1.1物质结构研究的内容 分层练习（含解析） 2023-2024学年高二下学期化学苏教版（2019）选择性必修2

1.1物质结构研究的内容
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．下列说法正确的是
A．、、是氢元素的同素异形体
B．、、摩尔质量之比为
C．由H、D、T与、、能形成9种水分子
D．D、T发生核聚变成为其他元素，属于化学变化
2．“神舟六号”所用动力燃料之一为氢化锂三兄弟：LiH、LiD、LiT。其中Li的质量数为7，在相同条件下有关下列叙述中正确的是
A．三种物质质子数之比为1:2:3 B．三种物质中子数之比为1:1:1
C．三种物质的摩尔质量之比为8:9:10 D．三种物质的化学性质不相同
3．“嫦娥五号”采回的月壤中含有的是一种清洁、安全的核聚变发电燃料。下列有关说法正确的是
A．核聚变属于化学变化 B．的中子数为3
C．发电代替火电有利于实现碳达峰 D．之间通过共价键形成单质分子
4．2020年初，中国武汉爆发新冠肺炎，用13C—NMR(核磁共振)、15N—NMR可用于测定核酸等生物大分子的空间结构从而快速确诊，下列有关13C、15N的叙述正确的是
A．13C、15N具有相同的中子数
B．13C与12C60是两种不同的核素
C．15N的核外电子数与中子数相同
D．15N与14N化学性质相同
5．常用于测定动植物标本的年龄。该原子的中子数是
A．6 B．8 C．14 D．20
6．下列说法正确的是
A．Cl与是不同的核素，具有不同的化学性质
B．、 与互为同分异构体
C．木糖醇[]与甘油()具有相同的官能团，二者属于同系物
D．、石墨、互为同素异形体
7．我国科学家利用蜡虫肠道菌群，将塑料降解时间从500年缩减到24小时，并用同位素示踪法证实了聚乙烯降解为CO2。下列有关该过程说法不正确的是
A．一定发生了氧化反应
B．只涉及碳碳键的断裂
C．同位素示踪法是从微观角度识别物质的变化
D．该研究成果有利于缓解塑料垃圾引起的环境问题
8．下列说法正确的是
A．互为同素异形体的物质必然具有相同的性质
B．碳酸钠固体中不存在阴、阳离子
C．氢化锂“三兄弟”——、、三种物质的质子数之比为
D．同素异形体之间的相互转化一定是化学变化
9．下列说法不正确的是
A．氕和氘互为同位素 B．O2和O3互为同素异形体
C．C2H6和C3H8互为同系物 D．淀粉和纤维素互为同分异构体
10．下列说法正确的是
A．O2和O3互为同素异形体
B．可燃冰和CO2是同种物质
C．和互为同分异构体
D．CH3CH2CH2CH2CH3和互为同系物
二、填空题
11．现有下列9种微粒：H、H、C、C、N、Fe2+、Fe3+、O2、O3。按要求完成以下各题：
(1)互为同素异形体的微粒是 。
(2)Fe2+的中子数为 ，核外电子数为 。
(3)形成上述9种微粒的核素有 种、元素有 种。
(4)常温下，16gO2、O3的混合气体中原子的物质的量为 。
(5)由1H、2H和16O、18O构成的水分子有 种。
12．常见的同素异形体
(1)碳的同素异形体
碳的同素异形体 金刚石 石墨 C60
结构 结构模型
结构特点 每个碳原子与相邻的 个碳原子以 键结合，形成 结构。 石墨晶体为 结构，每一层内碳原子以 键结合，排列成 形，形成 结构；层间存在 。 C60是由 个碳原子形成的 分子；石墨烯是由碳原子构成的 的碳材料。
物理性质 颜色状态 无色透明固体 灰黑色固体 —
熔点 很高 很高 较低
导电性 不导电 能导电 不导电
硬度 很硬 较软 较软
化学性质 相似
差异分析 碳原子的成键方式和排列方式不同
相互转化 石墨金刚石
用途 装饰品、切割玻璃、钻头 润滑剂、电极 材料科学、超导体
(2)氧的同素异形体
氧的同素异形体 氧气(O2) 臭氧(O3)
性质 颜色 无色 淡蓝色
气味 无味 鱼腥味
状态 气体 气体
溶解性 难溶于水 比氧气的大
化学性质 有较强的氧化性 氧化性比氧气强
