2024人教版新教材高中化学选择性必修2同步练习--第1课时　金属键　金属晶体（含解析）

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2024人教版新教材高中化学选择性必修2
第三节　金属晶体与离子晶体
第1课时　金属键　金属晶体
基础过关练
题组一　金属键与电子气理论
1.(2022山东名校联盟联合调研)下列关于金属及金属键的说法正确的是(　　)
A.金属键具有方向性与饱和性
B.金属键是金属阳离子与“自由电子”间的相互作用
C.金属导电是因为在外加电场作用下产生“自由电子”
D.金属在常温下都是晶体
2.(2021湖南长沙检测)下列关于金属晶体和金属键的叙述中,错误的是(　　)
A.金属单质的物理性质与金属键的强弱无关
B.金属的导电、导热性都跟金属晶体里自由电子的移动有关
C.金属晶体里的自由电子为许多金属离子共有
D.金属键是指金属离子与自由电子产生的强烈相互作用
3.金属键的实质是(　　)
A.金属阳离子和自由电子之间的相互排斥
B.阴、阳离子之间的相互作用
C.金属阳离子和自由电子之间的相互吸引
D.金属阳离子和自由电子之间的相互作用
4.金属晶体的形成是因为晶体中存在(　　)
A.脱落价电子后的金属离子间的相互作用
B.金属原子间的相互作用
C.脱落了价电子的金属离子与脱落的价电子间的相互作用
D.金属原子与价电子间的相互作用
5.下列不能用电子气理论解释的是(　　)
A.导电性　　　　B.导热性　　　　C.延展性　　　　D.锈蚀性
6.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粒子间的强烈相互作用,其实质是一种电性作用
B.金属键可以看作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.金属键是带异性电荷的金属阳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.自由电子在整个金属内部的三维空间中自由运动
7.金属键越强,金属的硬度越大,熔、沸点越高,且研究表明,一般金属原子半径越小,价层电子数越多,金属键越强。由此判断下列说法正确的是(　　)
金属 Na Mg Al Cr
原子价层电子排布 3s1 3s2 3s23p1 3d54s1
原子半径/pm 186 160 143.1 124.9
A.镁的硬度大于铝
B.镁的熔、沸点低于钙
C.镁的硬度小于钾
D.钙的熔、沸点高于钾
8.(2022河北大名中学期中)如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
题组二　金属晶体的通性
9.(2021福建莆田第二十五中学月考)下列生活中涉及的化学知识,不能用金属键理论解释的是　(　　)
A.用铁制品作炊具　　　　　
B.铁易生锈
C.用铂金作首饰　　　　　
D.金属铝制成导线
10.(2020山东枣庄三中月考)金属材料具有良好的延展性的原因是(　　)
A.金属原子半径都较大,价电子数较少
B.金属受外力作用变形时,金属中各原子层会发生相对滑动
C.金属中大量自由电子受外力作用时,运动速率加快
D.自由电子受外力作用时能迅速传递能量
11.根据下列晶体的相关性质,判断可能属于金属晶体的是(　　)
选项 晶体的相关性质
A 由分子间作用力结合而成,熔点低
B 固态或熔融态时易导电,熔点在1 000 ℃左右
C 由共价键结合成空间网状结构,熔点高
D 固体不导电,但溶于水或熔融后能导电
12.下列关于金属晶体的叙述正确的是(　　)
A.常温下,金属单质都以金属晶体形式存在
B.金属阳离子与自由电子之间的相互作用,在一定外力作用下,不因形变而消失
C.钙的熔、沸点低于钾
D.温度越高,金属的导电性越好
13.下列叙述中正确的是(　　)
A.金属受外力作用时常常发生形变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
14.某新型“防盗玻璃”为多层结构,每层中间嵌有极细的金属线,当玻璃被击碎时,与金属线相连的警报系统就会立即报警。“防盗玻璃”能报警是利用了金属的(　　)
A.延展性　　　　　　B.导电性　
C.弹性　　　　　 　D.导热性
15.在金属晶体中,金属原子的价电子数越多,原子半径越小,自由电子与金属阳离子间的作用力就越大,金属的熔点就越高。由此判断下列各组金属的熔点高低顺序,其中正确的是(　　)
A.Mg>Al>Ca　　　　　B.Al>Na>Li
