在钾型堆积模型中，“金属球”应在________处接触，则晶胞棱长a与球半径r的关系是________；晶胞的体积为__________；而该晶胞中拥有______个原子，故金属原子所占的体积为________。 答案：(1)①B　2　8　②4　12 (2)立方体对角线的(或)　r＝a　a3　2　πa3 解析：(1)①金属钠的堆积方式与金属钾的堆积方式相同，均为体心立方堆积，每个晶胞中含有2个钠原子，其配位数是8。②金属铜的堆积方式为“ABCABC…”型，即为面心立方堆积，每个晶胞中含有4个原子，配位数为12。 (2)钾型堆积模型(如图B)，“金属球”应在立方体对角线的(或)处接触，若晶胞的棱长为a，则立方体对角线为a，“金属球”的半径r＝a，晶胞的体积V＝a3。根据“均摊法”，处于顶点上的原子为8个晶胞所共有，处于晶胞内部的原子完全属于该晶胞，可得晶胞中有4×＋4×＋1＝2个原子，金属原子的体积V＝πr3＝π(a)3＝πa3。 18．钾的化合物广泛存在于自然界中。请回答下列问题： (1)原子坐标参数可表示晶胞内部各原子的相对位置，金属钾是体心立方晶系，其构型如图。其中原子坐标参数A(0，0，0)、B(1，0，0)，则C处原子的坐标参数为________。 (2)钾晶体的晶胞参数为a pm。假定金属钾原子为等径的刚性小球且处于体对角线上的三个球相切，则钾原子的半径为________pm，晶体钾的密度计算式是________g·cm-3。 答案：(1)(，，)　(2)　 解析：(1)C处原子位于体心处，则C处原子的坐标参数为(，，)。(2)钾晶体的晶胞参数为a pm，则体对角线是a pm，所以钾原子的半径为a pm。晶胞中含有钾原子的个数8×＋1＝2，所以晶体钾的密度计算式是 g·cm-3。 19．Fe及其化合物在生产和生活中有广泛的用途，请回答下列问题。 (1)基态Fe原子共有__________种不同能级的电子。 (2)FeBr2为只含有离子键的离子化合物，其晶胞结构如图a，距一个Fe2+最近的所有Br－为顶点构成的几何形状为__________。 (3)二茂铁是最重要的金属茂基配合物，结构为一个铁原子处在两个平行的环戊二烯基环的环之间，结构如图b所示，已知二茂铁的一氯代物只有一种。 ①二茂铁的分子式为____________。 ②穆斯堡尔谱学数据显示，二茂铁中心铁原子的氧化态为＋2价，每个茂环带有一个单位负电荷，因此每个环含有__________个π电子。 (4)一种铁基超导材料(CaxFeyAsz)(相对分子质量为M)晶胞如图c所示，图d为铁原子沿z轴方向的投影图。 ①Co与Ca位于同一周期、且最外层电子数相等，但Co的熔点、沸点均比Ca高，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②As、Fe、Ca电负性由大到小的顺序为__________________________。 ③FeCl3的沸点(319 ℃，易升华)高于AsCl3的沸点(130.2 ℃)，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ④已知处于体心与顶点的Ca原子有着相同的化学环境，晶胞中As原子1的分数坐标为(0，0，0.628)，则As原子2的分数坐标为____________。 答案：(1)7　(2)立方体(或正方体)　(3)①C10H10Fe　②6　(4)①两者均为金属晶体，Co原子半径较小，形成的金属离子半径较小，其金属键较强　②As>Fe>Ca　③二者均为分子晶体，FeCl3的极性更强　④(0.5，0.5，0.128) 解析：(1)基态Fe原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2，共占据15个不同的原子轨道，其有7种不同能级的电子。 (2)由FeBr2晶胞结构可知，晶胞中小球数目为8×＋6×＝4，大球数目为8，故小球为Fe2+，大球为Br－。以晶胞中上面心Fe2+为研究对象，距一个Fe2+最近的Br－有8个，位于Fe2+上层有4个Br－，下层有4个Br－，8个Br－构成立方体结构。 (3)①环戊二烯有3个不饱和度，因此环戊二烯基的分子式为C5H5—，二茂铁的分子式为C10H10Fe；②与苯环相类似，环戊二烯基中5个碳原子除了形成C—C σ键和C—H σ键外，都含有一个未杂化的2p轨道，形成了一个以5个碳原子为中心的π键，每个碳原子外围还有一个外围电子，又因为每个茂环带有一个单位负电荷，因此每个环含有6个π电子。 (4)①Co和Ca均为金属晶体，Co原子半径较小，形成的金属离子半径较小，其金属键较强，熔点、沸点较高；②As、Fe、Ca位于同一周期，同周期元素从左往右，得电子能力越来越强，电负性越来越大，所以电负性由大到小的顺序为As>Fe>Ca；③两者均为分子晶体，且相对分子质量相差不大，FeCl3的极性更强，范德华力更大，所以FeCl3的沸点高于AsCl3的沸点；④晶胞中As原子1的分数坐标为(0，0，0.628)，体心的Ca原子与顶点的Ca原子有着相同的化学环境，则体心的Ca原子离As原子2的距离为0.372c，体心Ca坐标为(0.5，0.5，0.5)，As原子2的分数坐标为(0.5，0.5，0.128)。 学科网（北京）股份有限公司 $$