3.1 金属晶体（专项训练）化学沪科版选择性必修2

3.1 金属晶体 题型01 晶体与非晶体 题型02 晶体的特性 题型03 金属的特性及原因解释 题型04 金属键的概念及强弱 题型05 金属晶体的结构与性质 题型06 晶胞的概念及判断 题型07 晶胞中粒子数目的计算 题型01 晶体与非晶体 定义区分： 晶体：内部粒子（原子、离子或分子）在三维空间按一定规律呈 有序排列的固体。 非晶体：内部粒子在三维空间无周期性有序排列，呈无序或近程有序、远程无序分布的固体（又称 “玻璃体”）。 本质差异： 核心区别：粒子排列是否具有 和 （晶体有，非晶体无）。 微观结构：晶体中粒子的排列遵循特定的重复单元（ ），非晶体无固定重复单元。 区分方法： X 射线衍射实验：晶体能产生特征的衍射图谱（有明锐的衍射峰），非晶体仅产生弥散的衍射峰（特征峰）。 熔点：晶体具有固定的熔点（熔化时温度不变），非晶体无固定熔点（熔化过程中温度持续升高）。 自范性：晶体在适宜条件下能自发形成规则的几何外形，非晶体无自范性，外形通常 。 【典例1】下列关于晶体与非晶体的叙述正确的是 A．区别晶体与非晶体最科学的方法是对固体进行红外光谱实验 B．晶体与非晶体的根本区别在于固体是否具有规则的几何外形 C．呈现晶体外形的水晶是熔融态的快速冷却形成的 D．晶体有固定的熔点，纳米铁粉的熔点与晶粒大小有关 【变式1-1】下列叙述中，正确的是 A．石英玻璃和水晶都是晶体 B．粉末状的固体也可能是晶体 C．晶胞是晶体中最小的平行六面体 D．晶体与非晶体的根本区别在于固体是否具有规则的几何外形 【变式1-2】下列说法不正确的是 A．激光、焰火都与电子跃迁释放能量有关 B．可燃冰(CH4•8H2O)中甲烷与水分子间存在氢键 C．区别晶体与非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验 D．晶体的自范性是晶体在微观空间呈周期性有序排列的宏观表象 【变式1-3】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 题型02 晶体的特性 自范性： 定义：晶体在熔融态、气态或溶液中，在适宜条件（如缓慢冷却、充分生长时间）下，能自发形成具有规则 的特性。 本质原因：内部粒子的周期性有序排列，使晶体生长时粒子按特定规律堆积。 各向异性： 定义：晶体在不同方向上的 （如硬度、导热性、导电性、折射率等）存在差异的特性。 本质原因：晶体中粒子的排列具有 ，不同方向上粒子间的相互作用或粒子间距不同，导致物理性质不同。 固定熔点： 特性表现：晶体熔化时，需 破坏粒子间的作用力，温度保持不变（直至完全熔化），对应温度为固定熔点。 与非晶体差异：非晶体熔化时，粒子无序排列的结构逐渐被破坏，温度随能量吸收持续升高，无固定熔点。 对称性： 定义：晶体的几何外形和内部粒子排列具有特定的对称规律（如轴对称、面对称、中心对称等）。 本质原因：粒子周期性有序排列的必然结果，是晶体的重要结构特征之一。 【典例2】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．缺角的硫酸铜晶体在饱和CuSO4溶液中慢慢变为规则的立方体晶块 C．圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自范性 D．由玻璃制成规则的玻璃球，体现了晶体的自范性 【变式2-1】物质的聚集状态与其性能之间关系密切。下列说法错误的是 A．等离子体由电子、阳离子和电中性粒子组成，具有良好的导电性和流动性 B．大多数离子液体含有体积很大的阴、阳离子，呈液态，难挥发 C．液晶既具有液体的流动性，又具有类似晶体的各向异性 D．圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自范性 【变式2-2】多数晶体中的微观粒子服从紧密堆积原理的根本原因是 A．便于形成规则的几何外形 B．微观粒子结合得越紧密，体系总能量越低，体系就越稳定 C．便于使晶体具有对称性 D．为了使晶体具有各向异性 【变式2-3】下列有关晶体的说法中一定正确的是 A．凡是具有规则外形的固体都是晶体，晶体研碎后即变为非晶体 B．进行快速蒸发明矾饱和溶液至大量晶体析出可以获得较大颗粒的明矾晶体 C．晶体的各向异性和周期性、对称性是矛盾的 D．晶体具有自范性，有固定的熔点，可以使X光发生有规律的衍射 题型03 金属的特性及原因解释 导电性： 特性：金属在 均能导电（部分金属液态导电性略低于固态）。 原因：金属晶体中存在 ，在外加电场作用下，自由电子能定向移动形成电流。 导热性： 特性：金属具有良好的导热性，能快速传递热量。 原因：温度升高时，金属阳离子的振动幅度增大，自由电子在运动过程中可与阳离子碰撞，将能量从高温区域传递到低温区域。 延展性： 特性：金属能被拉伸成细丝（延性）或压成薄片（展性），形变过程中不易断裂。 原因：金属键无方向性和饱和性，当金属受到外力作用时，金属阳离子间发生相对滑动，自由电子可重新分布在滑动后的阳离子间，维持金属键的作用，不破坏晶体结构。 金属光泽： 特性：多数金属在固态时具有银白色或金属光泽（少数金属如金、铜有特殊颜色），且光泽仅存在于表面（粉末状金属多呈暗灰色）。 原因：金属晶体中的自由电子能吸收可见光，再将吸收的能量以可见光形式反射，形成金属光泽；粉末状金属粒子无序排列，反射光散射，故光泽减弱。 