IGCSE 化学 0620 Paper 4 练习卷：化学键、结构与物质性质（Extended 理论卷・100 分）

年级：中四至中五（IGCSE Year 10–11）　｜　科目：化学 0620　｜　时限：60 分钟　｜　总分：100 分　｜　题数：33

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Paper 4（Extended，结构题）	1 小时 15 分	75	不可用

题目

第 1 题（16 分）　离子键与离子结构

(a) 描述钠原子与氯原子如何形成氯化钠，并写出两种离子的电荷。 （3 分）

(b) 写出氧化镁与氯化钙的化学式。 （2 分）

(c) 解释为何固态氯化钠不导电，而熔融的氯化钠能导电。 （3 分）

(d) 解释为何 Na+ 离子的半径小于钠原子的半径。 （2 分）

(e) 解释为何离子化合物一般有较高的熔点和较大的硬度。 （3 分）

(f) 一个二氯化镁粒子（MgCl2）共含多少个电子？列出计算步骤。 （3 分）

第 2 题（17 分）　共价键、简单分子与巨型共价结构

(a) 说明氢分子中两个氢原子如何形成共价键，并指出共享电子对的数目。 （3 分）

(b) 描述甲烷与二氧化碳分子中碳原子所形成的键的数目。 （2 分）

(c) 解释为何二氧化碳在室温是气体，而金刚石的熔点极高。 （3 分）

(d) 解释为何石墨能导电，而金刚石不能导电。 （3 分）

(e) 一个金刚石样本含 3.0 g 碳。计算样本中的碳原子数目（阿佛加德罗常数 = 6.02 × 10^23 /mol）。 （3 分）

(f) 解释为何简单分子物质（例如四氯化碳）在纯态下不导电。 （3 分）

第 3 题（16 分）　金属键、金属性质与合金

(a) 描述金属键的模型，并指出参与的金属离子与电子的排列方式。 （3 分）

(b) 解释为何金属有延展性，可以被锤打成薄片。 （3 分）

(c) 解释为何合金（例如青铜）比纯铜硬。 （3 分）

(d) 青铜含铜 88%（质量百分比），其余为锡。计算 500 g 青铜中锡的质量。 （3 分）

(e) 解释为何金属能导电导热，并说明为何金属的导电性随温度升高而下降。 （4 分）

第 4 题（17 分）　结构与性质的关联

(a) 就离子结构、简单分子结构、巨型共价结构、金属结构四类，各写出一项熔点特征和一项导电特征。 （4 分）

(b) 解释为何固态硝酸钾不导电，但硝酸钾溶液能导电。 （3 分）

(c) 解释为何金刚石极硬，而石墨柔软且可作润滑剂。 （3 分）

(d) 氯化钠的熔点为 801 °C，氧化镁的熔点为 2852 °C。用离子电荷与离子半径解释两者熔点的差异。 （4 分）

(e) 甲烷的沸点为 −162 °C，丁烷的沸点为 −0.5 °C。解释沸点差异的原因。 （3 分）

第 5 题（17 分）　化学键与结构相关计算

(a) 计算氯化钠的相对分子质量，以及钠在氯化钠中的质量百分比。 （3 分）

(b) 117 g 氯化钠含多少莫耳？其中共有多少个离子（阿佛加德罗常数 = 6.02 × 10^23 /mol）？ （3 分）

(c) 计算 0.250 mol 二氯化镁的质量。 （3 分）

(d) 112 g 氧化钙含多少莫耳？其中离子总数是多少？ （3 分）

(e) 一个氧化铜样本重 8.0 g。已知 Cu 的相对原子质量为 63.5，O 为 16.0，计算样本中铜的质量。 （3 分）

(f) 比较 1 mol 氯化钠与 1 mol 二氯化镁所含离子的莫耳数。 （2 分）

第 6 题（17 分）　综合应用：由结构推论性质

(a) 解释为何氧化镁的熔点高于氯化钠，并指出两个相关的结构因素。 （4 分）

(b) 将 100 g 水由 20 °C 加热至 80 °C，水的比热容为 4.18 J/(g K)。计算所需能量，以 kJ 表示。 （3 分）

(c) 某工厂以 2.0 kW 的功率熔融氯化钠，运作 1.5 小时。计算所耗电能，以 kWh 表示，并解释为何熔融而非溶解氯化钠需要大量能量。 （3 分）

(d) 有学生认为“熔点越高，物质中的键就越强”。用简单分子物质与巨型共价结构各举一例，说明这说法为何不完全正确。 （4 分）

(e) 解释为何铜被用作电线，而石墨被用作电解池的电极。 （3 分）

答案及评分准则

第 1 题　离子键与离子结构

(a) 钠原子失去一个最外层电子成为 Na+（1 分）；氯原子得到该电子成为 Cl−（1 分）；带相反电荷的离子以静电引力互相吸引，形成离子键（1 分）。 ［3 分］

