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2023届山东省济南第一中学高三上学期开学考试化学试题含解析
展开山东省济南第一中学2023届高三上学期开学考试化学试题
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、单选题
1.下列操作正确的是
A.用酒精灯直接加热锥形瓶内液体
B.用纸槽向玻璃试管中加铁粉
C.用托盘天平称取时,右盘上放2个砝码并用镊子拨动游码至处
D.苯酚不慎沾到皮肤上后,立即用抹布擦拭掉,然后再用水冲洗
【答案】B
【详解】A.锥形瓶加热时需要加石棉网,故A错误;
B.用纸槽向试管中加粉末状固体试剂,用纸槽向玻璃试管中加铁粉,故B正确;
C.氢氧化钠需放在玻璃容器中称取,用托盘天平称取时,总质量大于4.8g,故C错误;
D.苯酚易溶于酒精,苯酚不慎沾到皮肤上后,应立即用酒精洗涤,故D错误;
选B。
2.下列方法可行的是
A.用核磁共振氢谱鉴别2-溴丁烷的一对对映异构体
B.选用氨水鉴别Fe2+、Mg2+,Al3+和Ag+
C.向含FeCl2杂质的FeCl3溶液中通足量Cl2后,充分加热一段时间,除去过量的Cl2即可得到纯净的FeCl3溶液
D.除去NaCl中的少量MgCl2杂质,可将固体先用足量饱和食盐水充分溶解后再过滤,重复操作几次
【答案】D
【详解】A.2-溴丁烷的一对对映异构体的核磁共振氢谱完全相同,不能鉴别,A不可行;
B.向含有Fe2+的溶液中加入氨水,反应产生白色沉淀,后沉淀变为灰绿色,最后变为红褐色;向含有Mg2+、Al3+的溶液中加入氨水都是只产生白色沉淀,向含有Ag+的溶液中加入氨水,首先产生白色沉淀,后沉淀溶液表示澄清溶液,Mg2+、Al3+的溶液的现象相同,不能鉴别,B不符合题意;
C.氯气可氧化Fe2+变为Fe3+,能够除去FeCl3中的FeCl2杂质,但加热可促进Fe3+水解,因此不能得到纯净的FeCl3溶液,C不可行;
D.除去NaCl中的少量MgCl2杂质,可将固体加入饱和食盐水,NaCl固体不会溶解,MgCl2溶解在溶液中,过滤可以除去MgCl2,重复操作几次,就得到纯净的NaCl,D可行;
故合理选项是D。
3.某锂盐的结构如图所示,其阴离子是由原子序数依次增大的短周期主族元素X、Y,Z、W形成,X,Y与Z同一周期,Y与W同族。下列说法正确的是( )
A.元素的电负性: B.第一电离能:
C.简单气态氢化物的热稳定性: D.简单离子的半径:
【答案】B
【分析】某锂盐的结构如图,其阴离子是由原子序数依次增大的短周期主族元素X、Y,Z、W形成,Y形成两个共价键,W形成六个共价键,Y与W同族,因此它们位于第ⅥA族,则W为S,Y为O;X、Y、Z位于第二周期,Z形成一个共价键,则Z为F;X形成两个共价键且使形成的阴离子带一个单位负电荷,则X为N。
【详解】A.主族元素同周期从左向右电负性逐渐增强,同主族从上到下电负性逐渐减弱,N原子半径小于S原子半径,N原子对键合电子吸引力大于S原子,因此电负性N>S,总的来说电负性W
C.非金属性越强,简单氢化物的稳定性越强,主族元素同周期从左向右非金属性逐渐增强,同主族从上到下非金属性逐渐减弱,因此非金属性大小:W
【点睛】分析X元素时注意阴离子整体的带电量。
4.铁器表面氧化层的成分有多种:致密的Fe3O4、疏松的FeO(OH)和FeOCl,它们均难溶于水。下列说法错误的是
A.有氧条件下与转化为,周围环境的增大
B.可自发转变为,说明的溶解度小于
C.检验中是否含有,可选用的试剂是稀硫酸和溶液
D.完全转化为时转移电子
【答案】C
【详解】A.有氧条件下与转化为,反应原理为:4Fe3O4+12Cl-+O2+6H2O=12FeOCl+12OH-,故周围环境的增大,A正确;
B.化学反应有从溶解度小的物质转化为溶解度更小的趋势,则可自发转变为,说明的溶解度小于,B正确;
C.FeO(OH)和FeOCl中的Fe均为+3价,FeO(OH)和FeOCl均能与稀硫酸反应转化为Fe3+,均能是KSCN溶液变为血红色,即选用的试剂是稀硫酸和溶液不能检验出中是否含有,C错误;
D.已知Fe3O4中有的Fe是+2价,有的Fe为+3价,则有完全转化为mol的时转移电子,D正确;