【典例3】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，又把各种波长的光大部分反射出来 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价电子，形成了“电子气”，在外电场的作用下自由电子定向移动形成电流 C．金属具有良好的导热性能，是因为自由电子在受热后，加快了运动速率，自由电子通过与金属离子发生碰撞，传递能量 D．金属晶体具有良好的延展性，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 【变式3-1】下列关于金属键与金属性质关系的描述中，不正确的是 A．自由电子吸收可见光后又迅速地释放，使金属具有不透明性和金属光泽 B．金属的导电性是由自由电子的定向运动体现的 C．金属的导热性是通过自由电子与金属阳离子的相互碰撞完成的 D．金属的导热性和导电性都是通过自由电子的定向运动完成的 【变式3-2】利用铝粉制“银粉”漆，是利用了金属的 A．导电性 B．导热性 C．延展性 D．金属光泽 【变式3-3】从人类利用金属的历史看，先是青铜器时代，后是铁器时代，而铝的利用只是近百年的事，造成这个先后顺序事实的最主要因素是 A．地壳中金属元素的含量 B．金属的延展性 C．金属的导电性 D．金属冶炼的难易程度 题型04 金属键的概念及强弱 概念： 定义：金属晶体中，金属阳离子与自由电子之间通过 形成的化学键。 本质：静电作用（包含金属阳离子对自由电子的吸引，以及自由电子间、阳离子间的排斥，整体呈平衡状态），无方向性和饱和性。 形成基础：金属原子失去 形成金属阳离子，价电子脱离原子核束缚，在整个晶体中自由移动（形成 “自由电子海”），阳离子沉浸于自由电子海中。 强弱影响因素： 金属阳离子半径：阳离子半径越小，对自由电子的静电吸引力越 ，金属键越 。 金属阳离子所带电荷数：阳离子电荷数越多，单位体积内正电荷密度越大，对自由电子的吸引力越 ，金属键越 。 自由电子数目：单位体积内自由电子数目越多，阳离子与自由电子的静电作用越充分，金属键越强（通常与阳离子电荷数相关，电荷数越多，自由电子数也越多）。 【典例4】下列有关金属键的叙述错误的是 A．金属能导热是因为自由电子自身与金属阳离子发生碰撞实现的 B．金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用 C．金属键中的电子属于整个金属 D．金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关 【变式4-1】下列有关作用力的说法正确的是 A．金属键、离子键、分子间作用力都没有方向性和饱和性 B．键能、金属的原子化热、晶格能分别可以衡量氢键、金属键、离子键的强弱 C．离子键、金属键、氢键、范德华力本质上都是静电作用 D．乙酸、丙醇、丙酮的沸点都比丁烷高是因为前三者分子间都存在氢键 【变式4-2】金属键的强弱与金属价电子数多少有关，价电子数越多金属键越强，与金属阳离子的半径大小也有关，半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是(　　) A．Li　Na　K B．Na　Mg　Al C．Li　Be　Mg D．Li　Na　Mg 【变式4-3】要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱。由此判断下列说法正确的是 A．金属镁的熔点高于金属铝 B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐升高的 C．金属镁的硬度小于金属钙 D．金属铝的硬度大于金属钠 题型05 金属晶体的结构与性质 结构特征： 粒子构成：由 和 构成，无独立分子（金属晶体的化学式仅表示金属原子的最简整数比）。 堆积方式：金属阳离子通常按 “紧密堆积” 方式排列（以最大化空间利用率），常见堆积类型有 、 、 、 。 作用力：仅含 （无其他化学键），自由电子在整个晶体中自由移动，形成 “电子海” 模型。 性质与结构的关联： 熔沸点：金属键越强，熔沸点越 （阳离子半径小、电荷数多的金属，熔沸点通常较高）；金属键较弱的金属，熔沸点较 （部分金属常温下呈液态）。 硬度：金属键越强，晶体硬度越 （阳离子半径小、电荷数多的金属，硬度通常较大）；金属键较弱的金属，硬度较 （易变形）。 导电性与导热性：均依赖自由电子的运动，自由电子越活跃（金属键对电子束缚适中），导电性、导热性越强。 【典例5】按下列四种有关性质的叙述，可能属于金属晶体的是(　　) A．由分子间作用力结合而成，熔点低 B．固体或熔融后易导电，熔点在1000 ℃左右 C．由共价键结合成网状结构，熔点高 D．固体和熔融状态不导电，但溶于水后可能导电 【变式5-1】下列有关金属键与金属晶体的说法中错误的是 A．金属内部的自由电子为许多金属原子所“共有” B．金属键不具有饱和性和方向性 C．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 D．体心立方堆积的空间利用率最高 【变式5-2】a、b、c分别代表金属晶体中三种常见的立方晶胞结构(如图)，则晶胞a、b、c中离顶点的金属原子最近且距离相等的金属原子的个数比为。 