《学霸笔记 同步精讲》第三章测评 练习（教师版）化学人教版选择性必修2

第三章测评
(时间:60分钟　满分:100分)
一、选择题(本题共15小题,每小题3分,共45分。每小题只有一个选项符合题意)
1.下列有关等离子体、液晶的叙述中不正确的是(　　)。
A.等离子体是一种整体上呈电中性的气态物质
B.液晶材料显示图像和文字,移去电场后,液晶分子恢复到原来状态
C.等离子体、液晶不是物质的一种聚集状态
D.液晶分子聚集在一起时,其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响
答案:C
解析:等离子体是由电子、阳离子和电中性的分子或原子组成的整体上呈电中性的气态物质,A项正确;液晶材料的显示原理为施加电场时,液晶分子的长轴取向发生不同程度的改变,移去电场后,液晶分子恢复到原来状态,B项正确;由等离子体、液晶的定义可知等离子体、液晶是物质的一种聚集状态,C项错误;液晶分子聚集在一起时,其分子间的相互作用很容易受温度、压力和电场的影响,这是液晶的性质,也可以用来解释为什么可以用液晶来做液晶显示器, D项正确。
2.配合物Na2[Fe(CN)5(NO)]可用于离子检验。若以NA表示阿伏加德罗常数的值,则下列说法不正确的是 (　　)。
A.此配合物中存在离子键、配位键、极性键,不存在非极性键
B.配离子为[Fe(CN)5(NO)]2-,中心离子为Fe3+,配位数为6,配位原子有C和N
C.1 mol配合物中含σ键的数目为10NA
D.该配合物为离子化合物,易电离,1 mol配合物电离共得到3NA阴、阳离子
答案:C
解析:配合物中存在配位键,内界和外界之间存在离子键,内界CN-、NO中存在极性键,但不存在非极性键,A项正确;配离子为[Fe(CN)5(NO)]2-,中心离子为Fe3+,配体为CN-和NO,配位原子为C和N,配位数为6,B项正确;配位键也属于σ键,配体CN-中含有1个σ键,NO中含有1个σ键,所以1 mol配合物中σ键的数目为(6+1×5+1)NA=12NA,C项错误;配合物为离子化合物,易电离,完全电离成Na+和[Fe(CN)5(NO)]2-,1 mol配合物电离共得到3NA阴、阳离子,D项正确。
3.纳米材料是最有前途的新型材料之一,世界各国对这一新材料给予了极大的关注。纳米粒子是指直径为1~100 nm的超细粒子(1 nm=10-9 m)。由于表面效应和体积效应,使其常有奇特的光、电、磁、热等性质,可开发为新型功能材料,下列有关纳米粒子的叙述不正确的是 (　　)。
A.因纳米粒子半径太小,故不能将其制成胶体
B.一定条件下纳米粒子可催化水的分解
C.一定条件下,纳米TiO2陶瓷可发生任意弯曲,可塑性好
D.纳米粒子半径小,表面活性高
答案:A
解析:题中涉及纳米材料这一新型材料,根据纳米粒子大小,判断出其分散质粒子大小刚好处在胶体分散质粒子直径大小的范围内,因此要结合胶体知识,并紧密联系题干中的有关知识分析讨论。
4.用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松,同时用射频电火花喷射氮气,此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜,这种化合物可以比金刚石更坚硬,其原因可能是(　　)。
A.碳、氮原子构成具有共价键三维骨架结构的共价晶体
B.该晶体为分子晶体
C.碳氮键的键长比金刚石中碳碳键的键长长
D.氮原子最外层电子数比碳原子最外层电子数多
答案:A
解析:碳氮化合物薄膜比金刚石更坚硬,根据共价晶体的特点可以判断此薄膜属于共价晶体;因为原子半径N5.下列有关晶体结构或性质的描述正确的是(　　)。
A.冰中存在极性键、范德华力,不存在氢键
