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辽宁省锦州市滨海实验中学2020届高三上学期期末考试化学试题
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辽宁省滨海实验中学2019-2020学年高三下学期期末化学试题
一、单选题(本大题共7小题,共42分)
1.化学与社会、生活息息相关。下列说法正确的是( )
A. 明矾常用作净水剂和消毒剂
B. 将矿物燃料脱硫脱硝可有效防止温室效应
C. 国产大飞机C919使用的碳纤维是一种新型的无机非金属材料
D. 煤的液化、海带中提碘、焰色反应、核裂变等都涉及化学变化
【答案】C
【解析】
【详解】A.明矾是强酸弱碱盐能水解生成氢氧化铝胶体,胶体具有吸附性,所以可作净水剂,不能作消毒剂,故A错误;
B.将矿物燃料脱硫脱硝,能够减少二氧化硫和氮的氧化物的排放,可有效防止酸雨,不能防止温室效应,故B错误;
C.碳纤维是碳单质,属于新型的无机非金属材料,故C正确;
D.煤的液化、海带中提碘都有新物质生成,都是化学变化,焰色反应、核裂变不涉及化学变化,故D错误;
故选:C。
2.下列说法正确的是( )
A. 可用新制的 Cu(OH)2 悬浊液检验乙醛和葡萄糖
B. 棉花、多肽、光导纤维都是高分子化合物
C. 蔗糖、油脂及其水解产物均为非电解质
D. 往含氢氧化钠的淀粉水解实验的溶液中滴加碘水,若不变蓝,说明淀粉完全水解
【答案】A
【解析】
【详解】A.乙醛含-CHO,与新制的Cu(OH)2悬浊液反应生成砖红色沉淀,葡萄糖为多羟基醛,与新制的Cu(OH)2悬浊液反应生成砖红色沉淀,可用于检验,故 A正确;
B.光导纤维的成分为二氧化硅,多肽的相对分子质量可能在10000以下,均不是高分子,只有棉花为高分子化合物,故B错误;
C.蔗糖、油脂、甘油、葡萄糖均不能发生电离,均为非电解质,而高级脂肪酸或盐为电解质,故C错误;
D.碘与NaOH反应,由现象不能说明淀粉是否水解完全,故D错误;
故选:A。
3.乙酸橙花酯是一种食用香料,其结构简式如图,关于该有机物的叙述中正确的是( )
①分子式为C12H19O2;②不能发生银镜反应;③mol该有机物最多能与3mol氢气发生加成反应;④它的同分异构体中不可能有酚类; ⑤1mol该有机物与NaOH溶液反应最多消耗1mol NaOH;⑥属于芳香族化合物。
A. ②④⑤ B. ①④⑤ C. ②③⑥ D. ②③④
【答案】A
【解析】
【分析】
本题主要考查有机物的结构与性质。不存在醛基,不能发生银镜反应,不饱和度仅有三个酚类至少有四个不饱和度,能与氢氧化钠反应的官能团只有酯基。据此回答。
【详解】①由结构简式可知分子中含有12个C原子,20个H原子,2个O原子,则分子式为C12H20O2,故错误;
②分子中不含醛基,则不能发生银镜反应,故正确;
③只有碳碳双键能与氢气发生加成反应,1mol该有机物在一定条件下和H2反应,共消耗H2为2mol,故错误;
④分子中含有3个双键,则不饱和度为3,而酚类物质的不饱和度至少为4,则它的同分异构体中不可能有酚类,故正确;
⑤能与氢氧化钠反应的官能团只有酯基,水解生成羧基和羟基,只有羧基能与氢氧化钠反应,则1mol该有机物水解时只能消耗1mol NaOH,故正确;
⑥分子中不含苯环或稠环,则不属于芳香族化合物,故错误。
故选A。
4.下列由实验现象得出的结论正确的是
操作及现象
结论
A
向AgCl悬浊液中加入NaI溶液时出现黄色沉淀。
Ksp(AgCl)< Ksp(AgI)
B
向某溶液中滴加氯水后再加入KSCN溶液,溶液呈红色。
溶液中一定含有Fe2+
C
向NaBr溶液中滴入少量氯水和苯,振荡、静置,溶液上层呈橙红色。
Br—还原性强于Cl—
D
加热盛有NH4Cl固体的试管,试管底部固体消失,试管口有晶体凝结。
NH4Cl固体可以升华
A. A B. B C. C D. D
【答案】C
【解析】
【详解】A、Ksp(AgCl)>Ksp(AgI),A错误;
B、滴加氯水后再加入KSCN溶液,溶液呈红色,说明该溶液可能含有Fe2+或Fe3+,B错误;
C、上层呈橙红色,说明Cl2与NaBr反应生成了Br2和NaCl,则Br‾的还原性强于Cl‾,C正确;
D、不升华,试管底部NH4Cl分解生成NH3和HCl,试管口NH3与HCl反应生成了NH4Cl,发生了化学反应,D错误;
答案选C。
【点睛】把元素化合物的知识、化学原理和实验操作及实验结论的分析进行了结合,考查了考生运用所学知识分析实验现象,得出正确结论的能力,审题时应全面细致,如滴加氯水后再加入KSCN溶液,溶液可能含有Fe2+或Fe3+,体现了化学实验方案设计的严谨性,加热盛有NH4Cl固体的试管,体现了由现象看本质的科学态度。
5.已知:2H2O(l)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.0kJ/mol。以太阳能为热源分解Fe3O4,经热化学铁氧化合物循环分解水制H2的过程如下:
过程Ⅰ:2Fe3O4(s) === 6FeO(s)+O2(g) ΔH=+313.2kJ/mol
过程Ⅱ:……
下列说法不正确的是
A. 过程Ⅰ中每消耗232g Fe3O4转移2mol电子
B. 过程Ⅱ热化学方程式为:3FeO(s)+H2O(l) ===H2(g)+Fe3O4(s) ΔH=+128.9 kJ/mol
C. 过程Ⅰ、Ⅱ中能量转化的形式依次是:太阳能→化学能→热能
D. 铁氧化合物循环制H2具有成本低、产物易分离等优点
【答案】C
【解析】
【分析】
由循环分解水制H2的过程可知,过程Ⅰ为太阳能转化为热能,Fe3O4在热能的作用下分解生成O2和FeO,过程Ⅱ为氧化亚铁与水反应生成四氧化三铁和氢气,总反应为水分解生成氢气和氧气,反应过程中Fe3O4为催化剂。
【详解】A项、过程Ⅰ中每消耗232g Fe3O4反应生成,0.5mol O2,反应转移0.5mol×4 mol电子,故A正确;
B项、由盖斯定律可知,(总反应×1/2—过程Ⅰ×1/2)反应得过程Ⅱ反应,3FeO(s)+H2O(l) =H2(g)+Fe3O4(s) 则ΔH=[+571.0kJ/mol×1/2—(+313.2kJ/mol)×1/2]=+128.9 kJ/mol,故B正确;
C项、过程Ⅰ和过程Ⅱ都是吸热反应,过程Ⅰ是将光能转化为热能,热能转化为化学能,过程Ⅱ中能量转化的形式不是化学能转化为热能,应该还是热能转化为化学能,故C错误;
D项、铁氧化合物循环制H2以太阳能为热源分解Fe3O4,以水和Fe3O4为原料,具有成本低的特点,氢气和氧气分步生成,具有产物易分离的优点,故D正确。
故选C。
【点睛】本题以循环分解水制H2为载体考查了氧化还原反应计算和盖斯定律,掌握电子转移和盖斯定律计算方法,注意分析题给图示获取信息是解答关键。
6.常温下将NaOH溶液滴加到己二酸(H2X)溶液中,混合溶液的pH与离子浓度变化的关系如图所示。下列叙述错误的是
A. Ka2(H2X)的数量级为10–6
B. 曲线N表示pH与的变化关系
C. NaHX溶液中c(H+)>c(OH-)
D. 当混合溶液呈中性时,c(Na+)>c(HX-)>c(X2-)>c(OH-)=c(H+)
【答案】D
【解析】
A、己二酸是二元弱酸,第二步电离小于第一步,即Ka1=>Ka2=,所以当pH相等即氢离子浓度相等时>,因此曲线N表示pH与的变化关系,则曲线M是己二酸的第二步电离,根据图像取-0.6和4.8点, =10-0.6mol·L-1,c(H+)=10-4.8mol·L-1,代入Ka2得到Ka2=10-5.4,因此Ka2(H2X)的数量级为10-6,A正确;B.根据以上分析可知曲线N表示pH与的关系,B正确;C. 曲线N是己二酸的第一步电离,根据图像取0.6和5.0点, =100.6mol·L-1,c(H+)=10-5.0mol·L-1,代入Ka1得到Ka2=10-4.4,因此HX-的水解常数是10-14/10-4.4<Ka2,所以NaHX溶液显酸性,即c(H+)>c(OH-),C正确;D.根据图像可知当=0时溶液显酸性,因此当混合溶液呈中性时,>0,即c(X2-)>c(HX-),D错误;答案选D。
7.空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC),RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图,有关说法正确的是( )
A. 当有0.8mol电子转移时,b极产生4.48LO2
B. 为了增加导电性可以将左边容器中的水改为NaOH溶液
C. d极上发生的电极反应是:2H+ +2e-=H2
D. c极上进行氧化反应,A池中的H+可以通过隔膜进入B
【答案】B
【解析】
【详解】A.没有指明气体所处的温度和压强,无法计算气体的体积,A项错误;
B.电解NaOH溶液,实质是电解水,所以将左边的电解水装置中的水改为NaOH溶液,增大溶液中离子的浓度,增强导电性,B项正确;
C.a电极为阴极,a电极上产生的是氢气,所以d电极发生的电极反应是:H2-2e-=2H+,C项错误;