A．1：1：2 B．8：6：4 C．2：4： 3 D．4：3：6 【变式5-3】关于金属晶体的六方最密堆积的结构形式的叙述正确的是(　　) A．晶胞是六棱柱 B．晶胞是六面体 C．每个晶胞中含4个原子 D．每个晶胞中含17个原子 题型06 晶胞的概念及判断 概念： 定义：晶体结构中最小的 ，其形状通常为平行六面体，通过晶胞在三维空间的 “ ”（无间隙、不重叠地重复排列）可形成整个晶体。 核心特征：具有 （晶胞的组成、结构与整个晶体一致）和 （晶胞的排列规律代表晶体的排列规律）。 判断依据： 重复性：该单元能通过平移（无旋转或翻转）在三维空间 ，形成完整晶体，且排列后无间隙、不重叠。 最小性：在所有能重复的单元中，该单元的体积最小（不存在比其更小的、仍能体现晶体周期性的重复单元）。 结构一致性：晶胞内粒子的 、 及 ，与晶体整体的粒子构成和排列规律一致。 晶胞的基本类型： 按几何形状：主要为平行六面体，根据边长（a、b、c）和夹角（α、β、γ）的差异，可分为立方晶胞、四方晶胞、正交晶胞等七种基本晶系（金属晶体中立方晶胞、六方晶胞较常见）。 【典例6】根据下列晶体的晶胞结构，判断化学式正确的是 A． B． C． D． 【变式6-1】碳化硅晶体具有多种结构，其中一种晶体的晶胞(如图所示)与金刚石的类似。 下列判断不正确的是 A．该晶胞中含有4个SiC分子 B．该晶体中只存在极性键 C．该晶体中Si的化合价为+4 D．该晶体中每个C原子杂化类型均为 【变式6-2】一种含锗的化合物应用于太阳能电池，其晶胞为长方体，结构如图（A）。下列说法不正确的是 A．该锗化合物晶胞的表示方式有多种，图中D图不能表示此化合物的晶胞 B．该晶体中含有的化学键：离子键、极性键、配位键、键 C．该晶胞中，与单个配位的离子数为6，其空间构型为正八面体 D．较有较高的熔点 【变式6-3】某氮化铬的晶胞结构与氯化钠的相同，已知N原子在晶胞中的位置如图所示，原子坐标，。下列说法不正确的是 A．距离Cr原子最近的N原子有12个 B．晶胞中Cr原子沿x轴方向的投影为 C．Cr原子位于N原子构成的八面体空隙中 D．A和B最近的两个Cr原子的坐标为， 题型07 晶胞中粒子数目的计算 计算原理： 均摊法：晶胞中的粒子通常被多个晶胞共用，需按粒子在晶胞中的位置（顶点、棱上、面心、体心、内部）计算其对单个晶胞的 “贡献值”，再将各位置的贡献值相加，得到单个晶胞所含粒子总数。 不同位置粒子的贡献值： 顶点：粒子被 8 个相邻晶胞共用，对单个晶胞的贡献值为 。 棱上：粒子被 4 个相邻晶胞共用，对单个晶胞的贡献值为 （仅指平行六面体晶胞的棱，六方晶胞棱上贡献值需结合具体结构，部分为 ）。 面心：粒子被 2 个相邻晶胞共用，对单个晶胞的贡献值为 。 体心：粒子完全属于单个晶胞，对单个晶胞的贡献值为 。 晶胞内部（非体心的内部粒子）：粒子完全属于单个晶胞，贡献值为 （如某些晶胞内部含有的原子、离子）。 计算步骤： 确定粒子在晶胞中的位置（顶点、棱、面心、体心、内部）。 按对应位置的贡献值计算各位置的粒子数（位置粒子总数 × 贡献值）。 将所有位置的粒子数相加，得到单个晶胞的粒子总数。 若晶胞含多种粒子，需分别计算每种粒子的数目，明确晶胞的粒子组成。 【典例7】下列描述正确的是 A．自然界硫元素在转化中都是被氧化 B．中为杂化 C．氧化为时，断裂键和键 D．图所示晶胞中有14个 【变式7-1】有关晶体的结构如图所示，下列说法正确的是 A．冰中的每个水分子均摊4个氢键 B．工业上以二氧化硅，焦炭为原料制备高纯硅和二氧化碳气体 C．如图所示的金刚石晶胞中有6个碳原子 D．在晶胞中，1个分子周围有12个紧邻分子 【变式7-2】氧元素的单质及化合物应用广泛。下列说法正确的是 A．16O、17O、18O互为同素异形体 B．分子中键角大小：SO2>SO3 C．Na2O2、H2O2晶体类型相同 D．上图所示1个Cu2O晶胞中有4个铜原子 【变式7-3】下列对结构模型的分析错误的是 A．图1为晶胞示意图，每个晶胞中有4个 B．图2为二氧化硅结构示意图，晶体中Si原子与Si-O键个数比为 C．图3为金属铜晶胞示意图，晶体中铜原子周围紧邻且等距的铜原子数为12 D．图4为苯甲酸层状结构示意图，苯甲酸分子形成氢键机会大于苯乙醇，熔点更高 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.1 金属晶体 题型01 晶体与非晶体 题型02 晶体的特性 题型03 金属的特性及原因解释 题型04 金属键的概念及强弱 题型05 金属晶体的结构与性质 题型06 晶胞的概念及判断 题型07 晶胞中粒子数目的计算 题型01 晶体与非晶体 定义区分： 晶体：内部粒子（原子、离子或分子）在三维空间按一定规律呈周期性有序排列的固体。 非晶体：内部粒子在三维空间无周期性有序排列，呈无序或近程有序、远程无序分布的固体（又称 “玻璃体”）。 本质差异： 核心区别：粒子排列是否具有周期性和有序性（晶体有，非晶体无）。 微观结构：晶体中粒子的排列遵循特定的重复单元（晶胞），非晶体无固定重复单元。 区分方法： X 射线衍射实验：晶体能产生特征的衍射图谱（有明锐的衍射峰），非晶体仅产生弥散的衍射峰（特征峰）。 熔点：晶体具有固定的熔点（熔化时温度不变），非晶体无固定熔点（熔化过程中温度持续升高）。 