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中四化学练习卷：化学键、结构与性质（100 分）
练习卷 · 中四化学 · 化学键、结构与性质
中四化学练习卷：6 题 22 部分、100 分、75 分钟。按香港中四化学课程编写，涵盖离子键与电子转移、共价键与路易斯结构、巨型结构与简单分子结构的性质比较、金属键与合金，以及化学式质量与莫耳计算，全部数值由程式自算并核对，答案附完整评分要点。
卷面资料 年级：中四 ｜ 科目：化学 ｜ 时限：75 分钟 ｜ 总分：100 分 ｜ 题数：22
甲部 第 1 题：离子键与电子转移
本题只考虑主族元素。电子排布用逗号分隔各层电子数目。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 1 | （a）钠的原子序为 11，氯的原子序为 17。写出钠原子与氯原子的电子排布，并说明两者形成离子时电子如何转移。 | 答案：钠原子排布 2,8,1；氯原子排布 2,8,7。钠原子失去 1 个电子成为 Na⁺，排布变为 2,8；氯原子得到 1 个电子成为 Cl⁻，排布变为 2,8,8。评分：两个原子排布各 1 分，转移方向与数目 1 分，两个离子排布各 0.5 分。 |
| 2 | （b）镁的原子序为 12，氧的原子序为 8。写出 Mg²⁺ 与 O²⁻ 的电子排布，并解释氧化镁的实验式为何是 MgO。 | 答案：镁原子排布 2,8,2，失去 2 个电子成 Mg²⁺，排布 2,8；氧原子排布 2,6，得到 2 个电子成 O²⁻，排布 2,8。每个镁离子带 2 单位正电荷，每个氧离子带 2 单位负电荷，一比一配对即电荷抵消，故实验式为 MgO。评分：两个离子排布各 1 分，电荷抵消说明 1.5 分，实验式 0.5 分。 |
| 3 | （c）铝离子为 Al³⁺，氧离子为 O²⁻。求氧化铝实验式中两种离子的数目比，写出实验式，并核对总电荷。 | 答案：正负电荷的最小公倍数为 6，故铝离子需 2 个、氧离子需 3 个，数目比 2:3，实验式 Al₂O₃。核对：总正电荷 2 × (+3) = +6，总负电荷 3 × (−2) = −6，相加为零。评分：最小公倍数 1 分，数目比 1 分，实验式 1 分，电荷核对 1 分。 |
| 4 | （d）氧化镁的熔点约 2852 °C，氯化钠的熔点约 801 °C。两者都是离子化合物。解释熔点差异。 | 答案：氧化镁的离子带 2 单位电荷（Mg²⁺ 与 O²⁻），氯化钠的离子只带 1 单位电荷；离子电荷越高，离子键越强，晶格能越大，熔点越高。此外镁离子与氧离子的半径较小，离子间距短，吸引力亦较强。评分：电荷比较 1 分，离子键强弱与晶格能 1 分，半径因素 1 分。 |
乙部 第 2 题：共价键与电子计数
价电子数按族数计算：氢为 1，碳为 4，氮为 5，氧为 6。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 5 | （a）水分子中，氧与每个氢各形成一个单键。求水分子的价电子总数、成键电子数与孤对电子数。 | 答案：价电子总数 = 1 × 2 + 6 = 8；成键电子 = 2 个单键 × 2 = 4；孤对电子 = 8 − 4 = 4，即氧上 2 对孤对。评分：价电子 1 分，成键电子 1 分，孤对数目与位置 1 分。 |
| 6 | （b）二氧化碳分子中，碳与每个氧各形成一个双键。求价电子总数、成键电子数与孤对数目。 | 答案：价电子总数 = 4 + 6 × 2 = 16；成键电子 = 2 个双键 × 4 = 8；孤对电子 = 16 − 8 = 8，即 4 对，每个氧上 2 对。评分：价电子 1 分，双键电子计法 1.5 分，孤对数目 1.5 分。 |
| 7 | （c）氮分子中两个氮原子形成一个三键。求价电子总数、成键电子数与孤对电子数。 | 答案：价电子总数 = 5 × 2 = 10；成键电子 = 3 个键对 × 2 = 6；孤对电子 = 10 − 6 = 4，即每个氮上 1 对。评分：价电子 1 分，三键电子 1 分，孤对 1 分。 |
