2021年四川省凉山州高考化学一模试卷
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一、选择题(每题给出的选项中只有一个选项最符合题目要求,每题6分。)
1.(6分)《本草纲目》中对玻璃有如下叙述:“本作黎。黎,国名也。其莹如水,其如玉,故名水玉,与水精(即水晶,主要成分为SiO2)同名。有酒色、紫色、白色,莹澈与水精相似”。下列说法正确的是( )
A.玻璃的成分为SiO2
B.将熟石灰、黏土、石英在高温下熔融,可制得普通玻璃
C.玻璃质地坚硬,但易破碎
D.玻璃容器可用于实验室中盛装NaOH固体,只要注意密封保存
2.(6分)下列有机物X可作为“分子伞”,作药物载体的伞面和中心支撑架(未表示出原子或原子团的空间排列),结构如图,关于该有机物的叙述正确的是( )
A.该有机物能与氢气发生加成反应
B.该分子含有23个碳原子
C.该有机物不能与金属钠反应
D.1molX最多消耗1molNaOH
3.(6分)NA是阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( )
A.22.4L(标准状况)氩气含有的质子数为18NA
B.78g苯含有C=C键的数目为3NA
C.常温常压下,2.24LCO和CO2混合气体中含有的碳原子数目为0.1NA
D.1L 0.1mol•L﹣1NaHCO3溶液中含有0.1NA个HCO3﹣
4.(6分)用如图所示实验装置进行相应实验,不能达到实验目的的是( )
A.用如图所示装置继续煮沸溶液至红褐色,停止加热,当光束通过体系时可产生丁达尔效应
B.用如图所示装置分离苯萃取碘水后已分层的有机层和水层
C.用如图所示装置量取15.00mLNaOH溶液
D.用如图所示装置可观察到酸性KMnO4溶液中出现气泡,且颜色逐渐褪去
5.(6分)下表各组物质中,不满足如图所示物质一步转化关系的选项是( )
选项
X
Y
Z
A
Na
NaOH
NaCl
B
Cu
CuSO4
Cu(OH)2
C
C
CO
CO2
D
Fe
FeCl3
FeCl2
A.A B.B C.C D.D
6.(6分)惰性电极电解NaHSO3溶液可用于制取硫酸,装置如图所示,下列说法错误的是( )
A.通过阴离子交换膜交换的离子主要是SO32﹣
B.图中右侧电极应连接电源的正极
C.装置右侧产生的气体可能为混合气体
D.Ⅰ溶液为制取的硫酸
7.(6分)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,它们原子的最外层电子数之和为20,W、X原子的最外层电子数之比为4:3,X的单质常温下能溶于Y的最高价氧化物的水化物的稀溶液,却不溶于其浓溶液,下列说法正确的是( )
A.非金属性:Y>Z>W>X
B.元素Z的含氧酸的酸性一定比Y的强
C.Y、Z的单质可用于消毒、灭菌
D.原子半径:Z<Y<X<W
三、非选择题(本卷包括必考题和选考题两部分。第8~10题为必考题,每个试题考生都必须作答。第11~12题为选考题,考生根据要求作答。)(一)必考题:共43分
8.(14分)甲醇是极为重要的有机化工原料,目前主要采用合成气(CO2+H2)为原料的化学合成法,回答下列问题:
(1)CO2和H2反应生成甲醇和水,产物的物质的量之比为 ,当反应达到平衡时,若增大压强,则n(CH3OH) 。(填变大、变小或不变)
(2)一定条件下甲醇合成反应的产率与温度和压强变化的关系如图所示:则横坐标代表 ,该反应的△H 0(填>、<或=),a、b、c由小到大的顺序为 。
(3)一定温度,恒定压强为1MPa时,按物质的量之比为1:2投入CO2和H2,达到平衡时CO2转化率为60%,产物均为气体,计算该温度时反应的平衡常数为 (MPa)﹣2(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(4)实际生产中采用的条件多为低温、低压(利于控制),但反应速率会受影响,为解决这一矛盾,关键在于 。合成过程中反应热必须及时移除,否则造成的不良后果是 。(写出一条)
9.(14分)我国钨酸生产中产出的黑钨矿碱煮渣的主要成分为Fe(Ⅱ),Mn(Ⅱ),钪及Ca的碳酸盐,还含有少量的钨、铌、钽等金属,为了合理利用资源,变废为宝,某冶金实验室设计了如图所示的工业生产流程。
回答下列问题:
(1)钪在元素周期表中的位置是 。