差异分析 臭氧分子和氧气分子中氧原子的个数和氧原子的成键方式不同
相互转化 3O22O3
(3)磷的同素异形体
磷的同素异形体 白磷 红磷
分子结构 P4，正四面体结构 分子结构复杂
颜色状态 白色蜡状固体 暗红色粉末状固体
溶解性 不溶于水，易溶于CS2 不溶于水，也不溶于CS2
毒性 剧毒 无毒
着火点 40℃，易自燃 240℃
化学性质 自燃生成P2O5 燃烧生成P2O5
保存方法 少量可保存在水中，大量封闭保存 密封保存
差异分析 磷原子的成键方式和排列方式不同
相互转化 白磷红磷
13．在S2-中，质子数为 ，中子数为 ，电子数为 ，该元素在元素周期表中的位置是第 周期 族，该元素的最高价氧化物对应水化物的化学式是 。
14．有下列几组物质，请将序号填入下列空格内：
A、CH2=CH-COOH和油酸(C17H33COOH) B、12C60和石墨 C、氕、氘、氚 D、乙醇和乙二醇 E、丁烷与2-甲基丙烷 F、氯仿与三氯甲烷 G、和
①互为同位素的是 ；
②互为同系物的是 ；
③互为同素异形体的是 ；
④互为同分异构体的是 ；
⑤属于同一物质的的是 ；
15．（1）原子、元素、核素、同位素等都属于重要的化学基本概念。下列八种化学符号：
①涉及到的元素有 种，核素共有 种；
②互为同位素的是 ， ；
（2）在H、O、C、Na四种元素中，选择适当的元素组成符合下列要求的物质，将它们的化学式填写在以下空格中。（注意：每种物质只能出现一次）
酸性氧化物 碱性氧化物 酸 碱 电解质 非电解质
（3）下列各组物质的分离或提纯，应选用下述方法的哪一种？（填选项字母）
A．分液　　B．过滤　 C．萃取　　D．蒸馏　　E．蒸发结晶　　F．高温分解
①分离CCl4和H2O： ；
②除去澄清石灰水中悬浮的CaCO3： ；
③除去CaO固体中少量的CaCO3固体： ；
④从碘水中提取碘： ；
⑤分离CCl4（沸点为76.75℃）和甲苯（沸点为110.6℃）的液体混合物： 。
16．现有下列几组物质:
①35Cl和37Cl；②石墨与C60；③CH4和CH3CH2CH3；④和；
⑤CH3CH=CH2和CH2=CH—CH=CH2；⑥(CH3)2CHCH3和；⑦和。
(1)互为同位素的是 (填序号，下同)。
(2)互为同分异构体的是 。
(3)互为同系物的是 。
(4)互为同素异形体的是 。
(5)属于同一种物质的是 。
17．有下列物质：①金刚石和石墨；②79Br和81Br；③CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)CH3；④和 ；⑤己烷和庚烷；上述各组物质中，互为同位素的是 (填序号，下同)；互为同素异形体的是 ；互为同系物的是 ；互为同分异构体的是 ；属于同一种物质的是 。
18．I.阅读下面短文。
原子核究竟是什么形状的呢 你也许会说，原子核应该是球形的吧。没错，对于大多数的原子而言，它们的原子核都是球形(如图1)或者比较接近球形的椭球形，就像橄榄球一样(如图2)。但是，科学家也发现极少数的原子核中的质子和中子会聚集成罕见的梨形(如图3)。
要想验证原子核是否为梨形，最直接的方法就是寻找不同核状态间的八极形变(octupole transition)，这是梨形结构原子核特有的现象。利用这一手段，研究人员先后确认了224Ra、226Ra及其他一些重原子核均为梨形，但一直没有发现质量数小于200的梨形原子核。
近日，来自美国、英国和法国的一组科研团队制备了144Ba原子束，使其与铅箔发生碰撞并进入激发态。通过分析原子核产生的伽马射线光谱，研究人员发现几次八极形变的强度是核结构模型中预测数值的两倍多。由此，确认了144Ba的原子核也是梨形。
请回答下列问题:
(1)224Ra原子核的形状是 ，224Ra 和226Ra互称为 。
(2)科学家确认144Ba的原子核是梨形，其根据是 (填字母)。
a.直接观察了144Ba原子核的形状 b.由核结构模型做出的理论计算 c.发现了八极形变现象