| 8 | （d）二氧化碳与水分子都含极性键。解释为何二氧化碳分子没有净偶极，而水分子有净偶极。 | 答案：二氧化碳为直线形，两个碳氧键的偶极方向相反、大小相等，向量相加为零，故无净偶极；水分子为弯曲形，两条氢氧键的夹角约 104.5°，两个键偶极不能互相抵消，向量相加得净偶极，氧端带部分负电荷。评分：二氧化碳直线形与抵消 1.5 分，水弯曲形 1 分，净偶极方向 1.5 分。 |
丙部 第 3 题：巨型结构与性质
比较性质时要指明结构类型与粒子间的吸引力种类。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 9 | （a）钻石与石墨都由碳原子组成，但石墨能导电而钻石不能，石墨亦较软。解释这两个差异。 | 答案：钻石中每个碳原子与另外 4 个碳原子以共价键相连，形成三维网状结构，所有价电子都参与成键，没有可移动的电子，故不导电，而且键网坚硬。石墨中每个碳原子只与 3 个碳原子成键，形成平面六角层，第四个价电子在层间离域，可自由移动，故能导电；层与层之间只有微弱的分子间引力，层容易滑动，故石墨较软。评分：钻石四键与无自由电子 1.5 分，石墨离域电子与导电 1.5 分，层间滑动与硬度 1 分。 |
| 10 | （b）二氧化硅的熔点约 1710 °C，二氧化碳的升华温度约 -78 °C。两者的化学式相似。解释熔点的巨大差异。 | 答案：二氧化硅是巨型共价结构，每个硅原子与 4 个氧原子成键，每个氧原子与 2 个硅原子成键，整块晶体是一个连续的共价网络，熔化时要断开大量强共价键，故熔点很高。二氧化碳是简单分子结构，分子内虽有极性共价键，但分子之间只有微弱的分子间引力，熔化或升华只需克服这些弱引力，故温度很低。评分：二氧化硅结构与断键 2 分，二氧化碳简单分子结构 1 分，克服分子间引力 1 分。 |
| 11 | （c）钻石中每个碳原子与 4 个碳原子成键；石墨中每个碳原子与 3 个碳原子成键，而每条键由两个原子共用。求石墨中“每原子分得的键数”，并计算钻石与石墨每原子键数之比。 | 答案：石墨每原子分得的键数 = 3 ÷ 2 = 1.5；钻石每原子键数 = 4（键数与原子数之比为 2:1，每原子分得 4 条）。比值 = 4 ÷ 1.5 = 2.667。评分：除以二的理由 1.5 分，石墨数值 1 分，钻石数值 0.5 分，比值 1 分。 |
丁部 第 4 题：金属键、密度与合金
计算题须写出公式、代入与单位。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 12 | （a）说明固态金属为何能导电，而固态离子化合物不能。 | 答案：金属中价电子离域，形成自由电子海，在整个金属晶格中可自由移动；接上电源时这些电子定向流动，故能导电。固态离子化合物中，离子被静电引力固定在晶格位置，不能移动；虽然离子带电，但没有可移动的带电粒子，故不导电。评分：金属自由电子 1.5 分，离子固定于晶格 1.5 分。 |
| 13 | （b）说明金属具有延展性（可锤成薄片）的原因。 | 答案：金属键没有方向性，金属离子与自由电子之间的吸引力在各方向相同；受外力时，一层金属离子可以在另一层上滑动到新位置，滑动后仍被自由电子包围，金属键不会断裂，故金属能变形而不碎裂。评分：金属键无方向性 1.5 分，层滑动后仍保持键合 1.5 分。 |
| 14 | （c）一块边长 2 cm 的立方金属样本质量为 54 g。求其密度，并判断它是否铝（铝的密度为 2.7 g/cm³），同时求两者密度的比值。 | 答案：体积 = 2³ = 8 cm³；密度 = 质量 ÷ 体积 = 54 ÷ 8 = 6.75 g/cm³。比值 = 6.75 ÷ 2.7 = 2.5，样本密度是铝的 2.5 倍，故不是铝。评分：体积 1 分，密度公式与数值 1.5 分，单位 0.5 分，判断与比值 1 分。 |
| 15 | （d）黄铜是铜与锌的合金，硬度比纯铜高。以金属结构解释原因。 | 答案：纯铜的原子大小相同，排列成规则层状，受力时层与层容易滑动，故较软。黄铜中锌原子的大小与铜原子不同，取代部分铜原子后，层的规则性被破坏，原子层不易滑过彼此，滑动受阻，故硬度提高。评分：纯铜层滑动 1.5 分，不同大小原子阻碍滑动 2 分，结论 0.5 分。 |
戊部 第 5 题：化学式质量与莫耳计算
