第3章不同聚集状态的物质与性质第3节液晶、纳米材料与超分子——提升训练2021-2022学年高中化学鲁科版（2019）选择性必修2（含答案）

第3章不同聚集状态的物质与性质第3节液晶、纳米材料与超分子——提升训练2021-2022学年高中化学鲁科版（2019）选择性必修2
一、选择题（共16题）
1．下列关于物质特殊聚集状态的叙述中，错误的是
A．在电场存在的情况下，液晶分子沿着电场方向有序排列
B．非晶体的内部原子或分子的排列杂乱无章
C．液晶最重要的用途是制造液晶显示器
D．由纳米粒子构成的纳米陶瓷有极高的硬度，但低温下不具有优良的延展性
2．下列说法错误的是
A．纳米颗粒界面通常为无序结构，但内部具有晶状结构
B．利用红外光谱实验可确定青蒿素分子中含有的部分基团
C．超分子内部分子之间通过氢键、弱配位键等相结合
D．电子表液晶显示器在施加电场时，液晶分子沿垂直于电场方向排列
3．某课题组设计合成的双(β-二酮)钛(Ⅳ)配合具有抗肿瘤作用，合成路线如下：
下列说法正确的是
A．乙的分子式为C8H8O2S2
B．K2CO3中阴离子的VSEPR模型为正四面体形
C．物质甲中含σ键和Π键的数目之比为7:1
D．丙中Ti的配位数为4
4．下列说法正确的是
A．破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体
B．利用超分子的分子识别特征，可以分离和
C．金属晶体能导电的原因是金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动
D．在沸水中配制明矾饱和溶液，然后急速冷却，可得到较大颗粒明矾晶体
5．科学家利用四种原子序数依次递增的短周期元素W、X、Y、Z“组合”成一种具有高效催化性能的超分子，其分子结构示意图如图所示(注：实线代表共价键，其他重复单元的W、X未标注)。W、X、Z分别位于不同周期，Z的原子半径在同周期元素中最大。下列说法不正确的是
A．Y的单质的氧化性在同主族中最强
B．简单离子半径：
C．Z与Y可形成多种离子化合物
D．简单氢化物的热稳定性；
6．下列说法正确的是
A．互为同素异形体的物质的性质完全相同
B．互为同素异形体的物质之间不可能相互转化
C．氧气和臭氧之间的转化是物理变化
D．液晶兼有液体和晶体的部分性质
7．科学家预言超级原子的发现将会重建周期表，2005年1月美国科学家在《Science》上发表论文，宣布发现Al的超原子结构Al13和Al14，Al13、Al14的性质很像现行周期表中的某主族元素，已知这类超原子当具有40个价电子时最稳定。下列说法正确的是
A．Al13、Al14互为同位素
B．All4与ⅡA族元素性质相似
C．Al13和Al14都具有强还原性，容易失去电子生成阳离子
D．Al13超原子中Al原子间是通过离子键结合的
8．美国《Science》上发表论文，宣布发现了一种 Al 的超原子结构，这种超原子（Al13）是以 1 个 Al 原子 在中心，12 个 Al 原子在表面形成的三角二十面体结构。这种超原子具有 40 个价电 子（价电 子即主族元 素的最外层电子数）时最稳定。请预测稳定的 Al13 所带的电荷为
A．－1 B．＋2 C．＋3 D．0
9．下列说法不正确的是
A．液晶态介于晶体状态和液态之间，液晶具有一定程度的晶体的有序性和液体的流动性
B．常压下，0℃时冰的密度比水的密度小，水在4℃时密度最大，这些都与分子间的氢键有关
C．石油裂解、煤的干馏、玉米制醇、蛋白质的变性和纳米银粒子的聚集都是化学变化
D．燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和NOx的催化转化都是减少酸雨产生的措施
10．中科院化学所研制的晶体材料——纳米四氧化三铁，在核磁共振造影及医药上有广泛用途，其生产过程的部分流程如下所示：
FeCl3·6H2OFeOOH纳米四氧化三铁
下列有关叙述不合理的是（ ）
A．纳米四氧化三铁具有磁性，可作为药物载体用于治疗疾病
B．纳米四氧化三铁可分散在水中，它与FeCl3溶液的分散质直径大小相等
