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河北省唐山市2021届-2023届高考化学三年模拟(一模)按题型分类汇编-02非选择题
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这是一份河北省唐山市2021届-2023届高考化学三年模拟(一模)按题型分类汇编-02非选择题,共35页。试卷主要包含了工业流程题,实验题,原理综合题,结构与性质,有机推断题等内容,欢迎下载使用。
河北省唐山市2021届-2023届高考化学三年模拟(一模)按题型分类汇编-02非选择题
一、工业流程题
1.(2021·河北唐山·统考一模)废旧铅蓄电池会导致铅污染,国内外对废蓄电池的湿法处理进行了广泛研究,RSR工艺回收铅是其成果之一,具体化工流程如下:
已知:I.铅膏主要成分是、;
Ⅱ.是强酸;
Ⅲ.、。
回答下列问题:
(1)写出副产品M的化学式___________;气体的电子式___________。
(2)写出步骤①反应的化学方程式___________。
(3)步骤②中存在平衡,比较___________(填“<”,“=”,“>”);检验固体是否洗涤干净的操作是___________。
(4)步骤④加入时边加边搅拌的目的是___________。
(5)步骤⑤电解溶液时,电路中转移0.5mol电子时阴极增重___________g,阳极产生气体___________L(标况)。
(6)已知焙烧可制得铅的氧化物,为了研究其产物成分取进行焙烧,其热重曲线如图所示,请写出时所得铅的氧化物的化学式___________。
2.(2022·河北唐山·统考一模)镍、钴及其化合物在工业上有广泛的应用。工业上用红土镍矿(主要成分为NiO,含CoO、FeO、Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO和SiO2)制备NiSO4·6H2O和钴的工艺流程如图所示。
已知:①Ni、Co的化学性质与Fe相似:
②溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示:
金属离子
Ni2+
Al3+
Fe3+
Fe2+
Co2+
Mg2+
开始沉淀时的pH
6.8
4.1
2.2
7.5
7.2
9.4
沉淀完全时的pH
9.2
5.4
3.2
9.0
9.0
12.4
③“萃取”可将金属离子进行富集与分离,原理如下:X2+(水相)+2RH(有机相)XR2(有机相)+2H+(水相)。
回答下列问题:
(1)滤渣I的主要成分为____(填化学式)。
(2)调pH的目的为沉铁和沉铝。沉铁时发生的氧化还原反应的离子方程式为____。如何判断NaClO已足量:____(写出具体操作过程)。
(3)滤渣3的成分为MgF2和CaF2。若滤液1中c(Ca2+)=1.0×10-3molL,当滤液2中c(Mg2+)=1.5×10-6mol/L时,除钙率为____(忽略沉淀前后溶液体积变化)。(已知:Ksp(CaF2)=1.5×10-10、Ksp(MgF2)=7.5×10-11)
(4)用25%P507+5%TBP+70%磺化煤油做萃取剂,萃取时,Co、Ni的浸出率和钴/镍分离因素随pH的关系如图所示:
萃取时,选择pH为___左右。
(5)试剂X为___。
(6)资料显示,硫酸镍结晶水合物的形态与温度有如表关系。
温度
低于30.8℃
30.8℃~53.8℃
53.8℃~280℃
高于280℃
晶体形态
NiSO4·7H2O
NiSO4·6H2O
多种结晶水合物
NiSO4
由NiSO4溶液获得稳定的NiSO4·6H2O晶体的操作M依次是蒸发浓缩、____、过滤、洗涤、干燥。
3.(2023·河北唐山·统考一模)铬盐是重要的无机化工产品。我国某科研团队研究了一种铬铁矿(主要成分为,含少量、MgO和少量硬度比金刚石大的BN)液相氧化浸出制备的工艺,流程如下:
回答下列问题:
(1)“碱浸”步骤提高浸出率的方法有_______(任写出一条),滤渣的成分为_______,该步骤发生反应的化学方程式是_______。
(2)已知,在“转化”步骤将铬元素完全沉淀时(离子浓度不大于),需保持转化液中至少为_______。
(3)“还原”步骤的尾气为无色无味气体,则其反应离子方程式为_______。
(4)该团队在实验室模拟流程中用到的主要分离方法,所需玻璃仪器有_______。
(5)立方氮化硼(BN)晶体是一种硬度比金刚石大的特殊耐磨和削切材料,其晶胞结构如图所示:
该晶体中B的配位数为_______,其晶胞参数为,则立方氮化硼晶体的密度为_______。
二、实验题
4.(2021·河北唐山·统考一模)实验室用乳酸与异戊醇反应制备乳酸异戊酯,有关数据和装置示意图如下: ++H2O
相对分子质量
密度/(g·cm3)
沸点/℃
水中溶解度
乳酸
90
1.209
122
溶
异戊醇
88
0.81
131
微溶
乳酸异戊酯
160
0.987
202
不溶
实验步骤:
①如图连接好装置,在A中加入9g乳酸和17.6g异戊醇、数滴浓硫酸和2~3片碎瓷片开始缓慢加热A。
②回流1h,反应液冷却至室温后,倒入分液漏斗中,先水洗,再用饱和碳酸钠溶液洗涤至中性,最后用饱和食盐水和水洗涤,分出的产物加入少量无水硫酸镁固体,静置片刻。
③过滤除去硫酸镁固体,进行蒸馏纯化,收集200~203℃馏分,得乳酸异戊酯13.6g。
回答下列问题:
(1)图中A仪器的名称是___________,B仪器的作用是___________。
(2)在该实验中,A的容积最适合的是___________(填入正确选项前的字母)。
A.50mL B.100mL C.150mL
(3)用饱和碳酸钠溶液洗涤的主要目的是___________,分离提纯过程中加入无水硫酸镁的目的是___________。
(4)在蒸馏纯化过程中,下列说法错误的是___________。
A.加热一段时间后发现忘记加瓷片,应该冷却后补加
B.温度计应该插入液面以下
C.冷却水的方向是上进下出,保证冷却水快速流动
D.蒸馏时用到的主要玻璃仪器有:酒精灯、蒸馏烧瓶、冷凝管、温度计、牛角管、锥形瓶
(5)本实验中加入过量异戊醇的目的是___________,本实验的产率是___________。
5.(2022·河北唐山·统考一模)钛的密度4.43g/cm3,机械强度和抗腐蚀性均很强,常用活泼金属还原TiCl4制得。已知TiCl4常温下是一种极易水解的无色液体,沸点136.4℃。实验室利用TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO制备TiCl4的装置如图所示。回答下列问题:
(1)为使a中分液漏斗内的浓盐酸顺利滴下,可将分液漏斗玻璃塞的____对准分液漏斗上部的小孔。装置A中发生反应的离子方程式为____。
(2)装置C中应盛放的试剂名称为____。装置B的作用为除去Cl2中的HCl,则其中盛放的试剂可以是____。
①饱和NaHCO3溶液 ②四氯化碳 ③饱和NaCl溶液 ④稀硫酸
(3)仪器c的名称为____,其出水口的位置为____。
(4)仪器d中碱石灰的作用为____。
(5)装置单元X的作用为____。
6.(2023·河北唐山·统考一模)是重要的化学试剂,遇高温分解,与酸发生反应。实验室可通过如图所示装置制备。
回答下列问题:
(1)仪器A的名称为_______。
(2)下列关于装置B的作用叙述错误的是_______(填标号)。
a.通过观察气泡可控制气流速率
b.防止发生倒吸
c.通过长颈漏斗液面升降判断B后面装置是否堵塞
(3)C中生成产品的化学反应方程式为_______。
(4)为保证硫代硫酸钠的产率和纯度,实验中通入的不能过量,原因是_______。
(5)为测定所得产品纯度,取所得产品溶于蒸馏水中配制成250mL溶液,取25.00mL置于锥形瓶中,加入2滴淀粉试剂,用碘的标准溶液滴定,消耗标准液。
已知:
①滴定终点现象为_______;
②产品纯度为_______(用m、c、V表示)。
(6)下列装置和试剂不能代替E的是_______(填标号)。
三、原理综合题
7.(2021·河北唐山·统考一模)科研工作者积极展开氨气和水煤气应用的研究,这些物质对新能源发展有着积极意义。
I.在某密闭容器中投入一定量的氨气,发生反应,反应过程中的浓度随时间变化情况如下图所示。
回答下列问题:
(1)曲线A中,反应在前2min内氢气的平均反应速率为___________。
(2)保持其它条件相同,若改变某一条件,使该反应发生如图曲线B的情况,该条件可能是改变___________(填字母代号)。
A.浓度 B.压强 C.温度 D.催化剂
(3)以铁为催化剂、、的条件下氮气和氢气可以直接合成氨,反应历程如下(*表示吸附态):
①化学吸附:,速率慢
②表面反应,速率快
③脱附:,速率快
下列关于合成氨的叙述错误的是___________(填字母代号)。
A.合成氨的总反应为
B.不断将氨液化移去,利于反应正向进行
C.控制反应恰当高温,是为了保证化学反应速率和催化剂的活性
D.三步中步骤①活化能最小
(4)用氨气研发燃料电池,电池反应为:,使用1mol/L的KOH溶液做电解质溶液。
每消耗转移的电子数为___________(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。请写出通入a气体一极的电极反应式___________。
Ⅱ.水煤气的变换反应为:
(5)在标准压强和指定温度下,由元素最稳定的单质生成1mol化合物时的反应热称为该化合物的标准摩尔生成焓。已知、、的标准摩尔生成焓分别为、、,则水煤气变换反应的焓变___________。
(6)水煤气变换反应的机理按以下步骤进行:
①平衡常数Kp可用气体物质的平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数。写出水煤气变换反应平衡常数Kp的表达式___。
②在一定温度,下,将等物质的量的CO和充入2L恒容密闭容器中,达到平衡时测得HCOOH与的压强之比为1:3,CO的转化率为40%,则反应I的平衡常数Kp______。
8.(2022·河北唐山·统考一模)CO2的资源化利用能有效减少CO2排放缓解能源危机,有助于实现碳达峰、碳中和。
I.CO2催化加氢制甲醇(CH3OH)
①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2kJ/mol
③CO(g)+H2(g)CH3OH(g) ΔH3=-45.1kJ/mol
(1)反应①的ΔH1=____。
(2)在催化剂作用下CO2加氢可制得甲醇,该反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注,如*CO2表示CO2吸附在催化剂表面;图中*H已省略)。
上述合成甲醇的反应速率较慢,该反应过程中决速步反应的化学方程式为____。