D.b电极为阳极,b极上产生的气体Y为氧气,c极上是氧气发生还原反应:O2+4e-+4H+=2H2O,c极为燃料电池的正极,d极为燃料电池的负极,B池中的H+通过隔膜进入A池,D项错误;
所以答案选择B项。
【点睛】右侧为氢氧酸性燃料电池,A池为正极室,B极为负极室。在原电池的内电路中,氢离子作为阳离子应向正极移动,所以氢离子移向A极室。
二、填空题(本大题共3小题,共43分)
8.甲、乙两化学活动小组对中学化学教材中“氨的催化氧化”进行了实验探究。
(1)甲小组设计了如下图所示的实验装置(固定装置已略去)。
①若装置A中使用的药品是NH4HCO3固体,则A需要的仪器有试管、导管、橡胶塞和_______(填选项序号)。
a.锥形瓶 b.酒精灯 c.烧瓶 d.蒸发皿
②装置B的作用是___________________;装置D的作用是___________________。
③装置C中发生反应的化学方程式为________________________________。
④若A、B中药品足量,则可以观察到装置F中的实验现象是_____________________________。
⑤该装置存在的主要缺陷是___________________________________________________。
(2)乙小组认为可将甲小组的装置中A、B部分换成如图所示装置(其余部分相同)进行实验。
①烧瓶中加入的是过氧化钠固体,则分液漏斗中加入的最佳试剂是___________,U型管中加入的试剂是___________。
②此装置能产生大量氨气的原因是___________________________________________。
【答案】 (1). b (2). 与水和二氧化碳反应,产生C中所需的反应物氧气 (3). 防止E中液体倒吸 (4). 4NH3+5O24NO+6H2O (5). 铜片逐渐溶解,表面有气泡产生,溶液逐渐变蓝,液面上方气体逐渐变红棕色 (6). F中液体可能会倒吸,尾气产生的NO2会污染环境 (7). 浓氨水 (8). 碱石灰(生石灰、氢氧化钠固体均可) (9). 氨水中存在NH3+H2O⇌NH3•H2O⇌NH4++OH-,Na2O2与水反应产生OH-并放出大量热量,使平衡左移,利于NH3释放
【解析】
【分析】
本题主要考查实验探究,(1)A装置用于制取氨气和水,B装置用于制取氧气,C装置为反应装置,D装置防倒吸,E装置为干燥装置,F装置用于尾气吸收。(2)浓氨水与过氧化钠反应可产生实验所需氨气和氧气,据此分析。
【详解】(1)①若A中使用的药品是NH4HCO3固体,加热NH4HCO3固体需要酒精灯;
故答案为:b;
②装置B中盛放过氧化钠,碳酸氢铵受热分解生成NH3、CO2和H2O,过氧化钠和水、二氧化碳均反应生成氧气,氨气和氧气在催化剂作用下反应,所以装置B的作用是与水和二氧化碳反应,产生C中所需的反应物氧气;装置D作用是防止E中液体倒吸;
故答案为:与水和二氧化碳反应,产生C中所需的反应物氧气;防止E中液体倒吸;
③NH3与O2在催化剂、加热条件下发生反应生成一氧化氮和水,反应方程式为:;
故答案为: ;
④若A、B中药品足量,生成的NO被氧化生成NO2,与水反应生成硝酸,硝酸能和铜反应生成硝酸铜和NO,反应现象为:铜片逐渐溶解,表面有气泡产生,溶液逐渐变蓝,液面上方气体逐渐变红棕色;
故答案为:铜片逐渐溶解,表面有气泡产生,溶液逐渐变蓝,液面上方气体逐渐变红棕色;
⑤该装置存在的主要缺陷是:F中液体因为压强变化的关系可能会倒吸,生成的二氧化氮有毒,应加一个尾气吸收装置;
故答案为:F中液体可能会倒吸,尾气产生的NO2会污染环境;
(2)①烧瓶中要产生氨气和氧气,则分液漏斗中加入的最佳试剂是浓氨水;干燥氨气和氧气可选用碱石灰(生石灰、氢氧化钠固体均可);
故答案为:浓氨水;碱石灰(生石灰、氢氧化钠固体均可);
②过氧化钠和氨水中水反应生成氢氧化钠和氧气,反应放热,氨水中存在NH3+H2O⇌NH3•H2O⇌NH4++OH-,使平衡左移,利于NH3释放;
故答案:氨水中存在NH3+H2O⇌NH3•H2O⇌NH4++OH-,Na2O2与水反应产生OH-并放出大量热量,使平衡左移,利于NH3释放。
9.高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛用途。
(1)化学氧化法生产高铁酸钾(K2FeO4)是用固体Fe2O3、KNO3、KOH混合加热生成紫红色高铁酸钾和KNO2等产物。此反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_____________。
(2)工业上湿法制备高铁酸钾(K2FeO4)的工艺如图所示:
①反应Ⅰ的化学方程式为_________________________________________________。
②反应Ⅱ的离子方程式为_________________________________________________。
③加入饱和KOH溶液的目的是_________________________________________________。
④高铁酸钾是一种理想的水处理剂,其处理水的原理为____________________________。
⑤实验室配制Fe(NO3)3溶液,为防止出现浑浊,一般是将Fe(NO3)3固体溶于稀HNO3后再加水稀释。已知25 ℃时,Ksp[Fe(OH)3]=4×10-38,此温度下在实验室中配制100 mL 5 mol·L-1 Fe(NO3)3溶液,则至少需要________mL、4 mol·L-1 HNO3。
(3)高铁酸钠(Na2FeO4)制备可采用三室膜电解技术,装置如图所示,阳极的电极反应式为________。电解后,阴极室得到的A溶液中溶质的主要成分为________(填化学式)。
【答案】 (1). 3∶1 (2). 2NaOH +Cl2=NaCl+NaClO+H2O (3). 3ClO−+10OH−+2Fe3+=2FeO42-+3Cl−+5H2O (4). 增大K+浓度,促进K2FeO4晶体析出 (5). K2FeO4具有强氧化性,能杀菌消毒,产生的Fe3+水解生成Fe(OH)3胶体具有吸附性 (6). 1.25 (7). Fe−6e−+8OH−=FeO42-+4H2O (8). NaOH
【解析】
【分析】
(1)由条件可知发生反应:,以此分析;
(2)①反应Ⅰ:;②反应Ⅱ:;③加入饱和KOH溶液利用平衡回答;④K2FeO4具有强氧化性,能杀菌消毒,产生的Fe3+水解生成Fe(OH)3胶体具有吸附性;⑤利用溶度积计算;
(3)阳极与电源正极相连为Fe极发生氧化反应:;阴极发生还原反应: ,A溶液为NaOH。
【详解】(1)Fe元素化合价升高,化合价由+3价升高到+6价,被氧化,N元素化合价由+5价降低+3价, ,所以氧化剂与还原剂的物质的量之比为3:1,故答案为:3:1;
(2)①反应Ⅰ为氧化还原反应,方程式为: ;
②反应Ⅱ为氧化还原反应,+3价铁被氧化成+6价铁,+1价的氯被还原为-1价,
反应的离子方程式为 ,
③,加入饱和KOH溶液可以增大K+的浓度,使平衡向右移动,析出晶体,
故答案为:增大K+的浓度,促进K2FeO4晶体析出;
④K2FeO4具有强氧化性,可用于杀菌消毒,可生成Fe(OH)3,具有吸附性,可除去水的悬浮性杂质,
故答案为:K2FeO4具有强氧化性,能杀菌消毒,产生的Fe3+水解生成Fe(OH)3胶体具有吸附性,
⑤根据溶度积公式 可计算,由水的离子积可知。设需要xmL、4 mol·L-1HNO3,则xmL×4mol·L-1=0.05mol·L-1×100mL,解得x=1.25
故答案为:1.25。
(3)阳极是失去电子发生氧化反应,金属铁有还原性故阳极的电极反应为:;阴极氢离子得电子生成氢气,所以溶液中的溶质为NaOH;故答案为:; NaOH。
10.石嘴山市打造“山水园林城市”,因此研究NOx、SO2等大气污染物的妥善处理具有重要意义。
(1)SO2的排放主要来自于煤的燃烧,工业上常用氨水吸收法处理尾气中的SO2。
已知吸收过程中相关反应的热化学方程式如下:
①SO2(g)+NH3·H2O(aq)= NH4HSO3(aq) ΔH1=a kJ/mol;
②NH3·H2O(aq)+ NH4HSO3(aq)=(NH4)2SO3(ag)+H2O(l) ΔH2=b kJ/mol;
③2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq) ΔH3=c kJ/mol。
则反应2SO2(g)+4NH3·H2O(aq)+O2(g) =2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)的ΔH=______kJ/mol。
(2)燃煤发电厂常利用反应2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)2CaSO4(s)+2CO2(g) ΔH =−681.8 kJ/mol对煤进行脱硫处理来减少SO2的排放。对于该反应,在温度为TK时,借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下:
时间/min
