山西省太原市2020届-2022届高考化学三年模拟（一模）试题汇编-综合、推断、流程题

这是一份山西省太原市2020届-2022届高考化学三年模拟（一模）试题汇编-综合、推断、流程题，共23页。试卷主要包含了工业流程题，原理综合题，有机推断题等内容，欢迎下载使用。
山西省太原市2020届-2022届高考化学三年模拟（一模）试题汇编-综合、推断、流程题

一、工业流程题
1．（2020·山西太原·统考一模）2019年诺贝尔化学奖颁给了三位为锂离子电池发展做出重要贡献的科学家。利用废旧二次电池[主要成分为Ni(OH)2、Fe2O3、MnO2、碳粉、铝箔等]合成电池级Ni(OH)2的工艺流程如下：

已知：
氢氧化物
Fe(OH)3
Al(OH)3
Ni(OH)2
Mn(OH)2
Ksp(室温下)
4.0×10-38
1.0×10-33
1.6×10-14
2.0×10-13

(1)①已知“酸浸”后滤液中含有：Ni2+、Al3+、Fe3+、Mn2+，调节溶液的pH约为5，其目的是__；以下最适合作为物质X的是____（填字母）。
A．双氧水          B．氨水            C．盐酸        D．NiO
②若滤液中Ni2+的浓度为2mol∙L-1，列式计算判断此时滤渣Ⅱ中是否有Ni(OH)2沉淀：___  。
(2)滤渣Ⅲ的主要成分是____，“氧化除锰”过程发生反应的离子方程式为______。
(3)用Ni(OH)2和LiOH在空气中混合加热至700℃～800℃可制得LiNiO2（镍酸锂），该反应的化学方程式为___________。
(4)镍酸锂是一种有较好前景的锂离子电池正极材料。该电池在充放电过程中，发生LiNiO2和Li1-xNiO2之间的转化，充电时LiNiO2在_______（填“阴”或“阳“）极发生反应，该电极的电极反应式为_____。
2．（2021·山西太原·统考一模）综合利用炼锌矿渣［主要含铁酸镓Ga2(Fe2O4)3、铁酸锌ZnFe2O4]可获得3种金属盐，并进一步利用镓盐制备具有优异光电性能的氮化镓(GaN)，部分工艺流程如下：

已知：①常温下，浸出液中各离子的浓度及开始形成氢氧化物沉淀的pH见表1。
②金属离子在工艺条件下的萃取率(进入有机层中的金属离子百分数)见表2。
表1 金属离子浓度及开始沉淀的pH
金属离子
浓度/mol·L-1)
开始沉淀的pH
Fe2+
1.0×10-3
8.0
Fe3+
4.0×10-2
1.7
Zn2+
1.5
5.5
Ga3+
3.0×10-3
3.0

表2金属离子的萃取率
金属离子
萃取率/%
Fe2+
0
Fe3+
99
Z2+
0
Ga3+
97~98.5

(1)Ga2(Fe2O4)3中Fe的化合价为______，“操作1”为______。
(2)“滤液1”中可回收利用的物质是______。“滤饼”的主要成分是______。“萃取”前加入的固体X为______。
(3)Ga与Al同主族，化学性质相似。“反萃取”后，镓的存在形式为______(填化学式)。
(4)GaN可采用“MOCVD(金属有机物化学气相淀积)技术”制得：以合成的三甲基镓［Ga(CH3)3]为原料，在一定条件下使其与NH3发生反应得到GaN和另一种产物，该过程的化学方程式为______。
(5)下图可表示氮化镓与铜组装成的人工光合系统的工作原理。H+向______(填“左”或“右”)池移动；铜电极上发生反应的电极反应式为______。

3．（2022·山西太原·统考一模）无水氯化镨(PrCl3)是制取稀土金属镨及镨合金的主要原料，采用以下工艺流程可由孪生矿(主要含ZnS、FeS、Pr2S3、SiO2等)制备氯化镨晶体(PrCl3·6H2O)。

已知：①2FeCl3+ZnS=ZnCl2+2FeCl2+S；2FeCl3+FeS=3FeCl2+S
②该条件下，溶液中部分金属离子生成氢氧化物开始沉淀和完全沉淀时的pH如下表所示：
金属离子
Zn2+
Fe3+
Fe2+
开始沉淀时的pH
5.4
2.2
7.5
沉淀完全时的pH
6.4
3.2
9.0

回答下列问题：
(1)①若其他条件不变，采取下列措施能提高镨元素浸出率的有_________(填字母)。
A．适当升高溶浸温度B．适当加快搅拌速率C．适当缩短溶浸时间
②写出“溶浸”时Pr2S3发生反应的离子方程式：_________。
(2)“滤渣1”的主要成分是_________。
(3)在“沉淀”时加入氨水逐步调节溶液的pH至6.5，依次析出的金属离子是_________；已知Fe(OH)3在隔绝空气的条件下与FeS2混合焙烧时生成Fe3O4和S，写出该反应的化学方程式：_________。
(4)①利用电解法可以生产金属镨。先将氯化镨与工业纯KCl配成二元电解质体系(PrCl3-KCl)；然后置于石墨电解槽内熔化，通入直流电进行电解。电解过程中得到金属镨的电极反应式为_________。
②科学家以氯化镨气溶胶为前驱体，研究了PrCl3·6H2O的高温热解机制。利用X射线衍射技术分析，其结果如下表所示：
热解温度/℃
氯化镨气溶胶的热解产物
600
Pr(OH)2Cl和PrOCl
700～1000
Pr(OH)2Cl、PrOCl和PrO2
1100
PrO2和Pr(OH)2Cl

以上热解产物中，热稳定性最差的是_________(填化学式)。氯化镨的高温热解过程主要是发生PrCl3的水解反应、Pr(OH)2Cl的脱水反应和PrOCl的氧化反应，从表中数据分析1100℃时热解产物主要为PrO2而无PrOCl的原因是_________。

二、原理综合题
4．（2020·山西太原·统考一模）制造一次性医用口罩的原料之一丙烯是三大合成材料的基本原料，丙烷脱氢作为一条增产丙烯的非化石燃料路线具有极其重要的现实意义。丙烷脱氢技术主要分为直接脱氢和氧化脱氢两种。
(1)根据下表提供的数据，计算丙烷直接脱氢制丙烯的反应C3H8(g)C3H6(g) +H2(g)的∆H=___。
共价键
C-C
C=C
C-H
H-H
键能/(kJ∙mol-1)
348
615
413
436

(2)下图为丙烷直接脱氢制丙烯反应中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系（图中压强分别为1×104Pa和1×105Pa）

①在恒容密闭容器中，下列情况能说明该反应达到平衡状态的是__（填字母）。
A．∆H保持不变
B．混合气体的密度保持不变
C．混合气体的平均摩尔质量保持不变
D．单位时间内生成1molH-H键，同时生成1molC=C键
②欲使丙烯的平衡产率提高，下列措施可行的是____（填字母）
A．增大压强        B．升高温度           C．保持容积不变充入氩气
工业生产中为提高丙烯的产率，还常在恒压时向原料气中掺入水蒸气，其目的是_____。
③1×104Pa时，图中表示丙烷和丙烯体积分数的曲线分别是___、____（填标号）
④1×104Pa、500℃时，该反应的平衡常数Kp=____Pa（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，计算结果保留两位有效数字）
(3)利用CO2的弱氧化性，科学家开发了丙烷氧化脱氢制丙烯的新工艺，该工艺可采用铬的氧化物作催化剂，已知C3H8+CO2(g)C3H6(g)+CO(g)+H2O(l)，该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭，维持催化剂的活性，其原因是____，相对于丙烷直接裂解脱氢制丙烯的缺点是_____。
5．（2021·山西太原·统考一模）二氧化碳的资源化利用一直是科学研究的热点领域，工业上可利用反应I：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)制备甲醇。回答下列问题：
(1)已知：H2的燃烧热为ΔH1=-285.8kJ·mol-1
H2O(g)=H2O(1) ΔH2=-44.0 kJ·mol-1
CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=-676.0 kJ·mol-1
则反应I的ΔH=______。
(2)T℃下，将6mol CO2和8mol H2组成的气态混合物充入2L密闭容器中发生反应I，容器中n(H2)随时间的变化如图中实线所示。

①从反应开始至a点，用CO2表示的平均反应速率v(CO2)=______，氢气的转化率为______。
②该温度下，达到平衡时容器的总压为p总kPa，则此反应的化学平衡常数Kp=______(kPa)-2。(用平衡分压代替平衡浓度计算，气体分压=气体总压x体积分数)
(3)①若图中虚线表示仅改变温度时n(H2)随时间的变化，则升高温度对应的是曲线______(填“I”或“II”)，判断的依据是______。
②a点的正反应速率______b点的逆反应速率(填“>”、“＜”或“=”)。
(4)在T℃下，提高CO2平衡转化率的一种措施是______。
6．（2022·山西太原·统考一模）二氧化碳资源化利用有助于实现“双碳目标”。在二氧化碳加氢制甲烷的反应体系中，主要反应的热化学方程式有
反应Ⅰ：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) kJ·mol-1
反应 Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) =+41.2 kJ·mol-1
反应Ⅲ ：2CO(g)+2H2(g)CO2(g)+CH4(g) =-247.1 kJ·mol-1
起始时向恒压、密闭容器中通入1 mol CO2和4 mol H2，平衡时CH4、CO、CO2的物质的量随温度的变化如图1所示。回答下列问题：
(1)计算 CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)的 =___________。
(2)图1中表示n(CH4)随温度变化的曲线是___________(填图中字母)，判断依据是___________。

(3)①在600℃时，已知平衡体系中n(H2)=a mol，则n(H2O)= ___________mol(用含a的代数式表示，需化简)。
②若平衡时体系的压强为p，则反应Ⅲ的平衡常数Kp=___________。(用含a、p的代数式表示，列出计算式即可，平衡分压代替平衡浓度表示，分压=总压×物质的量分数)
(4)科研人员提出CeO2催化CO2合成碳酸二甲酯(DMC)的反应过程如图2所示，由图可知 其中没有O-H键断裂的步骤是___________ (填“①”、“②'或“③”)，合成DMC的总反应方程式为___________。(CH3OH不需标注同位素原子)。


三、有机推断题
7．（2020·山西太原·统考一模）有机物1是一种常见的植物两味油，常用脂肪烃A和芳香烃D按如下路线合成：

已知：①R1CHO+R2CH2CHO
②通常在同一个碳原子上连有两个羟基不稳定，易脱水形成羰基。
回答下列问题：
(1)A的名称是___，H含有的官能团名称是_____。
(2)②的反应条件是___。⑦的反应类型是______。
(3)I的结构简式是________。
(4)④的化学方程式是_________。NaOH/H2O
(5)L是I的同分异构体且含有相同官能团，其结构中苯环上只有两个处于对位的取代基，则L共有_种（不考虑立体异构）
(6)参照以上合成路线，设计以C为原料制备保水树脂的合成路线（无机试剂任选）__ 。
8．（2021·山西太原·统考一模）黄鸣龙是我国著名化学家，利用“黄鸣龙反应”合成一种环己烷衍生物K的路线如下：

已知：①R-ClR-COOH
②R1CH2R2
③RCOOR1+R2CH2COOR3+R1OH
回答下列问题：
(1)已知A可与饱和NaHCO3溶液反应，则B中含有的官能团是______(填名称)。
(2)C→D的化学方程式是______，D→E的反应类型是______。
(3)E→F为两步连续氧化反应，中间产物甲可发生银镜反应，甲的结构简式是______。
(4)H的结构简式是______。
(5)某化合物乙的结构为，经过黄鸣龙反应得到化合物丙，则：
①丙的化学名称是______(用系统命名法)。
②乙的同分异构体中，能与新制的Cu(OH)2反应的共有______种(不考虑立体异构)，其中核磁共振氢谱有3组峰，且峰面积之比为9：2：1的是______(填结构简式)。
9．（2022·山西太原·统考一模）M是合成某药物的中间体，以A为原料合成M的路线如下(部分条件和产物省略)：

已知：RCHO
请回答下列问题：
(1)芳香化合物A的化学名称为___________，M中所含的含氧官能团除羟基外，还有___________。
(2)B有多种同分异构体，其中能同时满足下列条件的芳香族化合物的结构简式为___________。
①能发生水解反应，但不能发生银镜反应
②核磁共振氢谱有4组峰，且峰面积比为1：2：2：3
(3)试剂R的结构简式为___________，由D生成E的化学方程式为___________。
(4)由A生成B的多步反应中，存在反应，结合合成路线中的相关反应，说明设计该反应的目的为___________。
(5)参照上述流程，写出以乙醇为原料合成2－丁醇的路线：(其他试剂自选) ___________。

参考答案：
1．     除去Al3+、Fe3+     D     pH=5时，滤液中c(OH-)=1×10-9mol/L，Qc=c(Ni2+)∙c2(OH-)=2×10-18< Ksp[Ni(OH)2]，故没有沉淀产生     MnO2     2MnO4-+3Mn2++2H2O==5MnO2↓+4H+     4Ni(OH)2+4LiOH+O24LiNiO2+6H2O     阳     LiNiO2-xe- =Li1-xNiO2+xLi+
【分析】废旧二次电池[主要成分为Ni(OH)2、Fe2O3、MnO2、碳粉、铝箔等]酸浸后，所得的滤液中含有Ni2+、Al3+、Fe3+、Mn2+，此时碳粉不溶而成为滤渣Ⅰ；调节溶液的pH约为5，由后续操作可以看出，此时Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，可利用Ksp通过计算加以证实，所以加入的物质X用于调节溶液的pH；加入KMnO4氧化除锰(Mn2+)时，产物中Mn的价态应介于+2~+7之间，考虑到此时Mn转化为难溶物，应为MnO2，此为滤渣Ⅲ的主要成分；溶液中的Ni2+加入NaOH溶液后，转化为Ni(OH)2沉淀。
【详解】(1)①由以上分析知，调节溶液的pH约为5，其目的是除去Al3+、Fe3+；双氧水难以调节pH至5，氨水可调节溶液的pH为5，但引入NH4+，加入盐酸不能增大溶液的pH，所以选择NiO，故选D。答案为：除去Al3+、Fe3+；D；
②若滤液中Ni2+的浓度为2mol∙L-1，列式计算判断此时滤渣Ⅱ中是否有Ni(OH)2沉淀： pH=5时，滤液中c(OH-)=1×10-9mol/L，Qc=c(Ni2+)∙c2(OH-)=2×10-18< Ksp[Ni(OH)2]，故没有沉淀产生。答案为：pH=5时，滤液中c(OH-)=1×10-9mol/L，Qc=c(Ni2+)∙c2(OH-)=2×10-18< Ksp[Ni(OH)2]，故没有沉淀产生；
(2)由以上分析知，滤渣Ⅲ的主要成分是MnO2，“氧化除锰”过程发生反应的离子方程式为2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+。答案为：MnO2；2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+；
(3)用Ni(OH)2和LiOH在空气中混合加热至700℃～800℃可制得LiNiO2，Ni由+2价升高到+3价，则反应物中应有氧化剂(O2)参加反应，该反应的化学方程式为4Ni(OH)2+4LiOH+O24LiNiO2+6H2O。答案为：4Ni(OH)2+4LiOH+O24LiNiO2+6H2O；
(4)充电时LiNiO2转化为Li1-xNiO2，Ni价态由+3价升高为+(3+x)价，所以在阳极发生反应，该电极的电极反应式为LiNiO2-xe- =Li1-xNiO2+xLi+。答案为：阳；LiNiO2-xe- =Li1-xNiO2+xLi+。
【点睛】pH=5时，滤液中c(OH-)=1×10-9mol/L，c(Fe3+)===4.0×10-11mol/L