C.Al>Mg>Ca　　　　　D.Mg>Ba>Al
能力提升练
题组一　金属键和金属晶体
1.下列叙述正确的是(　　)
A.任何晶体中,若含有阳离子,则一定含有阴离子
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
2.(2021山东济宁月考)物质结构理论推出:金属键越强,金属的硬度越大,熔、沸点越高。一般来说,金属阳离子半径越小,所带电荷越多,则金属键越强,由此判断下列说法错误的是(　　)
A.硬度:Mg>Al　　　　　
B.熔点:Mg>Ca
C.硬度:Mg>K　　　　　
D.熔点:Ca>K
3.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阳离子和自由电子的定向移动实现的
②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
③Na、Mg、Al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
4.金属晶体的熔点取决于(　　)
A.金属键的强弱
B.金属元素的化合价
C.金属晶体中电子数的多少
D.金属阳离子的半径大小
5.(2021河南名校联盟开学考)铁镁合金是目前已发现的储氢密度较高的储氢材料之一,其晶胞结构如图所示(黑球代表Fe,白球代表Mg)。则下列说法错误的是(　　)
A.铁镁合金的化学式可表示为Mg2Fe
B.晶胞中有14个铁原子
C.晶体中存在的化学键类型为金属键
D.该晶胞的质量是 g(NA表示阿伏加德罗常数的值)
6.(2020天津静海一中月考)某复合型氧化物可用于制造航母中的热敏传感器,其晶胞结构如图所示,其中A为晶胞的顶点,A可以是Ca、Sr、Ba或Pb。当B是V、Cr、Mn或Fe时,这种化合物具有良好的电学性能。下列说法正确的是(　　)
A.金属Ca、Sr、Ba的熔点依次升高
B.用A、B、O表示的该复合型氧化物晶体的化学式为ABO3
C.在制造Fe薄片时,金属键完全断裂
D.V、Cr、Mn、Fe晶体中均存在金属阳离子和阴离子
7.(2021安徽合肥检测)铜及其合金是人类最早使用的金属材料,铜的化合物在现代生活和生产中有着广泛的应用。
(1)铜的熔点比钙的高,其原因是　　　　　　　　　　　　　　。
(2)金属铜的晶体中1个铜周围等距离且相邻的铜个数为12,则其晶胞为如图中的　　　　(填字母)。
(3)某磷青铜晶胞结构如图所示。
①其化学式为　　　　。
②该晶体中距离Cu原子最近的Sn原子有　　　　个,这些Sn原子所呈现的构型为　　　　。
题组二　金属晶体及其计算
8.(2022河南辉县一中阶段考)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,其立方晶胞结构如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.δ-Fe晶胞中含有2个铁原子,每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个
B.设α-Fe晶胞的边长为x cm,NA表示阿伏加德罗常数的值,则α-Fe晶体的密度为 g/cm3
C.设γ-Fe晶胞中铁原子的半径为d cm,则γ-Fe晶胞的体积是16d3 cm3
D.已知铁的相对原子质量为a,阿伏加德罗常数为NA mol-1,δ-Fe晶胞的密度为ρ g/cm3,则铁原子的半径为 cm
9.(2021福建福州连江五中质检)东晋《华阳国志·南中志》卷四中已有关于白铜的记载,云南镍白铜(铜镍合金)闻名中外,曾主要用于造币,亦可用于制作仿银饰品。回答下列问题:
(1)镍元素基态原子的电子排布式为　　　　　　,3d能级上的未成对电子数为　　　　。
(2)硫酸镍溶于氨水形成[Ni(NH3)6]SO4蓝色溶液。
①[Ni(NH3)6]SO4中元素的电负性最强的是　　　　。
②氨的沸点　　　　(填“高于”或“低于”)PH3,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)单质铜及镍都是由　　　　键形成的晶体;元素铜与镍的第二电离能分别为:ICu=1 958 kJ·mol-1、INi=1 753 kJ·mol-1,ICu>INi的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)某镍白铜合金的立方晶胞结构如图所示。
①晶胞中铜原子与镍原子的数量比为　　　　。