(3)上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的有____。
A.加压,反应②的平衡不移动,化学平衡常数不变
B.增大H2的浓度,有利于提高CO2的平衡转化率
C.加入催化剂,可以降低反应的反应热
D.及时分离除CH3OH,循环利用CO2和H2,可以提高反应速率和原料的利用率
II:CO2催化(固体催化剂)加氢合成甲烷
主反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH1=-165kJ·mol-1
副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.1kJ·mol-1
在不同催化剂条件下反应相同时间,测得CO2转化率和生成CH4选择性(CH4选择性=)随温度变化的影响如图所示。
(4)对比上述三种催化剂的催化性能,工业上选择的催化剂是Ni-20CeO2/MCM-41,其使用的合适温度为____℃左右(填选项)。
A.300 B.340 C.380 D.420
当温度高于400℃时,CO2转化率和生成CH4选择性均有所下降,其原因可能是____。(答出一点即可)
(5)向某恒容密闭容器中充入一定量的CO2和H2,其分压分别为0.85MPa、2.7MPa,在温度t℃,某催化剂催化下发生甲烷化反应,一段时间后,主、副反应均达平衡(不考虑其它副反应),测得容器内CH4和H2O的分压分别为0.6MPa、1.25MPa,则主反应的分压平衡常数Kp=____MPa-2。
9.(2023·河北唐山·统考一模)甲醇水蒸气重整制氢已经成为工业上制取氢气的重要工艺,甲醇水蒸气重整过程中可能出现以下反应:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
回答下列问题:
(1)_______,反应Ⅲ可在_______(填“高温”或“低温”或“任意温度”)下可自发进行。
(2)一定温度下,将1mol甲醇与3mol水蒸气投入密闭容器中发生反应,一段时间后达到平衡,测得甲醇的转化率为80%,水蒸气体积分数为,则
①该反应中水蒸气的转化率为_______。
②反应Ⅰ的压强平衡常数_______。
③若对体系增大压强,反应Ⅰ平衡_______(填“移动”或“不移动”)。
(3)某科研团队对光催化还原转化为甲醇进行研究(原理如图),取得了一定进展。
①电极1的电势_______(填“高于”或“低于”)电极2的电势。
②该光催化过程的总反应方程式为_______。
四、结构与性质
10.(2021·河北唐山·统考一模)血红素是由卟啉与形成的配合物。血红素不溶于水,溶于丙酮和碱性水溶液。
(1)请写出Fe在元素周期表中的位置___________,基态的核外电子排布式为___________。
(2)血红素分子中N原子的杂化轨道类型有___________,含有键的数目为___________。
(3)KSCN或溶液是检验的常用试剂,的空间构型为___________(用文字描述),写出一种与互为等电子体的分子_______(写化学式)。
(4)丙酮和乙醇的有关数据如下:
化合物
(乙醇)
(丙酮)
沸点/℃
78
56.5
丙酮和乙醇的晶体类型均为___________,它们沸点差异的原因是___________。
(5)在自然界中有三种晶型,其中最重要的是金红石型,晶胞结构和投影图如下,晶胞棱边夹角均为,晶胞参数为apm、apm、cpm,设阿伏加德罗常数的值为NA,则离子的配位数是___________,的密度为___________(列出计算式)。
11.(2022·河北唐山·统考一模)第IIIA族元素及其化合物有着很多优良的性能和特性,在半导体、太阳能、合金、超导等领域有着广泛的应用。回答下列问题:
(1)基态镓的核外电子占据的最高能层符号为___,能量最高的电子占据的原子轨道电子云轮廓为____形。
(2)铝与同周期相邻的两元素相比,第一电离能由大到小的顺序为____(用元素符号表示)。
(3)BH3分子的空间构型为____,H3BO3显酸性的原因类似于NH3显碱性的原因,请写出H3BO3的电离方程式____。
(4)已知硼酸钠的结构如图1所示,其中硼原子的杂化类型为____。
(5)砷化镓的立方晶胞结构如图2所示,已知砷化镓晶胞边长为anm,砷化镓晶体的密度为dg·cm-3,则砷化镓的摩尔质量为____g·mol-1(设NA为阿伏加德罗常数的值,列出计算式即可)。
(6)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称为原子的分数坐标。晶胞中有几个微粒就有几个该微粒的分数坐标,比如砷化镓晶胞中有4个镓原子,其分数坐标分别为(0,0,0)、(,,0)、(,0,)和____。
五、有机推断题
12.(2021·河北唐山·统考一模)化合物是一种应用广泛的高分子材料。其合成路线为:
已知:酯交换反应
(1)D中官能团名称___________。
(2)E生成F加入的Y试剂是___________;F生成G的反应类型是___________。
(3)A生成B的反应方程式为___________;F()与NaOH溶液反应的方程式为___________。
(4)E满足下列条件的同分异构体共有___________种(不包括E);写出核磁共振氢谱峰面积比是的异构体结构简式___________。
①含有苯环且苯环上只有两个取代基;②能与溶液发生显色反应;③属于酯类物质。
(5)利用题中信息,设计由乙烯(CH2=CH2)和对二甲苯()制备的合成路线___________。(无机试剂任选)
13.(2022·河北唐山·统考一模)M是有机合成的重要中间体,由简单有机物合成它的路线如图:
回答下列问题:
(1)A的名称为____;B的核磁共振氢谱有___组吸收峰。
(2)D→E的反应类型为___。
(3)G的同分异构体中,能与FeCl3溶液发生显色反应的共有___种,其中核磁共振氢谱有4组峰且峰面积之比为6:2:1:1的结构简式为____(写出一种即可)。
(4)M的结构简式为____。
(5)仿照M的合成路线,设计一条由苯甲醇合成 的合成路线:____。
14.(2023·河北唐山·统考一模)、不饱和醛、酮具有很好的反应性能,常作为有机合成中的前体化合物或关键中间体,是Micheal反应的良好受体,通过、不饱和醛、酮,可以合成许多重要的药物和一些具有特殊结构的化合物。、不饱和酮G()的合成路线如下:
回答下列问题:
(1)A的名称为_______,反应①所需试剂为_______。
(2)反应②的化学方程式是_______。
(3)D中所含官能团的名称为_______,D→E的反应类型为_______。
(4)F的结构简式为_______。
(5)H为G的同分异构体,满足下列条件的结构有_______种,其中核磁共振氢谱峰面积之比为6:2:2:2:1:1的结构简式为_______。
①芳香族化合物且苯环上有两个取代基;②氧化产物能发生银镜反应。
(6)以和为原料,无机试剂任选,设计合成的路线_______。
参考答案:
1. > 取最后一次洗涤液少许于试管中,加入盐酸酸化的BaCl2溶液若无白色沉淀证明已洗净 提高酸溶速率 51.75g 2.8L
【详解】(1)铅膏中含有PbO2和PbSO4,向浆液中加入SO2和(NH4)2CO3得到PbCO3和副产品M;由于PbO2具有强氧化性,SO2具有强还原性,则副产品M为(NH4)2SO4;HBF4是强酸,和PbCO3反应生成Pb(BF4)2溶液和CO2气体,故N为CO2,其电子式为;
(2)反应①的化学方程式为PbO2+SO2=PbSO4;
(3)实际生产中,PbSO4和(NH4)2CO3反应得到PbCO3和(NH4)2SO4,说明在该平衡中K1>K2;检验PbCO3固体是否洗干净的操作是取最后一次洗涤液少许于试管中,加入盐酸酸化的BaCl2溶液,若无白色沉淀则证明已洗净;
(4)步骤④中加入HBF4时边加边搅拌的目的是加快酸溶速率;
(5)电解Pb(BF4)2溶液时,阳极上的电极反应为4OH--4e-=O2↑+H2O,阴极上的电极反应为Pb2++2e-=Pb;电路中转移0.5mol电子时,n(Pb)=0.25mol,n(O2)=0.125mol,则m(Pb)=n(Pb) ∙ M(Pb)=0.25mol´207g/mol=51.75g,V(O2,标况)=n(O2) ∙ Vm=0.125mol´22.4g/mol=52.8L,即阴极上增重51.75g,阳极上标况下产生气体2.8L;
(6)5.34g PbCO3的物质的量为0.02mol,则350℃时,4.62g 铅的氧化物含有0.02mol Pb,即4.14g Pb,则含氧元素0.48g,即0.03mol,则该氧化物的化学式为Pb2O3。
2.(1)CaSO4和SiO2
(2) 2Fe2++ClO-+5H2O=2Fe(OH)3↓+Cl-+4H+或2Fe2++5ClO-+5H2O=2Fe(OH)3↓+Cl-+4HClO 取反应后少量滤液于试管中,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,若无蓝色沉淀产生,说明NaClO已足量
(3)99.7%
(4)3.5
(5)盐酸
(6)冷却至30.8℃~53.8℃之间结晶
【分析】红土镍矿:主要成分为NiO,含CoO、FeO、Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO和SiO2,向其中加入硫酸,NiO与硫酸反应生成NiSO4,CoO与硫酸反应生成CoSO4,FeO与硫酸反应生成FeSO4,Fe2O3与硫酸反应生成Fe2(SO4)3,Al2O3与硫酸反应生成Al2(SO4)3,MgO与硫酸反应生成MgSO4,CaO与硫酸反应生成CaSO4,SiO2与硫酸不反应,则过滤得到的滤渣1含SiO2和CaSO4;向滤液中加入次氯酸钠将亚铁离子氧化为铁离子,加入碳酸钠溶液调节pH,将铁离子、铝离子沉淀,过滤,滤渣2含Fe(OH)3、Al(OH)3;向滤液1中加入氟化钠,将镁离子转化为氟化镁沉淀,将钙离子转化为氟化钙沉淀,滤渣3含MgF2、CaF2;向滤液2中加入萃取剂,将二价钴离子萃取到有机相中,再加盐酸进行反萃取,得到氯化钴溶液,氯化钴溶液电解得到单质钴;而二价镍离子在萃取的水相中,将水相处理得到硫酸镍溶液,硫酸镍溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到NiSO4·6H2O晶体。
(1)由分析可知,滤渣1的主要成分是:SiO2和CaSO4。
(2)次氯酸根离子有强氧化性,亚铁离子有还原性,两者发生氧化还原反应生成氯离子和铁离子,而生成的铁离子又水解生成氢氧化铁,依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒,沉铁时发生的氧化还原反应的离子方程式为:2Fe2++ClO-+5H2O=2Fe(OH)3↓+Cl-+4H+或2Fe2++5ClO-+5H2O=2Fe(OH)3↓+Cl-+4HClO;要证明次氯酸钠已足量,只需证明溶液中已经没有亚铁离子,因此方法为:取反应后少量滤液于试管中,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,若无蓝色沉淀产生,说明NaClO已足量。