B.因金属性K>Na,故金属钾的熔点高于金属钠的
C.1 mol金刚石与1 mol石墨晶体中所含的C—C的数目相同
D.氧化镁中的离子键强度大于氯化钠中的离子键强度,故氧化镁的熔点高于氯化钠的
答案:D
解析:冰中存在极性键、范德华力和氢键,A项错误;金属钾的熔点低于金属钠的熔点,B项错误;金刚石中每个C原子形成4个C—C,1 mol C形成2 mol共价键,石墨中每个C原子与其他3个C原子形成3个C—C,1 mol C形成1.5 mol共价键,C项错误;氧化镁中的离子键强度大于氯化钠中的离子键强度,故其熔点高于氯化钠的熔点,D项正确。
6.有下列离子晶体的晶胞示意图:为阳离子,为阴离子。以M代表阳离子,N代表阴离子,化学式为MN2的晶体结构为(　　)。
答案:B
解析:A项,晶胞中M的个数为8×+6×=4,N的个数为1,故化学式为M4N;B项,晶胞中M的个数为4×,N的个数为1,故化学式为MN2;C项,晶胞中M的个数为3×,N的个数为1,故化学式为M3N8;D项,晶胞中M的个数为8×=1,N的个数为1,故化学式为MN。
7.元素X的某价态离子Xn+中所有电子正好充满K、L、M三个电子层,它与N3-形成晶体的晶胞结构如图所示。下列说法错误的是(　　)。
A.X元素的原子序数是19
B.该晶体中阳离子与阴离子个数比为3∶1
C.Xn+中n=1
D.晶体中每个Xn+周围有2个距离最近的N3-
答案:A
解析:从“元素X的某价态离子Xn+中所有电子正好充满K、L、M三个电子层”可以看出,Xn+共有28个电子,A项错误。图中Xn+位于每条棱的中点,一个晶胞拥有的Xn+个数为12×=3;N3-位于顶角,一个晶胞拥有N3-的个数为8×=1,B、D项正确。由于该物质的化学式为X3N,故X显+1价,C项正确。
8.已知铜的晶胞结构如图所示,则在铜的晶胞中所含铜原子数及配位数分别是 (　　)。
铜晶胞
A.14、6 B.14、8
C.4、8 D.4、12
答案:D
解析:在铜的晶胞中,顶角原子为8个晶胞共用,面心上的铜原子为两个晶胞共用,因此,金属铜的一个晶胞中所含铜原子数为8×+6×=4。在铜的晶胞中,与每个顶角的铜原子距离相等的铜原子共有12个,因此其配位数为12。
9.下列有关冰和干冰的叙述不正确的是(　　)。
A.干冰和冰都是由分子紧密堆积形成的晶体
B.冰是由氢键形成的晶体,每个水分子周围有4个紧邻的水分子
C.干冰比冰的熔点低得多,常压下易升华
D.干冰中只存在范德华力,不存在氢键,一个分子周围有12个紧邻的分子
答案:A
解析:干冰晶体中CO2分子间作用力只有范德华力,分子采取紧密堆积,一个分子周围有12个紧邻的分子;冰晶体中水分子间除了范德华力,还存在氢键,由于氢键具有方向性,每个水分子周围有4个紧邻的水分子,采取非紧密堆积的方式,空间利用率小,因而密度小。干冰熔化只需克服范德华力,冰融化还需要克服氢键,由于氢键比范德华力的作用力大,所以干冰比冰的熔点低得多,而且常压下易升华。
10.准晶原子虽然排列有序,但不具备普通晶体的长程平移对称性,而且原子位置之间有间隙(如下图)。
下列关于准晶的说法不正确的是(　　)。
A.石墨是共价晶体,0.12 g石墨中约含6.02×1021个碳原子
B.与类似的普通晶体比较,准晶延展性较差
C.与类似的普通晶体比较,准晶密度较小
D.普通玻璃属于非晶体,其成分中存在共价键
答案:A
解析:石墨是混合型晶体,0.12 g石墨中约含6.02×1021个碳原子,A项错误;由于准晶不具备普通晶体的长程平移对称性,故与类似的普通晶体比较,准晶延展性较差,B项正确;由于准晶原子位置之间有间隙,故与类似的普通晶体比较,准晶密度较小,C项正确;普通玻璃属于非晶体,其成分中存在硅氧共价键,D项正确。
11.有关晶体的结构如下图所示,下列说法中错误的是 (　　)。