浓度/mol·L−1
0
10
20
30
40
50
O2
1.00
0.79
0.60
0.60
0.64
064
CO2
0
0.42
0.80
0.80
0.88
0.88
①0~10 min内,平均反应速率v(SO2)=_____mol/(L·min)
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡。根据上表中的数据判断,改变的条件可能是_____(填字母)。
A.通入一定量的O2 B.加入一定量的粉状碳酸钙
C.适当缩小容器的体积 D.加入合适的催化剂
(3)NOx的排放主要来自于汽车尾气,有人利用反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) ΔH=−34.0 kJ/mol,用活性炭对NO进行吸附。已知在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO气体,保持恒压测得NO的转化率随温度的变化如图所示:
由图可知,1050K前反应中NO的转化率随温度升髙而增大,其原因为_______;在1100K时,CO2的体积分数为______。
(4)用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)。在1050K、1.1×106 Pa时,该反应的化学平衡常数Kp=____[已知:气体分压(P分)=气体总压(P)×体积分数]。
(5)汽车尾气还可利用反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=−746.8 kJ/mol,实验测得,v正=k正·c2(NO)·c2(CO),v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)(k正、k逆为速率常数,只与温度有关)。
①达到平衡后,仅升高温度,k正增大的倍数____(填“>”“<”或“=”)k逆增大的倍数。
②若在1L的密闭容器中充入1 molCO和1 mol NO,在一定温度下达到平衡时,CO的转化率为40%,则k正︰k逆=_____。
【答案】 (1). 2a+2b+c (2). 0.042 (3). AC (4). 1050K前反应未达到平衡状态,随着温度的升高,反应速率加快,NO转化率增大 (5). 20% (6). 4 (7). < (8).
【解析】
【分析】
(1)根据盖斯定律,将三个已知的热化学方程式叠加,可得待求反应的热化学方程式;
(2)①先计算出0~10 min内的v(CO2),然后根据化学反应速率与物质关系计算v(SO2);
②根据影响物质浓度及化学平衡的因素分析;
(3)反应在1050K时达到平衡,根据温度对化学反应速率和化学平衡移动的影响分析解答;根据1100K时NO的转化率计算其体积含量;
(4)根据平衡常数的含义。利用气体的物质的量的比等于气体产生的压强比计算平衡常数Kp;
(5)①根据温度升高,反应速率加快,化学平衡向吸热反应方向移动分析速率常数的变化;
②根据反应达到平衡时,正反应、逆反应速率相等,结合物质的转化率计算k正︰k逆。
【详解】(1)已知①SO2(g)+NH3·H2O(aq)=NH4HSO3(aq) ΔH1=akJ/mol;
②NH3·H2O(aq)+ NH4HSO3(aq)=(NH4)2SO3(ag)+H2O(l) ΔH2=bkJ/mol;
③2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq) ΔH3=ckJ/mol。
将①×2+②×2+③,整理可得2SO2(g)+4NH3·H2O(aq)+O2(g) =2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l) ΔH=(2a+2b+c)kJ/mol。
(2)①先计算出0~10 min内的v(CO2)= mol/(L·min),根据化学方程式可知:v(SO2)=v(CO2)=0.042 mol/(L·min);
②A.通入一定量的O2 ,可以使氧气的浓度增大,化学平衡正向移动,使CO2的浓度也随之增大,A正确;
B.加入一定量的粉状碳酸钙,由于该物质是固体,浓度不变,因此对氧气机二氧化碳的浓度无影响,B错误;
C.适当缩小容器的体积,单位体积内O2、CO2的物质的量增加,物质的浓度也都增大,C正确;
D.加入合适的催化剂,对化学平衡无影响,因此不能改变O2、CO2的物质的量浓度,D错误;
故合理选项是AC;
(3)反应在1050K时达到平衡,在1050K前反应未达到平衡,升高温度,化学反应速率加快,更多的反应物反应转化为生成物,物质NO的转化率提高;当温度高于1050K时,由于该反应的正反应为放热反应,升高温度,平衡向吸热的逆反应方向移动,反应物NO的转化率降低;根据图像可知:在1100K时NO的转化率是40%。对于化学反应:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)假设开始时NO的物质的量为1mol,用平衡三段式法计算:
可逆反应:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)
开始n(mol) 1 0 0
转化n(mol) 0.4 0.2 0.2
平衡n(mol) 0.6 0.2 0.2
在1100K时,CO2的体积分数为×100%=20%;
(4)在1050K时NO的转化率为80%,假设反应开始时NO的物质的量为1mol,用三段式法计算:可逆反应:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)
开始n(mol) 1 0 0
转化n(mol) 0.8 0.4 0.4
平衡n(mol) 0.2 0.4 0.4
在同一条件下,气体物质的量的比等于气体产生的压强之比,由于p(总)= 1.1×106 Pa p(NO)= p(总)= p(总);p(CO2)=p(N2)= p(总);
则该反应用平衡分压表示的化学平衡常数Kp==4;
(5)①达到平衡后,在其他条件不变时,升高温度,化学反应速率加快,由于v正=k正·c2(NO)·c2(CO),v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2),V增大,说明k正、k逆增大,由于升高温度,化学平衡向吸热的逆反应方向移动,说明逆反应速率增大的倍数大于正反应速率增大的倍数,所以k正的倍数
②若在1L的密闭容器中充入1 molCO和1 mol NO,在一定温度下发生该反应,达到平衡时,CO的转化率为40%,
2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)
开始c(mol) 1 1 0 0
转化c(mol) 0.4 0.4 0.2 0.4
平衡c(mol) 0.6 0.6 0.2 0.4
由于反应达到平衡时,V正=V逆,所以k正·c2(NO)·c2(CO)= k逆·c(N2)·c2(CO2),则k正︰k逆=。
【点睛】本题综合考查了化学反应原理的知识,包括盖斯定律的应用、外界条件对化学反应速率、化学平衡移动的影响、物质平衡转化率的计算与应用。掌握化学反应基本原理及基本概念是本题解答的关键。
三、选做题(11、12两道题中选择1道题作答,共15分。)
[化学——选修3:物质结构与性质]
11.2018年4月23日,中国人民海军成立69周年。提到海军就不得不提航空母舰,我国正在建造第三艘航空母舰。镍铬钢抗腐蚀性能强,可用于建造航母。
(1)航母甲板镍铬钢表面涂有一层耐高温的材料聚硅氧烷(结构如图甲所示)。基态Cr原子的价电子排布式为_____________,基态Si原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为_____________形,元素C、O、F的电负性由大到小的顺序为_____________。
(2)海洋是元素的摇篮,海水中含有大量F、Cl、Br、I元素。
①OF2的空间构型为_____________,其中O原子杂化方式为_____________杂化。
②KCl晶体中存在的化学键类型有_____________;CaCl2熔点要比KCl的熔点高很多,主要原因为____________________________________________________________________。
(3)海底金属软泥是在海洋底覆盖着的一层红棕色沉积物,蕴藏着大量的资源,含有硅、氧化铁、锰、锌等。Zn2+与S2-形成的一种晶胞结构如图乙所示(黑球表示Zn2+,白球表示S2-),Zn2+的配位数为_____________。晶胞边长为a nm、ZnS相对分子质量为M,阿伏加德罗常数的值为NA,其晶体密度的计算表达式为_____________g·cm-3。
【答案】 (1). 3d54s1 (2). 哑铃 (3). F>O>C (4). V形 (5). sp3 (6). 离子键 (7). Ca2+半径比K+小,Ca2+所带电荷数比K+多,CaCl2的晶格能更高 (8). 4 (9).