相对原子质量：H 1、C 12、O 16、Al 27、S 32、Ca 40。亚佛加德罗常数取 6.02 × 10²³。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 16 | （a）求碳酸钙 CaCO₃ 的化学式质量。 | 答案：化学式质量 = 40 + 12 + 16 × 3 = 40 + 12 + 48 = 100。评分：原子数目正确 2 分，乘法 1 分，总和与单位 1 分。 |
| 17 | （b）求硫酸铝 Al₂(SO₄)₃ 的化学式质量，并指出其中氧原子的总数。 | 答案：括号内硫酸根质量 = 32 + 16 × 4 = 96；三个硫酸根 = 96 × 3 = 288；两个铝原子 = 27 × 2 = 54；化学式质量 = 54 + 288 = 342。氧原子总数 = 4 × 3 = 12。评分：硫酸根质量 2 分，乘以三 1 分，铝部分 1 分，总和与氧原子数 1 分。 |
| 18 | （c）取 20 g 碳酸钙。求其莫耳数，以及所含化学式单位的数目（以 10²³ 为单位表示）。 | 答案：莫耳数 = 质量 ÷ 化学式质量 = 20 ÷ 100 = 0.2 mol；化学式单位数目 = 0.2 × 6.02 × 10²³ = 1.204 × 10²³。评分：莫耳公式 2 分，莫耳数值 1 分，乘以常数 1 分，数值与单位 1 分。 |
| 19 | （d）取 0.25 mol 硫酸铝。求其质量，以及其中铝元素的质量百分率（准确至小数后一位）。 | 答案：质量 = 0.25 × 342 = 85.5 g；铝的质量 = 2 × 27 = 54，百分率 = 54 ÷ 342 × 100 = 15.8%。评分：质量计算 2.5 分，铝的总质量 1.5 分，百分率算式 1 分，答案与百分号 1 分。 |
己部 第 6 题：结构与性质综合应用
作答时须引用题目提供的数据，并说明所判断的结构类型。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 20 | （a）物质 X 为白色固体，无气味，溶于水后溶液能导电，熔点约 801 °C，固态 X 不导电。判断 X 属于哪一类结构，并解释以上每一项观察。 | 答案：X 是离子化合物，具有巨型离子晶格。熔点高是因为熔化要克服大量强静电引力；固态不导电是因为离子固定在晶格位置不能移动；溶于水后离子脱离晶格、可自由移动，故溶液导电；白色无气味符合典型盐类，离子化合物不会以分子形式挥发。评分：结构判断 2 分，熔点解释 2 分，固态与溶液导电对比 3 分，外观说明 1 分。 |
| 21 | （b）物质 A 熔点约 1710 °C，不溶于水，硬度极高，固态与液态均不导电。物质 B 在约 -78 °C 直接变成气体，不导电。分别判断 A 与 B 的结构类型，并解释两者熔沸点的巨大差异。 | 答案：A 是巨型共价结构，例如二氧化硅：每个原子都以强共价键连接成三维网络，没有自由离子或自由电子，故不导电，熔化要断开大量共价键，故熔点极高且硬度大。B 是简单分子结构，例如二氧化碳：分子内是共价键，但分子之间只有微弱分子间引力，加热只需克服这些弱引力，故在很低温度就升华。评分：A 结构与解释 3 分，B 结构与解释 3 分，比较“断共价键”与“克服分子间引力”3 分。 |
| 22 | （c）实验室有两瓶无标签的白色固体，一瓶是离子化合物，另一瓶是简单分子化合物。只用熔点测试与导电性测试，说明如何分辨两者，并解释固态离子化合物与其熔融态导电性的差别。 | 答案：先测熔点：离子化合物的熔点通常较高（数百至过千 °C），简单分子化合物熔点很低，往往在加热时已熔化或升华。再测导电性：固态两者都不导电；把样本加热至熔融后，离子化合物的熔融态能导电，简单分子化合物的熔融态仍不导电。原因是固态离子被静电引力固定在晶格中，熔融后晶格瓦解，离子可自由移动，故能导电；简单分子化合物熔化后仍是中性分子，没有可移动的带电粒子。评分：熔点判断 2 分，加热至熔融的导电测试 3 分，固态与熔融态导电差异解释 3 分。 |
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