②若合金的密度为d g·cm-3,晶胞边长为　　　　nm。(列出计算式即可,NA表示阿伏加德罗常数的值,相对原子质量:Cu 64,Ni 59)
答案全解全析
基础过关练
1.B　金属键是存在于金属阳离子和“自由电子”之间的强的相互作用,没有方向性和饱和性,A错误,B正确;金属中存在金属阳离子和“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;Hg在常温下是液体,D错误。
2.A　金属键的强弱决定金属的熔、沸点和硬度等物理性质,故A错误。
3.D　金属晶体中存在金属阳离子和自由电子之间的吸引作用,金属阳离子之间的排斥作用、自由电子之间的排斥作用。综上所述,A、B、C错;D正确。
4.C　金属晶体的形成是因为晶体中存在脱落了价电子的金属离子与脱落的价电子间的相互作用,C项正确。
5.D　电子气理论可以解释金属晶体的导电性、导热性、延展性等物理性质,但不能解释其锈蚀性。
6.B　金属键的实质是电性作用,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,被整个金属的阳离子所共有,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。故选B。
归纳总结
　　金属晶体中的电子不专属于某一个或几个特定的金属阳离子,而是分布在整块晶体中,因此金属晶体中存在所有金属阳离子与所有自由电子之间的电性作用,这就是金属键。金属键没有方向性和饱和性。
7.D　价层电子数Al>Mg,原子半径AlCa,故B项错误;价层电子数Mg>K,原子半径MgK,原子半径Ca8.C　金属能导电是因为自由电子在外加电场作用下定向移动,A项错误;金属能导热是因为自由电子在热的作用下与金属原子碰撞,从而发生热的传导,B项错误;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,D项错误。
9.B　用铁制品作炊具是利用了金属的导热性,能用金属键理论解释,A项不符合题意;日常生活中的铁易生锈是因为铁易发生电化学腐蚀,不能用金属键理论解释,B项符合题意;用铂金作首饰是因为其有金属光泽,能用金属键理论解释,C项不符合题意;金属铝制成导线是利用金属的导电性,能用金属键理论解释,D项不符合题意。
10.B　金属原子价电子数较少,容易失去电子,不能说明有延展性,A错误;金属受外力作用时,金属原子层之间会发生相对滑动,但不会改变原来的排列方式,故金属有良好的延展性,B正确;金属的延展性与原子层的相对滑动有关,与电子的运动无关,C错误;自由电子传递能量与金属延展性无关,可以影响金属的导热性,D错误。
11.B　A项,由分子间作用力结合而成的晶体属于分子晶体,错误;B项,金属晶体中有自由移动的电子,能导电,绝大多数金属在常温下为固体,熔点较高,所以固态或熔融态时易导电,熔点在1 000 ℃左右的晶体可能属于金属晶体,正确;C项,相邻原子之间通过共价键结合形成空间网状结构的晶体属于共价晶体,错误;D项,固体不导电,说明晶体中无自由移动的带电粒子,则不可能为金属晶体,错误。
12.B　常温下,Hg为液态,A错误;因为金属键无方向性,故金属键在一定范围内不因形变而消失,B正确;钙的金属键强于钾,故钙的熔、沸点高于钾,C错误;温度升高,金属的导电性减弱,D错误。
13.D　金属受外力作用时常常发生形变而不易折断是因为金属晶体中各原子层间会发生相对滑动,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原子将能量进行传递,故C项不正确。
14.B　新型“防盗玻璃”为多层结构,每层中间嵌有极细的金属线,当玻璃被击碎时,与金属线相连的警报系统就会立即报警,利用的是金属的导电性。
15.C　原子半径从大到小的顺序是Ba>Ca>Na>Mg>Al>Li,其中Al价电子数最多,故C项正确。
能力提升练
1.D　金属晶体中存在阳离子,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;价电子数多的金属原子的金属性不一定强,如Fe的价电子数比Na多,但Fe的金属性没有Na的强,C错误;含有金属元素的离子不一定是阳离子,如Al、Mn等,D正确。
2.A　Mg、Al的电子层数相同,核电荷数大的离子半径小,价电子数Al>Mg,离子半径Al3+Mg2+,所以Mg的金属键强于Ca,故熔点Mg>Ca,B正确;离子半径Mg2+K,C正确;Ca、K位于同一周期,价电子数Ca>K,离子半径K+>Ca2+,Ca的金属键强于K,故熔点Ca>K,D正确。