自范性：晶体在适宜条件下能自发形成规则的几何外形，非晶体无自范性，外形通常不规则。 【典例1】下列关于晶体与非晶体的叙述正确的是 A．区别晶体与非晶体最科学的方法是对固体进行红外光谱实验 B．晶体与非晶体的根本区别在于固体是否具有规则的几何外形 C．呈现晶体外形的水晶是熔融态的快速冷却形成的 D．晶体有固定的熔点，纳米铁粉的熔点与晶粒大小有关 【答案】D 【详解】A．构成晶体的粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列，晶体的这一结构特征可以通过X射线衍射图谱反映出来，因此，区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是对固体进行X射线衍射实验，A错误； B．有规则的几何外形的物质不一定是晶体，B错误； C．呈现晶体外形的水晶是熔融态的缓慢冷却形成的，快速冷却形成的是玛瑙，C错误； D．晶体有固定的熔点，纳米铁粉的熔点与晶粒大小有关，故D正确； 故选D。 【变式1-1】下列叙述中，正确的是 A．石英玻璃和水晶都是晶体 B．粉末状的固体也可能是晶体 C．晶胞是晶体中最小的平行六面体 D．晶体与非晶体的根本区别在于固体是否具有规则的几何外形 【答案】B 【详解】A．石英玻璃是非晶体，而水晶是晶体，因此两者不都是晶体，A错误； B．若粉末状固体由微小晶粒组成，每个颗粒仍为晶体，B正确； C．晶胞是晶体最小重复单位，晶胞一般为平行六面体，但不一定都是平行六面体，C错误； D．晶体与非晶体的根本区别在于内部结构是否有序，而非几何外形，D错误； 故选B。 【变式1-2】下列说法不正确的是 A．激光、焰火都与电子跃迁释放能量有关 B．可燃冰(CH4•8H2O)中甲烷与水分子间存在氢键 C．区别晶体与非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验 D．晶体的自范性是晶体在微观空间呈周期性有序排列的宏观表象 【答案】B 【详解】A．电子由高能级跃迁至较低能级时，要释放能量，霓虹灯光、激光、焰火都与电子跃迁释放能量有关，故A正确； B．可燃冰中水分子间存在氢键，但CH4与H2O之间不存在氢键，故B错误； C．区别晶体与非晶体最科学的方法是对固体进行X射线衍射实验，故C正确； D．晶体的自范性是晶体在微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象，故D正确； 故选B。 【变式1-3】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 【详解】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。 题型02 晶体的特性 自范性： 定义：晶体在熔融态、气态或溶液中，在适宜条件（如缓慢冷却、充分生长时间）下，能自发形成具有规则几何外形的特性。 本质原因：内部粒子的周期性有序排列，使晶体生长时粒子按特定规律堆积。 各向异性： 定义：晶体在不同方向上的物理性质（如硬度、导热性、导电性、折射率等）存在差异的特性。 本质原因：晶体中粒子的排列具有方向性，不同方向上粒子间的相互作用或粒子间距不同，导致物理性质不同。 固定熔点： 特性表现：晶体熔化时，需吸收能量破坏粒子间的作用力，温度保持不变（直至完全熔化），对应温度为固定熔点。 与非晶体差异：非晶体熔化时，粒子无序排列的结构逐渐被破坏，温度随能量吸收持续升高，无固定熔点。 对称性： 定义：晶体的几何外形和内部粒子排列具有特定的对称规律（如轴对称、面对称、中心对称等）。 本质原因：粒子周期性有序排列的必然结果，是晶体的重要结构特征之一。 【典例2】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．缺角的硫酸铜晶体在饱和CuSO4溶液中慢慢变为规则的立方体晶块 C．圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自范性 D．由玻璃制成规则的玻璃球，体现了晶体的自范性 【答案】B 【详解】A．晶体在固态时不具有自发性，不能形成新的晶体，故A错误； B．晶体具有自范性，晶体从溶液中析出，可形成规则的立方体晶体，故B正确； C．圆形容器中结出的冰是圆形，不是自发形成的，故C错误； D．玻璃体属于非晶体，不具有自范性，由玻璃制成规则的玻璃球不是自发进行的，故D错误； 故选B。 【变式2-1】物质的聚集状态与其性能之间关系密切。下列说法错误的是 A．等离子体由电子、阳离子和电中性粒子组成，具有良好的导电性和流动性 B．大多数离子液体含有体积很大的阴、阳离子，呈液态，难挥发 C．液晶既具有液体的流动性，又具有类似晶体的各向异性 D．圆形容器中结出的冰是圆形的，体现了晶体的自范性 【答案】D 【详解】A．等离子体是由阳离子、中性粒子、自由电子等多种不同性质的粒子所组成的电中性物质，其中阴离子(自由电子)和阳离子分别的电荷量相等，具有良好的导电性和流动性，A正确； B．离子液体是指全部由离子组成的液体，大多数离子液体含有体积很大的阴、阳离子，呈液态，难挥发，B正确； C．液晶状态介于液体和晶体之间，既具有液体的流动性，又具有类似晶体的各向异性，C正确； D．