故答案为:C。
5.某些物质之间可以在一定条件下进行如下转化,下列说法正确的是
A.若X是金属单质,则该金属元素一定位于周期表的d区或区
B.若X是乙醇、Y是乙醛,则Z一定是乙酸
C.若X是,则Y既可以是黄色固体,也可以是有漂白性的无色气体
D.若X是,则Z可以是无色气体
【答案】D
【详解】A.若X是金属单质,则该金属元素不一定位于周期表的d区或区,可以是Na,4Na+O2=2Na2O,Na2O+O2Na2O2,2Na+O22Na2O2,Na是s区元素,A不合题意;
B.若X是乙醇、Y是乙醛,2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O,但Z不一定是乙酸 CO2,B不合题意;
C.已知2H2S+O22H2O+S,S+O2SO2,2SO2+O22SO3,但H2S与O2不能直接反应得到SO3,即Y不可能是有漂白性的无色气体SO2,H2S可以直接燃烧生成SO2,则若X是,则Y是黄色固体S,Z是有漂白性的无色气体SO2,C不合题意;
D.若X是,则Z可以是无色气体,转化过程为:4NH3+3O22N2+6H2O,N2+O22NO,4NH3+5O24NO+6H2O,D符合题意;
故答案为:D。
6.偶氮苯从稳定异构体向亚稳态异构体的转变只能由光触发,而反向转变则可以通过光或热反应发生。下列说法错误的是
A.E式和Z式结构中都存在大π键
B.E式和Z式结构中的碳原子和氮原子都是杂化
C.偶氮苯的E、Z互变所需光的频率相同
D.偶氮苯的E、Z互变中涉及化学键的断裂与形成
【答案】C
【详解】A. E式和Z式结构中都含有苯环,都存在大π键,故A正确;
B. E式和Z式结构中的碳原子和氮原子都形成3个价层电子对,碳形成3个 键,氮形成2个键,有一个孤电子对,都是杂化,故B正确;
C. 偶氮苯的E、Z互变所需光的频率不相同,反应的活化能不同,反转的条件不同,故C错误;
D. 偶氮苯的E、Z互变中涉及化学键的断裂与形成,是化学变化,故D正确;
故选C。
7.常温常压下,在3种不同碳负载的铜微粒(a、b和c)上,选择性电催化乙炔加氢制乙烯(电还原为的反应可同时发生),相对能量变化如图,下列说法错误的是
A.析氢反应是电催化乙炔加氢制乙烯的竞争反应
B.析氢反应的能力:
C.吸附的能力:
D.ⅰ生成ⅱ是乙炔加氢制乙烯反应历程中的决速步骤
【答案】B
【详解】A.由题干信息可知,选择性电催化乙炔加氢制乙烯和电还原为的反应可同时发生,均为得到电子被还原的过程,故析氢反应是电催化乙炔加氢制乙烯的竞争反应,A正确;
B.由题干图(2)信息可知,a对应活化能最大,b对应的活化能最小,活化能越大反应越困难进行,即析氢反应的能力:,B错误;
C.由题干图(1)信息可知,吸附C2H2过程中放出的热量a最少,c最多,相同物质进行不同过程放出的热量越多说明该过程越容易进行,即说明吸附的能力:,C正确;
D.由题干图(1)信息可知,各种催化剂进行反应时ⅰ生成ⅱ的活化能均最大,活化能越大反应速率越慢,是整个反应的决速步骤,则ⅰ生成ⅱ是乙炔加氢制乙烯反应历程中的决速步骤,D正确;
故答案为:B。
8.利用镍边角料、电镀厂的阴极镍挂柱(含铁、铜杂质)生产硫酸镍的工艺流程如图所示。
沉淀
下列说法错误的是A.“酸溶”时,应该先加入一定量的硝酸,待固体完全溶解后再按剂量加入硫酸
B.“中和”、第一次“过滤”的主要目的是除铁元素
C.硫化剂X可以是
D.“酸溶”时镍表面会有“氢气膜”,硝酸可将镍表面吸附的氢转化为水,提高“酸溶”速率
【答案】A
【分析】镍边角料、电镀厂的阴极镍挂柱(含铁、铜杂质)酸溶后产生Fe3+、Cu2+和Ni2+;中和时加入碱式碳酸镍以降低酸度,使Fe3+转化为氢氧化铁沉淀;过滤后,向滤液中加入NiS将Cu2+转化为CuS沉淀,过滤,再获得硫酸镍。
【详解】A. “酸溶”时,若先加入硝酸,硝酸会溶解Ni、Fe、Cu,并产生较多的NO(有毒气体);若先加入硫酸,硫酸可以和Ni、Fe反应生成Ni2+、Fe2+,再加入硝酸,硝酸会氧化Cu、Fe2+,则硝酸的消耗量要少一些,并产生较少的NO;故“酸溶”时,应该先加入一定量的硫酸,待固体完全溶解后再按剂量加入硝酸,A错误;