II.氧元素和硫元素组成的两种物质发生化学反应的微观示意图如图所示，其中●表示硫原子，O表示氧原子。
请回答下列问题:
(3)该反应的化学方程式是 。
(4)反应过程中，O2的浓度在5min内由5mol/L变成了1mol/L，用O2表示的化学反应速率是 mol·L-1·min-1。
(5)在等温等容条件下，该反应达到化学平衡状态的依据是 (填字母)。
a.同一物质的正反应速率等于逆反应速率 b.混合气体的密度不变
c.混合气体中c(O2)不再改变 d. c(SO2)=c(O2)
19．(1)30 g 12C18O 和 28 g 14N2 所含的分子数之比为 。
(2)同温同压下，12C18O和14N2两种气体的密度之比为 。
(3)同温同压同体积的12C18O和 14N2具有电子数之比为 。
(4)28 g14N2所含的原子数为 NA．
(5)将乙烯、CO、N2三种气体分别盛放在三个相同容器中，若三个容器的温度和质量相等，则三个容器的气体压强之比为 。
20．(1)0.5L1.0molL-1FeCl3溶液与0.2L1.0molL-1MgCl2溶液中的Cl-的物质的量浓度之比为 。
(2)某气体的质量为3.4g，含有6.02×1022个分子，则该气体的摩尔质量为 。
(3)配制90mL0.1mol/LCuSO4溶液，需要胆矾 g。
(4)氧化还原反应S+KOH→K2S+K2SO3+H2O(未配平)中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为 ，若反应中消耗了0.6molS，则反应中转移的电子为 mol。
(5)某元素R的简单阴离子Rn-核外有a个电子，中子数为b，则其质量数为 。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】A．H2、D2、T2是氢气，为同种物质，不是同素异形体，故A错误；
B．的摩尔质量是2g/mol，的摩尔质量是4g/mol，的摩尔质量是6g/mol，摩尔质量之比为，故B正确；
C．一个水分子中含有两个氢原子和一个氧原子，水分子所含有的氢原子可以是同一种氢原子，也可以是不同种氢原子，当氧原子是16O时，若是同一种氢原子，则能组成的水分子种类有3种，若是不同种氢原子，则由1H、2H、组成的水分子有1种，由2H、3H组成的水分子有1种，由1H、3H组成的水分子有1种，共有6种水分子，同理，当氧原子是17O、18O时，又分别有6种水分子，共18种，故C错误；
D．氘、氚聚变反应属于核反应，核反应不属于物理变化，也不属于化学变化，故D错误。
答案选B。
2．C
【详解】H、D、T是氢元素的三种核素，质子数都是1，中子数分别是0、1、2，故A、B项错误。LiH、LiD、LiT三种物质的化学性质相同，故D项错误；摩尔质量之比为8:9:10，C正确，答案选C。
3．C
【详解】A．核聚变既不属于物理变化也不属于化学变化，选项A错误；
B．的中子数为1，选项B错误；
C．发电代替火电可减少二氧化碳排放，有利于实现碳达峰，选项C正确；
D．稀有气体为单原子分子，不存在共价键，选项D错误。
答案选C。
4．D
【详解】A．13C的中子数=13-6=7，15N的中子数=15-7=8，两者的中子数不同，A错误；
B．核素是指具有一定数目的质子和中子的元素，而12C60是分子，不是核素，B错误；
C．15N的核外电子数为7，中子数=15-7=8，两者不相同，C错误；
D．15N与14N互为同位素，均为N元素，化学性质相同，D正确；
答案选D。
5．B
【详解】原子符号中左上角数字代表质量数，左下角数字代表质量数，中子数=质量数-质子数=14-6=8，故答案为B。
6．B
【详解】A．具有一定数目质子数和一定数目中子数的原子为一种核素，氯离子不是核素，A错误；
B．三者的分子式相同，结构不同，互为同分异构体，B正确；
C．CH2OH(CHOH)3CH2OH中含5个-OH，CH2OHCHOHCH2OH含3个-OH，官能团数目不同，二者不是同系物，C错误；