晶体的自范性就是晶体能自发呈现多面体外形的性质；圆形容器中结出的冰是圆形的是外部容器的形状，不能体现了晶体的自范性，D错误； 故选D。 【变式2-2】多数晶体中的微观粒子服从紧密堆积原理的根本原因是 A．便于形成规则的几何外形 B．微观粒子结合得越紧密，体系总能量越低，体系就越稳定 C．便于使晶体具有对称性 D．为了使晶体具有各向异性 【答案】B 【详解】多数晶体中的微观粒子服从紧密堆积原理，是因为微观粒子结合得越紧密，体系总能量越低，体系就越稳定，B满足题意； 故选：B。 【变式2-3】下列有关晶体的说法中一定正确的是 A．凡是具有规则外形的固体都是晶体，晶体研碎后即变为非晶体 B．进行快速蒸发明矾饱和溶液至大量晶体析出可以获得较大颗粒的明矾晶体 C．晶体的各向异性和周期性、对称性是矛盾的 D．晶体具有自范性，有固定的熔点，可以使X光发生有规律的衍射 【答案】D 【详解】A．晶体有整齐规则的几何外形，但是具有规则外形的不一定是晶体，例如玻璃，晶体研碎后并没有改变晶体的结构排列仍然是晶体，故A错误； B．自然冷却，可使晶粒生长，培养明矾晶体时，应使饱和溶液缓慢冷却才能得到较大颗粒的晶体，急速冷却，得到细小颗粒，故B错误； C．晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同，即为各向异性，晶体的对称性是微观粒子按一定规律做周期性重复排列，两者没有矛盾，故C错误； D．晶体与非晶体最本质的区别是组成物质的粒子在微观空间是否有序排列，晶体具有自范性，有固定的熔点，可以使X光发生有规律的衍射，故D正确； 故选D。 题型03 金属的特性及原因解释 导电性： 特性：金属在固态或熔融态均能导电（部分金属液态导电性略低于固态）。 原因：金属晶体中存在自由电子，在外加电场作用下，自由电子能定向移动形成电流。 导热性： 特性：金属具有良好的导热性，能快速传递热量。 原因：温度升高时，金属阳离子的振动幅度增大，自由电子在运动过程中可与阳离子碰撞，将能量从高温区域传递到低温区域。 延展性： 特性：金属能被拉伸成细丝（延性）或压成薄片（展性），形变过程中不易断裂。 原因：金属键无方向性和饱和性，当金属受到外力作用时，金属阳离子间发生相对滑动，自由电子可重新分布在滑动后的阳离子间，维持金属键的作用，不破坏晶体结构。 金属光泽： 特性：多数金属在固态时具有银白色或金属光泽（少数金属如金、铜有特殊颜色），且光泽仅存在于表面（粉末状金属多呈暗灰色）。 原因：金属晶体中的自由电子能吸收可见光，再将吸收的能量以可见光形式反射，形成金属光泽；粉末状金属粒子无序排列，反射光散射，故光泽减弱。 【典例3】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，又把各种波长的光大部分反射出来 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价电子，形成了“电子气”，在外电场的作用下自由电子定向移动形成电流 C．金属具有良好的导热性能，是因为自由电子在受热后，加快了运动速率，自由电子通过与金属离子发生碰撞，传递能量 D．金属晶体具有良好的延展性，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 【答案】D 【分析】A、金属一般具有银白色光泽与自由电子有关； B、金属内部自由电子定向移动； C、与自由电子的运动有关； D、金属原子间的滑动。 【详解】A. 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的缘故，故A正确； B. 金属内部有自由电子，当有外加电压时电子定向移动，故B正确； C. 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，故C正确； D. 当金属晶体受到外力作用时，金属原子间滑动而不断裂，所以表现出良好的延展性，故D错误； 故答案选D。 【变式3-1】下列关于金属键与金属性质关系的描述中，不正确的是 A．自由电子吸收可见光后又迅速地释放，使金属具有不透明性和金属光泽 B．金属的导电性是由自由电子的定向运动体现的 C．金属的导热性是通过自由电子与金属阳离子的相互碰撞完成的 D．金属的导热性和导电性都是通过自由电子的定向运动完成的 【答案】D 【详解】A．因为自由电子吸收并反射了大部分可见光，从而使金属变得不透明且有光泽，A正确； B．自由电子在外加电场下的定向运动而形成了电流产生导电性，B正确； C．自由电子在受热运动中与金属阳离子发生碰撞时会进行能量的传递，这些能量会以热量形式释放出来而形成金属的导热性，C正确； D．导电性主要依赖自由电子的定向运动，而导热性主要通过自由电子的无规则热运动及碰撞传递能量，而非定向运动，D错误； 故答案为：D。 【变式3-2】利用铝粉制“银粉”漆，是利用了金属的 A．导电性 B．导热性 C．延展性 D．金属光泽 【答案】D 【详解】铝是银白色有金属光泽的固体，利用铝粉制“银粉”漆，是利用了金属Al具有“金属光泽”的特性，D符合题意； 答案选D。 【变式3-3】从人类利用金属的历史看，先是青铜器时代，后是铁器时代，而铝的利用只是近百年的事，造成这个先后顺序事实的最主要因素是 A．地壳中金属元素的含量 B．金属的延展性 C．金属的导电性 D．