【解析】
【分析】
(1)依据原子核外电子排布规则写出基态Cr原子的价电子排布式;依据Si的核外电子排布式可知其最高能级为3p能级,3p能级电子云轮廓图为哑铃形;根据C、O、F的非金属性推断其电负性;
(2)①OF2分子的中心原子为O原子,其中含有的孤电子对数为2,σ键数为2,价层电子对数为4,所以OF2的空间构型为V形,其中O原子的杂化方式为sp3杂化;②氯化钾为离子晶体,存在的化学键为离子键;钙离子的半径比钾离子小,钙离子所带电荷数比钾离子多,氯化钙的晶格能更高,所以氯化钙的熔点更高。
(3)通过硫化锌的晶胞结构分析锌离子的周围与之等距离的硫离子,即可知锌离子的配位数;通过硫化锌的晶胞结构可知锌离子的数目为41=4,含有硫离子的数目为,一个晶胞的体积为(a×10-7)3 cm3,由密度公式计算晶体的密度。
【详解】(1)Cr为24号元素,核电荷数为24,故基态Cr原子的价电子排布式为3d54s1;Si元素为14号元素,核电荷数为14,核外电子排布式为1s22s22p63s23p2,最高能级为3p能级,3p能级电子云轮廓图为哑铃形;非金属性:F>O>C,则C、O、F的电负性由大到小的顺序为F>O>C。
(2)①OF2分子的中心原子为O原子,其中含有的孤电子对数为2,σ键数为2,价层电子对数为4,所以OF2的空间构型为V形,其中O原子的杂化方式为sp3杂化;②氯化钾为离子晶体,存在的化学键为离子键;钙离子的半径比钾离子小,钙离子所带电荷数比钾离子多,氯化钙的品格能更高,所以氯化钙的熔点更高。
(3)由硫化锌的晶胞结构可知,每个锌离子的周围与之等距离的硫离子有4个,所以锌离子的配位数为4;一个晶胞中含有锌离子的数目为4,含有硫离子的数目为4,一个晶胞的体积为(a×10-7)3 cm3,则晶体的密度为。
【点睛】计算晶胞密度时,利用晶胞结构计算一个晶胞中含有的离子数,再根据m=nM计算质量,根据V=a3计算体积,由此计算晶体的密度。
【化学-选修5:有机化学基础】
12.某有机合成工厂以植物秸秆或木材为初始原料经过生物发酵,制备聚酯纤维H和医药中间体E,其合成路线如下图所示:
已知:①
回答下列问题:
(1)A的化学名称是________;B所含官能团的名称是________。
(2)X的结构简式________;G→H的反应类型是________。
(3)D→E的化学方程式________。
(4)符合下列条件的G同分异构体共有________种;其中核磁共振氢谱有五组峰的结构简式________。
①能发生银镜反应;②能与FeCl3溶液发生显色反应;③能发生水解反应。
(5)参照上述合成路线,利用CH2=CH-CH=CH2为初始原料设计合成的路线_______________。
【答案】 (1). 2-甲基-1,3-丁二烯(异戊二烯) (2). 碳碳双键、醛基 (3). CH2=CHCHO (4). 缩聚反应 (5). +CH3CH2OH+H2O (6). 13 (7). (8).
【解析】
【分析】
由已知条件①和B的结构简式可知X中含有碳碳双键,且有一个醛基,则X为CH2=CHCHO;再由已知条件②可知C为,C中的醛基被氧化,转化为羧基,D为, D与乙醇在浓硫酸作用下,发生酯化反应,E为。根据G的结构简式,可知G中的羟基,由卤素原子水解得到,F为;G中含有—OH、—COOH,可以发生缩聚反应,以此回答。
【详解】(1)离官能团近且有支链边开始标号,2号碳上有甲基,故A的化学名称是:2-甲基-1,3-丁二烯;B所含官能团有碳碳双键、醛基;故答案为:2-甲基-1,3-丁二烯(异戊二烯);碳碳双键、醛基;
(2)由已知条件①和B的结构简式可知X中含有碳碳双键,且有一个醛基,则X为CH2=CHCHO;G中含有—OH、—COOH,且可以发生反应,则G可以发生缩聚反应,G→H的反应类型是缩聚反应;故答案为:CH2=CHCHO;缩聚反应;
(3) D与乙醇在浓硫酸作用下,发生酯化反应,D中羧基脱掉羟基,E中的醇脱羟基中的H,则D→E的化学方程式+CH3CH2OH+H2O;故答案为:+CH3CH2OH+H2O;
(4)要发生银镜反应,必须得有醛基,FeCl3能和苯酚发生显色,酯类物质可以发生水解,但是G的分子中只有3个O原子,与FeCl3发生显色反应,说明有-OH,但是要同时满足能发生银镜反应和水解反应,则只能为甲酸形成的酯,含有原子团HCOO-,除去苯环,HCOO-,侧链中还有1个C原子,可以在酯中,也可以是单独的甲基,则分为两种情况,苯环上有2个取代基分别为—OH和HCOOCH2—,共3种(邻、间、对),苯环上有3个取代基,分别为—OH、HCOO—和CH3—,共10种,则一共为13种,其中核磁共振氢谱有五组峰的结构说明不同的氢有五种,羟基上的H,和HCOO—的H分别占据1组峰,另一个C上的H占据1组峰,则苯环上的H占据2组峰,则两个取代基处于队伍,符合条件的只有;故答案为:13;;
(5)目标产物中含有一个苯环,而且原料为1,3-丁二烯,类似于A,可以模仿A到C的步骤,但是需要得到只含有一个碳碳双键的物质。目标产物中的2个—OH,可以通过卤素原子水解得到,2个—OH之间相隔4个C原子,联系到双烯烃的1,4-加成,既可以引入卤素原子,又可以得到含有一个碳碳双键的物质。则
答案为:。
辽宁省滨海实验中学2019-2020学年高三下学期期末化学试题
一、单选题(本大题共7小题,共42分)
1.化学与社会、生活息息相关。下列说法正确的是( )
A. 明矾常用作净水剂和消毒剂
B. 将矿物燃料脱硫脱硝可有效防止温室效应
C. 国产大飞机C919使用的碳纤维是一种新型的无机非金属材料
D. 煤的液化、海带中提碘、焰色反应、核裂变等都涉及化学变化
【答案】C
【解析】
【详解】A.明矾是强酸弱碱盐能水解生成氢氧化铝胶体,胶体具有吸附性,所以可作净水剂,不能作消毒剂,故A错误;
B.将矿物燃料脱硫脱硝,能够减少二氧化硫和氮的氧化物的排放,可有效防止酸雨,不能防止温室效应,故B错误;
C.碳纤维是碳单质,属于新型的无机非金属材料,故C正确;
D.煤的液化、海带中提碘都有新物质生成,都是化学变化,焰色反应、核裂变不涉及化学变化,故D错误;
故选:C。
2.下列说法正确的是( )
A. 可用新制的 Cu(OH)2 悬浊液检验乙醛和葡萄糖
B. 棉花、多肽、光导纤维都是高分子化合物
C. 蔗糖、油脂及其水解产物均为非电解质
D. 往含氢氧化钠的淀粉水解实验的溶液中滴加碘水,若不变蓝,说明淀粉完全水解
【答案】A
【解析】
【详解】A.乙醛含-CHO,与新制的Cu(OH)2悬浊液反应生成砖红色沉淀,葡萄糖为多羟基醛,与新制的Cu(OH)2悬浊液反应生成砖红色沉淀,可用于检验,故 A正确;
B.光导纤维的成分为二氧化硅,多肽的相对分子质量可能在10000以下,均不是高分子,只有棉花为高分子化合物,故B错误;
C.蔗糖、油脂、甘油、葡萄糖均不能发生电离,均为非电解质,而高级脂肪酸或盐为电解质,故C错误;
D.碘与NaOH反应,由现象不能说明淀粉是否水解完全,故D错误;
故选:A。
3.乙酸橙花酯是一种食用香料,其结构简式如图,关于该有机物的叙述中正确的是( )
①分子式为C12H19O2;②不能发生银镜反应;③mol该有机物最多能与3mol氢气发生加成反应;④它的同分异构体中不可能有酚类; ⑤1mol该有机物与NaOH溶液反应最多消耗1mol NaOH;⑥属于芳香族化合物。
A. ②④⑤ B. ①④⑤ C. ②③⑥ D. ②③④
【答案】A
【解析】
【分析】
本题主要考查有机物的结构与性质。不存在醛基,不能发生银镜反应,不饱和度仅有三个酚类至少有四个不饱和度,能与氢氧化钠反应的官能团只有酯基。据此回答。
【详解】①由结构简式可知分子中含有12个C原子,20个H原子,2个O原子,则分子式为C12H20O2,故错误;
②分子中不含醛基,则不能发生银镜反应,故正确;
③只有碳碳双键能与氢气发生加成反应,1mol该有机物在一定条件下和H2反应,共消耗H2为2mol,故错误;
④分子中含有3个双键,则不饱和度为3,而酚类物质的不饱和度至少为4,则它的同分异构体中不可能有酚类,故正确;