(3)当滤液2中c(Mg2+)=1.5×10-6mol/L时,c2(F-)===510-5(mol/L)2,此时溶液中c(Ca2+)===310-6mol/L,除钙率为:。
(4)由图示可知,pH为3.5左右时,Co/Ni分离因素最高,钴和镍的萃取率相差较大,因此,萃取时,选择pH为3.5左右。
(5)由图示可知,反萃取后得到氯化钴溶液,再结合已知信息③,因此试剂X为盐酸。
(6)从溶液中获得晶体的操作一般是:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,依据表中数据可知,30.8℃~53.8℃,晶体以NiSO4·6H2O形式存在,因此冷却结晶时应在30.8℃~53.8℃之间冷却结晶。
3.(1) 粉碎或适当升高温度或增大NaOH浓度 Fe2O3、MgO、BN 2 Cr2O3+3O2+8NaOH=4Na2CrO4+4H2O
(2)1.2×10—5
(3)4BaCrO4+C2H5OH+20H+=4Ba2++4Cr3++2CO2↑+13H2O
(4)漏斗、烧杯、玻璃棒
(5) 4
【分析】由题给流程可知,铬铁矿在氢氧化钠溶液和氧气碱浸时,三氧化二铬与氢氧化钠溶液、氧气反应生成铬酸钠和水,氧化铁、氧化镁、氮化硼与氢氧化钠溶液不反应,过滤得到含有氧化铁、氧化镁、氮化硼的滤渣和含有铬酸钠的高铬液;向高铬液中加入氢氧化钡溶液,将铬酸钠转化为铬酸钡沉淀,过滤得到铬酸钡;向铬酸钡中加入乙醇和盐酸的混合溶液,铬酸钡被乙醇还原为铬离子,向反应后的溶液中加入氢氧化钡溶液调节溶液pH,将铬离子转化为氢氧化铬沉淀,
【详解】(1)粉碎、适当升高温度、增大NaOH浓度能提高“碱浸”步骤的浸出率;由分析可知,滤渣的成分为氧化铁、氧化镁、氮化硼;三氧化二铬发生的反应为三氧化二铬与氢氧化钠溶液、氧气反应生成铬酸钠和水,反应的化学方程式为2Cr2O3+3O2+8NaOH=4Na2CrO4+4H2O,故答案为:粉碎或适当升高温度或增大NaOH浓度;Fe2O3、MgO、BN;2 Cr2O3+3O2+8NaOH=4Na2CrO4+4H2O;
(2)由铬酸钡溶度积可知,铬离子完全沉淀时,溶液中钡离子的浓度为=1.2×10—5mol/L,故答案为:1.2×10-5;
(3)由分析可知,“还原”步骤发生的反应为铬酸钡与乙醇和盐酸的混合溶液反应生成氯化钡、氯化铬、二氧化碳和水,反应的离子方程式为4BaCrO4+C2H5OH+20H+=4Ba2++4Cr3++2CO2↑+13H2O,故答案为:4BaCrO4+C2H5OH+20H+=4Ba2++4Cr3++2CO2↑+13H2O;
(4)由题给流程可知,在实验室中该流程中用到的主要分离方法为过滤,过滤用到的仪器为漏斗、烧杯、玻璃棒,故答案为:漏斗、烧杯、玻璃棒;
(5)由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点和面心的氮原子个数为8×+6×=4,位于体内的硼原子个数为4,体内每个硼原子与4个氮原子距离最近,则该晶体中B的配位数为4,设晶体的密度为dg/cm3,由晶胞的质量公式可得:=10-21a3d,解得d=,故答案为:。
4. 圆底烧瓶 冷凝回流 A 除掉乳酸和硫酸 干燥乳酸异戊酯 BC 使乳酸反应完全,提高乳酸的转化率 85%
【分析】本实验的目的是乳酸与异戊醇反应制备乳酸异戊酯,在装置A中进行题目所给反应,碎瓷片可以防止暴沸,回流1h,反应液冷却至室温后,倒入分液漏斗中,此时混合液体中有生成的乳酸异戊酯、未反应的异戊醇、乳酸,还有水和浓硫酸,先用水初步洗涤,之后加入饱和碳酸氢钠洗去酸性物质乳酸和硫酸,用饱和食盐水和水洗涤除去过量碳酸氢钠溶液,分液分离取有机层,加入少量无水硫酸镁固体除去水分,过滤除去硫酸镁固体,此时杂质只有异戊醇,进行蒸馏纯化,得乳酸异戊酯。
【详解】(1)根据A的结构特点可知其为圆底烧瓶;B为球形冷凝管,可以冷凝回流乳酸、异戊醇等物质;
(2)所用试剂的总质量约为9g+17.6g=26.6g,羧酸的密度一般比水稍大,醇类的密度一般比水稍小,则试剂总体积应不超过30mL,所以应选用50mL圆底烧瓶进行实验,故选A;
(3)饱和碳酸氢钠可以洗去酸性物质乳酸和硫酸;少量无水硫酸镁固体可以吸水,所以加入无水硫酸镁的目的是干燥乳酸异戊酯;
(4)A.补加碎瓷片时需要待已加热的试液冷却后加入,A正确;
B.蒸馏过程中温度计应测定馏分的温度,所以水银球在支管口处,B错误;
C.为了增强冷凝效果,冷却水的方向是下进上出,C错误;
D.蒸馏时需要酒精灯加热,蒸馏烧瓶盛饭待蒸馏液体,冷凝管进行冷凝,温度计测定温度,牛角管导流,锥形瓶收集馏分,D正确;
综上所述答案为BC;
(5)过量异戊醇可使乳酸反应完全,提高乳酸的转化率;该实验中乳酸少量,所以需要根据乳酸的量计算产率,乳酸的物质的量为=0.1mol,则乳酸异戊酯的理论产量为0.1mol,实际得到13.6g乳酸异戊酯,则产率为 =85%。
5.(1) 凹槽 MnO2+4H++2Cl—Mn2++Cl2↑+2H2O
(2) 浓硫酸 ③④
(3) (直形)冷凝管 f
(4)吸收未反应的Cl2,防止污染;防止外界的水蒸气进入b中使产品变质
(5)处理尾气CO
【分析】由实验装置图可知,装置A中二氧化锰与浓盐酸共热反应制备氯气,浓盐酸具有挥发性,制得的氯气中混有氯化氢和水蒸气,装置B中盛有的饱和食盐水或稀硫酸用于除去氯化氢气体,装置C中盛有的浓硫酸用于干燥氯气,装置D中氯气与二氧化钛、碳粉高温条件下反应制备四氯化钛,装置E中锥形瓶和冷凝管用于冷凝收集四氯化钛,盛有碱石灰的干燥管用于吸收未反应的氯气,防止污染空气,同时防止外界的水蒸气进入锥形瓶中使产品变质,装置单元X用于处理一氧化碳,防止污染空气。
(1)
实验时,应将分液漏斗玻璃塞的凹槽对准分液漏斗上部的小孔,达到平衡气压的作用,使a中分液漏斗内的浓盐酸顺利滴下;装置A中发生的反应为二氧化锰与浓盐酸共热反应生成氯化锰、氯气和水,反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl—Mn2++Cl2↑+2H2O,故答案为:凹槽;MnO2+4H++2Cl—Mn2++Cl2↑+2H2O;
(2)
由分析可知,装置B中盛有的饱和食盐水或稀硫酸用于除去氯化氢气体,装置C中盛有的浓硫酸用于干燥氯气,故答案为:浓硫酸;③④;
(3)
由实验装置图可知,仪器c为(直形)冷凝管,目的是使四氯化钛冷凝回流,提高产率,为增强冷凝回流的效果,冷却水应从下口e通入、上口f流出,故答案为:(直形)冷凝管;f;
(4)
由分析可知,盛有碱石灰的干燥管用于吸收未反应的氯气,防止污染空气,同时防止外界的水蒸气进入锥形瓶中使产品变质,故答案为:吸收未反应的Cl2,防止污染;防止外界的水蒸气进入b中使产品变质;
(5)
由分析可知,装置单元X用于处理一氧化碳,防止污染空气,故答案为:处理尾气CO。
6.(1)蒸馏烧瓶
(2)b
(3)2Na2S+Na2CO3+4SO23Na2S2O3+CO2
(4)Na2S2O3与酸反应,过量SO2会使溶液呈酸性
(5) 滴入最后一滴碘的标准溶液,溶液变为蓝色,且半分钟内不褪色
(6)bd
【分析】由实验装置图可知,70%较浓硫酸与亚硫酸钠固体反应制备二氧化硫,装置B用于控制二氧化硫的气流速率和通过长颈漏斗液面升降判断B后面装置是否堵塞的作用,装置C中二氧化硫与硫化钠和碳酸钠混合溶液共热反应制备硫代硫酸钠,装置D为空载仪器,做安全瓶,起防倒吸的作用,装置E中盛有的氢氧化钠溶液用于吸收二氧化碳和未反应的二氧化硫,防止污染空气。
【详解】(1)由实验装置图可知,仪器A为圆底烧瓶,故答案为:圆底烧瓶;
(2)由分析可知,装置B用于控制二氧化硫的气流速率和通过长颈漏斗液面升降判断B后面装置是否堵塞的作用,但不能起防倒吸的作用,故选b;
(3)C中生成产品的反应为二氧化硫与硫化钠和碳酸钠混合溶液共热反应生成硫代硫酸钠和二氧化碳,反应的化学反应方程式为2Na2S+Na2CO3+4SO23Na2S2O3+CO2,故答案为:2Na2S+Na2CO3+4SO23Na2S2O3+CO2;
(4)硫代硫酸钠在酸性溶液中不稳定,若二氧化硫过量,会与水反应生成亚硫酸使溶液呈酸性导致硫代硫酸在溶液中发生歧化反应,所以实验中通入的二氧化硫不能过量,故答案为:Na2S2O3与酸反应,过量SO2会使溶液呈酸性;
(5)①硫代硫酸钠溶液与碘溶液恰好反应时,滴入最后一滴碘的标准溶液,溶液会变为蓝色,且半分钟内不褪色,所以判断滴定终点的现象为滴入最后一滴碘的标准溶液,溶液变为蓝色,且半分钟内不褪色,故答案为:滴入最后一滴碘的标准溶液,溶液变为蓝色,且半分钟内不褪色;
②由题意可知,滴定消耗VmLcmol/L的碘标准溶液,则由方程式可知,mg产品纯度为×100%=,故答案为:;
(6)由分析可知,装置E中盛有的氢氧化钠溶液用于吸收二氧化碳和未反应的二氧化硫,防止污染空气,则盛有碱石灰的干燥管和盛有氢氧化钠的U形管能代替E,而浓硫酸、氯化钙溶液不能与二氧化碳和二氧化硫反应,则盛有浓硫酸的洗气瓶和盛有氯化钙溶液得试管不能代替E,故答案为:bd。
7. C AD
【分析】(4)根据导线的电子流向,a极是电子流出的,做负极,在氢氧燃料电池中,碱性环境下,负极的电极反应式为:,正极的电极反应式: ;
【详解】(1)由图计算氨气的速率:,则反应在前2min 内氢气的平均反应速率;
(2)由图象可知B状态反应较快,且A、B处于不同平衡状态,肯定不是催化剂的影响,如是压强的影响,则增大压强,平衡向逆反应方向移动,则NH3的物质的量应增大,但B状态NH3的物质的量较少,应是升高温度的原因,该反应的正反应为吸热反应,升高温度平衡向正反应方向移动,则NH3的物质的量减少,故答案为:C;
(3)A.合成氨的总反应是可逆反应,应打可逆符号,A错误;
B.不断将氨液化移去,减小生成物的浓度,平衡正向移动,利于反应正向进行,B正确;
C.温度较高可加快化学反应速率,同时不破坏催化剂的活性,C正确;
D.活化能越大,反应速率越慢,三步中步骤①速率慢,活化能大,D错误;
故选:AD;
(4)的物质的量,转化成H2O,转移电子数目为0.2×2×(2-0)=0.8NA,由图中a极是电子流出方向,做负极,电极反应式为:;
(5)由标准摩尔生成焓的含义,①
②、③
由②-①-③可得:;
(6)①水煤气变换反应,平衡常数Kp可用气体物质的平衡分压代替平衡浓度,则平衡常数Kp的表达式为;
②在一定温度,下,设都为amol的CO和充入2L恒容密闭容器中,发生反应I:、反应II:,反应后n(总)=0.6a+0.6a+0.1a+0.3a+0.3a=1.9a mol,,p'=95kPa,达到平衡时,反应I的平衡常数。
8.(1)-49.0kJ/mol