B.氢氧化铁的Ksp最小,“中和”调节酸度,先产生氢氧化铁沉淀、第一次“过滤”的主要目的是除铁元素,B正确;
C.Ksp(NiS)>Ksp(CuS),硫化剂X可以是,将Cu2+沉淀,故C正确;
D.“酸溶”时镍表面会有“氢气膜”,硝酸可将镍表面吸附的氢转化为水,消除了“氢气膜”,让Ni和酸液接触,提高“酸溶”的速率,D正确;
故选A。
9.丝氨酸的工业化生产难度很大,其生产工艺的开发倍受关注。选择以亚甲氨基乙腈和甲醛为原料的合成过程如图所示。下列说法错误的是
A.由于亚甲氨基和氰基的作用,使亚甲氨基乙腈中的亚甲基有较强的反应活性
B.亚甲氨基羟基丙腈中的所有C、N、O原子可能位于同一平面
C.丝氨酸可溶于水
D.上述3种含氮物质中,丝氨酸的熔点最高
【答案】B
【详解】A.由题干转化关系流程可知,亚甲氨基乙氰和HCHO反应发生在亚甲氨基和氰基中间的-CH2-上,则说明由于亚甲氨基和氰基的作用,使亚甲氨基乙腈中的亚甲基有较强的反应活性,A正确;
B.由题干中亚甲氨基羟基丙腈的结构简式可知,亚甲氨基羟基丙腈中与亚甲氨基、氰基、-CH2OH相连的碳原子为sp3杂化,则上面至少有一个碳原子不能与其他原子共平面,即亚甲氨基羟基丙腈不可能所有C、N、O原子位于同一平面,B错误;
C.由题干中丝氨酸的结构简式可知,丝氨酸中含有-NH2、-OH、-COOH等亲水基团,且能与水分子形成分子间氢键,故丝氨酸可溶于水,C正确;
D.已知3中含氮物质均形成分子晶体,且相对分子质量丝氨酸最大,且丝氨酸中形成的分子间氢键数目最多,则上述3种含氮物质中,丝氨酸的熔点最高,D正确;
故答案为:B。
10.电池(为电解液)的工作原理如图所示,下列说法错误的是
A.工作时,向负极移动
B.工作一段时间后,电解液减小
C.负极电极反应式为
D.当电路中转移电子时,电解液质量增加
【答案】D
【分析】由题干图示信息可知,Zn转化为,失去电子,发生氧化反应,电极反应为:Zn-2e-+4OH-=+2H2O,则Zn作负极,NiOOH转化为Ni(OH)2得到电子,发生还原反应,电极反应为:NiOOH+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-,NiOOH作正极,据此分析解题。
【详解】A.原电池工作时,电解质溶液中阴离子移向负极,阳离子移向正极,则向负极移动,A正确;
B.由分析可知,负极反应为:Zn-2e-+4OH-=+2H2O,正极反应为:NiOOH+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-,则电池的总反应式为:Zn+2NiOOH+2OH-=+2Ni(OH)2可知工作一段时间后,电解液减小,B正确;
C.由分析可知,负极电极反应式为,C正确;
D.当电路中转移电子时,由负极反应可知,Zn溶解了0.1mol,由正极反应可知,电解质溶液减少了0.2g,电解液质量增加65g/mol×0.1mol-0.2g=6.3g,D错误;
故答案为:D。
11.巴豆醛是橡胶硫化促进剂、酒精变性剂和革柔剂的合成中间体,存在如下转化过程:
已知:①X为CH3CH=CHCH(OH)CN
②Z为六元环状化合物
③羟基直接与碳碳双键上碳原子相连不稳定
下列说法错误的是
A.与X具有相同官能团的X的同分异构体有15种(不考虑立体异构)
B.Y分子中可能共平面的碳原子最多为5个
C.W的同分异构体中,含6个相同化学环境氢原子的有3种
D.可用饱和Na2CO3溶液分离提纯Z
【答案】A
【分析】X为CH3CH=CHCH(OH)CN,巴豆醛和HCN发生加成反应生成X,则巴豆醛为CH3CH=CHCHO,X在酸性条件下水解生成Y为CH3CH=CHCH(OH)COOH,Z为六元环状化合物,则Z为,巴豆醛和足量氢气发生加成反应生成W,则W为CH3CH2CH2CH2OH。
【详解】A.X为CH3CH=CHCH(OH)CN,与X具有相同官能团的X的同分异构体中含有碳碳双键、-CN、OH,如果主链结构为C=C—C—C—OH,-CN有4种连接方式,去掉其本身还有3种,如果主链结构为C-C=C-C-OH,-CN有4种连接方式,如果主链结构为C=C(C)-C-OH,-CN有3种连接方式,如果主链结构为C=C-C(OH)-C,-CN有4种连接方式,所以符合条件的同分异构体有14种,故A错误;