A.钛酸钙的化学式为CaTiO3
B.在金刚石晶体中,碳原子与碳碳键(C—C)数目之比为1∶2
C.硒化锌晶体中与1个Se2-距离最近且相等的Se2-有8个
D.1个CaF2晶胞中平均含有4个Ca2+和8个F-
答案:C
解析:根据题图所示,晶胞中含有钙原子数为8×=1,氧原子数为6×=3,钛原子数为1,所以Ca、Ti、O的原子数之比为1∶1∶3,化学式为CaTiO3,A项正确。在金刚石晶体中,每个碳原子参与形成4个共价键,每两个碳原子形成1个共价键,则每个碳原子形成的共价键平均为4×=2,所以在金刚石晶体中,碳原子与碳碳键数目之比为1∶2,B项正确。在硒化锌晶体中,与1个Se2-距离最近且相等的Se2-有12个,C项错误。Ca2+位于晶胞的顶角和面心,晶胞中含有Ca2+的个数为8×+6×=4,D项正确。
12.氢气是一种重要而洁净的能源,要利用氢气作能源,必须安全有效地储存氢气。有报道称某种合金材料有较大的储氢容量,其晶体结构的最小单元如图所示,则这种合金的化学式为(　　)。
A.LaNi3 B.LaNi4
C.LaNi5 D.LaNi6
答案:C
解析:根据晶体结构分析知,位于该晶胞顶角的原子被6个晶胞(六棱柱)共有,面上的原子被2个晶胞共有。则1个晶胞中含有La的个数为12×+2×=3,含有Ni的个数为18×+6=15,故N(La)∶N(Ni)=3∶15=1∶5,其化学式为LaNi5。
13.已知冰晶石(Na3AlF6)熔融时的电离方程式为Na3AlF63Na++Al。现有冰晶石的结构单元如图所示,“”位于大立方体顶角和面心,“”位于大立方体的12条棱的中点和8个小立方体的体心,“”是图中、中的一种。下列说法正确的是(　　)。
A.冰晶石是共价晶体
B.大立方体的体心处“”代表Al
C.与Na+距离最近的Na+有6个
D.冰晶石晶体的密度约为 g·cm-3
答案:D
解析:由冰晶石熔融时能发生电离,可知冰晶石是离子晶体,A项错误;每个晶胞中含有“”的个数为8×+6×=4,“”的个数为12×+8=11,根据冰晶石的化学式可知,Al与Na+的个数比为1∶3,故“”与“”必然表示同一种粒子,即为Na+,B项错误;与Na+距离最近的Na+有8个,C项错误;晶体的密度约为 g·cm-3= g·cm-3,D项正确。
14.锌与硫所形成化合物晶体的晶胞如图所示。下列判断不正确的是(　　)。
A.该晶体属于离子晶体
B.该晶胞中Zn2+和S2-数目相等
C.阳离子的配位数为6
D.氧化锌的熔点高于硫化锌的熔点
答案:C
解析:该晶体属于离子晶体,A项正确;从晶胞示意图分析,含有Zn2+的数目为8×+6×=4,S2-位于立方体内,S2-的数目为4,所以该晶胞中Zn2+与S2-的数目相等,B项正确;在ZnS晶胞中,1个S2-周围距离最近的Zn2+有4个,1个Zn2+周围距离最近的S2-有4个,则S2-的配位数为4,Zn2+的配位数也为4,C项错误; ZnO和ZnS晶体相比较,因O2-的半径小于S2-的半径,阴、阳离子所带的电荷数均相等,所以ZnO中的离子键比ZnS中的离子键强,熔点高,D项正确。
15.氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼是通常存在的稳定相,与石墨相似,具有层状结构,可作高温润滑剂;立方相氮化硼是超硬材料,有优异的耐磨性。它们的晶体结构如图所示,下列关于这两种晶体的说法正确的是(　　)。
A.六方相氮化硼能导电
B.立方相氮化硼含有σ键和π键,所以硬度大
C.两种晶体均为分子晶体
D.六方相氮化硼晶体层内一个硼原子与相邻氮原子构成的空间结构为平面三角形
答案:D