金属冶炼的难易程度 【答案】D 【详解】地壳里含量最高的是金属铝，但铝开发利用的时间在铜、铁之后，说明金属大规模开发利用主要和金属的活动性有关，活动性弱的金属容易以单质形式存在，易被开发和利用，活动性强的金属一般以化合物形式存在，难以冶炼，故与金属冶炼的难易程度有关，故D符合题意； 答案选D。 题型04 金属键的概念及强弱 概念： 定义：金属晶体中，金属阳离子与自由电子之间通过静电作用形成的化学键。 本质：静电作用（包含金属阳离子对自由电子的吸引，以及自由电子间、阳离子间的排斥，整体呈平衡状态），无方向性和饱和性。 形成基础：金属原子失去价电子形成金属阳离子，价电子脱离原子核束缚，在整个晶体中自由移动（形成 “自由电子海”），阳离子沉浸于自由电子海中。 强弱影响因素： 金属阳离子半径：阳离子半径越小，对自由电子的静电吸引力越强，金属键越强。 金属阳离子所带电荷数：阳离子电荷数越多，单位体积内正电荷密度越大，对自由电子的吸引力越强，金属键越强。 自由电子数目：单位体积内自由电子数目越多，阳离子与自由电子的静电作用越充分，金属键越强（通常与阳离子电荷数相关，电荷数越多，自由电子数也越多）。 【典例4】下列有关金属键的叙述错误的是 A．金属能导热是因为自由电子自身与金属阳离子发生碰撞实现的 B．金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用 C．金属键中的电子属于整个金属 D．金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关 【答案】B 【详解】金属键是金属阳离子和自由电子之间强烈的相互作用，既有金属阳离子和自由电子间的静电吸引作用，也存在金属阳离子之间及自由电子之间的静电排斥作用。答案选B。 【变式4-1】下列有关作用力的说法正确的是 A．金属键、离子键、分子间作用力都没有方向性和饱和性 B．键能、金属的原子化热、晶格能分别可以衡量氢键、金属键、离子键的强弱 C．离子键、金属键、氢键、范德华力本质上都是静电作用 D．乙酸、丙醇、丙酮的沸点都比丁烷高是因为前三者分子间都存在氢键 【答案】C 【详解】A．氢键有方向性和饱和性，而氢键属于分子间作用力，除氢键之外的分子间作用力没有方向性和饱和性，故A错误； B．氢键属于分子间作用力，不能用键能来衡量，故B错误； C．离子键、金属键、氢键都与静电作用有关，分子间作用力又被称为范德华力，按其实质来说是一种电性的吸引力，故C正确； D．丙酮不存在氢键，故D错误； 故选：C。 【变式4-2】金属键的强弱与金属价电子数多少有关，价电子数越多金属键越强，与金属阳离子的半径大小也有关，半径越大，金属键越弱。据此判断下列金属熔点逐渐升高的是(　　) A．Li　Na　K B．Na　Mg　Al C．Li　Be　Mg D．Li　Na　Mg 【答案】B 【详解】A. Li、Na、K的价电子数相同，原子半径依次增大，则金属键依次减弱，所以Li、Na、K的熔点逐渐降低，故A错误； B. Na、Mg、Al的价电子数依次增多，原子半径依次减小，则金属键依次增强，所以Li、Na、K的熔点逐渐升高，故B正确； C. Be、Mg的价电子数相同，原子半径依次增大，则金属键依次减弱，所以Be的熔点大于Mg，故C错误； D. Li、Na的价电子数相同，原子半径依次增大，则金属键依次减弱，所以Li的熔点大于Na，故D错误。 故选B。 【变式4-3】要使金属晶体熔化必须破坏其中的金属键。金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱。由此判断下列说法正确的是 A．金属镁的熔点高于金属铝 B．碱金属单质的熔、沸点从Li到Cs是逐渐升高的 C．金属镁的硬度小于金属钙 D．金属铝的硬度大于金属钠 【答案】D 【详解】A．因为镁离子带2个正电荷，而铝离子带3个正电荷，所以镁的金属键比铝弱，所以镁的熔点低于金属铝，A错误； B．碱金属都属于金属晶体，从Li到Cs金属阳离子半径增大，对外层电子束缚能力减弱，金属键减弱，所以熔沸点降低，B错误； C．因为镁离子的半径比钙离子小，所以镁的金属键比钙强，则镁的硬度大于金属钙，C错误； D．因为铝离子带3个正电荷，而钠离子带1个正电荷，所以铝的金属键比钠强，则铝的硬度大于金属钠，D正确； 故答案选D。 题型05 金属晶体的结构与性质 结构特征： 粒子构成：由金属阳离子和自由电子构成，无独立分子（金属晶体的化学式仅表示金属原子的最简整数比）。 堆积方式：金属阳离子通常按 “紧密堆积” 方式排列（以最大化空间利用率），常见堆积类型有简单立方堆积、体心立方堆积、面心立方最密堆积、六方最密堆积。 作用力：仅含金属键（无其他化学键），自由电子在整个晶体中自由移动，形成 “电子海” 模型。 性质与结构的关联： 熔沸点：金属键越强，熔沸点越高（阳离子半径小、电荷数多的金属，熔沸点通常较高）；金属键较弱的金属，熔沸点较低（部分金属常温下呈液态）。 硬度：金属键越强，晶体硬度越大（阳离子半径小、电荷数多的金属，硬度通常较大）；金属键较弱的金属，硬度较小（易变形）。 导电性与导热性：均依赖自由电子的运动，自由电子越活跃（金属键对电子束缚适中），导电性、导热性越强。 【典例5】按下列四种有关性质的叙述，可能属于金属晶体的是(　　) A．由分子间作用力结合而成，熔点低 B．固体或熔融后易导电，熔点在1000 ℃左右 C．由共价键结合成网状结构，熔点高 D．