⑤能与氢氧化钠反应的官能团只有酯基,水解生成羧基和羟基,只有羧基能与氢氧化钠反应,则1mol该有机物水解时只能消耗1mol NaOH,故正确;
⑥分子中不含苯环或稠环,则不属于芳香族化合物,故错误。
故选A。
4.下列由实验现象得出的结论正确的是
操作及现象
结论
A
向AgCl悬浊液中加入NaI溶液时出现黄色沉淀。
Ksp(AgCl)< Ksp(AgI)
B
向某溶液中滴加氯水后再加入KSCN溶液,溶液呈红色。
溶液中一定含有Fe2+
C
向NaBr溶液中滴入少量氯水和苯,振荡、静置,溶液上层呈橙红色。
Br—还原性强于Cl—
D
加热盛有NH4Cl固体的试管,试管底部固体消失,试管口有晶体凝结。
NH4Cl固体可以升华
A. A B. B C. C D. D
【答案】C
【解析】
【详解】A、Ksp(AgCl)>Ksp(AgI),A错误;
B、滴加氯水后再加入KSCN溶液,溶液呈红色,说明该溶液可能含有Fe2+或Fe3+,B错误;
C、上层呈橙红色,说明Cl2与NaBr反应生成了Br2和NaCl,则Br‾的还原性强于Cl‾,C正确;
D、不升华,试管底部NH4Cl分解生成NH3和HCl,试管口NH3与HCl反应生成了NH4Cl,发生了化学反应,D错误;
答案选C。
【点睛】把元素化合物的知识、化学原理和实验操作及实验结论的分析进行了结合,考查了考生运用所学知识分析实验现象,得出正确结论的能力,审题时应全面细致,如滴加氯水后再加入KSCN溶液,溶液可能含有Fe2+或Fe3+,体现了化学实验方案设计的严谨性,加热盛有NH4Cl固体的试管,体现了由现象看本质的科学态度。
5.已知:2H2O(l)===2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.0kJ/mol。以太阳能为热源分解Fe3O4,经热化学铁氧化合物循环分解水制H2的过程如下:
过程Ⅰ:2Fe3O4(s) === 6FeO(s)+O2(g) ΔH=+313.2kJ/mol
过程Ⅱ:……
下列说法不正确的是
A. 过程Ⅰ中每消耗232g Fe3O4转移2mol电子
B. 过程Ⅱ热化学方程式为:3FeO(s)+H2O(l) ===H2(g)+Fe3O4(s) ΔH=+128.9 kJ/mol
C. 过程Ⅰ、Ⅱ中能量转化的形式依次是:太阳能→化学能→热能
D. 铁氧化合物循环制H2具有成本低、产物易分离等优点
【答案】C
【解析】
【分析】
由循环分解水制H2的过程可知,过程Ⅰ为太阳能转化为热能,Fe3O4在热能的作用下分解生成O2和FeO,过程Ⅱ为氧化亚铁与水反应生成四氧化三铁和氢气,总反应为水分解生成氢气和氧气,反应过程中Fe3O4为催化剂。
【详解】A项、过程Ⅰ中每消耗232g Fe3O4反应生成,0.5mol O2,反应转移0.5mol×4 mol电子,故A正确;
B项、由盖斯定律可知,(总反应×1/2—过程Ⅰ×1/2)反应得过程Ⅱ反应,3FeO(s)+H2O(l) =H2(g)+Fe3O4(s) 则ΔH=[+571.0kJ/mol×1/2—(+313.2kJ/mol)×1/2]=+128.9 kJ/mol,故B正确;
C项、过程Ⅰ和过程Ⅱ都是吸热反应,过程Ⅰ是将光能转化为热能,热能转化为化学能,过程Ⅱ中能量转化的形式不是化学能转化为热能,应该还是热能转化为化学能,故C错误;
D项、铁氧化合物循环制H2以太阳能为热源分解Fe3O4,以水和Fe3O4为原料,具有成本低的特点,氢气和氧气分步生成,具有产物易分离的优点,故D正确。
故选C。
【点睛】本题以循环分解水制H2为载体考查了氧化还原反应计算和盖斯定律,掌握电子转移和盖斯定律计算方法,注意分析题给图示获取信息是解答关键。
6.常温下将NaOH溶液滴加到己二酸(H2X)溶液中,混合溶液的pH与离子浓度变化的关系如图所示。下列叙述错误的是
A. Ka2(H2X)的数量级为10–6
B. 曲线N表示pH与的变化关系
C. NaHX溶液中c(H+)>c(OH-)
D. 当混合溶液呈中性时,c(Na+)>c(HX-)>c(X2-)>c(OH-)=c(H+)
【答案】D
【解析】
A、己二酸是二元弱酸,第二步电离小于第一步,即Ka1=>Ka2=,所以当pH相等即氢离子浓度相等时>,因此曲线N表示pH与的变化关系,则曲线M是己二酸的第二步电离,根据图像取-0.6和4.8点, =10-0.6mol·L-1,c(H+)=10-4.8mol·L-1,代入Ka2得到Ka2=10-5.4,因此Ka2(H2X)的数量级为10-6,A正确;B.根据以上分析可知曲线N表示pH与的关系,B正确;C. 曲线N是己二酸的第一步电离,根据图像取0.6和5.0点, =100.6mol·L-1,c(H+)=10-5.0mol·L-1,代入Ka1得到Ka2=10-4.4,因此HX-的水解常数是10-14/10-4.4<Ka2,所以NaHX溶液显酸性,即c(H+)>c(OH-),C正确;D.根据图像可知当=0时溶液显酸性,因此当混合溶液呈中性时,>0,即c(X2-)>c(HX-),D错误;答案选D。
7.空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC),RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图,有关说法正确的是( )
A. 当有0.8mol电子转移时,b极产生4.48LO2
B. 为了增加导电性可以将左边容器中的水改为NaOH溶液
C. d极上发生的电极反应是:2H+ +2e-=H2
D. c极上进行氧化反应,A池中的H+可以通过隔膜进入B
【答案】B
【解析】
【详解】A.没有指明气体所处的温度和压强,无法计算气体的体积,A项错误;
B.电解NaOH溶液,实质是电解水,所以将左边的电解水装置中的水改为NaOH溶液,增大溶液中离子的浓度,增强导电性,B项正确;
C.a电极为阴极,a电极上产生的是氢气,所以d电极发生的电极反应是:H2-2e-=2H+,C项错误;
D.b电极为阳极,b极上产生的气体Y为氧气,c极上是氧气发生还原反应:O2+4e-+4H+=2H2O,c极为燃料电池的正极,d极为燃料电池的负极,B池中的H+通过隔膜进入A池,D项错误;
所以答案选择B项。
【点睛】右侧为氢氧酸性燃料电池,A池为正极室,B极为负极室。在原电池的内电路中,氢离子作为阳离子应向正极移动,所以氢离子移向A极室。
二、填空题(本大题共3小题,共43分)
8.甲、乙两化学活动小组对中学化学教材中“氨的催化氧化”进行了实验探究。
(1)甲小组设计了如下图所示的实验装置(固定装置已略去)。
①若装置A中使用的药品是NH4HCO3固体,则A需要的仪器有试管、导管、橡胶塞和_______(填选项序号)。
a.锥形瓶 b.酒精灯 c.烧瓶 d.蒸发皿
②装置B的作用是___________________;装置D的作用是___________________。
③装置C中发生反应的化学方程式为________________________________。
④若A、B中药品足量,则可以观察到装置F中的实验现象是_____________________________。
⑤该装置存在的主要缺陷是___________________________________________________。
(2)乙小组认为可将甲小组的装置中A、B部分换成如图所示装置(其余部分相同)进行实验。
①烧瓶中加入的是过氧化钠固体,则分液漏斗中加入的最佳试剂是___________,U型管中加入的试剂是___________。
②此装置能产生大量氨气的原因是___________________________________________。
【答案】 (1). b (2). 与水和二氧化碳反应,产生C中所需的反应物氧气 (3). 防止E中液体倒吸 (4). 4NH3+5O24NO+6H2O (5). 铜片逐渐溶解,表面有气泡产生,溶液逐渐变蓝,液面上方气体逐渐变红棕色 (6). F中液体可能会倒吸,尾气产生的NO2会污染环境 (7). 浓氨水 (8). 碱石灰(生石灰、氢氧化钠固体均可) (9). 氨水中存在NH3+H2O⇌NH3•H2O⇌NH4++OH-,Na2O2与水反应产生OH-并放出大量热量,使平衡左移,利于NH3释放