D．13C是原子，不是单质，石墨、C60是碳元素形成的不同的单质，互为同素异形体，D错误；
故答案选B。
7．B
【详解】A.聚乙烯降解为CO2的过程中，碳元素的化合价有变化，一定发生了氧化反应，故A正确；
B.在反应过程中除了碳碳键的断裂之外，碳氢键也出现了断裂，故B错误；
C.同位素示踪法是以放射性同位素标记研究对象进行标记的微量分析方法，目的就是为了研究分子层面的原子变动，故C正确；
D.如果可以将聚乙烯降解，是有利于缓解白色污染的问题的，故D正确。
8．D
【详解】A．同素异形体的物理性质不同，化学性质相似，故A错误；
B．碳酸钠是由和形成的，存在阴、阳离子，故B错误；
C．H、D和T的质子数都为1，、、三种物质的质子数之比为1∶1∶1，故C错误；
D．同素异形体是不同的物质，所以同素异形体之间的相互转化一定是化学变化，故D正确；
故答案：D。
9．D
【详解】A．同位素是指质子数相同而中子数不同的同一元素的不同元素互成为同位素，A正确；
B．同素异形体的定义为：同种元素形成的不同种单质互为同素异形体，B正确；
C．同系物的定义为：结构相似，分子组成上相差一个或若干个-CH2原子团的化合物，C正确；
D．淀粉和纤维素的分子式均为(C6H10O5)n，但是因为n值不确定。所以二者不互为同分异构体，D错误；
故选D。
10．A
【详解】A．O2和O3是氧元素组成的不同单质，互为同素异形体，A正确；
B．可燃冰主要成分为甲烷，和二氧化碳是不同物质，B错误；
C．和均为四面体结构，是同一物质，不互为同分异构体，C错误；
D．同系物是指结构相似、分子组成相差若干个“CH2”原子团的有机化合物；同分异构体是分子式相同、结构不同的化合物；CH3CH2CH2CH2CH3和两者化学式相同，结构不同，为同分异构体，D错误。
故选A。
11． O2和O3 30 24 7 5 1mol 6
【详解】(1)由同一种元素形成的不同单质互为同素异形体，因此互为同素异形体的微粒是O2和O3。
(2)质子数+中子数＝质量数，所以Fe2+的中子数为56－26＝30，核外电子数为26―2＝24。
(3)具有一定数目质子和一定数目中子的原子是核素，因此形成上述9种微粒的核素有7种，即H、H、C、C、N、Fe2+、Fe3+，具有相同核电荷数即质子数相同的同一类原子互为同位素，因此元素有H、C、N、Fe、O，共计是五种元素。
(4)O2、O3均是由同一种氧原子形成的单质，则常温下，16gO2、O3的混合气体中原子的物质的量为16g÷16g/mol＝1mol。
(5)由1H、2H和16O、18O构成的水分子有2H216O、1H218O、1H216O、2H218O、1H2H16O、2H1H18O，共计是6种。
12． 4 共价 空间网状 层状 共价 平面六边 平面网状 分子间作用力 60 封闭笼状 二维层状
【解析】略
13． 16 16 18 三
ⅥA H2SO4
【详解】S为第16号元素，其原子核中有16个质子；原子核中有32-16=16个中子；S2-的原子核外多两个电子，因此该粒子含有16+2=18个电子；S元素在元素周期表中的位置为第三周期第ⅥA族；S元素的最高正化合价为+6价，因此其最高价氧化物对应的水化物为H2SO4。
14． C A B EG F
【详解】A．CH2=CH-COOH和油酸(C17H33COOH)，均属于不饱和羧酸，结构中均含有1个碳碳双键、1个羧基，且相差15个CH2原子团，属于同系物关系；
B．12C60和石墨为碳元素形成的不同性质的单质，属于同素异形体关系；
C、氕、氘、氚，质子数均为1，中子数分别为0、1、2，为氢元素的不同核素，为同位素关系；
D．乙醇和乙二醇，均属于醇类，但是二者所含的羟基的个数不同，组成也不相差n个CH2原子团，不属于同系物、同分异构体关系；
E．丁烷与2-甲基丙烷，分子式相同，结构不同，属于同分异构体关系；
F．三氯甲烷的俗称为氯仿，是一种重要的有机溶剂，为同种物质；
G．和，分子式相同，结构不同，属于同分异构体关系；
