分层作业8 金属键与金属特性
A级 必备知识基础练
1.下列性质中可证明某单质属于金属的是( )
A.有金属光泽
B.具有较高熔点
C.熔融态不导电
D.固态导电且延展性好
2.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
3.[2023河北石家庄精英中学高三调研]化学关联生活,下列生活中的现象不能用金属键知识解释的是( )
A.用铁制品做炊具
B.用金属铝制成导线
C.用铂金做首饰
D.铁器易生锈
4.铝钠合金有着广泛的应用,现有三种晶体:①铝、②钠、③铝钠合金,它们的熔点从低到高的顺序是( )
A.①②③ B.②①③
C.③②① D.③①②
5.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,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
6.[2023河北石家庄精英中学高三调研]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
7.根据所学知识填空。
(1)金属导电靠 ,电解质溶液导电靠 ;金属导电能力随温度升高而 (填“增强”或“减弱”,下同),溶液导电能力随温度升高而 。
(2)下列说法正确的有 (填字母,下同)。
a.金属元素只有金属性,没有非金属性
b.离子化合物中一定含有金属元素
c.金属性越强的元素相应离子氧化性一定越弱
d.晶体中有阳离子不一定有阴离子
e.镁晶体中1个Mg2+与2个电子有较强的作用力
f.金属原子半径越小,价电子数越多,熔点越高
(3)下列金属中,金属离子与自由电子间的作用最强的是 。
A.Na B.Mg
C.Al D.K
B级 关键能力提升练
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
C.金属的硬度大小顺序为K
9.下列有关描述正确的是( )
A.熔点:Na
D.基态Cr原子的价电子排布图:
10.元素周期表中第4周期某些过渡元素(如Ti、Mn等)在生产生活中有着广泛的应用。如钛的应用越来越受到人们的关注,锰及其化合物的应用研究是前沿科学之一,下列有关说法错误的是( )
A.钛比钢轻、比铝硬,是一种新的结构材料。钛的硬度比铝大的原因是Ti的相对原子质量大,分子间作用力更强
B.第4周期元素中,基态原子的未成对电子数与钛相同的有Ni、Ge、Se
C.已知三醋酸锰[(CH3COO)3Mn]是一种很好的有机反应氧化剂。三醋酸锰[(CH3COO)3Mn]中阳离子的价层电子排布式中电子的自旋状态相同
D.比较Fe和Mn的第三电离能,可得I3(Fe)小于I3(Mn),原因是Mn2+的3d能级是半充满的相对稳定结构,较难失去电子
11.金属的通性与其晶体结构有着密切的关系,根据铝晶体内部结构示意图,回答下列问题。
(1)图中“大球”指 ,其结构示意图为 ,微粒间产生的强烈相互作用称为 键。
(2)因为铝晶体内部存在 ,所以金属铝具有导电性。
(3)国产C919飞机外壳应用了铝合金材料。下列铝合金的性质与其用于飞机外壳无关的是 (填字母,下同)。
a.密度小
b.能导电
c.抗腐蚀性能强
d.硬度大
(4)Al2O3、MgO和SiO2都可以制耐火材料,是因为它们都是 。
a.不溶于水的物质
b.白色固体
c.氧化物
d.熔点很高的物质
(5)Al(OH)3是用量最大、应用最广的无机阻燃添加剂,结合化学方程式解释其能作阻燃剂的原因: ,Al(OH)3在碱性溶液中的电离方程式是 。
C级 学科素养拔高练
12.回答下列问题:
(1)已知原子排列越规则,原子层与层之间越容易滑动,金属铝和铝合金的原子结构排列如图所示。请说明铝合金硬度大于金属铝的原因: 。
(2)根据金属的结构特点,解释合金的熔点一般都小于其组分金属(或非金属)熔点的原因: 。
(3)K和Cr属于同一周期,且核外最外层电子构型相同,但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低,原因是 。
(4)工业上,钾由钠和KCl在一定的条件下反应制取:Na+KCl══NaCl+K↑,有关数据如下:
物质 Na K NaCl KCl
熔点/℃ 97.5 63.4 801 770
沸点/℃ 883 759 1 465 1 420(升华)
①上述反应需要控制的温度范围是 。
②金属钠比金属钾的熔、沸点高的原因是 。
答案：
1.D 解析 硅晶体具有金属光泽和较高熔点,但不属于金属;金属熔融态导电,固态也导电,并具有良好的延展性。
2.B 解析 变价金属的中间价态离子如Fe2+既有还原性又有氧化性,所以A项错误;金属元素在化合物中一般显正价,所以B项正确;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,所以C项错误;汞在常温下为液体,此时不属于晶体,所以D项错误。
3.D 解析 用铁制品做炊具利用金属的导热性,金属易导热是金属中自由电子运动时与金属离子发生碰撞引起能量交换,能用金属键知识解释,A不符合题意;金属的导电性,是通电时自由电子定向移动导致,能用金属键知识解释,B不符合题意;用铂金做首饰利用了金属光泽和延展性,金属光泽是因为自由电子能够吸收可见光,延展性是因为金属键没有方向性,能用金属键知识解释,C不符合题意;铁器易生锈是因为铁中含有碳,易发生电化学腐蚀,不能用金属键知识解释,D符合题意。
4.C 解析 三种晶体中,一般合金的熔点低于各组成金属单质的熔点,而铝与钠比较,钠的熔、沸点较低,故选C。
5.A 解析 金属中的自由电子容易吸收可见光的能量跃迁到较高能级,在返回原能级时以光的形式放出能量而使金属具有金属光泽,因此金属光泽与金属键有关,A说法错误。
