1-3 化学键 同步作业 《化学（加工制造类）》同步教学 高教版

主题一 原子结构与化学键 第三节 化学键 同步作业 一、基础题（共60分） （一）选择题（每题3分，共30分） 1. 下列关于化学键的说法，正确的是（ ） A. 化学键是相邻原子间的相互作用，包括引力和斥力 B. 所有物质中都存在化学键，没有化学键的物质不能稳定存在 C. 化学键的形成过程一定伴随着电子的得失 D. 化学键的强弱与物质的物理性质无关，只影响化学性质 2. 下列化合物中，含有离子键的是（ ） A. H₂O B. NaCl C. CO₂ D. HCl 3. 下列化合物中，只含有共价键的是（ ） A. MgO B. CaCl₂ C. NH₃ D. NaOH 4. 下列关于离子键的说法，错误的是（ ） A. 离子键是阴、阳离子之间的静电作用 B. 形成离子键的元素一定是金属元素和非金属元素 C. 离子化合物中一定含有离子键，可能含有共价键 D. 离子键的强弱与离子半径和电荷数有关，离子半径越小、电荷数越多，离子键越强 5. 下列关于共价键的说法，正确的是（ ） A. 共价键是原子间通过共用电子对形成的相互作用 B. 共价化合物中一定不含离子键，离子化合物中一定不含共价键 C. 同种元素原子间形成的共价键是极性键，不同种元素原子间形成的是非极性键 D. 共价键的形成一定发生电子的偏移 6. 下列物质中，属于离子化合物的是（ ） A. H₂SO₄ B. CH₄ C. KNO₃ D. CO₂ 7. 下列电子式书写正确的是（ ） A. 氯化钠：Na⁺[:Cl:]⁻ B. 水：H:O:H C. 氮气：N:::N D. 氯化氢：H⁺[:Cl:]⁻ 8. 下列关于化学键与物质性质的关系，说法正确的是（ ） A. 离子化合物的熔点一定高于共价化合物 B. 含有共价键的物质一定具有导电性 C. 化学键越强，物质的稳定性越强 D. 离子化合物都能溶于水，共价化合物都难溶于水 9. 下列反应中，化学键断裂和形成的说法错误的是（ ） A. 2H₂ + O₂ =2H₂O：断裂H-H键和O=O键，形成H-O键 B. NaCl + AgNO₃ = AgCl↓ + NaNO₃：断裂离子键，形成离子键 C. HCl + NaOH = NaCl + H₂O：断裂共价键和离子键，形成离子键和共价键 D. CaO + H₂O = Ca(OH)₂：只断裂离子键，形成离子键和共价键 10. 下列应用中，利用了离子化合物性质的是（ ） A. 用金刚石切割玻璃 B. 用氯化钠作为食品调味剂 C. 用干冰进行人工降雨 D. 用氢气作为清洁能源 （二）填空题（每空2分，共20分） 1. 化学键是指______间强烈的相互作用，主要分为______和______两种类型。 2. 离子键是______通过______形成的化学键，形成离子键的条件是参与反应的原子间发生______的转移；共价键是______通过______形成的化学键，形成共价键的条件是参与反应的原子间发生电子的______。 3. 含有______的化合物称为离子化合物，离子化合物在熔融状态或水溶液中能______，因此具有导电性；只含有______的化合物称为共价化合物，共价化合物在熔融状态下______导电性。 4. 写出下列物质的电子式： 氧化镁：______ 二氧化碳：______ 氨气：______ 氯化钙：______ 5. 化学键的强弱影响物质的性质，离子键越强，离子化合物的______越高；共价键越强，共价化合物的______越稳定。 （三）判断题（每题1分，共10分） 1. 离子键的形成一定伴随着电子的得失，共价键的形成一定不发生电子的得失。（ ） 2. 所有离子化合物中都含有离子键，部分离子化合物中还含有共价键。