(b) 氧化镁为 MgO（1 分）；氯化钙为 CaCl2（1 分）。 ［2 分］

(c) 固态时离子固定在晶格位置上，不能自由移动（1 分）；熔融时离子获得足够能量脱离晶格（1 分）；离子可自由移动并运载电荷，所以能导电（1 分）。 ［3 分］

(d) 钠原子失去最外层唯一一个电子，该电子层消失（1 分）；剩余电子所受的有效核电荷增加，电子云被拉得更近原子核（1 分）。 ［2 分］

(e) 晶格中每个离子被多个相反电荷的离子包围，静电引力强（1 分）；要熔化或使晶体变形须破坏大量离子键（1 分）；因此需要很高温度，且晶体不易被刮花（1 分）。 ［3 分］

(f) 镁的原子序数为 12，镁离子有 10 个电子（1 分）；每个氯离子有 18 个电子，两个共 36 个（1 分）；总数 = 10 + 36 = 46 个电子（1 分）。 ［3 分］

第 2 题　共价键、简单分子与巨型共价结构

(a) 每个氢原子提供一个电子（1 分）；两个电子由两个原子核共同吸引，形成一个共享电子对（1 分）；氢分子只有一对共享电子，即单键（1 分）。 ［3 分］

(b) 甲烷中碳原子与四个氢原子形成四条单键（1 分）；二氧化碳中碳原子与每个氧原子形成双键，共两条双键（1 分）。 ［2 分］

(c) 二氧化碳是简单分子，分子之间只有微弱的分子间引力，容易克服（1 分）；金刚石是巨型共价结构，每个碳原子与四个碳原子以强共价键相连成三维网状（1 分）；熔化金刚石须破坏大量共价键，需要极高能量（1 分）。 ［3 分］

(d) 石墨中每个碳原子只与三个碳原子成键，剩下一个电子在层内离域（1 分）；这些离域电子可在层与层之间沿层移动并运载电荷（1 分）；金刚石中四个价电子全部用于成键，没有自由电子（1 分）。 ［3 分］

(e) 碳的莫耳数 = 3.0 ÷ 12.0 = 0.25 mol（1 分）；原子数目 = 0.25 × 6.02 × 10^23（1 分）；= 1.505 × 10^23 个原子（1 分）。 ［3 分］

(f) 分子整体不带电荷，分子内虽有极性键但分子本身中性（1 分）；液态或气态时分子之间没有可自由移动的离子或电子（1 分）；没有带电粒子运载电荷，所以不导电（1 分）。 ［3 分］

第 3 题　金属键、金属性质与合金

(a) 金属原子失去最外层电子成为正离子（1 分）；正离子排列成规则的晶格（1 分）；离域电子在整个结构中自由移动，把正离子吸引在一起（1 分）。 ［3 分］

(b) 金属原子层可以在不破坏金属键的情况下互相滑动（1 分）；离域电子随层移动，继续把离子黏在一起（1 分）；因此金属变形而不破裂，可打成薄片（1 分）。 ［3 分］

(c) 合金含不同大小的原子（1 分）；这些原子扰乱了离子层的规则排列（1 分）；离子层不易滑动，所以合金较硬、较强（1 分）。 ［3 分］

(d) 锡的质量百分比 = 100% − 88% = 12%（1 分）；锡的质量 = 500 × 12 ÷ 100（1 分）；= 60 g（1 分）。 ［3 分］

(e) 离域电子可在金属中自由移动，运载电荷，所以导电（1 分）；电子碰撞把能量由高温处传到低温处，所以导热（1 分）；温度升高时金属离子振动幅度加大（1 分）；电子与离子碰撞更频繁，阻碍电子流动，导电性下降（1 分）。 ［4 分］

第 4 题　结构与性质的关联

(a) 离子：熔点高，固态不导电但熔融或溶于水导电（1 分）；简单分子：熔点低，一般不导电（1 分）；巨型共价：熔点极高，除石墨外不导电（1 分）；金属：熔点差异大但一般较高，固态和液态均导电（1 分）。 ［4 分］