B.Y为CH3CH=CHCH(OH)COOH,乙烯、-COOH中所有原子共平面,单键可以旋转,则该分子中最多有5个碳原子共平面,故B正确;
C.W为CH3CH2CH2CH2OH,W的同分异构体中,含6个相同化学环境氢原子,说明含有2个等同的甲基,其结构简式为(CH3)2CHCH2OH、CH3CH2OCH2CH3、(CH3)2CHOCH3,故C正确;
D.碳酸钠溶液能溶解醇、能和羧酸反应,Z为酯,酯类物质在碳酸钠溶液中溶解度较小,所以可以用饱和Na2CO3溶液分离提纯Z,故D正确;
故答案选A。
12.工业上以黄铁矿(主要成分为FeS2,含有少量NiS、CuS、SiO2等杂质)为原料制备K4[Fe(CN)6]•3H2O,工艺流程如图:
下列说法错误的是
A.“焙烧”时氧化产物有Fe2O3和SO2
B.“调pH”分离Fe3+与Cu2+、Ni2+是利用了它们氢氧化物Ksp的不同
C.“溶液Ⅰ”中主要反应的离子方程式为6OH-+6HCN+Fe2+=[Fe(CN)6]4-+6H2O
D.“一系列操作”为过滤、洗涤、干燥
【答案】C
【详解】A.由工艺流程图可知,黄铁矿焙烧的主要化学方程式为:4FeS2(s)+11O2(g) 2Fe2O3(s)+4SO2(g),“焙烧”时氧化产物有Fe2O3和SO2,故A正确。
B.Fe(OH)3的Ksp远小于(OH)2、(OH)2的Ksp,所以当pH达到一定值时Fe3+产生沉淀,而Cu2+、Ni2+不沉淀,从而将其分离,故B正确。
C.写离子方程式时石灰乳不能拆开,故C错误。
D.由工艺流程图可知,由溶液得到晶体的操作为:过滤、洗涤、干燥,故D正确。
故答案:C。
13.已知:联氢(N2H4)是二元弱碱(pKb1=6,pKb2=15;pK=-lgK),在水中的电离方式类似于氨气,常温下,向0.1mol·L-1N2H5Cl溶液通入HCl或加入NaOH固体(假设溶液总体积不变),溶液中c(N2H)随pOH变化的曲线如图所示,下列说法错误的是
A.N2H5Cl溶液c(N2H)>c(N2H4)>c(N2H)
B.b点加入NaOH(或HCl)的物质的量与d点加入HCl(或NaOH)物质的量相等
C.水的电离程度:b>a
D.若c(N2H)>c(N2H4),则pH小于3.5
【答案】B
【详解】A.由题干信息可知,联氢(N2H4)是二元弱碱(pKb1=6,pKb2=15;pK=-lgK),即N2H4的Kb1=10-6,Kb2=10-15,则N2H的水解平衡常数为:==10-8>Kb2,即N2H的水解大于电离,则N2H5Cl溶液有c(N2H)>c(N2H4)>c(N2H),A正确;
B.由POH越大,溶液中的OH-浓度越小,故此图像是向0.1mol·L-1N2H5Cl溶液中通入HCl的变化曲线,b点是加入的HCl抑制了N2H的水解,到c点时抑制作用最强,此时N2H浓度最大,继续加入HCl的对N2H的电离起促进作用,则N2H浓度又减小,故d点加入的HCl的物质的量大于b点所加HCl的物质的量,B错误;
C.由图示可知,c(N2H)是b>a,而N2H的水解大于电离,水解对水的电离起促进作用,电离对水的电离起抑制作用,故水的电离程度:b>a,C正确;
D.由题干信息可知,N2H4+H2ON2H+OH-,N2H+H2O N2H+OH-,则Kb1×Kb2===10-21,若c(N2H)>c(N2H4),c(OH-)<=10-10.5,c(H+)>10-3.5,则pH小于3.5,D正确;
故答案为:B。
二、多选题
14.为完成下列各组实验,所选玻璃仪器和试剂均准确、完整的是(不考虑存放试剂的容器)
实验目的
玻璃仪器
试剂
A
除去苯中少量的苯酚
普通漏斗、烧杯、玻璃棒
浓溴水
B
测定84消毒液的pH
玻璃棒、表面皿
pH试纸
C
实验室制备乙烯
酒精灯、蒸馏烧瓶、温度计、导气管、胶头滴管
浓硫酸、乙醇、碎瓷片
D
检验CH3CH2Br中的溴元素
试管、胶头滴管、酒精灯
NaOH溶液、硝酸、AgNO3溶液
A.A B.B C.C D.D
【答案】CD
【详解】A.除去苯中少量的苯酚,加入浓溴水,虽然能将苯酚转化为沉淀,但过量的溴溶解在苯中,又成为新的杂质,应该加入NaOH溶液,使用分液漏斗进行分液,A不正确;