(2)*CO+*OH+*H→*CO+*H2O或*OH+*H→*H2O
(3)B
(4) C ①CO2甲烷化为放热反应,升温,该反应受到抑制。②催化剂活性降低(催化剂表面积碳)。③发生了其它副反应(甲烷水蒸气重整等)
(5)1200
【解析】(1)
根据盖斯定律,②+③×2可得反应①的ΔH1=+41.2kJ/mol+(-45.1kJ/mol)×2=-49.0kJ/mol;
(2)
活化能越大,反应速率越慢,慢反应决定整个反应的速率,据图可知活化能最大的步骤是*CO+*OH+*H→*CO+*H2O或*OH+*H→*H2O;
(3)
A.反应①、③均为气体系数之和减小的反应,加压两个反应的平衡正向移动,两反应的平衡移动会使体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度发生变化,反应②的平衡也会发生移动,A错误;
B.增大H2的浓度,反应①、②平衡正向移动,可以增大CO2的平衡转化率,B正确;
C.催化剂可以降低反应的活化能,但不改变反应热,C错误;
D.及时分离出CH3OH,会导致体系内各物质的浓度减小,反应速率会减慢,D错误;
综上所述答案为B;
(4)
据图可知在使用Ni-20CeO2/MCM-41催化剂时,温度为380℃时CO2转化率和生成CH4选择性均较高,故选C;①CO2甲烷化为放热反应,升温,该反应受到抑制,平衡逆向移动;②温度过高,催化剂活性降低(催化剂表面积碳);③发生了其它副反应(甲烷水蒸气重整等),所以当温度高于400℃时,CO2转化率和生成CH4选择性均有所下降;
(5)
恒容容器中气体的压强之比等于物质的量之比,所以不妨设初始投料为0.85molCO2和2.7molH2,平衡时CH4和H2O的物质的量分别为0.6mol、1.25mol,设平衡时CO2、H2、CO的物质的量分别为x、y、z,根据C元素守恒可得x+z+0.6=0.85、根据H元素守恒可得0.6×4+2y+1.25×2=2.7×2、根据O元素守恒可得1.25+2x+z=0.85×2,联立可以解得CO2、H2、CO的物质的量分别为0.2mol、0.25mol、0.05mol,即分压分别为0.2MPa、0.25MPa、0.05MPa,所以主反应的平衡常数Kp=MPa-2=1200 MPa-2。
9.(1) 91.9(或+91.9) 高温
(2) 20% 2.75 移动
(3) 高于 2CO2+4H2O 2CH3OH+3O2
【详解】(1)反应Ⅲ-反应Ⅰ可得反应Ⅱ,根据盖斯定律,==;反应Ⅲ的,,在高温下,即在高温下反应可自发进行,故答案为:91.9(或+91.9);高温;
(2)设转化的水蒸气的物质的量为x,列出有关反应的三段式:
依据水蒸气体积分数为,则有:=,解得x=0.6;
①该反应中水蒸气的转化率为100%=20%;
②设反应Ⅰ达到平衡时总压为P,则CO、H2O、CO2、H2的分压分别为:p(CO)=P、p(H2O)=P、p(CO2)=P、p(H2)=P,则压强平衡常数==2.75;
③反应Ⅱ是气体体积增大的吸热反应,若对体系增大压强,反应Ⅱ平衡会向逆反应方向移动,则使体系温度发生改变,导致反应Ⅰ平衡发生移动,故答案为:移动。
(3)①由图可知,电极1发生CO2转化为CH3OH的反应,CO2被还原,电极2发生H2O转化为O2的反应,H2O被氧化,则电极1为正极,电极2为负极,正极电势高于负极电势,则电极1的电势高于电极2的电势,故答案为:高于;
②负极反应为:2H2O-4e-=4H++O2↑,正极反应为:CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O,将两反应式相加得总反应方程式为2CO2+4H2O 2CH3OH+3O2,故答案为:2CO2+4H2O 2CH3OH+3O2。
10. 第四周期Ⅷ族 或 、 直线型 或 分子晶体 乙醇分子间存在氢键 6
【分析】(5)离子周围6个氧离子构成了正八面体,所以配位数是6;一个晶胞中含有2个离子,4个氧离子,用计算即可。
【详解】(1)Fe是26号元素,在元素周期表中的位置:第四周期Ⅷ族,基态的核外电子排布式为:或;
(2)1个血红素分子中有2个N原子均形成3个键,含有一对孤电子对,价层电子对数为4,采取sp3杂化,另外2个N原子均形成一个双键、两个单键价层电子对数为3,采取sp2杂化。则N原子的杂化类型有sp2、sp3;含6个C-H、2个C-C、C=O中有一个键,则键数目为9NA;
(3)SCN-中的中心原子价层电子对数为2,采取sp杂化,空间构型是直线型;与互为等电子体的分子:或;
(4)丙酮和乙醇都是分子晶体,虽然乙醇的相对分子质量比丙酮的小,但是乙醇分子间存在氢键,使乙醇的沸点较高;
(5)离子周围6个氧离子构成了正八面体,所以配位数是6;一个晶胞中含有2个离子,4个氧离子,质量,体积,则密度=。
11.(1) N 哑铃
(2)Si>Mg>Al
(3) 平面三角形 H3BO3+H2OH++B(OH)
(4)sp2
(5)
(6)(0,,)
【详解】(1)镓元素为32号元素,核外电子排布为[Ar]3d104s24p1,占据的最高能层为第四层,符号为N;能量最高的电子占据的原子轨道为4p轨道,为哑铃形;
(2)同周期与铝相邻的元素为Mg、Si,同周期元素自左至右第一电离能呈增大趋势,但Mg的3s能级轨道全满,更稳定,第一电离能大于Al,所以第一电离能由大到小的顺序为Si>Mg>Al;
(3)BH3分子中心B原子的价层电子对数为=3,不含孤电子对,所以空间构型为平面三角形;H3BO3显酸性的原因类似于NH3显碱性的原因,所以H3BO3分子应结合水电离出的氢氧根,从而使溶液显酸性,电离方程式为H3BO3+H2OH++B(OH);
(4)据图可知,B原子形成3个σ键,而B原子的价电子只有3个,所以该物质中B原子不含孤对电子,其杂化轨道有3个,为sp2杂化;
(5)据图可知砷化镓晶胞中含有4个As原子,其化学式为GaAs,所以含有4个GaAs单元,设其摩尔质量为M,则晶胞的质量为g,晶胞边长为anm,则晶胞的体积为(a×10-7)3cm-3,密度为dg·cm-3,所以有(a×10-7)3cm-3×dg·cm-3=g,M=g/mol;
(6)Ga原子所处的位置为顶点和面心,顶点的Ga原子与其相邻三个面的面心Ga原子形成一个正四面体,As原子位于四面体空隙中,所给的三个Ga原子分别为顶点和两个面的面心,所以另一个Ga原子应是位于面心的Ga原子,坐标为(0,,)。
12. 羟基、羧基 缩聚反应 +→+HCl +3NaOH→+HOCH2COONa+2H2O 8 .
【分析】本题对比反应物和生成物的结构简式,找出断键的部位,确认发生的反应类型,如A→B:羟基上断裂O-H键,CH3COCl断裂O-Cl键,H和Cl结合成HCl,羰基上的C与A中O原子结合,该反应为取代反应,利用官能团的性质进行分析;
【详解】(1)根据D的结构简式,推出D中含有的官能团是(酚)羟基、羧基;故答案为(酚)羟基、羧基;
(2)根据题中信息,以及E和F的结构简式,推出Y的结构简式为HOCH2COOH,化学式为C2H4O3;G为高分子化合物,根据G的结构简式,F→G的反应类型为缩聚反应;故答案为C2H4O3;缩聚反应;
(3)根据上述分析,A→B发生取代反应,其反应方程式为+→+HCl;F的结构简式中含有酚羟基、酯基、羧基,这三个官能团能与NaOH反应,其反应方程式为+3NaOH→ +HOCH2COONa+2H2O;故答案为+→+HCl;+3NaOH→ +HOCH2COONa+2H2O;
(4)能与FeCl3溶液发生显色反应,说明含有酚羟基,属于酯类物质,含有酯基,若苯环上有两个取代基,分别为-COOCH3、-OH(邻、间位,共2种),、-OH(邻、间、对,有3种),、-OH(邻、间、对,有3种),满足条件的E的同分异构体共有2+3+3=8;其中核磁共振氢谱峰面积之比为1:1:2:2:2的结构简式为;故答案为8;;
(5)制备的物质是对苯二甲酸与乙醇发生酯化反应得到,对二甲苯在酸性高锰酸钾溶液作用下发生氧化反应,得到对苯二甲酸,乙烯与水发生加成反应得到乙醇,即合成路线为 ;故答案为 。
13.(1) 环戊烷 3
(2)氧化反应
(3) 9 或
(4)
(5)
【分析】A与Br2在光照条件下发生取代反应生成B,B与Mg在乙醚中反应生成C,根据C的结构简式,结合A的分子式可知A的结构简式应为 ,B为 ;C再与HCHO在水溶液中反应生成D,根据D生成E的反应条件可知,该过程中D应是被CrO3氧化,而E中出现醛基,说明D中相应位置有一个羟基,所以D的结构简式为 ;在根据C与甲醛反应的原理可知E和H反应生成的M的结构简式为 。
(1)
A的结构简式为 ,名称为环戊烷;B的结构简式为 ,结构对称,分子中有3种环境的氢原子,核磁共振氢谱有3组吸收峰;
(2)
D中含有羟基,被氧化生成醛基,属于氧化反应;
(3)
G中含有8个C原子、1个O原子,不饱和度为4,其同分异构体满足能与FeCl3溶液发生显色反应,则含有酚羟基,则其苯环上的取代基可以为-CH2CH3、-OH,此时有3种,或-CH3、-CH3、-OH,此时有6种,共9种;其中核磁共振氢谱有4组峰且峰面积之比为6:2:1:1的结构简式为 或 ;
(4)
根据分析可知M的结构简式为 ;
(5)
苯甲醇为 ,根据E和H生成M的过程可知, 可以由 可以和 反应生成,而 被催化氧化可以得到 ,在i)PBr3、ii)Mg/乙醚条件下可以生成 ,所以合称路线为 。
14.(1) 环己烷 NaOH水溶液
(2)2+O22+2H2O
(3) (酮)羰基 加成反应
(4)
(5) 15
(6)
【分析】A与氯气在光照的条件下生成B,A生成B反应类型为取代反应,即A的结构简式为,根据D的结构简式,反应②应是氧化反应,C中含有羟基,即C的结构简式为,根据G的结构简式,以及F的分子式,推出F→G为消去反应,即F的结构简式为,据此分析;
【详解】(1)根据上述分析,A的结构简式为,其名称为环己烷;根据上述分析,C的结构简式为,因此B→C发生卤代烃的水解反应,反应①所需的试剂为NaOH水溶液;故答案为环己烷;NaOH水溶液;
(2)根据上述分析,反应②为醇的催化氧化,其反应方程式为2+O22+2H2O;故答案为2+O22+2H2O;
(3)根据D的结构简式,含有官能团为(酮)羰基;对比D、E结构简式,D中羰基邻位上一个“C-H”断裂,CH3COCH=CH2中碳碳双键中的一个键断裂,D中掉下的H与CH3COCH=CH2中“CH”结合,剩下部位结合,即该反应为加成反应;故答案为(酮)羰基;加成反应;
(4)根据上述分析,F的结构简式为;故答案为;
(5)H为G的同分异构体,该同分异构体为芳香族化合物,即含有苯环,根据G的结构简式,推出G的不饱和度为4,苯环的不饱和度为4,因此H中除苯环外不含其它不饱和键,氧化产物能发生银镜反应,说明H中含有“-CH2OH”,苯环上有两个取代基,这两个取代基可能为-CH2OH、-CH2CH2CH3(邻间对三种),-CH2OH、-CH(CH3)2(邻间对三种),-CH2CH2OH、-CH2CH3(邻间对三种),-CH2CH2CH2OH、-CH3(邻间对三种),-CH(CH3)CH2OH、-CH3(邻间对三种),共有15种;核磁共振氢谱有6种不同峰,应是对称结构,峰面积之比6∶2∶2∶2∶1∶1,说明有对称的两个甲基,因此符合条件的是;故答案为15;;