结合以上分析可知：①互为同位素的是C；②互为同系物的是A；③互为同素异形体的是B；④互为同分异构体的是EG；⑤属于同一物质的的是F。
15． 6 8 CO2 Na2O H2CO3 NaOH Na2CO3 C6H12O6 A B F C D
【详解】（1）①元素是指具有相同的核电荷数即质子数的同一类原子的总称，涉及到的元素有氢、碳、锂、钠、氮、镁，共计6种；核素是指具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子，属于原子的有，它们都表示核素，即共有8种核素；②质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称同位素，在8种微粒中，互为同位素的是、；（2）H、O、C、Na四种元素组成的酸性氧化物是CO2，碱性氧化物是Na2O，酸是H2CO3，碱是NaOH，电解质可以是Na2CO3，非电解质可以是C6H12O6。（3）①四氯化碳不溶于水，分离CCl4和H2O可以用分液法，答案选A；②碳酸钙不溶于水，除去澄清石灰水中悬浮的CaCO3可以用过滤法，答案选B；③碳酸钙高温分解生成氧化钙和CO2，除去CaO固体中少量的CaCO3固体可以用高温分解，答案选F；④碘易溶在有机溶剂中，从碘水中提取碘可以利用萃取，答案选C；⑤四氯化碳和甲苯的沸点相差较大，分离CCl4（沸点为76.75℃）和甲苯（沸点为110.6℃）的液体混合物可以用蒸馏法，答案选D。
点睛：有关核素、元素的判断是解答的易错点，注意同种元素可以有若干种不同的核素，也可以只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子。同种元素是质子数相同的所有核素的总称，同位素是同一元素不同核素之间的互称。答题时注意区分，注意灵活应用。
16． ① ⑦ ③ ② ④⑥
【分析】原子里具有相同质子数和不同中子数的同一元素的原子互称为同位素，由同种元素形成的多种单质叫做这种元素的同素异形体，分子式相同，但结构不同的化合物互称为同分异构体，结构相似，在分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团的物质互称为同系物，结构和性质完全相同的是同一种物质，据此解答。
【详解】①35Cl和37Cl的质子数相同，中子数和质量数不同，互为同位素；
②石墨与C60为碳元素形成的不同单质，互为同素异形体；
③CH4和CH3CH2CH3都是烷烃，相差2个“CH2”原子团，属于同系物；
④由于苯中没有单双键交替结构，6个碳碳键完全相同，故和同一种物质；
⑤CH3CH=CH2有1个碳碳双键，CH2=CH－CH=CH2有2个碳碳双键，不是同系物也不是同分异构体关系；
⑥(CH3)2CHCH3和的结构完全相同，为同一种物质；
⑦和的分子式相同，但结构不同，互为同分异构体；
根据以上分析可知
(1)互为同位素的是①。
(2)互为同分异构体的是⑦。
(3)互为同系物的是③。
(4)互为同素异形体的是②。
(5)属于同一种物质的是④⑥。
【点睛】对于同位素、同素异形体、同系物和同分异构体这四组概念，学习时应着重从其定义、对象、化学式、结构和性质等方面进行比较，抓住各自的不同点，注意从本质上理解和掌握。
17． ② ① ⑤ ③ ④
【详解】具有相同质子数，不同中子数（或不同质量数）同一元素的不同核素互为同位素，上述各组物质中，互为同位素的是②；同素异形体是同种元素形成的不同单质，上述各组物质中，互为同素异形体的是①；同系物是有机化合物中具有同一通式、组成上相差一个或多个某种原子团、在结构与性质上相似的化合物系列，上述各组物质中，互为同系物的是⑤；在有机化学中，将分子式相同、结构不同的化合物互称同分异构体，上述各组物质中，互为同分异构体的是③；甲烷只有一种二氯代物，和 是同一种物质，属于同一种物质的是④；故答案为：②；①；⑤；③；④。
18．(1) 梨形 同位素
(2)c