固体和熔融状态不导电，但溶于水后可能导电 【答案】B 【详解】根据叙述，A为分子晶体；B中固体能导电，熔点在1000 ℃左右，不是很高，排除石墨等固体，应为金属晶体；C为原子晶体；D为离子晶体。答案选B。 【变式5-1】下列有关金属键与金属晶体的说法中错误的是 A．金属内部的自由电子为许多金属原子所“共有” B．金属键不具有饱和性和方向性 C．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 D．体心立方堆积的空间利用率最高 【答案】D 【详解】A．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，为整个金属的所有阳离子所共有，A正确； B．金属键是金属阳离子和自由电子之间的强烈相互作用，自由电子为整个金属的所有阳离子所共有，所以金属键没有方向性和饱和性，B正确； C．从基本构成微粒的性质看，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的强烈相互作用，C正确； D．金属晶体得堆积方式中空间利用率分别为：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%，体心立方堆积的空间利用率不是最高，D错误； 故选D。 【变式5-2】a、b、c分别代表金属晶体中三种常见的立方晶胞结构(如图)，则晶胞a、b、c中离顶点的金属原子最近且距离相等的金属原子的个数比为。 A．1：1：2 B．8：6：4 C．2：4： 3 D．4：3：6 【答案】D 【详解】a中晶胞体心的原子离顶点的金属原子最近，离顶点的金属原子最近且距离相等的金属原子有8个；b中同一条棱上的原子距离最近，离顶点的金属原子最近且距离相等的金属原子有6个；c中面心的原子离顶点的金属原子最近，离顶点的金属原子最近且距离相等的金属原子有12个；所以晶胞a、b、c中离顶点的金属原子最近且距离相等的金属原子的个数比为8：6：12=4：3：6，选D。 【变式5-3】关于金属晶体的六方最密堆积的结构形式的叙述正确的是(　　) A．晶胞是六棱柱 B．晶胞是六面体 C．每个晶胞中含4个原子 D．每个晶胞中含17个原子 【答案】B 【详解】A.金属晶体的六方最密堆积结构形式的晶胞是六棱柱的1/3,故A错误； B.金属晶体的六方最密堆积结构形式的晶胞是六棱柱的1/3，即平行六面体,故B正确； C.每个晶胞中绝对占有2个原子，故C错误； D.每个晶胞中有8个顶点和1个内部原子, 晶胞中绝对占有2个原子,故D错误；答案：B。 题型06 晶胞的概念及判断 概念： 定义：晶体结构中最小的重复单元，其形状通常为平行六面体，通过晶胞在三维空间的 “无隙并置”（无间隙、不重叠地重复排列）可形成整个晶体。 核心特征：具有周期性（晶胞的组成、结构与整个晶体一致）和重复性（晶胞的排列规律代表晶体的排列规律）。 判断依据： 重复性：该单元能通过平移（无旋转或翻转）在三维空间重复排列，形成完整晶体，且排列后无间隙、不重叠。 最小性：在所有能重复的单元中，该单元的体积最小（不存在比其更小的、仍能体现晶体周期性的重复单元）。 结构一致性：晶胞内粒子的种类、数目及连接方式，与晶体整体的粒子构成和排列规律一致。 晶胞的基本类型： 按几何形状：主要为平行六面体，根据边长（a、b、c）和夹角（α、β、γ）的差异，可分为立方晶胞、四方晶胞、正交晶胞等七种基本晶系（金属晶体中立方晶胞、六方晶胞较常见）。 【典例6】根据下列晶体的晶胞结构，判断化学式正确的是 A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．一个晶胞中：A原子在体内，故个数为1，B原子在八个顶点上，故个数为，故化学式为AB，A错误； B．一个晶胞中：E原子在顶点，故个数为，F原子在顶点上，故个数为，故化学式为EF，B错误； C．一个晶胞中：X原子在体内，故个数为1，Y原子在六个面心上，故个数为：，Z原子在八个顶点上，故个数为，故化学式为XY3Z，C正确； D．一个晶胞中：A原子在八个顶点和六个面心，故个数为，B原子在12条棱上和体内，故个数为，故化学式为AB，D错误； 故选C。 【变式6-1】碳化硅晶体具有多种结构，其中一种晶体的晶胞(如图所示)与金刚石的类似。 下列判断不正确的是 A．该晶胞中含有4个SiC分子 B．该晶体中只存在极性键 C．该晶体中Si的化合价为+4 D．该晶体中每个C原子杂化类型均为 【答案】A 【详解】A．SiC晶体属于共价晶体，不存在SiC分子，A错误； B．该晶体中只存在C-Si极性键，B正确； C．C的电负性大于Si，所以该晶体中Si的化合价为+4，C正确； D．该晶体中，每个C原子与4个Si原子形成4个σ键，C原子无孤电子对，C的杂化类型为sp3，D正确； 故答案选A。 【变式6-2】一种含锗的化合物应用于太阳能电池，其晶胞为长方体，结构如图（A）。下列说法不正确的是 A．该锗化合物晶胞的表示方式有多种，图中D图不能表示此化合物的晶胞 B．该晶体中含有的化学键：离子键、极性键、配位键、键 C．该晶胞中，与单个配位的离子数为6，其空间构型为正八面体 D．较有较高的熔点 【答案】D 【详解】A．D图不是晶胞，不符合“三套各四根平行棱分别相同”晶胞构成条件，按均摊法计算，A、B、C中小黑球均为1个，小灰球为3个，大球1个，而D中，小黑球为，大球1个，小灰球为，故A正确； B．