(6)根据题中所给原理以及制备物质,从合成G的路线中,可以看出路线应是D连续转化成G的路线,即合成路线为;故答案为。
河北省唐山市2021届-2023届高考化学三年模拟(一模)按题型分类汇编-02非选择题
一、工业流程题
1.(2021·河北唐山·统考一模)废旧铅蓄电池会导致铅污染,国内外对废蓄电池的湿法处理进行了广泛研究,RSR工艺回收铅是其成果之一,具体化工流程如下:
已知:I.铅膏主要成分是、;
Ⅱ.是强酸;
Ⅲ.、。
回答下列问题:
(1)写出副产品M的化学式___________;气体的电子式___________。
(2)写出步骤①反应的化学方程式___________。
(3)步骤②中存在平衡,比较___________(填“<”,“=”,“>”);检验固体是否洗涤干净的操作是___________。
(4)步骤④加入时边加边搅拌的目的是___________。
(5)步骤⑤电解溶液时,电路中转移0.5mol电子时阴极增重___________g,阳极产生气体___________L(标况)。
(6)已知焙烧可制得铅的氧化物,为了研究其产物成分取进行焙烧,其热重曲线如图所示,请写出时所得铅的氧化物的化学式___________。
2.(2022·河北唐山·统考一模)镍、钴及其化合物在工业上有广泛的应用。工业上用红土镍矿(主要成分为NiO,含CoO、FeO、Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO和SiO2)制备NiSO4·6H2O和钴的工艺流程如图所示。
已知:①Ni、Co的化学性质与Fe相似:
②溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如表所示:
金属离子
Ni2+
Al3+
Fe3+
Fe2+
Co2+
Mg2+
开始沉淀时的pH
6.8
4.1
2.2
7.5
7.2
9.4
沉淀完全时的pH
9.2
5.4
3.2
9.0
9.0
12.4
③“萃取”可将金属离子进行富集与分离,原理如下:X2+(水相)+2RH(有机相)XR2(有机相)+2H+(水相)。
回答下列问题:
(1)滤渣I的主要成分为____(填化学式)。
(2)调pH的目的为沉铁和沉铝。沉铁时发生的氧化还原反应的离子方程式为____。如何判断NaClO已足量:____(写出具体操作过程)。
(3)滤渣3的成分为MgF2和CaF2。若滤液1中c(Ca2+)=1.0×10-3molL,当滤液2中c(Mg2+)=1.5×10-6mol/L时,除钙率为____(忽略沉淀前后溶液体积变化)。(已知:Ksp(CaF2)=1.5×10-10、Ksp(MgF2)=7.5×10-11)
(4)用25%P507+5%TBP+70%磺化煤油做萃取剂,萃取时,Co、Ni的浸出率和钴/镍分离因素随pH的关系如图所示:
萃取时,选择pH为___左右。
(5)试剂X为___。
(6)资料显示,硫酸镍结晶水合物的形态与温度有如表关系。
温度
低于30.8℃
30.8℃~53.8℃
53.8℃~280℃
高于280℃
晶体形态
NiSO4·7H2O
NiSO4·6H2O
多种结晶水合物
NiSO4
由NiSO4溶液获得稳定的NiSO4·6H2O晶体的操作M依次是蒸发浓缩、____、过滤、洗涤、干燥。
3.(2023·河北唐山·统考一模)铬盐是重要的无机化工产品。我国某科研团队研究了一种铬铁矿(主要成分为,含少量、MgO和少量硬度比金刚石大的BN)液相氧化浸出制备的工艺,流程如下:
回答下列问题:
(1)“碱浸”步骤提高浸出率的方法有_______(任写出一条),滤渣的成分为_______,该步骤发生反应的化学方程式是_______。
(2)已知,在“转化”步骤将铬元素完全沉淀时(离子浓度不大于),需保持转化液中至少为_______。
(3)“还原”步骤的尾气为无色无味气体,则其反应离子方程式为_______。
(4)该团队在实验室模拟流程中用到的主要分离方法,所需玻璃仪器有_______。
(5)立方氮化硼(BN)晶体是一种硬度比金刚石大的特殊耐磨和削切材料,其晶胞结构如图所示:
该晶体中B的配位数为_______,其晶胞参数为,则立方氮化硼晶体的密度为_______。
二、实验题
4.(2021·河北唐山·统考一模)实验室用乳酸与异戊醇反应制备乳酸异戊酯,有关数据和装置示意图如下: ++H2O
相对分子质量
密度/(g·cm3)
沸点/℃
水中溶解度
乳酸
90
1.209
122
溶
异戊醇
88
0.81
131
微溶
乳酸异戊酯
160
0.987
202
不溶
实验步骤:
①如图连接好装置,在A中加入9g乳酸和17.6g异戊醇、数滴浓硫酸和2~3片碎瓷片开始缓慢加热A。
②回流1h,反应液冷却至室温后,倒入分液漏斗中,先水洗,再用饱和碳酸钠溶液洗涤至中性,最后用饱和食盐水和水洗涤,分出的产物加入少量无水硫酸镁固体,静置片刻。
③过滤除去硫酸镁固体,进行蒸馏纯化,收集200~203℃馏分,得乳酸异戊酯13.6g。
回答下列问题:
(1)图中A仪器的名称是___________,B仪器的作用是___________。
(2)在该实验中,A的容积最适合的是___________(填入正确选项前的字母)。
A.50mL B.100mL C.150mL
(3)用饱和碳酸钠溶液洗涤的主要目的是___________,分离提纯过程中加入无水硫酸镁的目的是___________。
(4)在蒸馏纯化过程中,下列说法错误的是___________。
A.加热一段时间后发现忘记加瓷片,应该冷却后补加
B.温度计应该插入液面以下
C.冷却水的方向是上进下出,保证冷却水快速流动
D.蒸馏时用到的主要玻璃仪器有:酒精灯、蒸馏烧瓶、冷凝管、温度计、牛角管、锥形瓶
(5)本实验中加入过量异戊醇的目的是___________,本实验的产率是___________。
5.(2022·河北唐山·统考一模)钛的密度4.43g/cm3,机械强度和抗腐蚀性均很强,常用活泼金属还原TiCl4制得。已知TiCl4常温下是一种极易水解的无色液体,沸点136.4℃。实验室利用TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO制备TiCl4的装置如图所示。回答下列问题:
(1)为使a中分液漏斗内的浓盐酸顺利滴下,可将分液漏斗玻璃塞的____对准分液漏斗上部的小孔。装置A中发生反应的离子方程式为____。
(2)装置C中应盛放的试剂名称为____。装置B的作用为除去Cl2中的HCl,则其中盛放的试剂可以是____。
①饱和NaHCO3溶液 ②四氯化碳 ③饱和NaCl溶液 ④稀硫酸
(3)仪器c的名称为____,其出水口的位置为____。
(4)仪器d中碱石灰的作用为____。
(5)装置单元X的作用为____。
6.(2023·河北唐山·统考一模)是重要的化学试剂,遇高温分解,与酸发生反应。实验室可通过如图所示装置制备。
回答下列问题:
(1)仪器A的名称为_______。
(2)下列关于装置B的作用叙述错误的是_______(填标号)。
a.通过观察气泡可控制气流速率
b.防止发生倒吸
c.通过长颈漏斗液面升降判断B后面装置是否堵塞
(3)C中生成产品的化学反应方程式为_______。
(4)为保证硫代硫酸钠的产率和纯度,实验中通入的不能过量,原因是_______。
(5)为测定所得产品纯度,取所得产品溶于蒸馏水中配制成250mL溶液,取25.00mL置于锥形瓶中,加入2滴淀粉试剂,用碘的标准溶液滴定,消耗标准液。
已知:
①滴定终点现象为_______;
②产品纯度为_______(用m、c、V表示)。
(6)下列装置和试剂不能代替E的是_______(填标号)。
三、原理综合题
7.(2021·河北唐山·统考一模)科研工作者积极展开氨气和水煤气应用的研究,这些物质对新能源发展有着积极意义。
I.在某密闭容器中投入一定量的氨气,发生反应,反应过程中的浓度随时间变化情况如下图所示。
回答下列问题:
(1)曲线A中,反应在前2min内氢气的平均反应速率为___________。
(2)保持其它条件相同,若改变某一条件,使该反应发生如图曲线B的情况,该条件可能是改变___________(填字母代号)。
A.浓度 B.压强 C.温度 D.催化剂
(3)以铁为催化剂、、的条件下氮气和氢气可以直接合成氨,反应历程如下(*表示吸附态):
①化学吸附:,速率慢
②表面反应,速率快
③脱附:,速率快
下列关于合成氨的叙述错误的是___________(填字母代号)。
A.合成氨的总反应为
B.不断将氨液化移去,利于反应正向进行
C.控制反应恰当高温,是为了保证化学反应速率和催化剂的活性
D.三步中步骤①活化能最小
(4)用氨气研发燃料电池,电池反应为:,使用1mol/L的KOH溶液做电解质溶液。
每消耗转移的电子数为___________(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。请写出通入a气体一极的电极反应式___________。
Ⅱ.水煤气的变换反应为:
(5)在标准压强和指定温度下,由元素最稳定的单质生成1mol化合物时的反应热称为该化合物的标准摩尔生成焓。已知、、的标准摩尔生成焓分别为、、,则水煤气变换反应的焓变___________。
(6)水煤气变换反应的机理按以下步骤进行:
①平衡常数Kp可用气体物质的平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数。写出水煤气变换反应平衡常数Kp的表达式___。
②在一定温度,下,将等物质的量的CO和充入2L恒容密闭容器中,达到平衡时测得HCOOH与的压强之比为1:3,CO的转化率为40%,则反应I的平衡常数Kp______。
8.(2022·河北唐山·统考一模)CO2的资源化利用能有效减少CO2排放缓解能源危机,有助于实现碳达峰、碳中和。
I.CO2催化加氢制甲醇(CH3OH)
①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2kJ/mol
③CO(g)+H2(g)CH3OH(g) ΔH3=-45.1kJ/mol
(1)反应①的ΔH1=____。
(2)在催化剂作用下CO2加氢可制得甲醇,该反应历程如图所示(吸附在催化剂表面的物质用*标注,如*CO2表示CO2吸附在催化剂表面;图中*H已省略)。
上述合成甲醇的反应速率较慢,该反应过程中决速步反应的化学方程式为____。
(3)上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的有____。
A.加压,反应②的平衡不移动,化学平衡常数不变
B.增大H2的浓度,有利于提高CO2的平衡转化率
C.加入催化剂,可以降低反应的反应热
D.及时分离除CH3OH,循环利用CO2和H2,可以提高反应速率和原料的利用率
II:CO2催化(固体催化剂)加氢合成甲烷
主反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH1=-165kJ·mol-1
副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.1kJ·mol-1
在不同催化剂条件下反应相同时间,测得CO2转化率和生成CH4选择性(CH4选择性=)随温度变化的影响如图所示。
(4)对比上述三种催化剂的催化性能,工业上选择的催化剂是Ni-20CeO2/MCM-41,其使用的合适温度为____℃左右(填选项)。
A.300 B.340 C.380 D.420
当温度高于400℃时,CO2转化率和生成CH4选择性均有所下降,其原因可能是____。(答出一点即可)
(5)向某恒容密闭容器中充入一定量的CO2和H2,其分压分别为0.85MPa、2.7MPa,在温度t℃,某催化剂催化下发生甲烷化反应,一段时间后,主、副反应均达平衡(不考虑其它副反应),测得容器内CH4和H2O的分压分别为0.6MPa、1.25MPa,则主反应的分压平衡常数Kp=____MPa-2。
9.(2023·河北唐山·统考一模)甲醇水蒸气重整制氢已经成为工业上制取氢气的重要工艺,甲醇水蒸气重整过程中可能出现以下反应:
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
反应Ⅲ:
回答下列问题:
(1)_______,反应Ⅲ可在_______(填“高温”或“低温”或“任意温度”)下可自发进行。
(2)一定温度下,将1mol甲醇与3mol水蒸气投入密闭容器中发生反应,一段时间后达到平衡,测得甲醇的转化率为80%,水蒸气体积分数为,则
①该反应中水蒸气的转化率为_______。
②反应Ⅰ的压强平衡常数_______。
③若对体系增大压强,反应Ⅰ平衡_______(填“移动”或“不移动”)。
(3)某科研团队对光催化还原转化为甲醇进行研究(原理如图),取得了一定进展。
①电极1的电势_______(填“高于”或“低于”)电极2的电势。
②该光催化过程的总反应方程式为_______。
四、结构与性质
10.(2021·河北唐山·统考一模)血红素是由卟啉与形成的配合物。血红素不溶于水,溶于丙酮和碱性水溶液。
(1)请写出Fe在元素周期表中的位置___________,基态的核外电子排布式为___________。
(2)血红素分子中N原子的杂化轨道类型有___________,含有键的数目为___________。
(3)KSCN或溶液是检验的常用试剂,的空间构型为___________(用文字描述),写出一种与互为等电子体的分子_______(写化学式)。
(4)丙酮和乙醇的有关数据如下:
化合物
(乙醇)
(丙酮)
沸点/℃
78
56.5
丙酮和乙醇的晶体类型均为___________,它们沸点差异的原因是___________。
(5)在自然界中有三种晶型,其中最重要的是金红石型,晶胞结构和投影图如下,晶胞棱边夹角均为,晶胞参数为apm、apm、cpm,设阿伏加德罗常数的值为NA,则离子的配位数是___________,的密度为___________(列出计算式)。
11.(2022·河北唐山·统考一模)第IIIA族元素及其化合物有着很多优良的性能和特性,在半导体、太阳能、合金、超导等领域有着广泛的应用。回答下列问题:
(1)基态镓的核外电子占据的最高能层符号为___,能量最高的电子占据的原子轨道电子云轮廓为____形。
(2)铝与同周期相邻的两元素相比,第一电离能由大到小的顺序为____(用元素符号表示)。
(3)BH3分子的空间构型为____,H3BO3显酸性的原因类似于NH3显碱性的原因,请写出H3BO3的电离方程式____。
(4)已知硼酸钠的结构如图1所示,其中硼原子的杂化类型为____。
(5)砷化镓的立方晶胞结构如图2所示,已知砷化镓晶胞边长为anm,砷化镓晶体的密度为dg·cm-3,则砷化镓的摩尔质量为____g·mol-1(设NA为阿伏加德罗常数的值,列出计算式即可)。
(6)以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称为原子的分数坐标。晶胞中有几个微粒就有几个该微粒的分数坐标,比如砷化镓晶胞中有4个镓原子,其分数坐标分别为(0,0,0)、(,,0)、(,0,)和____。
五、有机推断题
12.(2021·河北唐山·统考一模)化合物是一种应用广泛的高分子材料。其合成路线为:
已知:酯交换反应
(1)D中官能团名称___________。
(2)E生成F加入的Y试剂是___________;F生成G的反应类型是___________。
(3)A生成B的反应方程式为___________;F()与NaOH溶液反应的方程式为___________。
(4)E满足下列条件的同分异构体共有___________种(不包括E);写出核磁共振氢谱峰面积比是的异构体结构简式___________。
①含有苯环且苯环上只有两个取代基;②能与溶液发生显色反应;③属于酯类物质。
(5)利用题中信息,设计由乙烯(CH2=CH2)和对二甲苯()制备的合成路线___________。(无机试剂任选)
13.(2022·河北唐山·统考一模)M是有机合成的重要中间体,由简单有机物合成它的路线如图:
回答下列问题:
(1)A的名称为____;B的核磁共振氢谱有___组吸收峰。
(2)D→E的反应类型为___。
(3)G的同分异构体中,能与FeCl3溶液发生显色反应的共有___种,其中核磁共振氢谱有4组峰且峰面积之比为6:2:1:1的结构简式为____(写出一种即可)。
(4)M的结构简式为____。
(5)仿照M的合成路线,设计一条由苯甲醇合成 的合成路线:____。
14.(2023·河北唐山·统考一模)、不饱和醛、酮具有很好的反应性能,常作为有机合成中的前体化合物或关键中间体,是Micheal反应的良好受体,通过、不饱和醛、酮,可以合成许多重要的药物和一些具有特殊结构的化合物。、不饱和酮G()的合成路线如下:
回答下列问题:
(1)A的名称为_______,反应①所需试剂为_______。
(2)反应②的化学方程式是_______。
(3)D中所含官能团的名称为_______,D→E的反应类型为_______。
(4)F的结构简式为_______。
(5)H为G的同分异构体,满足下列条件的结构有_______种,其中核磁共振氢谱峰面积之比为6:2:2:2:1:1的结构简式为_______。
①芳香族化合物且苯环上有两个取代基;②氧化产物能发生银镜反应。
(6)以和为原料,无机试剂任选,设计合成的路线_______。
参考答案:
1. > 取最后一次洗涤液少许于试管中,加入盐酸酸化的BaCl2溶液若无白色沉淀证明已洗净 提高酸溶速率 51.75g 2.8L
【详解】(1)铅膏中含有PbO2和PbSO4,向浆液中加入SO2和(NH4)2CO3得到PbCO3和副产品M;由于PbO2具有强氧化性,SO2具有强还原性,则副产品M为(NH4)2SO4;HBF4是强酸,和PbCO3反应生成Pb(BF4)2溶液和CO2气体,故N为CO2,其电子式为;
(2)反应①的化学方程式为PbO2+SO2=PbSO4;
(3)实际生产中,PbSO4和(NH4)2CO3反应得到PbCO3和(NH4)2SO4,说明在该平衡中K1>K2;检验PbCO3固体是否洗干净的操作是取最后一次洗涤液少许于试管中,加入盐酸酸化的BaCl2溶液,若无白色沉淀则证明已洗净;
(4)步骤④中加入HBF4时边加边搅拌的目的是加快酸溶速率;
(5)电解Pb(BF4)2溶液时,阳极上的电极反应为4OH--4e-=O2↑+H2O,阴极上的电极反应为Pb2++2e-=Pb;电路中转移0.5mol电子时,n(Pb)=0.25mol,n(O2)=0.125mol,则m(Pb)=n(Pb) ∙ M(Pb)=0.25mol´207g/mol=51.75g,V(O2,标况)=n(O2) ∙ Vm=0.125mol´22.4g/mol=52.8L,即阴极上增重51.75g,阳极上标况下产生气体2.8L;
(6)5.34g PbCO3的物质的量为0.02mol,则350℃时,4.62g 铅的氧化物含有0.02mol Pb,即4.14g Pb,则含氧元素0.48g,即0.03mol,则该氧化物的化学式为Pb2O3。
2.(1)CaSO4和SiO2
(2) 2Fe2++ClO-+5H2O=2Fe(OH)3↓+Cl-+4H+或2Fe2++5ClO-+5H2O=2Fe(OH)3↓+Cl-+4HClO 取反应后少量滤液于试管中,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,若无蓝色沉淀产生,说明NaClO已足量
(3)99.7%
(4)3.5
(5)盐酸
(6)冷却至30.8℃~53.8℃之间结晶
【分析】红土镍矿:主要成分为NiO,含CoO、FeO、Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO和SiO2,向其中加入硫酸,NiO与硫酸反应生成NiSO4,CoO与硫酸反应生成CoSO4,FeO与硫酸反应生成FeSO4,Fe2O3与硫酸反应生成Fe2(SO4)3,Al2O3与硫酸反应生成Al2(SO4)3,MgO与硫酸反应生成MgSO4,CaO与硫酸反应生成CaSO4,SiO2与硫酸不反应,则过滤得到的滤渣1含SiO2和CaSO4;向滤液中加入次氯酸钠将亚铁离子氧化为铁离子,加入碳酸钠溶液调节pH,将铁离子、铝离子沉淀,过滤,滤渣2含Fe(OH)3、Al(OH)3;向滤液1中加入氟化钠,将镁离子转化为氟化镁沉淀,将钙离子转化为氟化钙沉淀,滤渣3含MgF2、CaF2;向滤液2中加入萃取剂,将二价钴离子萃取到有机相中,再加盐酸进行反萃取,得到氯化钴溶液,氯化钴溶液电解得到单质钴;而二价镍离子在萃取的水相中,将水相处理得到硫酸镍溶液,硫酸镍溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到NiSO4·6H2O晶体。
(1)由分析可知,滤渣1的主要成分是:SiO2和CaSO4。
(2)次氯酸根离子有强氧化性,亚铁离子有还原性,两者发生氧化还原反应生成氯离子和铁离子,而生成的铁离子又水解生成氢氧化铁,依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒,沉铁时发生的氧化还原反应的离子方程式为:2Fe2++ClO-+5H2O=2Fe(OH)3↓+Cl-+4H+或2Fe2++5ClO-+5H2O=2Fe(OH)3↓+Cl-+4HClO;要证明次氯酸钠已足量,只需证明溶液中已经没有亚铁离子,因此方法为:取反应后少量滤液于试管中,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,若无蓝色沉淀产生,说明NaClO已足量。
(3)当滤液2中c(Mg2+)=1.5×10-6mol/L时,c2(F-)===510-5(mol/L)2,此时溶液中c(Ca2+)===310-6mol/L,除钙率为:。
(4)由图示可知,pH为3.5左右时,Co/Ni分离因素最高,钴和镍的萃取率相差较大,因此,萃取时,选择pH为3.5左右。
(5)由图示可知,反萃取后得到氯化钴溶液,再结合已知信息③,因此试剂X为盐酸。
(6)从溶液中获得晶体的操作一般是:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,依据表中数据可知,30.8℃~53.8℃,晶体以NiSO4·6H2O形式存在,因此冷却结晶时应在30.8℃~53.8℃之间冷却结晶。
3.(1) 粉碎或适当升高温度或增大NaOH浓度 Fe2O3、MgO、BN 2 Cr2O3+3O2+8NaOH=4Na2CrO4+4H2O
(2)1.2×10—5
(3)4BaCrO4+C2H5OH+20H+=4Ba2++4Cr3++2CO2↑+13H2O
(4)漏斗、烧杯、玻璃棒
(5) 4
【分析】由题给流程可知,铬铁矿在氢氧化钠溶液和氧气碱浸时,三氧化二铬与氢氧化钠溶液、氧气反应生成铬酸钠和水,氧化铁、氧化镁、氮化硼与氢氧化钠溶液不反应,过滤得到含有氧化铁、氧化镁、氮化硼的滤渣和含有铬酸钠的高铬液;向高铬液中加入氢氧化钡溶液,将铬酸钠转化为铬酸钡沉淀,过滤得到铬酸钡;向铬酸钡中加入乙醇和盐酸的混合溶液,铬酸钡被乙醇还原为铬离子,向反应后的溶液中加入氢氧化钡溶液调节溶液pH,将铬离子转化为氢氧化铬沉淀,
【详解】(1)粉碎、适当升高温度、增大NaOH浓度能提高“碱浸”步骤的浸出率;由分析可知,滤渣的成分为氧化铁、氧化镁、氮化硼;三氧化二铬发生的反应为三氧化二铬与氢氧化钠溶液、氧气反应生成铬酸钠和水,反应的化学方程式为2Cr2O3+3O2+8NaOH=4Na2CrO4+4H2O,故答案为:粉碎或适当升高温度或增大NaOH浓度;Fe2O3、MgO、BN;2 Cr2O3+3O2+8NaOH=4Na2CrO4+4H2O;
(2)由铬酸钡溶度积可知,铬离子完全沉淀时,溶液中钡离子的浓度为=1.2×10—5mol/L,故答案为:1.2×10-5;
(3)由分析可知,“还原”步骤发生的反应为铬酸钡与乙醇和盐酸的混合溶液反应生成氯化钡、氯化铬、二氧化碳和水,反应的离子方程式为4BaCrO4+C2H5OH+20H+=4Ba2++4Cr3++2CO2↑+13H2O,故答案为:4BaCrO4+C2H5OH+20H+=4Ba2++4Cr3++2CO2↑+13H2O;
(4)由题给流程可知,在实验室中该流程中用到的主要分离方法为过滤,过滤用到的仪器为漏斗、烧杯、玻璃棒,故答案为:漏斗、烧杯、玻璃棒;
(5)由晶胞结构可知,晶胞中位于顶点和面心的氮原子个数为8×+6×=4,位于体内的硼原子个数为4,体内每个硼原子与4个氮原子距离最近,则该晶体中B的配位数为4,设晶体的密度为dg/cm3,由晶胞的质量公式可得:=10-21a3d,解得d=,故答案为:。
4. 圆底烧瓶 冷凝回流 A 除掉乳酸和硫酸 干燥乳酸异戊酯 BC 使乳酸反应完全,提高乳酸的转化率 85%
【分析】本实验的目的是乳酸与异戊醇反应制备乳酸异戊酯,在装置A中进行题目所给反应,碎瓷片可以防止暴沸,回流1h,反应液冷却至室温后,倒入分液漏斗中,此时混合液体中有生成的乳酸异戊酯、未反应的异戊醇、乳酸,还有水和浓硫酸,先用水初步洗涤,之后加入饱和碳酸氢钠洗去酸性物质乳酸和硫酸,用饱和食盐水和水洗涤除去过量碳酸氢钠溶液,分液分离取有机层,加入少量无水硫酸镁固体除去水分,过滤除去硫酸镁固体,此时杂质只有异戊醇,进行蒸馏纯化,得乳酸异戊酯。
【详解】(1)根据A的结构特点可知其为圆底烧瓶;B为球形冷凝管,可以冷凝回流乳酸、异戊醇等物质;
(2)所用试剂的总质量约为9g+17.6g=26.6g,羧酸的密度一般比水稍大,醇类的密度一般比水稍小,则试剂总体积应不超过30mL,所以应选用50mL圆底烧瓶进行实验,故选A;
(3)饱和碳酸氢钠可以洗去酸性物质乳酸和硫酸;少量无水硫酸镁固体可以吸水,所以加入无水硫酸镁的目的是干燥乳酸异戊酯;
(4)A.补加碎瓷片时需要待已加热的试液冷却后加入,A正确;
B.蒸馏过程中温度计应测定馏分的温度,所以水银球在支管口处,B错误;
C.为了增强冷凝效果,冷却水的方向是下进上出,C错误;
D.蒸馏时需要酒精灯加热,蒸馏烧瓶盛饭待蒸馏液体,冷凝管进行冷凝,温度计测定温度,牛角管导流,锥形瓶收集馏分,D正确;
综上所述答案为BC;
(5)过量异戊醇可使乳酸反应完全,提高乳酸的转化率;该实验中乳酸少量,所以需要根据乳酸的量计算产率,乳酸的物质的量为=0.1mol,则乳酸异戊酯的理论产量为0.1mol,实际得到13.6g乳酸异戊酯,则产率为 =85%。
5.(1) 凹槽 MnO2+4H++2Cl—Mn2++Cl2↑+2H2O
(2) 浓硫酸 ③④
(3) (直形)冷凝管 f
(4)吸收未反应的Cl2,防止污染;防止外界的水蒸气进入b中使产品变质
(5)处理尾气CO
【分析】由实验装置图可知,装置A中二氧化锰与浓盐酸共热反应制备氯气,浓盐酸具有挥发性,制得的氯气中混有氯化氢和水蒸气,装置B中盛有的饱和食盐水或稀硫酸用于除去氯化氢气体,装置C中盛有的浓硫酸用于干燥氯气,装置D中氯气与二氧化钛、碳粉高温条件下反应制备四氯化钛,装置E中锥形瓶和冷凝管用于冷凝收集四氯化钛,盛有碱石灰的干燥管用于吸收未反应的氯气,防止污染空气,同时防止外界的水蒸气进入锥形瓶中使产品变质,装置单元X用于处理一氧化碳,防止污染空气。
(1)
实验时,应将分液漏斗玻璃塞的凹槽对准分液漏斗上部的小孔,达到平衡气压的作用,使a中分液漏斗内的浓盐酸顺利滴下;装置A中发生的反应为二氧化锰与浓盐酸共热反应生成氯化锰、氯气和水,反应的离子方程式为MnO2+4H++2Cl—Mn2++Cl2↑+2H2O,故答案为:凹槽;MnO2+4H++2Cl—Mn2++Cl2↑+2H2O;
(2)
由分析可知,装置B中盛有的饱和食盐水或稀硫酸用于除去氯化氢气体,装置C中盛有的浓硫酸用于干燥氯气,故答案为:浓硫酸;③④;
(3)
由实验装置图可知,仪器c为(直形)冷凝管,目的是使四氯化钛冷凝回流,提高产率,为增强冷凝回流的效果,冷却水应从下口e通入、上口f流出,故答案为:(直形)冷凝管;f;
(4)
由分析可知,盛有碱石灰的干燥管用于吸收未反应的氯气,防止污染空气,同时防止外界的水蒸气进入锥形瓶中使产品变质,故答案为:吸收未反应的Cl2,防止污染;防止外界的水蒸气进入b中使产品变质;
(5)
由分析可知,装置单元X用于处理一氧化碳,防止污染空气,故答案为:处理尾气CO。
6.(1)蒸馏烧瓶
(2)b
(3)2Na2S+Na2CO3+4SO23Na2S2O3+CO2
(4)Na2S2O3与酸反应,过量SO2会使溶液呈酸性
(5) 滴入最后一滴碘的标准溶液,溶液变为蓝色,且半分钟内不褪色
(6)bd
【分析】由实验装置图可知,70%较浓硫酸与亚硫酸钠固体反应制备二氧化硫,装置B用于控制二氧化硫的气流速率和通过长颈漏斗液面升降判断B后面装置是否堵塞的作用,装置C中二氧化硫与硫化钠和碳酸钠混合溶液共热反应制备硫代硫酸钠,装置D为空载仪器,做安全瓶,起防倒吸的作用,装置E中盛有的氢氧化钠溶液用于吸收二氧化碳和未反应的二氧化硫,防止污染空气。
【详解】(1)由实验装置图可知,仪器A为圆底烧瓶,故答案为:圆底烧瓶;
(2)由分析可知,装置B用于控制二氧化硫的气流速率和通过长颈漏斗液面升降判断B后面装置是否堵塞的作用,但不能起防倒吸的作用,故选b;
(3)C中生成产品的反应为二氧化硫与硫化钠和碳酸钠混合溶液共热反应生成硫代硫酸钠和二氧化碳,反应的化学反应方程式为2Na2S+Na2CO3+4SO23Na2S2O3+CO2,故答案为:2Na2S+Na2CO3+4SO23Na2S2O3+CO2;
(4)硫代硫酸钠在酸性溶液中不稳定,若二氧化硫过量,会与水反应生成亚硫酸使溶液呈酸性导致硫代硫酸在溶液中发生歧化反应,所以实验中通入的二氧化硫不能过量,故答案为:Na2S2O3与酸反应,过量SO2会使溶液呈酸性;
(5)①硫代硫酸钠溶液与碘溶液恰好反应时,滴入最后一滴碘的标准溶液,溶液会变为蓝色,且半分钟内不褪色,所以判断滴定终点的现象为滴入最后一滴碘的标准溶液,溶液变为蓝色,且半分钟内不褪色,故答案为:滴入最后一滴碘的标准溶液,溶液变为蓝色,且半分钟内不褪色;
②由题意可知,滴定消耗VmLcmol/L的碘标准溶液,则由方程式可知,mg产品纯度为×100%=,故答案为:;
(6)由分析可知,装置E中盛有的氢氧化钠溶液用于吸收二氧化碳和未反应的二氧化硫,防止污染空气,则盛有碱石灰的干燥管和盛有氢氧化钠的U形管能代替E,而浓硫酸、氯化钙溶液不能与二氧化碳和二氧化硫反应,则盛有浓硫酸的洗气瓶和盛有氯化钙溶液得试管不能代替E,故答案为:bd。
7. C AD
【分析】(4)根据导线的电子流向,a极是电子流出的,做负极,在氢氧燃料电池中,碱性环境下,负极的电极反应式为:,正极的电极反应式: ;
【详解】(1)由图计算氨气的速率:,则反应在前2min 内氢气的平均反应速率;
(2)由图象可知B状态反应较快,且A、B处于不同平衡状态,肯定不是催化剂的影响,如是压强的影响,则增大压强,平衡向逆反应方向移动,则NH3的物质的量应增大,但B状态NH3的物质的量较少,应是升高温度的原因,该反应的正反应为吸热反应,升高温度平衡向正反应方向移动,则NH3的物质的量减少,故答案为:C;
(3)A.合成氨的总反应是可逆反应,应打可逆符号,A错误;
B.不断将氨液化移去,减小生成物的浓度,平衡正向移动,利于反应正向进行,B正确;
C.温度较高可加快化学反应速率,同时不破坏催化剂的活性,C正确;
D.活化能越大,反应速率越慢,三步中步骤①速率慢,活化能大,D错误;
故选:AD;
(4)的物质的量,转化成H2O,转移电子数目为0.2×2×(2-0)=0.8NA,由图中a极是电子流出方向,做负极,电极反应式为:;
(5)由标准摩尔生成焓的含义,①
②、③
由②-①-③可得:;
(6)①水煤气变换反应,平衡常数Kp可用气体物质的平衡分压代替平衡浓度,则平衡常数Kp的表达式为;
②在一定温度,下,设都为amol的CO和充入2L恒容密闭容器中,发生反应I:、反应II:,反应后n(总)=0.6a+0.6a+0.1a+0.3a+0.3a=1.9a mol,,p'=95kPa,达到平衡时,反应I的平衡常数。
8.(1)-49.0kJ/mol
(2)*CO+*OH+*H→*CO+*H2O或*OH+*H→*H2O
(3)B
(4) C ①CO2甲烷化为放热反应,升温,该反应受到抑制。②催化剂活性降低(催化剂表面积碳)。③发生了其它副反应(甲烷水蒸气重整等)
(5)1200
【解析】(1)
根据盖斯定律,②+③×2可得反应①的ΔH1=+41.2kJ/mol+(-45.1kJ/mol)×2=-49.0kJ/mol;
(2)
活化能越大,反应速率越慢,慢反应决定整个反应的速率,据图可知活化能最大的步骤是*CO+*OH+*H→*CO+*H2O或*OH+*H→*H2O;
(3)
A.反应①、③均为气体系数之和减小的反应,加压两个反应的平衡正向移动,两反应的平衡移动会使体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度发生变化,反应②的平衡也会发生移动,A错误;
B.增大H2的浓度,反应①、②平衡正向移动,可以增大CO2的平衡转化率,B正确;
C.催化剂可以降低反应的活化能,但不改变反应热,C错误;
D.及时分离出CH3OH,会导致体系内各物质的浓度减小,反应速率会减慢,D错误;
综上所述答案为B;
(4)
据图可知在使用Ni-20CeO2/MCM-41催化剂时,温度为380℃时CO2转化率和生成CH4选择性均较高,故选C;①CO2甲烷化为放热反应,升温,该反应受到抑制,平衡逆向移动;②温度过高,催化剂活性降低(催化剂表面积碳);③发生了其它副反应(甲烷水蒸气重整等),所以当温度高于400℃时,CO2转化率和生成CH4选择性均有所下降;
(5)
恒容容器中气体的压强之比等于物质的量之比,所以不妨设初始投料为0.85molCO2和2.7molH2,平衡时CH4和H2O的物质的量分别为0.6mol、1.25mol,设平衡时CO2、H2、CO的物质的量分别为x、y、z,根据C元素守恒可得x+z+0.6=0.85、根据H元素守恒可得0.6×4+2y+1.25×2=2.7×2、根据O元素守恒可得1.25+2x+z=0.85×2,联立可以解得CO2、H2、CO的物质的量分别为0.2mol、0.25mol、0.05mol,即分压分别为0.2MPa、0.25MPa、0.05MPa,所以主反应的平衡常数Kp=MPa-2=1200 MPa-2。
9.(1) 91.9(或+91.9) 高温
(2) 20% 2.75 移动
(3) 高于 2CO2+4H2O 2CH3OH+3O2
【详解】(1)反应Ⅲ-反应Ⅰ可得反应Ⅱ,根据盖斯定律,==;反应Ⅲ的,,在高温下,即在高温下反应可自发进行,故答案为:91.9(或+91.9);高温;
(2)设转化的水蒸气的物质的量为x,列出有关反应的三段式:
依据水蒸气体积分数为,则有:=,解得x=0.6;
①该反应中水蒸气的转化率为100%=20%;
②设反应Ⅰ达到平衡时总压为P,则CO、H2O、CO2、H2的分压分别为:p(CO)=P、p(H2O)=P、p(CO2)=P、p(H2)=P,则压强平衡常数==2.75;
③反应Ⅱ是气体体积增大的吸热反应,若对体系增大压强,反应Ⅱ平衡会向逆反应方向移动,则使体系温度发生改变,导致反应Ⅰ平衡发生移动,故答案为:移动。
(3)①由图可知,电极1发生CO2转化为CH3OH的反应,CO2被还原,电极2发生H2O转化为O2的反应,H2O被氧化,则电极1为正极,电极2为负极,正极电势高于负极电势,则电极1的电势高于电极2的电势,故答案为:高于;
②负极反应为:2H2O-4e-=4H++O2↑,正极反应为:CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O,将两反应式相加得总反应方程式为2CO2+4H2O 2CH3OH+3O2,故答案为:2CO2+4H2O 2CH3OH+3O2。
10. 第四周期Ⅷ族 或 、 直线型 或 分子晶体 乙醇分子间存在氢键 6
【分析】(5)离子周围6个氧离子构成了正八面体,所以配位数是6;一个晶胞中含有2个离子,4个氧离子,用计算即可。
【详解】(1)Fe是26号元素,在元素周期表中的位置:第四周期Ⅷ族,基态的核外电子排布式为:或;
(2)1个血红素分子中有2个N原子均形成3个键,含有一对孤电子对,价层电子对数为4,采取sp3杂化,另外2个N原子均形成一个双键、两个单键价层电子对数为3,采取sp2杂化。则N原子的杂化类型有sp2、sp3;含6个C-H、2个C-C、C=O中有一个键,则键数目为9NA;
(3)SCN-中的中心原子价层电子对数为2,采取sp杂化,空间构型是直线型;与互为等电子体的分子:或;
(4)丙酮和乙醇都是分子晶体,虽然乙醇的相对分子质量比丙酮的小,但是乙醇分子间存在氢键,使乙醇的沸点较高;
(5)离子周围6个氧离子构成了正八面体,所以配位数是6;一个晶胞中含有2个离子,4个氧离子,质量,体积,则密度=。
11.(1) N 哑铃
(2)Si>Mg>Al
(3) 平面三角形 H3BO3+H2OH++B(OH)
(4)sp2
(5)
(6)(0,,)
【详解】(1)镓元素为32号元素,核外电子排布为[Ar]3d104s24p1,占据的最高能层为第四层,符号为N;能量最高的电子占据的原子轨道为4p轨道,为哑铃形;
(2)同周期与铝相邻的元素为Mg、Si,同周期元素自左至右第一电离能呈增大趋势,但Mg的3s能级轨道全满,更稳定,第一电离能大于Al,所以第一电离能由大到小的顺序为Si>Mg>Al;
(3)BH3分子中心B原子的价层电子对数为=3,不含孤电子对,所以空间构型为平面三角形;H3BO3显酸性的原因类似于NH3显碱性的原因,所以H3BO3分子应结合水电离出的氢氧根,从而使溶液显酸性,电离方程式为H3BO3+H2OH++B(OH);
(4)据图可知,B原子形成3个σ键,而B原子的价电子只有3个,所以该物质中B原子不含孤对电子,其杂化轨道有3个,为sp2杂化;
(5)据图可知砷化镓晶胞中含有4个As原子,其化学式为GaAs,所以含有4个GaAs单元,设其摩尔质量为M,则晶胞的质量为g,晶胞边长为anm,则晶胞的体积为(a×10-7)3cm-3,密度为dg·cm-3,所以有(a×10-7)3cm-3×dg·cm-3=g,M=g/mol;
(6)Ga原子所处的位置为顶点和面心,顶点的Ga原子与其相邻三个面的面心Ga原子形成一个正四面体,As原子位于四面体空隙中,所给的三个Ga原子分别为顶点和两个面的面心,所以另一个Ga原子应是位于面心的Ga原子,坐标为(0,,)。
12. 羟基、羧基 缩聚反应 +→+HCl +3NaOH→+HOCH2COONa+2H2O 8 .
【分析】本题对比反应物和生成物的结构简式,找出断键的部位,确认发生的反应类型,如A→B:羟基上断裂O-H键,CH3COCl断裂O-Cl键,H和Cl结合成HCl,羰基上的C与A中O原子结合,该反应为取代反应,利用官能团的性质进行分析;
【详解】(1)根据D的结构简式,推出D中含有的官能团是(酚)羟基、羧基;故答案为(酚)羟基、羧基;
(2)根据题中信息,以及E和F的结构简式,推出Y的结构简式为HOCH2COOH,化学式为C2H4O3;G为高分子化合物,根据G的结构简式,F→G的反应类型为缩聚反应;故答案为C2H4O3;缩聚反应;
(3)根据上述分析,A→B发生取代反应,其反应方程式为+→+HCl;F的结构简式中含有酚羟基、酯基、羧基,这三个官能团能与NaOH反应,其反应方程式为+3NaOH→ +HOCH2COONa+2H2O;故答案为+→+HCl;+3NaOH→ +HOCH2COONa+2H2O;
(4)能与FeCl3溶液发生显色反应,说明含有酚羟基,属于酯类物质,含有酯基,若苯环上有两个取代基,分别为-COOCH3、-OH(邻、间位,共2种),、-OH(邻、间、对,有3种),、-OH(邻、间、对,有3种),满足条件的E的同分异构体共有2+3+3=8;其中核磁共振氢谱峰面积之比为1:1:2:2:2的结构简式为;故答案为8;;
(5)制备的物质是对苯二甲酸与乙醇发生酯化反应得到,对二甲苯在酸性高锰酸钾溶液作用下发生氧化反应,得到对苯二甲酸,乙烯与水发生加成反应得到乙醇,即合成路线为 ;故答案为 。
13.(1) 环戊烷 3
(2)氧化反应
(3) 9 或
(4)
(5)
【分析】A与Br2在光照条件下发生取代反应生成B,B与Mg在乙醚中反应生成C,根据C的结构简式,结合A的分子式可知A的结构简式应为 ,B为 ;C再与HCHO在水溶液中反应生成D,根据D生成E的反应条件可知,该过程中D应是被CrO3氧化,而E中出现醛基,说明D中相应位置有一个羟基,所以D的结构简式为 ;在根据C与甲醛反应的原理可知E和H反应生成的M的结构简式为 。
(1)
A的结构简式为 ,名称为环戊烷;B的结构简式为 ,结构对称,分子中有3种环境的氢原子,核磁共振氢谱有3组吸收峰;
(2)
D中含有羟基,被氧化生成醛基,属于氧化反应;
(3)
G中含有8个C原子、1个O原子,不饱和度为4,其同分异构体满足能与FeCl3溶液发生显色反应,则含有酚羟基,则其苯环上的取代基可以为-CH2CH3、-OH,此时有3种,或-CH3、-CH3、-OH,此时有6种,共9种;其中核磁共振氢谱有4组峰且峰面积之比为6:2:1:1的结构简式为 或 ;
(4)
根据分析可知M的结构简式为 ;
(5)
苯甲醇为 ,根据E和H生成M的过程可知, 可以由 可以和 反应生成,而 被催化氧化可以得到 ,在i)PBr3、ii)Mg/乙醚条件下可以生成 ,所以合称路线为 。
14.(1) 环己烷 NaOH水溶液
(2)2+O22+2H2O
(3) (酮)羰基 加成反应
(4)
(5) 15
(6)
【分析】A与氯气在光照的条件下生成B,A生成B反应类型为取代反应,即A的结构简式为,根据D的结构简式,反应②应是氧化反应,C中含有羟基,即C的结构简式为,根据G的结构简式,以及F的分子式,推出F→G为消去反应,即F的结构简式为,据此分析;
【详解】(1)根据上述分析,A的结构简式为,其名称为环己烷;根据上述分析,C的结构简式为,因此B→C发生卤代烃的水解反应,反应①所需的试剂为NaOH水溶液;故答案为环己烷;NaOH水溶液;
(2)根据上述分析,反应②为醇的催化氧化,其反应方程式为2+O22+2H2O;故答案为2+O22+2H2O;
(3)根据D的结构简式,含有官能团为(酮)羰基;对比D、E结构简式,D中羰基邻位上一个“C-H”断裂,CH3COCH=CH2中碳碳双键中的一个键断裂,D中掉下的H与CH3COCH=CH2中“CH”结合,剩下部位结合,即该反应为加成反应;故答案为(酮)羰基;加成反应;
(4)根据上述分析,F的结构简式为;故答案为;
(5)H为G的同分异构体,该同分异构体为芳香族化合物,即含有苯环,根据G的结构简式,推出G的不饱和度为4,苯环的不饱和度为4,因此H中除苯环外不含其它不饱和键,氧化产物能发生银镜反应,说明H中含有“-CH2OH”,苯环上有两个取代基,这两个取代基可能为-CH2OH、-CH2CH2CH3(邻间对三种),-CH2OH、-CH(CH3)2(邻间对三种),-CH2CH2OH、-CH2CH3(邻间对三种),-CH2CH2CH2OH、-CH3(邻间对三种),-CH(CH3)CH2OH、-CH3(邻间对三种),共有15种;核磁共振氢谱有6种不同峰,应是对称结构,峰面积之比6∶2∶2∶2∶1∶1,说明有对称的两个甲基,因此符合条件的是;故答案为15;;
(6)根据题中所给原理以及制备物质,从合成G的路线中,可以看出路线应是D连续转化成G的路线,即合成路线为;故答案为。