C．在反应①中环丙胺的作用可能是促进氯化铁水解
D．反应②的化学方程式是6FeOOH＋CO===2Fe3O4＋3H2O＋CO2
11．下列对一些实验事实的理论解释正确的是
选项 实验事实 理论解释
A 氮原子的第一电离能大于氧原子 氮原子2p能级半充满
B 酸性： 非金属性：
C 金刚石的熔点低于石墨 金刚石是分子晶体，石墨是共价晶体
D 白磷分子为正四面体结构 白磷分子中的键角为
A．A B．B C．C D．D
12．下列关于纳米材料基本构成微粒的叙述中错误的是
A．三维空间尺寸必须都处于纳米级 B．既不是微观粒子，也不是宏观物质
C．是原子排列成的纳米数量级原子团 D．内部具有晶体结构，而界面为无序结构
13．中科院化学所研制的晶体材料——纳米四氧化三铁，在核磁共振造影及医药上有广泛用途，其生产过程的部分流程如下所示：
FeCl3·6H2OFeOOH纳米四氧化三铁
下列有关叙述不合理的是（ ）
A．纳米四氧化三铁具有磁性，可作为药物载体用于治疗疾病
B．纳米四氧化三铁可分散在水中，它与FeCl3溶液的分散质直径大小相等
C．在反应①中环丙胺的作用可能是促进氯化铁水解
D．反应②的化学方程式是6FeOOH＋CO===2Fe3O4＋3H2O＋CO2
14．有关液晶的叙述不正确的是
A．液晶既具有液体的可流动性，又具有晶体的各向异性
B．液晶最重要的用途是制造液晶显示器
C．液晶不是物质的一种聚集状态
D．液晶分子聚集在一起时，其分子间相互作用很容易受温度、压力和电场的影响
15．在10﹣9m～l0﹣7m范围内，对原子、分子进行操纵的纳米超分子技术往往能实现意想不到的变化。纳米铜颗粒一遇到空气就会剧烈燃烧，甚至发生爆炸,下列说法正确的是（　　）
A．纳米铜是一种新型胶体
B．纳米铜颗粒比普通铜更易与氧气发生反应
C．纳米铜与普通铜所含铜原子的种类不同
D．纳米铜无需密封保存
16．下列说法错误的是
A．离子液体有难挥发的特点，常被用于有机合成的溶剂
B．冠醚与碱金属离子通过离子键形成超分子
C．等离子体是一种特殊的气体，由带电的阳离子、电子及电中性粒子组成
D．液晶既具有液体的流动性，又具有类似晶体的各向异性
二、综合题（共3题）
17．硫及硫化物广泛存在于自然界中，回答下列问题：
(1)基态S原子中，核外电子占据的最高能层的符号是___________，有__________种不同形状的电子云。
(2)(NH4)2SO4中O、N、S三种元素的第一电离能的大小关系为_______________________。
(3)中学化学常用KSCN检验Fe3+，列举一种与SCN－互为等电子体的分子：___________，SCN－中C原子的杂化方式为_________________。
(4)乙硫醇(CH3CH2SH)的相对分子质量比CH3CH2OH大，但乙醇的沸点高于乙硫醇的原因是_________________________________________________。
(5)PbS是一种重要的半导体材料，具有NaC1型结构(如图)，其中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X-射线衍射实验测得PbS的晶胞参数为a=0.594 n m。
①已知坐标参数：A(0，0，0)，B，则C的坐标参数为__________________。
②PbS晶体中Pb2+的配位数为_________，r(S2-)为______nm。(已知)
③PbS晶体的密度为_________g·cm-3。(列出计算式即可)
18．超分子化学已逐渐扩展到化学的各个分支，还扩展到生命科学和物理学等领域。由将2个分子、2个甲酸丁酯吡啶分子及2个分子利用配位键自组装的超分子结构如图所示。
(1)位于第5周期ⅥB族，基态原子核外电子排布与相似，则基态原子的价电子排布式为______；核外未成对电子数为______。
(2)该超分子中存在的化学键类型有______(填字母)。
A．键B．π键C．离子键D．氢键