解析:六方相氮化硼晶体中1个硼原子与3个氮原子形成平面三角形结构,最外层电子全部成键,没有可以自由移动的电子或离子,所以不导电,A项错误;立方相氮化硼中只含有σ键,B项错误;六方相氮化硼与石墨相似,属于混合型晶体,立方相氮化硼是共价晶体,C项错误;由六方相氮化硼的晶体结构可知,每个硼原子与相邻3个氮原子构成平面三角形,D项正确。
二、非选择题(本题共5小题,共55分)
16.(9分)B、C、N是常见的非金属元素,它们形成的各种化合物在自然界中广泛存在。
[H3O]+[]-
R
图1
图2
(1)基态硼原子的电子排布式为　　　　　　　　　　　。
(2)BF3与一定量的水可形成如图1的晶体R。
①晶体R中各种粒子间的作用力涉及　　(填字母);
a.离子键 b.共价键
c.配位键 d.金属键
②R中阴离子的空间结构为　　　　　　　　　　　。
(3)乙二胺(H2N—CH2—CH2—NH2)与CaCl2溶液可形成配离子(结构如图2),乙二胺分子中氮原子的杂化类型为　　　　;乙二胺和三甲胺[N(CH3)3]均属于胺,但乙二胺比三甲胺的沸点高得多,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案:(1)1s22s22p1　(2)①abc　②四面体形
(3)sp3杂化　乙二胺分子之间可以形成氢键,三甲胺分子之间不能形成氢键
解析:(1)硼原子核外有5个电子,其核外电子排布式为1s22s22p1。
(2)晶体R中各种粒子间的作用力涉及离子键、共价键、配位键;阴离子的中心原子B原子形成4个σ键且不含孤电子对,所以B原子采用sp3杂化方式,阴离子的空间结构为四面体形。
(3)乙二胺中每个N原子均形成3个σ键,含有1对孤电子对,杂化轨道数为4,采取sp3杂化;乙二胺分子之间可以形成氢键,三甲胺分子之间不能形成氢键,故乙二胺的沸点较高。
17.(10分)由P、S、Cl、Ni等元素组成的新型材料有着广泛的用途。回答下列问题:
(1)基态Cl原子核外电子占有的原子轨道数目为　　　　　　,P、S、Cl的第一电离能由大到小的排列顺序为　　　　　　　。
(2)PCl3分子中的中心原子杂化轨道类型是　　　　,该分子的空间结构为　　　　。
(3)PH4Cl的电子式为　　　　　　,Ni与CO能形成配合物Ni(CO)4,该分子中π键与σ键个数比为　　　　。
(4)已知MgO与NiO的晶体结构相同,其中Mg2+和Ni2+的离子半径分别为66 pm和69 pm,则熔点:MgO　　　　(填“>”“<”或“=”)NiO,理由是　　　　　　　　　　　。
答案:(1)9　Cl>P>S
(2)sp3　三角锥形
(3)[H]+]-　1∶1
(4)>　Mg2+半径比Ni2+小,MgO中的离子键比NiO中的离子键强
解析:(1)基态Cl原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p5,其核外电子占有的原子轨道数为9。一般来说,同周期元素随原子序数增大,元素第一电离能呈增大趋势,由于P元素原子的3p能级为半充满的稳定状态,能量较低,第一电离能高于同周期相邻元素,故第一电离能:Cl>P>S。
(2)PCl3中P原子杂化轨道数为×(5+3)=4,采取sp3杂化方式,有1对孤电子对,所以该分子的空间结构为三角锥形。
(3)PH4Cl的电子式为[H]+]-;Ni与CO能形成配合物Ni(CO)4,该分子中Ni与C形成配位键(即σ键),CO中含有1个σ键和2个π键,则σ键个数为1×4+4=8,π键个数为2×4=8,所以σ键和π键个数之比为1∶1。
(4)Mg2+的半径比Ni2+的半径小,所带电荷数相同,所以MgO中的离子键比NiO中的离子键强,则熔点:MgO>NiO。
18.(12分)自然界中存在大量金属元素,其中钠、镁、铝、铁、铜等在工农业生产中有着广泛的应用。
(1)请写出Fe的基态原子的核外电子排布式: 　　　　　　　　　　　。