从该晶体的结构知，该晶体为离子晶体，中含有极性键、配位健、键，、与之间存在离子键，故B正确； C．该晶胞中位于体心，位于面心，故与单个配位的离子数为6，其空间构型为正八面体，故C正确； D．和 均为离子晶体，的半径比的半径更大，离子键更弱， 较熔点低，故D错误； 故答案选D。 【变式6-3】某氮化铬的晶胞结构与氯化钠的相同，已知N原子在晶胞中的位置如图所示，原子坐标，。下列说法不正确的是 A．距离Cr原子最近的N原子有12个 B．晶胞中Cr原子沿x轴方向的投影为 C．Cr原子位于N原子构成的八面体空隙中 D．A和B最近的两个Cr原子的坐标为， 【答案】A 【详解】A．氮化铬的晶胞结构与氯化钠的相同，距离Cr原子最近的N原子有6个，A错误； B．晶胞中Cr原子所在位置为棱心和体心，沿x轴方向的投影为，B正确； C．距离Cr原子最近的N原子有6个，Cr原子位于N原子构成的八面体空隙中，C正确； D．A和B最近的两个Cr原子位于点A、B所在平面，与A相连的两条棱的棱心上，坐标为，，D正确； 故选A。 题型07 晶胞中粒子数目的计算 计算原理： 均摊法：晶胞中的粒子通常被多个晶胞共用，需按粒子在晶胞中的位置（顶点、棱上、面心、体心、内部）计算其对单个晶胞的 “贡献值”，再将各位置的贡献值相加，得到单个晶胞所含粒子总数。 不同位置粒子的贡献值： 顶点：粒子被 8 个相邻晶胞共用，对单个晶胞的贡献值为 1/8。 棱上：粒子被 4 个相邻晶胞共用，对单个晶胞的贡献值为 1/4（仅指平行六面体晶胞的棱，六方晶胞棱上贡献值需结合具体结构，部分为 1/6）。 面心：粒子被 2 个相邻晶胞共用，对单个晶胞的贡献值为 1/2。 体心：粒子完全属于单个晶胞，对单个晶胞的贡献值为 1。 晶胞内部（非体心的内部粒子）：粒子完全属于单个晶胞，贡献值为 1（如某些晶胞内部含有的原子、离子）。 计算步骤： 确定粒子在晶胞中的位置（顶点、棱、面心、体心、内部）。 按对应位置的贡献值计算各位置的粒子数（位置粒子总数 × 贡献值）。 将所有位置的粒子数相加，得到单个晶胞的粒子总数。 若晶胞含多种粒子，需分别计算每种粒子的数目，明确晶胞的粒子组成。 【典例7】下列描述正确的是 A．自然界硫元素在转化中都是被氧化 B．中为杂化 C．氧化为时，断裂键和键 D．图所示晶胞中有14个 【答案】B 【详解】A．硫黄矿(S)、硫铁矿(FeS2)等含有的硫元素为中间价态，转化中既可以被氧化也可以被还原，A错误； B．中心S价层电子对数=3+=4，S为杂化，B正确； C．中只有两条键，氧化为S时，断裂键，C错误； D．图所示晶胞中S2-位于体内，有个，D错误； 故选B。 【变式7-1】有关晶体的结构如图所示，下列说法正确的是 A．冰中的每个水分子均摊4个氢键 B．工业上以二氧化硅，焦炭为原料制备高纯硅和二氧化碳气体 C．如图所示的金刚石晶胞中有6个碳原子 D．在晶胞中，1个分子周围有12个紧邻分子 【答案】D 【详解】A．根据图中信息冰中每个水分子与周围四个水分子以分子间氢键形成，每个氢键都为两个水分子所共有，因而每个水分子均摊氢键数为，A错误； B．工业上以二氧化硅和焦炭为原料制在加热条件下发生反应，备高纯硅和CO气体，B错误； C．如图所示的金刚石晶胞中碳原子有8个在顶点，6个在面心，4个在体内，因此含有个碳原子，C错误； D．根据晶胞，以顶点的二氧化碳分子分析，与面心的二氧化碳分子紧邻，每个横截面有4个，总共有3个横截面，因此1个分子周围有12个紧邻分子，D正确； 故选D。 【变式7-2】氧元素的单质及化合物应用广泛。下列说法正确的是 A．16O、17O、18O互为同素异形体 B．分子中键角大小：SO2>SO3 C．Na2O2、H2O2晶体类型相同 D．上图所示1个Cu2O晶胞中有4个铜原子 【答案】D 【详解】A．16O、17O、18O互为同位素，故A错误； B．SO2分子中S原子价电子对数为3，有1个孤电子对，SO3分子中S原子价电子对数为3，无孤电子对，分子中键角大小：SO2<SO3，故B错误； C．Na2O2是离子晶体、H2O2是分子晶体，晶体类型不相同，故C错误； D．根据均摊原则，白球个数,2、黑球个数为4，根据化学式，可知黑球表示Cu原子，所以1个Cu2O晶胞中有4个铜原子，故D正确； 选D。 【变式7-3】下列对结构模型的分析错误的是 A．图1为晶胞示意图，每个晶胞中有4个 B．图2为二氧化硅结构示意图，晶体中Si原子与Si-O键个数比为 C．图3为金属铜晶胞示意图，晶体中铜原子周围紧邻且等距的铜原子数为12 D．图4为苯甲酸层状结构示意图，苯甲酸分子形成氢键机会大于苯乙醇，熔点更高 【答案】B 【详解】A．中位于棱上和体心，每个晶胞中有个，A正确； B．每个Si原子连接4个O原子，晶体中Si原子与Si-O键个数比为，B错误； C．以顶点的Cu原子为例，与顶点Cu原子紧邻且等距的铜原子位于面心，则晶体中铜原子周围紧邻且等距的铜原子数为12，C正确； D．苯甲酸分子中羧基上有2个氧原子与其他苯甲酸分子中羧基上的氢原子形成分子间氢键，苯乙醇分子中羟基上只有一个氧原子与其他苯乙醇分子中羟基上的氢原子形成分子间氢键，所以苯甲酸分子形成氢键机会大于苯乙醇，熔点更高，D正确； 故选B。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $