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专题整合　素养提升
思考1.举例说明物质结构研究的对象。
提示:原子结构与元素性质、分子结构与分子性质、晶体结构与微粒间作用力、官能团结构与有机物的性质;化学键对物质结构与性质关系的解释等。
思考2.认识物质的结构特征时,可供思考的问题有哪些
提示:原子结构与特征、化学键类型与特征、晶体类型与特征、分子空间构型、同分异构体、同素异形体、同系物的特征等。
思考3.比较白磷与红磷的结构差异,说明其性质的异同。
提示:白磷分子呈正四面体形,因为P—P键弯曲而具有较大的张力,其键能较小,易断裂,常温常压表现出很高的活性;红磷整体成链状结构,比较稳定,所以室温下不与氧气反应。
思考4.研究物质结构常用的范式和方法是什么,举例说明。
提示:研究物质结构的范式一般有归纳范式和演绎范式;研究方法有科学假设和论证、实验方法、模型方法等。例如通过研究大量原子结构获得元素周期律,然后利用元素周期律指导学习其他元素原子的结构与性质,分别用了归纳和演绎的范式;卢瑟福研究原子结构时,用α粒子轰击金箔,然后根据实验现象提出原子核式结构模型,过程中就综合运用了上述研究方法。
思考5.举例说明物质结构研究对化学科学发展的重大贡献。
提示:元素周期律的发现从理论上指导化学元素的发现和应用,并实现人工制造化学元素;有机物结构及碳原子的成键特点的研究,实现有机合成由经验摸索阶段转向可以提前设计“按图索骥”阶段,并且促进了有机立体化学的发展;加速了更多新物质的合成与发现,促进了诸多性能优异的新材料的研制和应用。
专题1　检测试题
一、选择题:本题共14小题,每小题3分,共42分。每小题只有一个选项符合题意。
1.下列不属于探索物质微观结构的是(　　)
A.探索氨分子的空间形状
B.乙醇(C2H6O)分子中各原子的连接方式
C.从浊液中用过滤方法分离出BaSO4
D.金刚石坚硬的原因
【答案】 C
【解析】 C项为难溶性固体与溶液的分离方法,符合题意。
2.请你运用所学的化学知识判断,下列有关化学观念的叙述错误的是(　　)
A.几千万年前地球上一只恐龙体内的某个原子可能在你的身体里
B.用斧头将木块一劈为二,在这个过程中个别原子恰好分成更小微粒
C.一定条件下,金属钠可以成为绝缘体
D.一定条件下,水在20 ℃时能凝固成固体
【答案】 B
【解析】 原子是化学变化的最小微粒,A项正确,B项错误;金属导电是自由电子在外电场的作用下定向移动,一定条件下自由电子不可移动,C项正确;物质的熔点与物质的结构和外部条件有关,水在 20 ℃、一定压强下可凝固成固体,D项正确。
3.反应NaCN+H2O2+H2ONaHCO3+NH3可用于处理含NaCN的废水。下列说法正确的是(　　)
A.NaCN既含离子键又含共价键
B.H2O2是离子化合物
C.中子数为10的氧原子可表示为O
D.NH3的电子式为
【答案】 A
【解析】 NaCN为离子化合物,既含离子键又含碳氮共价键,A正确;过氧化氢属于共价化合物,B错误;中子数为10的氧原子质量数为18,C错误;NH3的电子式为,D错误。
4.“天和”核心舱发射成功,标志着中国空间站在轨组装建造全面开展,象征着中国正式迈入了自主建造空间站的新时代。“天宫”空间站的研制,应用了众多尖端合成高分子材料。高分子材料与金属材料相比,其优越性是(　　)
①强度大　②溶解性好　③电绝缘性好　④不耐热　⑤耐化学腐蚀
A.①②③ B.①③⑤
C.①②③④⑤ D.②③④
【答案】 B
【解析】 新型材料具有很多优于传统材料的特点,例如强度大、耐高温、耐酸碱腐蚀、良好的电绝缘性,有些新型材料还具有优良的生物学功能。应用于“天和”核心舱、“天宫”空间站上的高分子材料,应满足强度大、密度小、耐高温、耐酸碱腐蚀以及具有良好的电绝缘性等特点,故选B。
5.下列物质研究的范式不属于演绎范式的是(　　)
A.由乙烯、丙烯均能与Br2、HCl、H2发生加成反应得出烯烃能发生加成反应
B.在元素理论的指导下,人们于1875年发现了“类铝”(镓)
C.利用酸的通性推知乙酸可与NaHCO3溶液发生反应
D.利用元素周期律可推断出还原性:K>Na
【答案】 A
【解析】 由乙烯、丙烯均能与Br2、HCl、H2发生加成反应得出烯烃能发生加成反应,利用的是归纳的方法,属于归纳范式。
6.N5是破坏力极强的炸药之一;18O2是比黄金还贵重的物质。下列说法正确的是(　　)
A.N5和N2互为同位素
B.1个18O2中含有18个中子
C.原子半径:N<18O
D.2N55N2发生的是化学变化
【答案】 D
【解析】 同位素是指具有相同质子数,不同中子数的不同原子,N5和N2是由氮元素组成的不同单质,不符合同位素的定义,A错误;1个18O2中含有的中子数为(18-8)×2=20,B错误;同周期元素从左到右原子半径依次减小,所以原子半径N>18O,C错误;N5和N2属于同种元素组成的不同单质,属于不同的物质,所以两者之间的转化属于化学变化,D正确。
7.已知原子序数,可以推断原子的(　　)
①质子数　②中子数　③质量数　④核电荷数　⑤核外电子数　⑥原子结构示意图
⑦元素在周期表中的位置
A.①②③④⑥ B.①④⑤⑥⑦
C.②③④⑤⑦ D.③④⑤⑥⑦
【答案】 B
【解析】 原子序数=质子数=核电荷数=核外电子数,根据原子序数可写出原子的结构示意图,从而确定其在元素周期表中的位置,故B正确。
8.某同学想利用所学的知识去探究SO2的性质,设计了如下研究程序,合理的是(　　)
A.观察(得出SO2的物理性质)→分类(预测SO2的化学性质)→实验(观察实验现象、验证预测)→比较并得出结论,对于异常现象再预测,再实验,再验证
B.分类(预测SO2的化学性质)→观察(得出SO2的物理性质)→实验→比较并得出结论
C.观察(得出SO2的物理性质)→实验→分类(预测SO2的化学性质)→比较并得出结论
D.实验→分类(预测SO2的化学性质)→观察(得出SO2的物理性质)→比较并得出结论
【答案】 A
【解析】 探究SO2的性质时其基本程序是先从色、态方面观察SO2的外观,得出SO2的物理性质,然后根据SO2可能具有的性质,预测SO2的化学性质,再做实验验证预测,观察并记录实验现象,再分析实验现象并用已知化学知识解释现象,最后得出结论,A符合题意。
9.下列说法正确的是(　　)
A.红磷转化为白磷,属于物理变化
B.石墨导电,金刚石不导电,故两者不互为同素异形体
C.O2和O3化学式不同,结构相同
D.单质硫有S2、S4、S6等,它们都是硫元素的同素异形体
【答案】 D
【解析】 白磷和红磷不是同种物质,它们之间的相互转化为化学变化,A错误;金刚石与石墨是由碳元素组成的不同单质,互为同素异形体,B错误;O2与O3化学式不同,结构也不同,
C错误。
10.石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料(结构示意图如图),可由石墨剥离而成,具有极好的应用前景。下列说法正确的是(　　)
A.石墨烯与石墨互为同位素
B.0.12 g石墨烯中含有6.02×1022个碳原子
C.石墨烯是一种有机物
D.石墨烯中的碳原子间以共价键结合
【答案】 D
【解析】 同位素的对象是核素,A选项错误;0.12 g石墨烯中碳原子的物质的量为0.01 mol,所含碳原子个数为6.02×1021,B选项错误;有机物一般含有碳、氢元素,是化合物,而石墨烯是碳单质,C选项错误;由题图可知,石墨烯中碳原子间均通过共用电子对即共价键结合,
D选项正确。
11.科学家已成功制造出约五万个低能量状态的反氢原子,这是人类首次在受控条件下大批量制造反物质。科学家对反物质原子的内部结构和物理特性进行研究,认为反物质就是由反粒子构成的物质,所有的粒子都有反粒子,这些反粒子的特点是其构型、质量、寿命、自旋等与相应的粒子相同,但其电性与相应的粒子相反。下列说法中不正确的是(　　)
A.电子与反电子相遇,会放出能量
B.反电子在电场中的运动方向与电子相反
C.反氧原子是一个实心球体
D.反物质强酸与反物质强碱发生的中和反应可写作H-+OH+H2O
【答案】 C
【解析】 由题意知,反粒子的构型与相应的粒子相同,故反氧原子不是实心球体,C错误。
12.下列“类比”合理的是(　　)
A.Fe与S反应生成FeS,则Cu与S反应生成Cu2S
B.C在足量的O2中燃烧生成CO2,则S在足量的O2中燃烧生成SO3
C.Cl2与水反应生成HCl和HClO,则F2与水反应生成HF和HFO
D.Na2O2与CO2反应生成Na2CO3和O2,则Na2O2与SO2反应生成Na2SO3和O2
【答案】 A
【解析】 S的氧化性比较弱,S与变价金属Fe反应生成FeS,与Cu反应生成Cu2S,A正确;C在足量的O2中燃烧生成CO2,而S在足量的O2中燃烧生成SO2,B错误;Cl2与水反应生成HCl和HClO,F2与水反应生成HF和O2,C错误;Na2O2与CO2反应生成Na2CO3和O2,由于Na2O2具有强氧化性,SO2具有还原性,则Na2O2与SO2反应生成Na2SO4,D错误。
13.已知铍(Be)的原子序数为4。下列对铍及其化合物的叙述正确的是(　　)
A.铍的金属性比钠的强
B.氯化锂的氧化性比氯化铍的强
C.氢氧化铍的碱性比氢氧化钙的弱
D.单质铍易与冷水反应产生H2
【答案】 C
【解析】 铍(Be)位于周期表中第二周期ⅡA族,根据周期表中元素性质的递变规律可知,题中涉及元素的金属性强弱的关系为Li>Be、Na>Mg>Be、Ca>Mg>Be,还需明确的是Mg不易与冷水反应,则说明铍与冷水的反应很难进行。
14.2020年12月,嫦娥五号返回器携带月球土壤样品“月壤”在预定区域安全着陆,标志探月工程取得圆满成功。下列有关说法正确的是(　　)
A.“月壤”中的He与地球上氦气中的He互为同素异形体
B.组成“月壤”的矿物粉末主要是由无机物和多种有机物组成的复杂混合物
C.“月壤”的“太空风化”与地球上在大气、水和生物共同作用下的“地表风化”原理相同
D.居里夫人用He原子核轰击Al原子核,得到核素YAlHeYn,则Y为P
【答案】 D
【解析】 “月壤”中的He与地球上氦气中的He互为同位素,A错误;“月壤”的矿物粉末主要是由无机物组成的,属于混合物,B错误;月球上没有大气、水,“月壤”的“太空风化”是在宇宙射线等作用下发生的,C错误;根据AlHeYn可以推测出,Y为P,
D正确。
二、非选择题:本题共4小题,共58分。
15.(16分)归纳与演绎是重要的科学方法,也是常用的化学学习方法,请用该方法解决下列问题。
(1)我们已经学过实验室制取O2、H2、CO2三种气体的反应原理与收集方法。请你归纳出选择实验室制取气体反应的发生装置主要考虑的因素:　　　　　　　(填序号)。
①反应物的状态　②生成气体的溶解性　③反应条件　④原料为纯净物　⑤气体的密度
(2)探究课上,小明同学为了探究氨气的某些性质,做了如图实验(从左向右依次是他所做实验及现象)。
通过实验,小明同学可得出氨气的三点性质,分别是
①　 ;
②　 ;
③　 。
(3)在获得氨气的主要性质后,小明决定自己来制取氨气,他先查阅了有关资料,知道可通过多种反应得到NH3。他准备分别用以下两种化学反应来制备氨气,请结合所学知识帮助他完成氨气的实验制备方案。
①2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s)CaCl2+2NH3↑+2H2O
②CaO(s)+NH3·H2O(浓)NH3↑+Ca(OH)2
若选择反应①作为实验室制取NH3的反应原理,需要用图中　　　 　装置作为NH3发生装置,若用D装置来收集氨气,气体由　　 　　端进入。若选择反应②作为实验室制取NH3的反应原理,需要用图中　　　　装置作为NH3发生装置。
【答案】 (1)①③
(2)相同条件下,氨气的密度比空气小　氨气极易溶于水　氨气能跟水发生化学反应,反应后的溶液显碱性
(3)A　e　B或C
【解析】 (1)实验室制取气体反应的发生装置的选择主要考虑反应物的状态是固体还是液体以及反应条件。
(2)根据实验可知,气体是由上到下充满试管的,充满氨气的试管能形成喷泉且形成的溶液使酚酞显红色,从而得出氨气的三点性质:相同条件下,氨气的密度比空气小;氨气极易溶于水;氨气能跟水发生化学反应,反应后的溶液显碱性。
(3)反应①需要用固固加热型发生装置,则选取A装置作为发生装置;氨气的密度比空气小,则用D装置收集时,气体由e端进入;若选择反应②作为实验室制取NH3的反应原理,则应选择固液不加热型发生装置,即B或C装置。
16.(12分)深入研究物质的组成、结构与其性质之间的相互关系有利于揭示物质的奥秘。
(1)下列有关物质结构与性质的说法中,正确的是　　 　　(填字母)。
A.N2通常条件下很稳定的原因是氮分子中氮氮三键的键能大
B.根据石墨易传热、能导电的性质,可以推测出石墨属于金属单质
C.分子中具有碳碳双键的有机物与乙烯具有相似的化学性质
D.乙醇能与钠发生反应,故乙醇为电解质
(2)原子结构模型经历了五个主要阶段:1803年实心球模型→1904年“葡萄干面包”模型→
1911年原子核式结构模型→1913年轨道模型→20世纪初量子力学的原子结构模型。对原子核式结构模型贡献最大的科学家是　　　　(填字母)。
A.玻尔 B.汤姆生 C.卢瑟福 D.道尔顿
(3)由元素周期律推测酸性HClO4>HBrO4,属于　　　　(填“归纳范式”或“演绎范式”,下同)的应用。由金属单质与盐溶液的置换反应获得金属活动性顺序,属于　　　　的应用。
(4Po具有放射性,其α衰变方程为PoPb。半衰期是指由大量原子组成的放射性样品中,放射性元素原子核有50%发生衰变所需的时间,已知Po的半衰期为138天,物质的量为1 mol的Po,经276天后,得到Pb的物质的量为　　　mol。
【答案】 (1)AC　(2)C　(3)演绎范式　归纳范式 (4)0.75
【解析】 (1)N2通常条件下很稳定的原因是氮分子中氮氮三键的键能大,故A正确;石墨易传热、能导电,但是石墨属于非金属单质,故B错误;分子中具有碳碳双键的物质与乙烯具有相似的化学性质,故C正确;乙醇能与钠反应,但乙醇是非电解质,故D错误。
(2)对原子核式结构模型贡献最大的科学家是卢瑟福,故选C。
(3)由元素周期律推测酸性 HClO4>HBrO4,是“从一般到个别”的过程,属于演绎范式的应用。由金属单质与盐溶液的置换反应获得金属活动性顺序,是“从个别到一般”的过程,属于归纳范式的应用。
(4)经过第一个半衰期生成的Pb的物质的量为(1×50%) mol,剩余的Po的物质的量为(1×50%) mol;再经过第二个半衰期生成的Pb的物质的量为(1×50%×50%) mol,所以经过276天所得Pb的物质的量为(1×50%+1×50%×50%) mol=0.75 mol。
17.(16分)有A、B、C、D、E五种微粒,它们可能是原子或离子,并且所含的元素都位于短周期。A显负价时,几乎不能被任何氧化剂氧化;金属原子B的原子核内质子数比前一周期的同族元素多8,其单质不能从CuSO4溶液中置换出Cu;C元素有三种同位素C1、C2、C3,C1的质量数为C2的1/2,为C3的1/3;D的气态氢化物溶于水后显碱性;E是由两种不同元素组成的带负电荷的微粒,它共有10个电子,E极易与C+结合成中性微粒。回答下列
问题。
(1)写出五种微粒的符号:A　　　、B　　　、C　　　、D　　　、E　　　。
(2)写出C的同位素名称:C1　　　、C2　　　、C3　　　。
(3)A与B形成的化合物是　　　　晶体;C和D形成的分子的电子式为　　　　 　　,结构式为　　　　。
【答案】 (1)F　Na　H　N　OH-　(2)氕　氘　氚　(3)离子　　
【解析】 A的负价离子几乎不能被氧化剂氧化,说明其单质的氧化性很强,为F;金属原子B对应的元素位于第三周期,且其单质不能置换出Cu,说明它是极易与H2O反应的Na;
C的三种核素是H、H、H;D的气态氢化物溶于水显碱性,则D是N;由10电子的阴离子可与H+结合成中性微粒推出E为OH-。
(1)根据以上分析可知,A为F、B为Na、C为H、D为N、E为OH-。
(2)C为H,H存在三种同位素,分别为氕、氘、氚。
(3)A为F、B为Na,两者形成的化合物为NaF,活泼金属和活泼非金属易形成离子化合物,则NaF为离子晶体。C为H、D为N,两者形成的分子为氨气,电子式为。氨气分子中氮原子形成三条键分别与氢原子相连,其结构式为。
18.(14分)(1)随着科学的进步,除传统的三大合成材料外,又出现了高分子分离膜,具有光、电、磁等特殊功能的高分子材料,医用高分子材料、隐形材料和液晶高分子材料等许多新型有机高分子材料。试根据下列用途判断新型有机高分子材料的种类。
①用于海水和苦咸水的淡化方面:　 。
②用于制造人工器官(如人工心脏)的材料:　　　　　　 　　。
(2)录像用的高性能磁带中的磁粉,主要原料之一是由3种元素组成的CoxFe3-xO3+x的化合物,已知O为-2价,钴(Co)和铁可能呈现+2价或+3价,且上述化合物中,每种元素都只有一种化合价,则x的值为　　　　,铁的化合价为　　　价,钴的化合价为　　　　价。
【答案】 (1)①高分子分离膜　②医用高分子材料
(2)1　+3　+2
【解析】 (1)高分子分离膜和医用高分子材料是两种重要的功能高分子材料。其中高分子分离膜广泛用于生活污水及工业废水等废液处理及废液中有用成分的回收,特别是海水淡化方面已实现工业化;医用高分子材料中的硅聚合物或聚氨酯类聚合物等因其优异的生物相容性和很高的机械性能,可用来制造人工心脏。
(2)由化学式CoxFe3-xO3+x可知x的取值为 1或2,若取x=1,则化学式为CoFe2O4,根据化合价代数和为0,可推知Fe为+3价,Co为+2价;若取 x=2,不合理。(共7张PPT)
专题整合　素养提升
思考1.举例说明物质结构研究的对象。
提示:原子结构与元素性质、分子结构与分子性质、晶体结构与微粒间作用力、官能团结构与有机物的性质;化学键对物质结构与性质关系的解释等。
思考2.认识物质的结构特征时,可供思考的问题有哪些
提示:原子结构与特征、化学键类型与特征、晶体类型与特征、分子空间构型、同分异构体、同素异形体、同系物的特征等。
思考3.比较白磷与红磷的结构差异,说明其性质的异同。
提示:白磷分子呈正四面体形,因为P—P键弯曲而具有较大的张力,其键能较小,易断裂,常温常压表现出很高的活性;红磷整体成链状结构,比较稳定,所以室温下不与氧气反应。
思考4.研究物质结构常用的范式和方法是什么,举例说明。
提示:研究物质结构的范式一般有归纳范式和演绎范式;研究方法有科学假设和论证、实验方法、模型方法等。例如通过研究大量原子结构获得元素周期律,然后利用元素周期律指导学习其他元素原子的结构与性质,分别用了归纳和演绎的范式;卢瑟福研究原子结构时,用α粒子轰击金箔,然后根据实验现象提出原子核式结构模型,过程中就综合运用了上述研究方法。
思考5.举例说明物质结构研究对化学科学发展的重大贡献。
提示:元素周期律的发现从理论上指导化学元素的发现和应用,并实现人工制造化学元素;有机物结构及碳原子的成键特点的研究,实现有机合成由经验摸索阶段转向可以提前设计“按图索骥”阶段,并且促进了有机立体化学的发展;加速了更多新物质的合成与发现,促进了诸多性能优异的新材料的研制和应用。

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