(2)金属元素A的原子只有3个电子层,其第一至第四电离能(单位:kJ·mol-1)如下:
I1 I2 I3 I4
738 1 451 7 733 10 540
则A原子的价层电子排布式为　。
(3)合成氨工业中,原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜溶液来吸收原料气中的CO,其反应是(Ac-代表CH3COO-):
[Cu(NH3)2]Ac+CO+NH3[Cu(NH3)3CO]Ac(醋酸羰基三氨合铜)。
①配合物[Cu(NH3)3CO]Ac中心离子的配位数为　　　　。
②在一定条件下NH3与CO2能合成尿素[CO(NH2)2],尿素中C原子和N原子的杂化类型分别为　　　　　　;1 mol尿素分子中,σ键的数目为　　　　NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)。
(4)(NH4)2SO4、NH4NO3等颗粒物及扬尘等易引起雾霾。其中N的空间结构是　　　　　　　。
(5)NaCl和MgO都属于离子晶体,NaCl的熔点为801.3 ℃,MgO的熔点高达2 800 ℃。造成两种晶体熔点差距的主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(6)铜的化合物种类很多,如图是氯化亚铜的晶胞结构,已知晶胞的棱长为a cm,则氯化亚铜密度的计算式为ρ=　　　　　 g·cm-3(NA表示阿伏加德罗常数的值)。
答案:(1)[Ar]3d64s2或1s22s22p63s23p63d64s2
(2)3s2
(3)①4
②sp2杂化、sp3杂化　7
(4)正四面体形
(5)MgO晶体中阴、阳离子的半径小,且阴、阳离子所带电荷数多,离子键强
(6)
解析: (2)观察金属元素A的第一至第四电离能知其在失去第3个电子时需要的能量非常大,所以A原子很容易失去最外层2个电子,且A原子核外有3个电子层,所以A是Mg,Mg的价层电子排布式为3s2。(3)①配合物[Cu(NH3)3CO]Ac的中心离子的配体有3个NH3和1个CO,所以其配位数为4。②尿素[CO(NH2)2]的结构式为,尿素中C原子和N原子的杂化类型分别为sp2杂化、sp3杂化;1 mol尿素分子中σ键的数目为7NA。(6)根据CuCl的晶胞结构可知,1个晶胞中含有Cu+的数目为8×+6×=4,Cl-数目为4,故1个晶胞中含有4个CuCl,则ρ= g·cm-3= g·cm-3。
19.(12分)碱金属及其化合物在科学研究、生产生活中有广泛应用。请回答下列问题:
(1)基态钠原子核外电子占据能级数为　　　,核外电子共有　　　种不同的运动状态。
(2)与K同周期的元素中,最外层电子数与K相同的为　　　　　　　(写元素符号)。
(3)在同周期元素中,碱金属元素的　　　　　　　　　　　　　(填“电负性”“原子半径”或“第一电离能”)最小。
(4)氢化钠晶胞类似氯化钠晶胞(晶胞结构如图1所示)。设氢化钠晶体中钠离子半径为a pm,氢离子半径为b pm,并且它们在晶体中紧密堆积,则氢化钠晶胞中离子的空间利用率为　　　　　　　。
(5)NaBrO、NaBrO2、NaBrO3、NaBrO4四种钠盐中,Br的杂化方式均为　　　　;上述四种钠盐对应的酸的酸性依次增强,试解释HBrO4的酸性强于HBrO3的原因: 　　　　　　　　　　　。
(6)钠晶胞结构如图2所示,配位数为　　　。若钠晶胞的边长为c cm,NA代表阿伏加德罗常数的值,则钠晶体的密度为　　　　 g·cm-3。
答案:(1)4　11　(2)Cr、Cu
(3)电负性、第一电离能
(4)×100%
(5)sp3杂化　HBrO3和HBrO4可分别表示为(HO)BrO2和(HO)BrO3,HBrO3中的Br为+5价而HBrO4中的Br为+7价,后者正电性更高,导致O、H之间的电子对向O偏移,更易电离出H+