(3)配体中提供孤电子对的原子是______(填元素符号)；甲酸丁酯吡啶配体中C原子的杂化方式有______。
(4)从电负性角度解释的酸性强于的______。
(5)与金刚石互为同素异形体，从结构与性质的关系角度解释的熔点远低于金刚石的原因______。
19．中国炼丹家约在唐代或五代时期掌握了以炉甘石点化鍮石(即鍮石金)的技艺：将炉甘石(ZnCO3)、赤铜矿(主要成分Cu2O)和木炭粉混合加热至800℃左右可制得与黄金相似的鍮石金。回答下列问题：
(1)锌元素基态原子的价电子排布式为________________，铜元素基态原子中的未成对电子数为_________________。
(2)硫酸锌溶于过量氨水形成[ Zn(NH3)4]SO4溶液。
①[Zn(NH3)4]SO4中，阴离子的立体构型是__________________，[Zn(NH3)4]2+中含有的化学键有__________________。
②NH3分子中，中心原子的轨道杂化类型为________________，NH3在H2O中的溶解度____________(填“大”或“小”)，原因是_____________________。
(3)铜的第一电离能为I1Cu=745.5kJ·mol-1，第二电离能为I2Cu=1957.9kJ·mol-1，锌的第一电离能为I1Zn=906.4kJ·mol-1，第二电离能为I2Zn=1733.3kJ·mol-1，I2Cu>I2Zn的原因是___________________。
(4)Cu2O晶体的晶胞结构如图所示。O2-的配位数为_______________；若Cu2O的密度为dg·cm-3，则晶胞参数a=____________nm。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【解析】
【详解】
A．液晶分子间的相互作用容易受温度、压力、电场的影响，在电场存在的情况下，液晶分子沿着电场方向有序排列，故A正确；
B．内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态的固体物质称为非晶体，故B正确；
C．液晶具有晶体的各向异性，故可以利用对光的通过性质不同，而制造出液晶显示器，液晶最重要的用途是制造液晶显示器，故C正确；
D．纳米粒子构成的纳米陶瓷在低温下具有良好的延展性，故D错误；
答案选D。
2．D
【解析】
【分析】
【详解】
A． 纳米颗粒是长程有序的晶状结构，界面却是长程无序和短程无序的结构，所以纳米颗粒界面通常为无序结构，但内部具有晶状结构，故A正确；
B．在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当，利用红外光谱实验可确定青蒿素分子中含有的部分基团，故B正确；
C． 超分子内部分子之间通过氢键、弱配位键等相结合，故C正确；
D． 电子表液晶显示器在施加电场时，液晶分子沿电场方向排列，移去电场后，液晶分子无序排列，故D错误；
故选D。
3．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．乙的不饱和度为4，分子式为C8H10O2S2，故A错误；
B．K2CO3中CO的VSEPR模型为平面正三角形，故B错误；
C．根据共价键的饱和性和价键理论可知，注意键线式中省略的一些C-H键中的键容易漏数，故甲中σ键和Π键的数目之比为7:1，故C正确；
D．由丙的结构可知，Ti的配位数为6，故D错误；
故选C。
4．B
【解析】
【分析】
【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．超分子具有分子识别和自组装的特征，利用超分子的分子识别特征，可以分离和，故B正确；
C．金属晶体，含有金属阳离子和自由电子，在外加电场作用下自由电子可发生定向移动，所以能够导电，故C错误；
D．温度降低的时候，饱和度也会降低，明矾会吸附在小晶核上，所以要得到较大颗粒的明矾晶体，配制比室温高10～20℃明矾饱和溶液然后浸入悬挂的明矾小晶核，静置过夜，故D错误；