6.C 解析 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,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,金属元素的原子半径越小、单位体积内自由电子数目越多,金属键越强,金属单质的熔、沸点越高,硬度越大,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;故选C。
7.答案 (1)自由电子 自由移动的离子 减弱 增强
(2)df
(3)C
解析 (2)金属元素与非金属元素通常既有金属性又有非金属性,只是金属元素的金属性更强,特别在元素周期表金属与非金属分界线附近的元素,其金属性和非金属性差别更小,a错误;铵盐如NH4Cl属于离子化合物,但不含金属元素,b错误;金属性Fe>Cu,但氧化性Fe3+>Cu2+,c错误;金属晶体中含有金属阳离子,但不含阴离子,d正确;金属晶体中自由电子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,e错误;金属原子半径越小,价电子数越多,金属键越强,金属的熔点越高,f正确。
(3)选项中的四种金属,Al的原子半径最小,价电子数最多,则Al中金属键最强。
8.D 解析 金属单位体积内自由电子的数目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,A正确;决定金属键强弱的因素是单位体积内自由电子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,B、C正确,D错误。
9.B 解析 同主族元素从上到下,原子半径递增,则金属键钠大于钾,熔点钠大于钾,同周期元素从左到右,金属原子半径递减,价电子数递增,则金属键强弱:铝大于钠,熔点铝大于钠,熔点由铝、钠、钾依次减小,A项错误;元素非金属性越强,最高价氧化物对应的水化物的酸性越强,故H2SO4
10.A 解析 钛的硬度比铝大的原因是Ti原子的价电子数比Al多,金属键更强,A错误;Ti是22号元素,有2个未成对电子,在第4周期元素中,基态原子的未成对电子数与钛相同的有28号的Ni、32号Ge、34号Se三种元素,B正确;Mn是25号元素,三醋酸锰[(CH3COO)3Mn]中阳离子Mn3+的价层电子排布式是3d4。3d能级有5个轨道,原子核外电子总是尽可能成单排列,而且自旋方向相同,这种排布使原子的能量低,比较稳定,故Mn3+的4个价电子的自旋状态相同,C正确;Fe3+的价电子排布式是3d5,处于轨道的半充满的稳定状态,而Mn2+的3d能级是半充满的相对稳定结构,再失去1个电子变为Mn3+时是3d4的不稳定状态,因此Mn2+较难失去电子,故第三电离能:I3(Fe)小于I3(Mn),D正确。
11.答案 (1)Al3+ 金属
(2)自由电子
(3)b (4)d
(5)Al(OH)3受热分解吸收大量的热,同时分解生成高熔点的氧化铝覆盖在可燃物表面,阻止与氧气接触
Al(OH)3Al3++3OH-
解析 (1)金属晶体是由金属阳离子和自由电子通过金属键结合形成的,由于金属阳离子的半径远大于电子半径,因此大球为Al3+,铝离子的结构示意图为。
(2)金属之所以能导电是因为存在自由电子。
(3)铝合金能制成飞机外壳,是因为其密度小、硬度大,且具有一定的抗腐蚀性,与其导电性无关。
(4)Al2O3、MgO和SiO2都可以制耐火材料,主要是因为三种物质的熔点都很高。
(5)Al(OH)3受热分解吸收大量的热,同时分解生成高熔点的氧化铝覆盖在可燃物表面,阻止与氧气接触,因此常用其作阻燃剂;Al(OH)3不完全电离生成铝离子和氢氧根离子,其电离方程式为Al(OH)3Al3++3OH-。
12.答案 (1)铝合金中含有原子半径较大的原子,原子层与层之间的滑动比金属铝困难,故铝合金硬度大于金属铝
(2)同一种金属原子结合时,粒子分布均匀,作用力相对较强,当加入其他原子时,金属内部粒子分布不均匀,作用力减弱,熔点降低
(3)K原子半径较大且价电子数较少,金属键较弱
(4)①801~883 ℃ ②钠原子的半径小于钾,钠的金属键强于钾
解析 (1)已知原子排列越规则,原子层与层之间越容易滑动,由金属铝和铝合金的原子结构排列图可知,铝合金中含有原子半径较大的原子,原子层与层之间的滑动比金属铝困难,故铝合金硬度大于金属铝。
(2)根据题中所给信息,同一种金属原子结合时,原子分布均匀,作用力相对较强,当加入其他原子时,由于金属原子半径大小不同,金属内部原子分布不均匀,金属键减弱,熔点降低,因此合金的熔点一般都小于其组分金属(或非金属)熔点。
(3)K和Cr都属于金属晶体,根据元素周期律,K的原子半径比Cr的大,且K的价电子数比Cr的少,则K单质内的金属键比Cr的弱,K的熔、沸点比Cr的低。
(4)①工业上,钾由钠和KCl在一定的条件下反应制取:Na+KCl══NaCl+K↑,可以推知:工业上制取金属钾的化学原理是化学平衡移动原理,使钾从液态混合物中以蒸气逸出,使生成物浓度减小,平衡向正反应方向移动,可不断得到金属钾,氯化钠在常压下转为液态的最低温度约为801 ℃,而反应的最高温度应低于883 ℃,此时金属钾可以呈气态,则上述反应需要控制的温度范围是801~883 ℃。
②金属晶体熔、沸点的高低取决于金属键的强弱,原子半径小、价电子数多的金属晶体熔、沸点高,则金属钠比金属钾熔、沸点高的原因是钠原子的半径小于钾,钠的金属键强于钾。
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