(b) 固态时离子固定在晶格中，不能移动（1 分）；溶于水后晶格被水分子破坏，离子分散在溶液中（1 分）；水合离子可自由移动并运载电荷，所以溶液导电（1 分）。 ［3 分］

(c) 金刚石中每个碳原子以四个强共价键与其他碳原子相连成三维网状，任何方向都难以变形（1 分）；石墨是层状结构，层内共价键强但层与层之间只有微弱引力（1 分）；层与层容易滑动，所以石墨柔软并可作润滑剂（1 分）。 ［3 分］

(d) 氧化镁由 Mg2+ 与 O2− 组成，离子电荷为 2+ 与 2−（1 分）；氯化钠的离子电荷只有 1+ 与 1−，电荷较小（1 分）；镁离子和氧离子的半径亦小于钠离子和氯离子，离子间距离较短（1 分）；静电引力强得多，须更高能量才能熔化，所以熔点高得多（1 分）。 ［4 分］

(e) 两者都是简单分子，沸点取决于分子间引力（1 分）；丁烷分子有更多电子，分子较大，分子间引力较强（1 分）；需要较多能量才能把分子分开，所以丁烷沸点较高（1 分）。 ［3 分］

第 5 题　化学键与结构相关计算

(a) 相对分子质量 = 23.0 + 35.5 = 58.5（1 分）；质量百分比 = 23.0 ÷ 58.5 × 100%（1 分）；= 39.3%（1 分）。 ［3 分］

(b) 莫耳数 = 117 ÷ 58.5 = 2.0 mol（1 分）；每式量单位有 2 个离子，离子莫耳数 = 4.0 mol（1 分）；离子数目 = 4.0 × 6.02 × 10^23 = 2.408 × 10^24 个（1 分）。 ［3 分］

(c) 相对分子质量 = 24.3 + 2 × 35.5 = 95.3（1 分）；质量 = 0.250 × 95.3（1 分）；= 23.8 g（1 分）。 ［3 分］

(d) 相对分子质量 = 40.0 + 16.0 = 56.0（1 分）；莫耳数 = 112 ÷ 56.0 = 2.0 mol，离子共 4.0 mol（1 分）；离子总数 = 4.0 × 6.02 × 10^23 = 2.408 × 10^24 个（1 分）。 ［3 分］

(e) 相对分子质量 = 63.5 + 16.0 = 79.5（1 分）；铜的质量分数 = 63.5 ÷ 79.5（1 分）；铜的质量 = 8.0 × 63.5 ÷ 79.5 = 6.39 g，取 6.4 g（1 分）。 ［3 分］

(f) 1 mol 氯化钠含 2 mol 离子，1 mol 二氯化镁含 3 mol 离子（1 分）；后者离子数目是前者的 1.5 倍（1 分）。 ［2 分］

第 6 题　综合应用：由结构推论性质

(a) 氧化镁的离子电荷为 2+ 与 2−，比氯化钠的 1+ 与 1− 大（1 分）；镁离子与氧离子的半径较小，令离子间距离较短（1 分）；两者都令静电引力大幅增强（1 分）；因此熔化时须破坏更强的离子键，熔点较高（1 分）。 ［4 分］

(b) 温度升幅 = 80 − 20 = 60 K（1 分）；能量 = 100 × 4.18 × 60 = 25080 J（1 分）；= 25.1 kJ（1 分）。 ［3 分］

(c) 电能 = 2.0 × 1.5 = 3.0 kWh（1 分）；熔化须破坏整个离子晶格的静电引力，而溶解只是让水分子把离子分开（1 分）；所以熔化所需的能量远高于溶解（1 分）。 ［3 分］

(d) 简单分子物质熔化时只须克服分子间引力，共价键并未断裂（1 分）；例如二氧化碳的分子内 C=O 键很强，但熔点（升华点）很低（1 分）；巨型共价结构熔化时才须破坏共价键，例如金刚石（1 分）；所以熔点反映的是熔化时被破坏的作用力种类，不能直接当作键强的指标（1 分）。 ［4 分］

(e) 铜有离域电子，导电性好，而且有延展性，容易拉成幼线（1 分）；石墨导电、熔点高，且在高温及与电解液接触时不易反应（1 分）；石墨亦较易加工成棒状或板状，成本较低（1 分）。 ［3 分］

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