3.C　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,而金属阳离子并没有移动,因此①错误;金属键是金属阳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;一般情况下,金属阳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,Na+、Mg2+、Al3+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;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。
4.A　金属晶体的熔点与金属键的强弱有关,金属阳离子的半径越小,所带电荷数越多,金属键越强,晶体的熔点越高,故A正确。
5.B　晶胞中含有铁原子的数目为8×=4,含有镁原子的数目为8,故化学式可表示为Mg2Fe,A项正确;据A项分析,晶胞中有4个铁原子,B项错误;晶体中含有金属键,C项正确;一个晶胞中含有4个“Mg2Fe”,其质量为 g= g,D项正确。
6.B　金属Ca、Sr、Ba的熔点依次降低,A不正确;由晶胞结构可知,晶胞中含有A的数目为8×=1,含有B的数目为1,含有O的数目为6×=3,故用A、B、O表示的题给复合型氧化物晶体的化学式为ABO3,B正确;在制造Fe薄片时,金属键没有断裂,C不正确;V、Cr、Mn、Fe晶体均为金属晶体,其中均存在金属阳离子和自由电子,无阴离子存在,D不正确。
7.答案　(1)铜的金属键强度大于钙　(2)C　
(3)①SnCu3P　②4　平面正方形
解析　(1)铜的原子半径比钙小,价层电子比钙多,金属键比钙强,因此铜的熔点比钙的高。 (2)金属铜的晶体中1个铜周围等距离且相邻的铜个数为12,C符合题意。(3)①根据磷青铜晶胞结构知:晶胞中P原子位于中心,含有一个磷原子,立方体每个面心含一个Cu,每个Cu分摊给一个晶胞的原子为,立方体顶角Sn分摊给每个晶胞的原子为,所以一个晶胞中含有Cu 6×=3个,含有Sn 8×=1个,含有P 1个,故化学式为SnCu3P。②该晶体中距离Cu原子最近的Sn原子有4个,这些Sn原子所呈现的构型为平面正方形。
8.B　δ-Fe晶胞中含有Fe的个数为1+8×=2;由题图可知,每个铁原子等距离且最近的铁原子有8个,A正确。α-Fe晶胞含有Fe的个数为1,则晶胞的质量为 g,体积为x3 cm3,故α-Fe晶体的密度为 g/cm3,B错误。若γ-Fe晶胞中铁原子的半径为d cm,则立方体的面对角线长为4d cm,所以立方体的边长为2d cm,则该晶胞的体积为(2d cm)3=16d3 cm3,C正确。δ-Fe晶胞中含有Fe的个数为2,则该晶胞的体积为 cm3,则其边长为 cm,该晶胞的体对角线长度为边长的倍,也是原子半径的4倍,即铁原子的半径为 cm,D正确。
9.答案　(1)1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2　2
(2)①O　②高于　NH3分子之间形成氢键,分子间作用力更强
(3)金属　Cu+的价层电子排布为3d10,Ni+的价层电子排布为3d84s1,Cu+的3d轨道处于全充满的稳定状态,再失去一个电子更难,而Ni+失去的是4s轨道的电子,所以元素铜的第二电离能高于镍
(4)①3∶1　②×107
解析　(1)Ni元素原子核外电子数为28,核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d84s2或[Ar]3d84s2,其价层电子轨道表示式为,3d能级上的未成对电子数为2。(2)①一般,同周期中从左到右元素电负性逐渐增大,同主族中从上到下元素电负性逐渐减小,故[Ni(NH3)6]SO4中元素的电负性最强的是O元素;②NH3分子之间形成氢键,分子之间的作用力更强,故NH3的沸点高于PH3的。(3)单质铜及镍都属于金属晶体,都是由金属键形成的晶体。(4)①晶胞中Ni处于顶点,Cu处于面心,则晶胞中Ni原子数目为8×=1,Cu原子数目为6×=3,故Cu与Ni原子数目之比为3∶1;②设晶胞边长为a nm,晶胞质量为g,根据m=ρV有g=d g·cm-3×(a×10-7 cm)3,解得a=×107。
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