（ ） 3. 共价化合物中只含有共价键，不可能含有离子键。（ ） 4. 同种元素原子间形成的共价键是非极性键，不同种元素原子间形成的是极性键。（ ） 5. 电子式中，离子化合物需标注离子所带电荷，共价化合物无需标注电荷。（ ） 6. 化学键断裂需要释放能量，化学键形成需要吸收能量。（ ） 7. 离子化合物的熔点一定高于共价化合物，因为离子键比共价键强。（ ） 8. 氯化钠晶体中存在单个的NaCl分子，因此氯化钠的化学式为NaCl。（ ） 9. 氢气分子中存在非极性共价键，氯化氢分子中存在极性共价键。（ ） 10. 化学键的类型决定物质的化学性质，物质的物理性质与化学键无关。（ ） 二、提升题（共40分） （一）简答题（每题10分，共20分） 1. 请简述离子键与共价键的区别（从形成条件、成键微粒、成键本质、化合物类型、性质特征角度），结合具体物质（如NaCl、H₂O、NaOH、NH₄Cl）举例说明，分析化学键知识在加工制造类专业中的应用价值（至少一例），如材料选择、加工工艺优化等。 2. 结合加工制造类专业，分析化学键类型与金属材料、无机非金属材料性能的关联，以钢铁（含Fe-Fe金属键、Fe₃C离子键）、玻璃（含Si-O共价键）为例，说明化学键类型对材料硬度、熔点、加工性能的影响，解释该关联在材料研发中的指导意义（至少一例）。 （二）综合分析题（每题10分，共20分） 1. 化学键知识在加工制造领域的应用广泛，结合专业需求回答下列问题： （1）某合金材料的主要成分是镁铝合金，镁原子与铝原子间形成金属键，分析金属键的成键本质与特征，说明金属键对镁铝合金性能（如导电性、延展性、硬度）的影响，解释该合金适用于制造航空航天零部件的原因； （2）工业上常用氯化钠（NaCl）电解制备金属钠和氯气，写出氯化钠的电子式，分析电解过程中化学键的变化（断裂和形成的化学键类型），说明离子键的强弱对电解条件（如温度、电压）的影响； （3）陶瓷材料的主要成分是二氧化硅（SiO₂），SiO₂中存在Si-O共价键，分析Si-O共价键的特点（如键能、键长），说明该化学键对陶瓷材料性能（如熔点、硬度、耐腐蚀性）的影响，解释陶瓷材料适用于制造耐高温零件的原因； （4）焊接金属时，常用乙炔（C₂H₂）作为燃料，乙炔分子中存在C≡C共价键和C-H共价键，分析这些共价键的稳定性，说明乙炔作为焊接燃料的优势（从燃烧放热角度），写出乙炔燃烧的化学方程式； （5）某工厂在加工含碳酸钙（CaCO₃）的材料时，发现其高温下易分解，写出碳酸钙分解的化学方程式，分析分解过程中化学键的断裂与形成（指出具体化学键类型），说明化学键强度对材料热稳定性的影响。 2. 结合化学键知识与加工制造实际，回答下列问题： （1）为什么金属材料具有良好的导电性和延展性，而陶瓷材料（含共价键）导电性差、脆性大？结合化学键类型的本质差异分析原因； （2）工业上制造水泥的主要原料之一是碳酸钙（CaCO₃），CaCO₃中含有离子键和共价键，写出CaCO₃的电子式，分析其化学键类型，说明CaCO₃在水泥烧制过程中的化学键变化，解释烧制温度对水泥性能的影响； （3）黄铜合金（铜锌合金）中，铜原子与锌原子间形成金属键，结合元素周期律分析铜锌合金中金属键的强度与纯铜、纯锌中金属键的关系，说明黄铜合金的硬度、耐磨性优于纯铜、纯锌的原因，解释该合金适用于制造机械齿轮的优势； （4）在金属热处理工艺中，淬火可提高钢铁的硬度，其原理是通过快速冷却使钢铁中的Fe₃C（渗碳体）含量增加，Fe₃C中存在离子键，分析离子键的强度与材料硬度的关系，说明淬火工艺中温度控制的重要性（从化学键形成角度）； （5）设计实验验证“离子化合物在熔融状态下能导电，共价化合物在熔融状态下不能导电”，以氯化钠（离子化合物）和蔗糖（共价化合物）为例，写出实验方案、预期现象与结论，说明该实验结论在材料加工中的应用价值（如判断材料类型）。 