(3)2SO2+O22SO3
(4)0.8
(5)ac
【详解】（1）224Ra原子核的形状是梨形，224Ra和226Ra的质子数相同，中子数不同，因此二者互称为同位素；答案为：梨形；同位素；
（2）通过分析原子核产生的伽马射线光谱，研究人员发现几次八极形变的强度是核结构模型中预测数值的两倍多；由此，确认了144Ba的原子核也是梨形的，答案选c；
（3）根据图知，反应物是二氧化硫和氧气，该反应中参加反应的二氧化硫分子个数是2，参加反应的氧气分子个数是1，生成2个三氧化硫分子，且反应中还有剩余的二氧化硫和氧气，所以为可逆反应，据此确定方程式为：2SO2+O22SO3；答案为：2SO2+O22SO3；
（4）氧气反应速率= ＝0.8mol/（L·min）；答案为：0.8；
（5）a．同一物质的正反应速率等于逆反应速率时反应达到平衡状态，a正确；
b.密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态，b错误；
c．混合气体中c（O2）不再改变时正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，c正确；
d．c（SO2）=c（O2）时该反应不一定达到平衡状态，与反应物浓度及转化率有关，所以不能据此判断平衡状态，d错误；答案选ac。
19． 1∶1 15∶14 1∶1 2 1∶1∶1
【详解】(1)M(12C18O)=30 g·mol-1，30 g 12C18O的n(12C18O)=1 mol，M(14N2)=28 g·mol-1，28 g 14N2的n(14N2)=1 mol，n(12C18O)=n(14N2)，N(12C18O)=N(14N2)，分子数之比为1∶1；
(2)同温同压下，密度之比等于摩尔质量之比，M(12C18O)∶M(14N2)=30∶28=15∶14；
(3)同温同压同体积，则n(12C18O)=n(14N2)，1 mol 12C18O中n(e-)=14 mol，1 mol 14N2中n(e-)=14 mol，所以电子数之比为1∶1；
(4)M(14N2)=28 g·mol-1，n(14N2)=1 mol，含有2 mol原子，则28 g14N2所含的原子数为2NA；
(5)乙烯、CO、N2的质量相等，三者的摩尔质量相等，所以n(乙烯)=n(CO)=n(N2)，同温同体积时，压强之比等于物质的量之比，所以气体压强之比为1∶1∶1。
20． 3:2 34g/mol 2.5 2:1 0.8 a-n+b
【分析】根据物质的量与物质的量浓度之间的有关计算。
【详解】(1)0.5L1.0molL-1FeCl3溶液与0.2L1.0molL-1MgCl2溶液中的Cl-的物质的量浓度之比1.0mol/L×3:1.0mol/L×2=3:2，故答案为3:2；
(2)某气体的质量为3.4g，含有6.02×1022个分子，该气体的物质的量为6.02×1022÷6.02×1023/mol=0.1mol，该气体的摩尔质量为3.4g÷0.1mol=34g/mol，答案为34g/mol；
(3)配制90mL0.1mol/LCuSO4溶液，因为没有90ml的容量瓶，所以需按100mL的溶液来计算，需要胆矾的质量为0.1L×0.1mol/L×250g/mol=2.5g，答案为2.5g；
(4)氧化还原反应S+KOH→K2S+K2SO3+H2O(未配平)中，硫既是氧化剂，又是还原剂，所以硫元素由0价升高到+4价，又从0价降到-2价，所以，配平之后化学方程式为3S+6KOH=2K2S+K2SO3+3H2O，氧化剂与还原剂的物质的量之比为2:1，每3molS参加反应，转移的电子数为4mol，若反应中消耗了0.6molS，则反应中转移的电子为0.8mol，故答案为2:1， 0.8mol；
(5)某元素R的简单阴离子Rn-核外有a个电子，中子数为b，该元素的原子得到n个电子后电子总数为a，原子核内的质子数为a-n，质量数=中子数+质子数=b+a-n。故答案为b+a-n