(6)8　
解析:(1)基态钠原子核外电子排布式为1s22s22p63s1,占据1s、2s、2p、3s四个能级;每个电子的运动状态都不相同,所以基态钠原子核外电子有11种运动状态。(2)钾原子最外层有1个电子,Cr、Cu原子最外层也有1个电子。(3)同周期元素中,碱金属元素的原子半径最大,第一电离能和电负性均最小。(4)氢化钠晶体中钠离子的半径为a pm,氢离子的半径为b pm,在1个氢化钠晶胞中含有4个Na+与4个H-,晶胞中离子总体积为V=4×π(a3+b3) pm3,晶胞体积V'=[2(a+b)]3 pm3,故离子的空间利用率=×100%。(5)四种阴离子中,Br原子的价层电子对数均为4,所以Br原子的杂化方式均为sp3杂化。(6)每个钠原子周围最近的钠原子有8个,所以配位数是8。运用均摊法可知每个晶胞中含有2个钠原子,设钠晶体密度为ρ,故 g=c3 cm3 ρ,解得ρ= g·cm-3。
20.(12分)单晶边缘纳米催化剂技术为工业上有效利用二氧化碳提供了一条经济可行的途径,其中单晶氧化镁负载镍催化剂表现出优异的抗积碳和抗烧结性能。
(1)基态镍原子的核外电子排布式为　　　　　　　　;元素Mg、O和C的第一电离能由小到大排序为　　　　　　　　。
(2)氧化镁载体及镍催化反应中涉及CH4、CO2和CH3OH等物质。在CH4、CO2和CH3OH的分子中碳原子杂化类型不同于其他两种的是　　　　,空间结构为正四面体的分子是　　　　,三种物质中沸点最高的是CH3OH,其原因是　。
(3)Ni与CO在60~80 ℃时反应生成Ni(CO)4气体,在Ni(CO)4分子中与Ni形成配位键的原子是　　　　　　原子,Ni(CO)4晶体类型是　　　　　　。
(4)已知MgO具有NaCl型晶体结构,其结构如图所示。
已知MgO晶胞边长为0.42 nm,则MgO的密度为　　　　 g·cm-3(保留小数点后一位);相邻Mg2+之间的最短距离为　　　　　　 nm(已知=1.414,=1.732﹔结果保留小数点后两位),每个Mg2+周围具有该距离的Mg2+个数为　　　　　　。
答案: (1)1s22s22p63s23p63d84s2　Mg(2)CO2　CH4　甲醇为极性分子,且甲醇分子间能形成氢键
(3)C　分子晶体
(4)3.6　0.30　12
解析:(1)镍元素的原子序数为28,基态镍原子的核外电子排布式是1s22s22p63s23p63d84s2。金属元素的第一电离能小于非金属元素的电离能,同周期元素的第一电离能呈增大趋势,则Mg、O和C的第一电离能由小到大排序为Mg(2)甲烷和甲醇中碳原子为饱和碳原子,杂化方式为sp3杂化,而二氧化碳分子的空间结构为直线形,杂化方式为sp杂化,则二氧化碳中碳原子杂化类型不同于其他两种;甲烷分子中碳原子的杂化方式为sp3杂化,空间结构为正四面体形;三种物质中甲烷和二氧化碳为非极性分子,甲醇为极性分子,且甲醇分子间能形成氢键,则甲醇的沸点最高。
(3)由题意可知,Ni(CO)4的沸点低,属于分子晶体,Ni(CO)4分子中与Ni形成配位键的原子是能提供孤电子对的碳原子。
(4)由晶胞结构可知,氧化镁晶胞中位于顶点和面心的O2-的个数为8×+6×=4,位于棱上和体心的Mg2+个数为12×+1=4,则每个晶胞中含有4个MgO,设氧化镁的密度为d,由晶胞质量公式可得d==3.6 g·cm-3;氧化镁晶胞中镁离子和镁离子处于小正方形的对角线上,则相邻Mg2+之间的最短距离为×0.42 nm=0.30 nm,每个Mg2+周围具有该距离的Mg2+个数为12。
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