参考答案 一、基础题 （一）选择题 1. A 2. B 3. C 4. B 5. A 6. C 7. A 8. C 9. D 10. B （二）填空题 1. 相邻原子（或离子）；离子键；共价键 2. 阴、阳离子；静电作用；电子；原子；共用电子对；共用（或偏移） 3. 离子键；电离出自由移动的离子；共价键；无 4. Mg²⁺[:O:]²⁻；:O::C::O:；H:N:H（H周围各有一对孤电子对）；[:Cl:]⁻Ca²⁺[:Cl:]⁻ 5. 熔点（或沸点）；化学性质 （三）判断题 1. × 2. √ 3. √ 4. √ 5. √ 6. × 7. × 8. × 9. √ 10. × 二、提升题 （一）简答题 1. 离子键与共价键的区别及专业应用： ① 区别对比： 形成条件：离子键（活泼金属与活泼非金属间，发生电子得失）；共价键（非金属原子间或金属与非金属原子间，发生电子共用）。 成键微粒：离子键（阴、阳离子）；共价键（原子）。 成键本质：离子键（阴、阳离子间的静电引力与斥力平衡）；共价键（原子间通过共用电子对形成的相互作用）。 化合物类型：离子键（离子化合物，如NaCl、NaOH、NH₄Cl）；共价键（共价化合物，如H₂O、CO₂、HCl）。 性质特征：离子化合物（熔点高、硬度大，熔融或水溶液导电）；共价化合物（熔点、硬度差异大，熔融状态不导电）。 ② 举例说明：NaCl（只含离子键，离子化合物，熔点高，可用于电解制钠）；H₂O（只含共价键，共价化合物，常温下为液体）；NaOH（含离子键和O-H共价键，离子化合物，具有腐蚀性）；NH₄Cl（含离子键和N-H共价键，离子化合物，受热易分解）。 ③ 加工制造类专业应用价值：化学键知识可指导材料加工工艺选择，如制造高温炉衬时，优先选择含强离子键或共价键的材料（如MgO、SiO₂），因其熔点高、稳定性强；再如加工离子化合物材料时，需考虑其熔融导电特性，采用熔融铸造工艺，而加工共价化合物材料时，需避免高温导致化学键断裂，采用冷加工工艺。 2. 化学键类型与材料性能的关联及应用： ① 关联分析： 金属材料（钢铁）：Fe原子间形成金属键（自由电子与金属阳离子间的作用），Fe₃C中形成离子键；金属键具有自由电子可移动、阳离子可滑动的特征，使钢铁具有良好的导电性、延展性和一定硬度；离子键（Fe₃C）的存在增强了钢铁的硬度和强度。 无机非金属材料（玻璃）：SiO₂中Si与O形成共价键，共价键具有方向性和饱和性，键能大；使玻璃具有高熔点、高硬度的特点，但共价键断裂后无法恢复，导致玻璃脆性大、延展性差。 ② 材料研发指导意义：如研发高强度合金时，可通过调节金属键和离子键的比例优化性能；如在钢铁中加入铬、镍等元素，形成更强的金属键和离子键化合物（如Cr₂O₃、Ni₃C），增强合金的硬度和耐腐蚀性，适用于制造机械齿轮；再如研发耐高温陶瓷时，选择键能大的共价化合物（如Si₃N₄），其共价键强度高，热稳定性好，可用于制造火箭发动机喷嘴。 （二）综合分析题 1. 化学键在加工制造中的应用分析： （1）镁铝合金性能分析：① 金属键成键本质：镁、铝原子失去最外层电子形成金属阳离子，自由电子在阳离子间自由移动，形成静电作用；特征：无方向性、无饱和性；② 对性能的影响：自由电子定向移动使合金具有良好导电性；阳离子可相对滑动，使合金具有良好延展性；金属键强度高于纯镁、纯铝，使合金硬度增大；③ 航空航天应用原因：镁铝合金密度小、强度高、延展性好，能满足航空航天零部件轻量化、高强度的需求。 （2）氯化钠电解分析：① 电子式：Na⁺[:Cl:]⁻；② 化学键变化：断裂离子键（Na⁺与Cl⁻间），形成金属键（Na原子间）和共价键（Cl-Cl间）；③ 离子键强弱影响：NaCl的离子键较强，需在熔融状态（高温801℃）或水溶液中，施加一定电压才能破坏离子键，因此电解需高温、高电压条件。 （3）陶瓷材料性能分析：① Si-O共价键特点：键能大（460 kJ/mol）、键长短，具有方向性和饱和性；② 对性能的影响：高键能使陶瓷熔点高（SiO₂熔点1723℃）、化学稳定性强，耐腐蚀性好；键的方向性使陶瓷硬度大，但脆性强；③ 耐高温应用原因：Si-O共价键不易断裂，陶瓷在高温下能保持结构稳定，适用于制造高温炉具、发动机零部件。 （4）乙炔焊接应用分析：① 共价键稳定性：C≡C键能大（812 kJ/mol），结构稳定，但燃烧时易断裂释放大量能量；C-H键也具有较高稳定性；② 燃料优势：乙炔燃烧放出大量热（2C₂H₂ + 5O₂ 点燃 4CO₂ + 2H₂O + 热量），火焰温度高（可达3000℃以上），能快速熔化金属，提高焊接效率；③ 化学方程式：2C₂H₂ + 5O₂ = 4CO₂ + 2H₂O。 （5）碳酸钙分解分析：① 化学方程式：CaCO₃ = CaO + CO₂↑；② 化学键变化：断裂Ca²⁺与CO₃²⁻间的离子键，以及CO₃²⁻内部的C-O共价键；形成Ca²⁺与O²⁻间的离子键（CaO）和CO₂中的C=O共价键；③ 热稳定性影响：CaCO₃中的离子键和共价键强度适中，高温下易断裂，因此热稳定性较差，加工时需控制温度，避免材料分解。 2. 化学键与加工制造实际应用分析： （1）材料性能差异原因：① 金属材料：金属键中存在自由电子，自由电子可定向移动，使金属具有良好导电性；金属阳离子可在自由电子的“海洋”中相对滑动，不破坏金属键，使金属具有良好延展性；② 陶瓷材料：共价键具有方向性和饱和性，电子被束缚在原子间，无法自由移动，因此导电性差；外力作用下，共价键易断裂且无法恢复，导致陶瓷脆性大。 （2）水泥烧制分析：① CaCO₃电子式：Ca²⁺[:O:C:O:]²⁻（O周围各有两对孤电子对）；② 化学键类型：Ca²⁺与CO₃²⁻间为离子键，CO₃²⁻内部C与O间为共价键；③ 化学键变化：高温下CaCO₃分解，离子键和共价键断裂，生成CaO（离子键）和CO₂（共价键），CaO与其他原料反应形成水泥熟料（含复杂离子键和共价键）；④ 温度影响：烧制温度过低，CaCO₃分解不完全，化学键未完全转化，水泥强度不足；温度过高，化学键过度断裂，导致水泥结构疏松，性能下降。 （3）黄铜合金性能分析：① 金属键强度关系：铜、锌原子的电子层结构相近，黄铜合金中金属键强度高于纯铜、纯锌（不同金属原子间的静电作用更强）；② 性能优势：金属键强度增大，使黄铜的硬度、耐磨性优于纯铜、纯锌；同时保留金属键的延展性，便于加工成型；③ 齿轮应用优势：黄铜硬度适中、耐磨性好，能承受齿轮传动时的摩擦力，延长使用寿命，且加工性能好，可制成复杂齿形。 （4）钢铁淬火分析：① 离子键与硬度关系：Fe₃C中的离子键强度高，离子间结合紧密，使材料硬度增大；② 温度控制重要性：淬火时快速冷却，可抑制Fe₃C的分解，促进离子键的形成和稳定；若冷却速度过慢，Fe₃C会分解，离子键减少，钢铁硬度降低；若温度过高，Fe原子过度扩散，离子键形成不规则，可能导致钢铁脆性增大。 （5）实验设计与应用价值：① 实验方案：取两支试管，分别加入少量氯化钠和蔗糖，加热至熔融状态，插入电极并连接电源和小灯泡，观察灯泡是否发光；② 预期现象：氯化钠熔融状态下灯泡发光，蔗糖熔融状态下灯泡不发光；③ 结论：离子化合物熔融时电离出自由移动的离子，能导电；共价化合物熔融时不电离，不能导电；④ 应用价值：加工未知材料时，可通过该方法判断材料类型，若熔融导电则为离子化合物，需采用熔融加工工艺；若不导电则为共价化合物，需采用冷加工或溶液加工工艺。 学科网（北京）股份有限公司 $