故选B。
5．B
【解析】
【分析】
根据题图可知，W形成1个共价键，且是四种短周期元素W、X、Y、Z中原子序数最小的元素，说明W原子核外只有1个电子，又W、X、Z分别位于不同周期，则W是H元素；X形成4个共价键，则X是C元素；Z的原子半径在同周期元素中最大，则Z是Na元素；Y形成2个共价键，其原子序数比C元素的大，比Na元素的小，则Y是O元素。
【详解】
A．同主族元素自上而下，元素非金属性逐渐减弱，单质的氧化性逐渐减弱，故的氧化性在同主族中最强，A项正确；
B．电子层结构相同的不同离子，核电荷数越大，离子半径越小，故简单离子半径，B项错误；
C．O、两种元素可形成、等离子化合物，C项正确；
D．元素的非金属性越强，其形成的简单氢化物的热稳定性就越强，X是C元素，Y是O元素，由于元素的非金属性，所以形成的简单氢化物的热稳定性，D项正确；
故选B。
6．D
【解析】
【详解】
A．同位素是指同种元素形成不同性质的单质，互为同素异形体的物质物理性质不同，化学性质相似，A错误；
B．互为同素异形体的物质之间可以通过化学反应相互转化，如氧气可以转化为臭氧，B错误；
C．和之间的转化是化学变化，C错误；
D．液晶呈胶状黏稠，在常态下表现为各向同性，若加以某种条件，比如通电，液晶分子便会整齐排列，从而表现出各向异性，因此，液晶兼有液体和晶体的部分性质，D正确；
故选D。
7．B
【解析】
【详解】
A．同位素的分析对象为质子数相同而中子数不同的原子，而超原子的质子、中子均相同，故A错误；
B．All4的价电子为3×14=42，当具有40个价电子时最稳定，则易失去2个电子，则与ⅡA族元素性质相似，故B正确；
C．Al13的价电子为3×13=39，易得电子，形成阴离子，而All4的价电子为3×14=42，易失去电子，形成阳离子，故C错误；
D．Al13 超原子中Al原子间是通过共有电子对成键，所以以共价键结合，故D错误；
故答案为B。
8．A
【解析】
【详解】
因为1个铝原子有3个价电子，因此13个铝原子应该有39个价电子，但实际上该微粒有40个价电子，所以应该带1个单位的负电荷。
9．C
【解析】
【详解】
试题分析：A. 液晶介于晶体态和液态之间，既有晶体的有序性，又有液体的流动性，A项正确；B.氢键具有方向性，0℃时冰中的氢键较多，但由于它的方向性，导致水分子间只能在一定方向上成键，体积增大，密度减小，B项正确；C. 石油裂解、煤的干馏、玉米制醇、蛋白质的变性属于化学变化，纳米银粒子的聚集属于物理变化，C项错误；D.酸雨的形成主要是由SO2和氮氧化物的过度排放造成的，燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和NOx的催化转化都是减少酸雨产生的措施，D项正确；答案选C。
考点：考查液晶的性质，水中氢键对水物理性质的影响，石油、煤的综合利用和酸雨的防治。
10．B
【解析】
【详解】
A．纳米四氧化三铁为磁性纳米晶体材料作为药物载体用于疾病的治疗，故A正确；
B．纳米四氧化三铁分散在适当分散剂中，属于胶体分散系，不同于溶液的溶质微粒直径，故B错误；
C．因反应②环丙胺不参加反应，但加快反应速率，即加快了氯化铁水解，故C正确；
D．由制备过程图可知，反应③的反应物为FeOOH和CO，由一种生成物为Fe3O4和质量守恒定律可知反应为6FeOOH+CO═2Fe3O4+3H2O+CO2，故D正确；
故答案为B。
11．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．N原子核外电子排布为1s22s22p3，O原子核外电子排布为1s22s22p4，根据洪特规则特例，半充满的原子更稳定，N原子的第一电离能大于O原子，A项正确；
B．HCl和H2S均属于气态氢化物，只能用气态氢化物的稳定性来判断元素非金属性的强弱，不能用其酸性来判断，B项错误；
C．石墨是混合型晶体，金刚石是原子晶体，石墨融化时，除了断开C-C之间的 σ 键外，还需断开π 键，所以熔点高，C项错误；