【解析】
【分析】
本题主要考查实验探究,(1)A装置用于制取氨气和水,B装置用于制取氧气,C装置为反应装置,D装置防倒吸,E装置为干燥装置,F装置用于尾气吸收。(2)浓氨水与过氧化钠反应可产生实验所需氨气和氧气,据此分析。
【详解】(1)①若A中使用的药品是NH4HCO3固体,加热NH4HCO3固体需要酒精灯;
故答案为:b;
②装置B中盛放过氧化钠,碳酸氢铵受热分解生成NH3、CO2和H2O,过氧化钠和水、二氧化碳均反应生成氧气,氨气和氧气在催化剂作用下反应,所以装置B的作用是与水和二氧化碳反应,产生C中所需的反应物氧气;装置D作用是防止E中液体倒吸;
故答案为:与水和二氧化碳反应,产生C中所需的反应物氧气;防止E中液体倒吸;
③NH3与O2在催化剂、加热条件下发生反应生成一氧化氮和水,反应方程式为:;
故答案为: ;
④若A、B中药品足量,生成的NO被氧化生成NO2,与水反应生成硝酸,硝酸能和铜反应生成硝酸铜和NO,反应现象为:铜片逐渐溶解,表面有气泡产生,溶液逐渐变蓝,液面上方气体逐渐变红棕色;
故答案为:铜片逐渐溶解,表面有气泡产生,溶液逐渐变蓝,液面上方气体逐渐变红棕色;
⑤该装置存在的主要缺陷是:F中液体因为压强变化的关系可能会倒吸,生成的二氧化氮有毒,应加一个尾气吸收装置;
故答案为:F中液体可能会倒吸,尾气产生的NO2会污染环境;
(2)①烧瓶中要产生氨气和氧气,则分液漏斗中加入的最佳试剂是浓氨水;干燥氨气和氧气可选用碱石灰(生石灰、氢氧化钠固体均可);
故答案为:浓氨水;碱石灰(生石灰、氢氧化钠固体均可);
②过氧化钠和氨水中水反应生成氢氧化钠和氧气,反应放热,氨水中存在NH3+H2O⇌NH3•H2O⇌NH4++OH-,使平衡左移,利于NH3释放;
故答案:氨水中存在NH3+H2O⇌NH3•H2O⇌NH4++OH-,Na2O2与水反应产生OH-并放出大量热量,使平衡左移,利于NH3释放。
9.高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛用途。
(1)化学氧化法生产高铁酸钾(K2FeO4)是用固体Fe2O3、KNO3、KOH混合加热生成紫红色高铁酸钾和KNO2等产物。此反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_____________。
(2)工业上湿法制备高铁酸钾(K2FeO4)的工艺如图所示:
①反应Ⅰ的化学方程式为_________________________________________________。
②反应Ⅱ的离子方程式为_________________________________________________。
③加入饱和KOH溶液的目的是_________________________________________________。
④高铁酸钾是一种理想的水处理剂,其处理水的原理为____________________________。
⑤实验室配制Fe(NO3)3溶液,为防止出现浑浊,一般是将Fe(NO3)3固体溶于稀HNO3后再加水稀释。已知25 ℃时,Ksp[Fe(OH)3]=4×10-38,此温度下在实验室中配制100 mL 5 mol·L-1 Fe(NO3)3溶液,则至少需要________mL、4 mol·L-1 HNO3。
(3)高铁酸钠(Na2FeO4)制备可采用三室膜电解技术,装置如图所示,阳极的电极反应式为________。电解后,阴极室得到的A溶液中溶质的主要成分为________(填化学式)。
【答案】 (1). 3∶1 (2). 2NaOH +Cl2=NaCl+NaClO+H2O (3). 3ClO−+10OH−+2Fe3+=2FeO42-+3Cl−+5H2O (4). 增大K+浓度,促进K2FeO4晶体析出 (5). K2FeO4具有强氧化性,能杀菌消毒,产生的Fe3+水解生成Fe(OH)3胶体具有吸附性 (6). 1.25 (7). Fe−6e−+8OH−=FeO42-+4H2O (8). NaOH
【解析】
【分析】
(1)由条件可知发生反应:,以此分析;
(2)①反应Ⅰ:;②反应Ⅱ:;③加入饱和KOH溶液利用平衡回答;④K2FeO4具有强氧化性,能杀菌消毒,产生的Fe3+水解生成Fe(OH)3胶体具有吸附性;⑤利用溶度积计算;
(3)阳极与电源正极相连为Fe极发生氧化反应:;阴极发生还原反应: ,A溶液为NaOH。
【详解】(1)Fe元素化合价升高,化合价由+3价升高到+6价,被氧化,N元素化合价由+5价降低+3价, ,所以氧化剂与还原剂的物质的量之比为3:1,故答案为:3:1;
(2)①反应Ⅰ为氧化还原反应,方程式为: ;
②反应Ⅱ为氧化还原反应,+3价铁被氧化成+6价铁,+1价的氯被还原为-1价,
反应的离子方程式为 ,
③,加入饱和KOH溶液可以增大K+的浓度,使平衡向右移动,析出晶体,
故答案为:增大K+的浓度,促进K2FeO4晶体析出;
④K2FeO4具有强氧化性,可用于杀菌消毒,可生成Fe(OH)3,具有吸附性,可除去水的悬浮性杂质,
故答案为:K2FeO4具有强氧化性,能杀菌消毒,产生的Fe3+水解生成Fe(OH)3胶体具有吸附性,
⑤根据溶度积公式 可计算,由水的离子积可知。设需要xmL、4 mol·L-1HNO3,则xmL×4mol·L-1=0.05mol·L-1×100mL,解得x=1.25
故答案为:1.25。
(3)阳极是失去电子发生氧化反应,金属铁有还原性故阳极的电极反应为:;阴极氢离子得电子生成氢气,所以溶液中的溶质为NaOH;故答案为:; NaOH。
10.石嘴山市打造“山水园林城市”,因此研究NOx、SO2等大气污染物的妥善处理具有重要意义。
(1)SO2的排放主要来自于煤的燃烧,工业上常用氨水吸收法处理尾气中的SO2。
已知吸收过程中相关反应的热化学方程式如下:
①SO2(g)+NH3·H2O(aq)= NH4HSO3(aq) ΔH1=a kJ/mol;
②NH3·H2O(aq)+ NH4HSO3(aq)=(NH4)2SO3(ag)+H2O(l) ΔH2=b kJ/mol;
③2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq) ΔH3=c kJ/mol。
则反应2SO2(g)+4NH3·H2O(aq)+O2(g) =2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l)的ΔH=______kJ/mol。
(2)燃煤发电厂常利用反应2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)2CaSO4(s)+2CO2(g) ΔH =−681.8 kJ/mol对煤进行脱硫处理来减少SO2的排放。对于该反应,在温度为TK时,借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下:
时间/min
浓度/mol·L−1
0
10
20
30
40
50
O2
1.00
0.79
0.60
0.60
0.64
064
CO2
0
0.42
0.80
0.80
0.88
0.88
①0~10 min内,平均反应速率v(SO2)=_____mol/(L·min)
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡。根据上表中的数据判断,改变的条件可能是_____(填字母)。
A.通入一定量的O2 B.加入一定量的粉状碳酸钙
C.适当缩小容器的体积 D.加入合适的催化剂
(3)NOx的排放主要来自于汽车尾气,有人利用反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) ΔH=−34.0 kJ/mol,用活性炭对NO进行吸附。已知在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO气体,保持恒压测得NO的转化率随温度的变化如图所示:
由图可知,1050K前反应中NO的转化率随温度升髙而增大,其原因为_______;在1100K时,CO2的体积分数为______。
(4)用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)。在1050K、1.1×106 Pa时,该反应的化学平衡常数Kp=____[已知:气体分压(P分)=气体总压(P)×体积分数]。
(5)汽车尾气还可利用反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=−746.8 kJ/mol,实验测得,v正=k正·c2(NO)·c2(CO),v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)(k正、k逆为速率常数,只与温度有关)。
①达到平衡后,仅升高温度,k正增大的倍数____(填“>”“<”或“=”)k逆增大的倍数。
②若在1L的密闭容器中充入1 molCO和1 mol NO,在一定温度下达到平衡时,CO的转化率为40%,则k正︰k逆=_____。
【答案】 (1). 2a+2b+c (2). 0.042 (3). AC (4). 1050K前反应未达到平衡状态,随着温度的升高,反应速率加快,NO转化率增大 (5). 20% (6). 4 (7). < (8).
【解析】
【分析】
(1)根据盖斯定律,将三个已知的热化学方程式叠加,可得待求反应的热化学方程式;
(2)①先计算出0~10 min内的v(CO2),然后根据化学反应速率与物质关系计算v(SO2);
②根据影响物质浓度及化学平衡的因素分析;
(3)反应在1050K时达到平衡,根据温度对化学反应速率和化学平衡移动的影响分析解答;根据1100K时NO的转化率计算其体积含量;
(4)根据平衡常数的含义。利用气体的物质的量的比等于气体产生的压强比计算平衡常数Kp;
(5)①根据温度升高,反应速率加快,化学平衡向吸热反应方向移动分析速率常数的变化;
②根据反应达到平衡时,正反应、逆反应速率相等,结合物质的转化率计算k正︰k逆。
【详解】(1)已知①SO2(g)+NH3·H2O(aq)=NH4HSO3(aq) ΔH1=akJ/mol;
②NH3·H2O(aq)+ NH4HSO3(aq)=(NH4)2SO3(ag)+H2O(l) ΔH2=bkJ/mol;
③2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq) ΔH3=ckJ/mol。
将①×2+②×2+③,整理可得2SO2(g)+4NH3·H2O(aq)+O2(g) =2(NH4)2SO4(aq)+2H2O(l) ΔH=(2a+2b+c)kJ/mol。
(2)①先计算出0~10 min内的v(CO2)= mol/(L·min),根据化学方程式可知:v(SO2)=v(CO2)=0.042 mol/(L·min);
②A.通入一定量的O2 ,可以使氧气的浓度增大,化学平衡正向移动,使CO2的浓度也随之增大,A正确;
B.加入一定量的粉状碳酸钙,由于该物质是固体,浓度不变,因此对氧气机二氧化碳的浓度无影响,B错误;
C.适当缩小容器的体积,单位体积内O2、CO2的物质的量增加,物质的浓度也都增大,C正确;
D.加入合适的催化剂,对化学平衡无影响,因此不能改变O2、CO2的物质的量浓度,D错误;
故合理选项是AC;
(3)反应在1050K时达到平衡,在1050K前反应未达到平衡,升高温度,化学反应速率加快,更多的反应物反应转化为生成物,物质NO的转化率提高;当温度高于1050K时,由于该反应的正反应为放热反应,升高温度,平衡向吸热的逆反应方向移动,反应物NO的转化率降低;根据图像可知:在1100K时NO的转化率是40%。对于化学反应:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)假设开始时NO的物质的量为1mol,用平衡三段式法计算:
可逆反应:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)
开始n(mol) 1 0 0
转化n(mol) 0.4 0.2 0.2
平衡n(mol) 0.6 0.2 0.2
在1100K时,CO2的体积分数为×100%=20%;
(4)在1050K时NO的转化率为80%,假设反应开始时NO的物质的量为1mol,用三段式法计算:可逆反应:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)
开始n(mol) 1 0 0
转化n(mol) 0.8 0.4 0.4
平衡n(mol) 0.2 0.4 0.4
在同一条件下,气体物质的量的比等于气体产生的压强之比,由于p(总)= 1.1×106 Pa p(NO)= p(总)= p(总);p(CO2)=p(N2)= p(总);
则该反应用平衡分压表示的化学平衡常数Kp==4;
(5)①达到平衡后,在其他条件不变时,升高温度,化学反应速率加快,由于v正=k正·c2(NO)·c2(CO),v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2),V增大,说明k正、k逆增大,由于升高温度,化学平衡向吸热的逆反应方向移动,说明逆反应速率增大的倍数大于正反应速率增大的倍数,所以k正的倍数
2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)
开始c(mol) 1 1 0 0
转化c(mol) 0.4 0.4 0.2 0.4
平衡c(mol) 0.6 0.6 0.2 0.4
由于反应达到平衡时,V正=V逆,所以k正·c2(NO)·c2(CO)= k逆·c(N2)·c2(CO2),则k正︰k逆=。
【点睛】本题综合考查了化学反应原理的知识,包括盖斯定律的应用、外界条件对化学反应速率、化学平衡移动的影响、物质平衡转化率的计算与应用。掌握化学反应基本原理及基本概念是本题解答的关键。
三、选做题(11、12两道题中选择1道题作答,共15分。)
[化学——选修3:物质结构与性质]
11.2018年4月23日,中国人民海军成立69周年。提到海军就不得不提航空母舰,我国正在建造第三艘航空母舰。镍铬钢抗腐蚀性能强,可用于建造航母。
(1)航母甲板镍铬钢表面涂有一层耐高温的材料聚硅氧烷(结构如图甲所示)。基态Cr原子的价电子排布式为_____________,基态Si原子电子占据最高能级的电子云轮廓图为_____________形,元素C、O、F的电负性由大到小的顺序为_____________。
(2)海洋是元素的摇篮,海水中含有大量F、Cl、Br、I元素。
①OF2的空间构型为_____________,其中O原子杂化方式为_____________杂化。
②KCl晶体中存在的化学键类型有_____________;CaCl2熔点要比KCl的熔点高很多,主要原因为____________________________________________________________________。
(3)海底金属软泥是在海洋底覆盖着的一层红棕色沉积物,蕴藏着大量的资源,含有硅、氧化铁、锰、锌等。Zn2+与S2-形成的一种晶胞结构如图乙所示(黑球表示Zn2+,白球表示S2-),Zn2+的配位数为_____________。晶胞边长为a nm、ZnS相对分子质量为M,阿伏加德罗常数的值为NA,其晶体密度的计算表达式为_____________g·cm-3。
【答案】 (1). 3d54s1 (2). 哑铃 (3). F>O>C (4). V形 (5). sp3 (6). 离子键 (7). Ca2+半径比K+小,Ca2+所带电荷数比K+多,CaCl2的晶格能更高 (8). 4 (9).
【解析】
【分析】
(1)依据原子核外电子排布规则写出基态Cr原子的价电子排布式;依据Si的核外电子排布式可知其最高能级为3p能级,3p能级电子云轮廓图为哑铃形;根据C、O、F的非金属性推断其电负性;
(2)①OF2分子的中心原子为O原子,其中含有的孤电子对数为2,σ键数为2,价层电子对数为4,所以OF2的空间构型为V形,其中O原子的杂化方式为sp3杂化;②氯化钾为离子晶体,存在的化学键为离子键;钙离子的半径比钾离子小,钙离子所带电荷数比钾离子多,氯化钙的晶格能更高,所以氯化钙的熔点更高。
(3)通过硫化锌的晶胞结构分析锌离子的周围与之等距离的硫离子,即可知锌离子的配位数;通过硫化锌的晶胞结构可知锌离子的数目为41=4,含有硫离子的数目为,一个晶胞的体积为(a×10-7)3 cm3,由密度公式计算晶体的密度。
【详解】(1)Cr为24号元素,核电荷数为24,故基态Cr原子的价电子排布式为3d54s1;Si元素为14号元素,核电荷数为14,核外电子排布式为1s22s22p63s23p2,最高能级为3p能级,3p能级电子云轮廓图为哑铃形;非金属性:F>O>C,则C、O、F的电负性由大到小的顺序为F>O>C。
(2)①OF2分子的中心原子为O原子,其中含有的孤电子对数为2,σ键数为2,价层电子对数为4,所以OF2的空间构型为V形,其中O原子的杂化方式为sp3杂化;②氯化钾为离子晶体,存在的化学键为离子键;钙离子的半径比钾离子小,钙离子所带电荷数比钾离子多,氯化钙的品格能更高,所以氯化钙的熔点更高。
(3)由硫化锌的晶胞结构可知,每个锌离子的周围与之等距离的硫离子有4个,所以锌离子的配位数为4;一个晶胞中含有锌离子的数目为4,含有硫离子的数目为4,一个晶胞的体积为(a×10-7)3 cm3,则晶体的密度为。
【点睛】计算晶胞密度时,利用晶胞结构计算一个晶胞中含有的离子数,再根据m=nM计算质量,根据V=a3计算体积,由此计算晶体的密度。
【化学-选修5:有机化学基础】
12.某有机合成工厂以植物秸秆或木材为初始原料经过生物发酵,制备聚酯纤维H和医药中间体E,其合成路线如下图所示:
已知:①
回答下列问题:
(1)A的化学名称是________;B所含官能团的名称是________。
(2)X的结构简式________;G→H的反应类型是________。
(3)D→E的化学方程式________。
(4)符合下列条件的G同分异构体共有________种;其中核磁共振氢谱有五组峰的结构简式________。
①能发生银镜反应;②能与FeCl3溶液发生显色反应;③能发生水解反应。
(5)参照上述合成路线,利用CH2=CH-CH=CH2为初始原料设计合成的路线_______________。
【答案】 (1). 2-甲基-1,3-丁二烯(异戊二烯) (2). 碳碳双键、醛基 (3). CH2=CHCHO (4). 缩聚反应 (5). +CH3CH2OH+H2O (6). 13 (7). (8).
【解析】
【分析】
由已知条件①和B的结构简式可知X中含有碳碳双键,且有一个醛基,则X为CH2=CHCHO;再由已知条件②可知C为,C中的醛基被氧化,转化为羧基,D为, D与乙醇在浓硫酸作用下,发生酯化反应,E为。根据G的结构简式,可知G中的羟基,由卤素原子水解得到,F为;G中含有—OH、—COOH,可以发生缩聚反应,以此回答。
【详解】(1)离官能团近且有支链边开始标号,2号碳上有甲基,故A的化学名称是:2-甲基-1,3-丁二烯;B所含官能团有碳碳双键、醛基;故答案为:2-甲基-1,3-丁二烯(异戊二烯);碳碳双键、醛基;
(2)由已知条件①和B的结构简式可知X中含有碳碳双键,且有一个醛基,则X为CH2=CHCHO;G中含有—OH、—COOH,且可以发生反应,则G可以发生缩聚反应,G→H的反应类型是缩聚反应;故答案为:CH2=CHCHO;缩聚反应;
(3) D与乙醇在浓硫酸作用下,发生酯化反应,D中羧基脱掉羟基,E中的醇脱羟基中的H,则D→E的化学方程式+CH3CH2OH+H2O;故答案为:+CH3CH2OH+H2O;
(4)要发生银镜反应,必须得有醛基,FeCl3能和苯酚发生显色,酯类物质可以发生水解,但是G的分子中只有3个O原子,与FeCl3发生显色反应,说明有-OH,但是要同时满足能发生银镜反应和水解反应,则只能为甲酸形成的酯,含有原子团HCOO-,除去苯环,HCOO-,侧链中还有1个C原子,可以在酯中,也可以是单独的甲基,则分为两种情况,苯环上有2个取代基分别为—OH和HCOOCH2—,共3种(邻、间、对),苯环上有3个取代基,分别为—OH、HCOO—和CH3—,共10种,则一共为13种,其中核磁共振氢谱有五组峰的结构说明不同的氢有五种,羟基上的H,和HCOO—的H分别占据1组峰,另一个C上的H占据1组峰,则苯环上的H占据2组峰,则两个取代基处于队伍,符合条件的只有;故答案为:13;;
(5)目标产物中含有一个苯环,而且原料为1,3-丁二烯,类似于A,可以模仿A到C的步骤,但是需要得到只含有一个碳碳双键的物质。目标产物中的2个—OH,可以通过卤素原子水解得到,2个—OH之间相隔4个C原子,联系到双烯烃的1,4-加成,既可以引入卤素原子,又可以得到含有一个碳碳双键的物质。则
答案为:。
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