B.84消毒液的主要成分为次氯酸钠,它具有强氧化性,能使pH试纸褪色,所以应使用pH计,B不正确;
C.实验室制备乙烯,药品为乙醇和浓硫酸,加热温度为170℃,温度计水银球位于液面下,使用圆底烧瓶或蒸馏烧瓶,垫石棉网加热,C正确;
D.检验CH3CH2Br中的溴元素时,先加入NaOH溶液使其水解,再加硝酸酸化,最后加入AgNO3溶液检验Br-,D正确;
故选CD。
15.Beckmann反应是肟指在一定条件下生成酰胺的反应,机理中与羟基处于反位的基团迁移到缺电子的氢原子上,具体反应历程如图所示。
已知:R、R′代表烷基。
下列说法错误的是
A.H+在该反应过程中作催化剂 B.N—O—H键角:物质Ⅰ>物质Ⅱ
C.物质Ⅲ→物质Ⅳ有配位键的形成 D.发生上述反应生成
【答案】BD
【分析】贝克曼重排是指肟(醛肟或酮肟)在强酸催化下重排为酰胺的反应。肟羟基从酸中得到质子,形成离去基团;与离去基团反位的R‘基团迁移会推走前者产生腈离子,该中间体与水反应,氧去质子化、氮质子化和互变异构化生成产物——酰胺。总反应为。
【详解】A.由总反应, H+在该反应过程中作催化剂,故A正确;
B. 物质Ⅰ中氧原子上有2个孤电子对,物质Ⅱ中氧原子上有1个孤电子对,,N—O—H键角:物质Ⅰ<物质Ⅱ,故B错误;
C. 物质Ⅲ中碳正离子上有空轨道,氮原子提供孤电子对形成配位键, 物质Ⅲ→物质Ⅳ有配位键的形成,故C正确;
D. 发生上述反应生成,故D错误;
故选BD。
三、实验题
16.苯甲酸乙酯(M=150g·mol-1)可用于配制香水香精和人造精油。本实验利用苯甲酸制备苯甲酸乙酯,实验中采用加入环己烷的方法,使环己烷、乙醇和水形成三元共沸物,沸点为62.1°C,反应装置和相关数据如下,加热和固定装置省略。回答下列问题:
试剂
密度/g·mL-1
沸点/°C
乙醇
0.7893
78.5
苯甲酸
1.2659
249
环己烷
0.7785
80
乙醚
0.7318
34.51
苯甲酸乙酯
1.05
211~213
(1)本实验的反应原理为(用化学用语表示)_______。
(2)打开仪器A下端玻璃旋塞,放出的主要物质为_______,使用仪器A的目的为_______。
(3)当仪器A中_______(填现象),则可以停止加热。将烧瓶内反应液倒入盛有适量水的烧杯中,分批加入饱和Na2CO3溶液至溶液呈中性,加入饱和Na2CO3溶液的作用是_______,再用_______(填仪器名称)进行分离。并用乙醚萃取水层中溶有的少量有机产品,将醚层与粗产品合并;用蒸馏水洗涤有机层2次,将醚层与水尽量分净,醚层从上口倒入一个干燥的锥形瓶中。
(4)加入MgSO4进行干燥,摇动锥形瓶,至醚层澄清透明;过滤后将醚层加入到干燥的蒸馏烧瓶中,粗产物进行减压蒸馏(装置如图所示)。毛细管的作用是_______(写出一条即可)。
(5)若实验中加入苯甲酸8.0g(M=122g·mol-1),收集到苯甲酸乙酯6.0mL,则本实验的产率为_______%(保留两位有效数字)。
【答案】(1)+CH3CH2OH+H2O
(2) 水 将水从反应体系中分离出来,促进平衡向生成苯甲酸乙酯的方向移动,提高产率;环己烷和乙醇循环利用,提高乙醇利用率
(3) 水的量不再增加 溶解乙醇、中和苯甲酸、降低苯甲酸乙酯的溶解度 分液漏斗
(4)防暴沸、调节气压、搅拌
(5)64
【解析】(1)
该反应原理类比乙酸与乙醇的酯化反应,苯甲酸与乙醇发生酯化反应生成苯甲酸乙酯和水;
(2)
仪器A叫做分水器,当环己烷、乙醇和水组成的共沸物进入分水器后即分层,密度较大的水在下层可以打开旋塞放出,密度小的环己烷、乙醇混合物反流到反应容器中,使用分水器的的目的是将水从反应体系中分离出来,促进平衡向生成苯甲酸乙酯的方向移动,提高产率,同时环己烷和乙醇循环利用,提高乙醇利用率;
(3)
当分水器中水的量不再增加,说明反应进行基本完全;类比乙酸与乙醇的酯化反应,饱和碳酸钠溶液的作用是溶解乙醇、中和苯甲酸、降低苯甲酸乙酯的溶解度;最后互不相溶的液体混合物采用分液漏斗分液分离;
(4)
毛细管在减压蒸馏中的作用是调节蒸馏体系的真空度,同时通入的气体在加热过程中起到搅拌作用,使得体系受热均匀防止暴沸;
(5)
根据反应中苯甲酸与苯甲酸甲酯的关系式,解得苯甲酸乙酯的产率=
四、结构与性质
17.最近合成的一种铁基超导材料CaxFeyAsz(相对分子质量为M),在低温高压下能显示出独特的电子性质,晶胞结构如图所示,回答下列问题:
(1)基态As原子价电子排布式为_______。
(2)As、Fe、Ca电负性由大到小的顺序为_______。FeCl3的沸点(319°C)高于AsCl3的沸点(130.2°C),原因是_______。
(3)该材料的化学式为_______,已知:体心的Ca原子与顶点的Ca原子有着相同的化学环境(化学环境受周围粒子的数目与距离所影响),该晶胞的晶胞参数为apm、apm、cpm,晶胞中As原子1和As原子2的分数坐标分别为_______、_______。
(4)设阿伏加德罗常数为NA,则该晶体的密度为_______g·cm-3(用含M的代数式表示)。
【答案】(1)4s24p3
(2) As>Fe>Ca 二者均为分子晶体,FeCl3 的极性更强
(3) CaFe2As2 (0,0,0.628) (0.5,0.5,0.128)
(4)
【解析】(1)
As是33号元素,基态As原子电子排布式为[Ar]3d104s24p3,价电子排布式为4s24p3;
(2)
非金属性越强,电负性越大,非金属性As>Fe>Ca,所以电负性由大到小的顺序为As>Fe>Ca。二者均为分子晶体,FeCl3 的极性更强,所以FeCl3的沸点(319°C)高于AsCl3的沸点(130.2°C);
(3)
根据均摊原则,晶胞中Fe原子数是、As原子数是、Ga原子数是,该材料的化学式为CaFe2As2;根据坐标系,晶胞中As原子1的分数坐标分为(0,0,0.628);体心的Ca原子与顶点的Ca原子有着相同的化学环境,则体心的Ca离As原子2的距离为0.372c,体心Ga坐标为(0.5,0.5,0.5),As原子2的分数坐标为(0.5,0.5,0.128)。
(4)
设阿伏加德罗常数为NA,则该晶体的密度为g·cm-3。
五、工业流程题
18.碱式氧化镍(NiOOH)是镍氢电池的正极材料,工业上可由铜冶炼过程中产生的粗硫酸镍废液(含有Cu2+、Fe2+、Al3+、Ca2+、H3AsO3等杂质微粒)为原料制备,某兴趣小组模拟该制备过程并设计如下流程:
已知:Ksp(FeAsO4)=5.7×10-21,H3AsO3的还原性比Fe2+强。
回答下列问题:
(1)“萃取”时需充分振荡,目的是_______。
(2)“氧化1”中H2O2的作用是_______,若该废液中H3AsO3和Fe2+的浓度分别是0.02 mol·L-1和0.12 mol·L-1,除去砷后的废液中c()=_______mol·L-1(不考虑反应过程中溶液体积的微小变化)
(3)“沉钙”时,若溶液酸度过高,Ca2+沉淀不完全,原因是_______。
(4)“氧化2”反应的离子方程式为_______。
(5)“洗涤”时,检验产品是否洗涤干净的方法是_______。
(6)已知某镍氢电池的离子导体为KOH溶液,电池反应为MH+NiOOHM+Ni(OH)2,则放电时,OH-移向_______电极(填“MH”或“NiOOH”),充电时NiOOH电极上的电极反应式为_______。
【答案】(1)增大有机溶剂与粗硫酸镍废液的接触面积,提高铜萃取率
(2) 氧化Fe2+和H3AsO3,以利于形成FeAsO4沉淀,除去砷和部分铁元素 5.7 ×10-20
(3)F-与H+结合生成弱电解质HF,c(F-)降低
(4)2Ni2++ClO-+4OH-=2NiOOH ↓+Cl-+H2O
(5)取最后一次洗涤液,加入硝酸酸化,再加入少量硝酸银溶液(或氯化钡、硝酸钡溶液),若不产生沉淀,说明已经洗涤干净
(6) MH Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O
【分析】粗硫酸镍废液中含有Ni2+同时含有Cu2+、Fe2+、Al3+、Ca2+、H3AsO3等杂质微粒,向其中加入有机溶剂,将Cu2+萃取出来,得到含铜氧化剂,向水溶液中加入H2O2,可以将Fe2+氧化为Fe3+,将H3AsO3氧化为H3AsO4,并与其中的部分Fe3+反应产生FeAsO4沉淀除去。然后向溶液中加入NaOH溶液,调整溶液pH,使Fe3+、Al3+形成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀除去。然后向溶液中加入NaF,使Ca2+形成CaF2沉淀除去,再向溶液中加入NaOH及NaClO溶液,Ni2+被氧化为Ni3+并与溶液中的OH-结合形成NiOOH沉淀,经过滤、洗涤、干燥得到纯净NiOOH。
(1)
加入有机溶剂“萃取”时需充分振荡,目的是增大有机溶剂与粗硫酸镍废液的接触面积,提高铜萃取率;
(2)
“氧化1”中H2O2的作用是氧化Fe2+为Fe3+,氧化H3AsO3为H3AsO4,Fe3+与H3AsO4反应形成FeAsO4沉淀,以利于形成FeAsO4沉淀,除去砷和部分铁元素;
已知Ksp(FeAsO4)=5.7×10-21,H3AsO3的还原性比Fe2+强,因此加入H2O2后H3AsO3变为H3AsO4,Fe2+被氧化Fe3+并与H3AsO4反应形成FeAsO4沉淀,由于反应后溶液中Fe3+有剩余,则除As后溶液中c()=;
(3)
“沉钙”时,若溶液酸度过高,Ca2+沉淀不完全,这是由于加入的NaF电离产生的F-与溶液中H+结合生成弱电解质HF,导致溶液中c(F-)降低;
(4)
NaClO具有氧化性,在“氧化2”会将溶液中的Ni2+氧化为Ni3+,Ni3+与碱性溶液中的OH-反应产生NiOOH,该反应的离子方程式为2Ni2++ClO-+4OH-=2NiOOH ↓+Cl-+H2O;
(5)
NiOOH沉淀是从含有Cl-、的溶液中过滤出来的,若沉淀洗涤干净,则最后一次洗涤液中无Cl-或,故“洗涤”时,检验产品是否洗涤干净的方法是取最后一次洗涤液,加入硝酸酸化,再加入少量硝酸银溶液(或氯化钡、硝酸钡溶液),若不产生沉淀,说明已经洗涤干净;
(6)
已知某镍氢电池的离子导体为KOH溶液,电池反应为:MH+NiOOHM+Ni(OH)2,放电时,该装置为原电池,其中MH为负极,NiOOH为正极。OH-移向正电荷较多的负极MH;
充电时Ni(OH)2失去电子被氧化为NiOOH,故NiOOH电极上的电极反应式为:Ni(OH)2+OH--e-=NiOOH+H2O。
六、有机推断题
19.AigialomycinD是从海生红树林菌类中分离出来的一种具有重要生理活性的物质,具有极强的抗癌活性和抗疟疾活性。一种合成路线为:
已知:①已知,Et为乙基,Ph为苯基
②
回答下列问题:
(1)AigialomycinD中含氧官能团的名称是_______,C分子的核磁共振氢谱中有_______组峰。
(2)C→D的化学方程式为_______,D→E的反应类型为_______。
(3)F的分子式为_______。
(4)符合下列条件的D的同分异构体有_______种
①含有苯环且有四个羟基与苯环直接相连
②苯环上无氢原子
(5)官能团的保护是有机合成中的重要步骤,写出制备AigialomycinD中引入保护基的步骤_______(例如X→Y)。
(6)写出以 为原料制备 的合成路线(其他试剂任选,注明反应条件)_______。
【答案】(1) 羟基、酯基 7
(2) 还原反应
(3)C10H18O3
(4)18
(5)A→B、G→H
(6)
【分析】C发生取代反应得到D,D中碳碳双键与氢气加成得到E;
(1)
AigialomycinD中含氧官能团的名称是羟基、酯基;C分子中H原子种类有 ,则核磁共振氢谱中有7组峰;
(2)
C→D反应的化学方程式为 ;D→E中碳碳双键与氢气发生加成反应,加氢即还原反应,反应类型为还原反应;
(3)
F的分子式为C10H18O3;
(4)
物质D的不饱和度为4,满足条件:①含有苯环且有四个羟基与苯环直接相连,②苯环上无氢原子,同分异构体有、 、 、 、 、、(数字代表取代基与羟基互换位置)共18种;
(5)
由A和F结构可知是为了保护羟基,引入保护基的步骤是A→B,由I的结构可知为了保护碳碳双键,发生已知信息②反应引入保护基的步骤是G→H;
(6)
利用流程中G→I的反应制备,由已知信息②可知在mCPBA作用,再用H→I的反应条件可得目标产物,合成路线为: 。
七、原理综合题
20.氨气是一种非常重要的化工原料,研究其相关反应极具意义。回答下列问题:
(1)一定条件下,向VL的恒容密闭容器中通入4molNH3和5molO2发生下列反应:
I.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) ΔH1
II.2NH3(g) +2O2(g) N2O(g)+3H2O(g) ΔH2
III.4NO(g) 2N2O(g)+O2(g) ΔH3
①ΔH1、ΔH2、ΔH3之间的关系式为ΔH3=_______。
②达到平衡时,容器中含有a mol NO和b mol N2O,此时H2O(g)的浓度为_______mol·L-1。(用含a、b、V的代数式表示,下同),该温度下反应III的平衡常数为_______L·mol-1。
(2)一定条件下,将0.1molNH3通入3L的密闭容器中进行反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g)(此时容器内总压为200kPa),各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
①若保持容积不变,t1时反应达到平衡,用N2的浓度变化表示0~t1时间内的反应速率v(N2)=_______mol· L-1·min-1(用含t1的代数式表示);
②若t2时将容积迅速增大至原来的2倍并保持不变,则图中能正确表示容积增大后H2分压变化趋势的曲线是_______(用a、b、c、d表示),理由是_______。
③若t2时保持容积不变再充入0.1 mol NH3,则化学平衡将_______(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”),再次达到平衡时,与t1时相比,NH3的体积分数_______(填“变大”“变小”或“不变”)
【答案】(1) 2ΔH2-ΔH1
(2) c 容积加倍,H2分压减半,该反应的化学平衡正向移动,所以H2分压变化为先减半后增大 正向移动 变大
【分析】(1)
①根据盖斯定律,由(II×2-Ⅰ)可得4NO(g)⇌2N2O(g)+O2(g) ,可得焓变关系;
②根据反应Ⅰ、Ⅱ,可知4NO~6H2O,N2O~3H2O根据c(H2O)=进行计算;根据反应
和KⅢ= 进行计算;
(2)
①②③根据反应列三段式,根据同温同压下,混合气体的物质的量等于体积之比,再根据v(N2)=进行计算;
②若t2时将容积迅速增大至原来的2倍并保持不变,相当于减小压强,增大体积的瞬间,开始H2的压强变为原来的,浓度减小为原平衡,再根据平衡移动进行分析;
③根据Qc与K的关系进行分析平衡移动方向;根据等效平衡知识进行分析,以此来解析;
(1)
①根据盖斯定律,由(II×2-Ⅰ)可得4NO(g)⇌2N2O(g)+O2(g) ,ΔH3=2ΔH2-ΔH1;
②向容器中通入NH3和O2发生Ⅰ、Ⅱ, NO由I生成,N2O由Ⅱ生成,而H2O
Ⅰ、Ⅱ中都有生成,根据Ⅰ式有:4NO~6H2O,Ⅱ式有N2O~3H2O由平衡时
达到平衡时,容器中含有a mol NO和b mol N2O,则Ⅰ生成molH2O,则Ⅱ生成3bmolH2O,故生成水的浓度为c(H2O)== =;
根据反应
故平衡时体系中O2为5mol-mol-2bmol,NO为amol, N2O为bmol,故KⅢ===;
(2)
①设t时达到平衡,转化的NH3的物质的量为2x,列出三段式:
根据同温同压下,混合气体的物质的量等于体积之比,= 解得x=0.02mol,v(N2)== =mol· L-1·min-1;
②若t2时将容积迅速增大至原来的2倍并保持不变,相当于减小压强,增大体积的瞬间,开始H2的压强变为原来的,浓度减小为原平衡,但由于减小压强平衡正向移动,H2的分压又逐渐增大,直到达到新平衡,曲线c符合题意;
③根据反应
根据同温同压下,混合气体的物质的量等于体积之比,= ,解得x=0.02mol,可得K== =0.00013,改变条件,若t2时保持容积不变再充入0.1 mol NH3,则n(NH3)=0.1mol+0.1mol-2×0.02mol=0.16mol,则Qc=≈6.25×10-6
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