D．白磷分子虽然为正四面体结构，但白磷四个顶点上都是磷原子，体心没有原子，而白磷的键角是指P-P与P-P之间的夹角，为，D项错误；
答案选A。
12．A
【解析】
【详解】
Ａ．纳米材料的基本构成微粒的尺寸需至少一维处于纳米级，A错误；
B．纳米材料的基本构成微粒处于纳米数量级，既不是微观粒子，也不是宏观物质，B正确；
C．纳米材料的基本构成微粒处于纳米数量级，微粒不一定是原子，C正确；
D．纳米颗粒内部具有晶体结构，而界面则为无序结构，D正确。
故选A。
13．B
【解析】
【详解】
A．纳米四氧化三铁为磁性纳米晶体材料作为药物载体用于疾病的治疗，故A正确；
B．纳米四氧化三铁分散在适当分散剂中，属于胶体分散系，不同于溶液的溶质微粒直径，故B错误；
C．因反应②环丙胺不参加反应，但加快反应速率，即加快了氯化铁水解，故C正确；
D．由制备过程图可知，反应③的反应物为FeOOH和CO，由一种生成物为Fe3O4和质量守恒定律可知反应为6FeOOH+CO═2Fe3O4+3H2O+CO2，故D正确；
故答案为B。
14．C
【解析】
【详解】
A、液晶既具有液体的流动性，又像某些晶体那样具有各向异性，选项A正确；
B、液晶最主要的应用之一就是用在液晶显示器上，选项B正确；
C、液晶是介于液态与结晶态之间的一种聚集状态，选项C不正确；
D、液晶分子聚集在一起时，其分子间相互作用很容易受温度、压力和电场的影响，选项D正确。
答案选C。
15．B
【解析】
【详解】
A. 纳米铜根据其微粒半径属于胶体，但不是新型胶体，故A错误；
B. 普通铜加热才能与氧气反应，而纳米铜遇到空气就会剧烈燃烧，更易发生氧化反应，故B正确；
C. 纳米铜和普通铜都由铜元素组成，所以铜原子种类相同，故C错误；
D. 纳米铜很易与氧气反应，应密封保存，故D错误；
故选B。
16．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．离子液体是指全部由离子组成的液体，有难挥发的特点，常被用于有机合成的溶剂，A正确；
B．冠醚与碱金属离子通过配位键形成分子，配位键属于共价键，B错误；
C．等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的气态物质聚集体，C正确；
D．液晶是介于晶态和液态之间的物质状态，既具有液体的流动性，又具有类似晶体的各向异性，D正确；
答案为：B。
17． M 2 N＞O＞S CO2、CS2、N2O、COS等 sp 乙醇分子间存在氢键 （ ，，） 6 0.210
【解析】
【详解】
(1)S为16号元素，基态S原子核外有3个电子层，核外电子占据的最高能层的符号是M，核外有s、p2种不同形状的电子云，故答案为M；2；
(2) 同周期，第一电离能总体呈现从左至右逐渐增大的变化趋势；同主族，从上至下第一电离能逐渐减小。但N的2p为半充满结构，均为稳定，因此O、N、S三种元素的第一电离能的大小关系为N＞O＞S，故答案为N＞O＞S；
(3)与SCN－互为等电子体的分子有CO2、CS2、N2O等，SCN－的结构与二氧化碳相似，C原子的杂化方式与二氧化碳中的C原子的杂化方式相同，为sp杂化，故答案为CO2、CS2、N2O、COS等；sp；
(4) 乙醇分子间存在氢键，而乙硫醇(CH3CH2SH) 分子间不存在氢键，导致乙醇的沸点高于乙硫醇，故答案为乙醇分子间存在氢键；
(5)①根据图示，A(0，0，0)，A为坐标原点，B，B在底面的中心，则边长为1，C在体心，因此C的坐标参数为( ，，)，故答案为( ，，)；
②在PbS晶胞中Pb2+与周围的6个S2-的距离相等且最小，配位数为6；晶胞中S2-采用面心立方最密堆积方式，晶胞参数为a=0.594 n m，则4r(S2-)=×0.594nm，解得r(S2-)=0.210 nm，故答案为6；0.210；
③PbS晶胞具有NaC1型结构，PbS晶胞中含有阴阳离子数目相等，如S2-的个数=12×+1=4,，则晶体的密度==g·cm-3，故答案为。
18． 6 AB C 和 F的电负性强于H，对成键电子的吸引能力强于H，使共用电子对偏向F，氧氢键较易断裂 是分子晶体，金刚石是共价晶体，共价晶体熔化时破坏共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏分子间作用力所需的能量
【解析】
【详解】
(1)基态原子的价电子排布式为，而与同族，但周期数比的大1，因而基态原子的价电子排布式为，核外未成对电子数为6。
故答案为：4d55s1；6。
(2)该超分子的结构中有双键，说明该超分子中有键和π键，分子中不存在离子键，根据题给信息可知分子中有配位键，因而选AB。
故答案为：AB。
(3)做配体时C做配位原子，因为O提供孤电子对给C，C变成富电子中心，有提供电子对形成配位键的能力；甲酸丁酯吡啶中酯基中C原子的杂化方式为，在丁基中C原子形成四个单键，其杂化方式为。
故答案为：C；sp2和sp3。
(4)F的电负性强于H，对成键电子的吸引能力强于H，使共用电子对偏向F，氧氢键较易断裂，因此的酸性强于。
故答案为：F的电负性强于H，对成键电子的吸引能力强于H，使共用电子对偏向F，氧氢键较易断裂。
(5)根据晶体类型不同，性质不同来解释：是分子晶体，金刚石是共价晶体，共价晶体熔化时破坏共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏分子间作用力所需的能量。
故答案为：C60是分子晶体，金刚石是共价晶体，共价晶体熔化时破坏共价键所需的能量远高于分子晶体熔化时破坏分子间作用力所需的能量
19． 3d104s2 1 正四面体 配位键和极性共价键 sp3 大 NH3分子和H2O分子均为极性分子，且NH3分子和H2O分子之间能形成氢键 铜失去的是全充满的3d10电子，而锌失去的是4s1电子 4 ×107
【解析】
【详解】
分析：（1）Zn原子核外有30个电子，根据构造原理写出基态Zn的核外电子排布式，进而写出价电子排布式。Cu基态原子中未成对电子数为1个。
（2）①根据价层电子对互斥理论确定SO42-的立体构型。Zn2+与NH3分子间为配位键，NH3分子内含极性共价键。
②NH3分子中N为sp3杂化。NH3分子和H2O分子都是极性分子，NH3分子和H2O分子间形成氢键，NH3在H2O中的溶解度大。
（3）从电子排布式的稳定性上分析。
（4）用“均摊法”确定晶胞中微粒的个数，由1mol晶体的质量和密度计算1mol晶体的体积，由1mol晶体的体积和晶胞中微粒的个数、NA计算晶胞的体积，进而计算晶胞参数。
详解：（1）Zn原子核外有30个电子，根据构造原理，基态Zn原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2，基态Zn原子的价电子排布式为3d104s2。Cu原子核外有29个电子，基态Cu原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1，4s上有1个未成对电子，即基态Cu原子有1个未成对电子。
（2）①SO42-中中心原子S上的孤电子对数=（6+2-42）=0，成键电子对数为4，价层电子对数为0+4=4，VSEPR模型为正四面体型，S上没有孤电子对，SO42-的立体构型为正四面体。[Zn（NH3）4]2+中Zn2+与NH3分子间为配位键，NH3分子内含极性共价键。
②NH3分子中中心原子N的价层电子对数=（5-31）+3=4，N原子采取sp3杂化。NH3分子和H2O分子都是极性分子，根据“相似相溶”；NH3分子和H2O分子间形成氢键，所以NH3在H2O中的溶解度大。
（3）基态Cu原子的价电子排布式为3d104s1，基态Zn原子的价电子排布式为3d104s2，Cu的第二电离能失去的是全充满的3d10电子，Zn的第二电离能失去的是4s1电子，所以I2CuI2Zn。
（4）由晶胞可以看出O2-的配位数为4。用“均摊法”，1个晶胞中含O2-：8+1=2个，Cu+：4个，1molCu2O的质量为144g，1mol晶体的体积为144gdg/cm3=cm3，1个晶胞的体积为cm3NA2=cm3，晶胞参数a=cm=107nm。