(2)采用热浓盐酸可有效提高浸取率,缩短溶浸时间,若用硫酸作为浸取剂,酸浸渣会多出一种物质待进一步处置,该物质是 (写名称);若用硝酸浸取,则会产生氮氧化物废气,写出碳酸亚铁与稀硝酸反应的化学方程式 ;实际生产用热浓盐酸也有不足之处,不足之处可能为 。
(3)煮沸的目的是 。
(4)已知常温下Ksp[Sc(OH)3]=8.0×10﹣26,若要使溶液中的Sc3+完全沉淀(浓度≤10﹣5mol•L﹣1),至少需要调节pH≥ 。(已知lg5=0.7)
(5)除了可以用浓氨水沉淀外,还可以用草酸替代,并将所得沉淀在空气中煅烧来制得Sc2O3,写出煅烧过程的化学方程式 。
10.(15分)盐酸的生产原料有氢气、氯气,均来自氯碱工业产品,某科研小组采用U型管电解饱和食盐水制备原料气,在此基础上设计了氯化氢合成炉模拟装置,如图所示。
回答下列问题:
(1)电源A极为 。(填正极或负极)
(2)按图示连接好装置并装入药品,接通电源开始电解,打开活塞1和5,待H2充满燃烧外管并验纯后点燃H2,H2在外管口安静的燃烧,观察到火焰呈现黄色,可能的原因是 。
(3)实验选用热的饱和食盐水,一是可以加快NaCl的溶解速率,提高浓度,二是 。
(4)反应进行一段时间后,燃烧外管内可能会产生液体,将影响H2的平稳通入导致燃烧不顺畅,处理的方法是 。
(5)将多余的氯气用100mL 1.7mol/L的NaOH溶液完全吸收。对吸收后的溶液进行分析化验,测知c(OH﹣)=0.1mol/L(不考虑反应前后溶液的体积变化)。ClO﹣和ClO3﹣的物质的量浓度之比为5:1。请回答下列问题:
①请写出氯气与氢氧化钠溶液反应中主要反应的离子反应方程式 ,吸收氯气消耗的NaOH的物质的量为 mol。
②被氧化的氯气的物质的量为 mol,被还原的氯气的物质的量为 mol。
(二)选考题:共45分[化学-选修3物质结构与性质]
11.(15分)Cu(Ⅰ)可以形成多种化合物,回答下列问题:
(1)Cu2O在实验室中可用葡萄糖还原Cu(Ⅱ)的碱性溶液来制备,构成葡萄糖的元素原子半径由大到小的顺序是 。
(2)Cu2S为黑色晶体,25℃时Ksp为1×10﹣48,可溶于氰化钾溶液,其方程式为Cu2S+4CN﹣=2[Cu(CN)2]﹣+S2﹣,写出CN﹣的两种等电子体 。(分子、离子各一种)
(3)卤族元素也可与Cu(Ⅰ)形成化合物,其中CuCl,CuBr,CuI的熔点如下表。
物质
CuCl
CuBr
CuI
熔点/℃
430
483
588
熔点呈现如此变化的原因可能是 。
(4)CuCl的盐酸溶液能吸收CO形成[Cu(CO)Cl•H2O],其结构为图1所示。
该化合物中存在 种配位键,配位原子有 。(填元素名称)
(5)常温下,卤化亚铜晶体均为闪锌矿结构,温度升高至350℃后均转变为纤锌矿结构,如图2所示:
闪锌矿结构中Zn原子的配位数是 ,纤锌矿结构中S原子的堆积方式为 ,常温下若CuBr的晶胞参数是anm,则其密度是 g•cm﹣3(列式不用计算结果)。
[化学-选修5有机化学基础](15分)
12.姜酮醇是生姜中辛辣气味的组成物质,其合成路线如图1所示。
已知羟醛缩合反应原理是醛/酮的α﹣H与另外的醛/酮的羰基碳之间的反应,而无α﹣H的醛(如苯甲醛)可与有α﹣H的醛/酮进行定向缩合反应,有助于减少醛/酮自身缩合的副反应发生,反应原理如图2所示:
回答下列问题:
(1)物质A的官能团有 。
(2)写出物质B的结构简式 。
(3)实验过程中,物质B除了目标结构外,还分离出了另一种羟醛缩合产物,试写出该副产物的结构简式 。(不考虑丙酮的自身缩合)
(4)反应物a的名称是 ,其同类物质共有 种同分异构体。(不包括a)
(5)姜酮醇 手性碳原子。(填有或无)
(6)有研究人员尝试了如图3所示羟醛缩合反应,试说明影响产物比例的主要因素是 。
2021年四川省凉山州高考化学一诊试卷
参考答案与试题解析
一、选择题(每题给出的选项中只有一个选项最符合题目要求,每题6分。)
1.(6分)《本草纲目》中对玻璃有如下叙述:“本作黎。黎,国名也。其莹如水,其如玉,故名水玉,与水精(即水晶,主要成分为SiO2)同名。有酒色、紫色、白色,莹澈与水精相似”。下列说法正确的是( )
A.玻璃的成分为SiO2
B.将熟石灰、黏土、石英在高温下熔融,可制得普通玻璃
C.玻璃质地坚硬,但易破碎
D.玻璃容器可用于实验室中盛装NaOH固体,只要注意密封保存
【分析】A.玻璃用石灰石、纯碱、石英为原料制备;
B.玻璃的主要成分为硅酸盐和二氧化硅;
C.依据玻璃易碎的性质解答;
D.玻璃中含有二氧化硅,能够与氢氧化钠反应生成具有粘性硅酸钠溶液。
【解答】解:A.玻璃用石灰石、纯碱、石英为原料制备,主要成分为硅酸盐和二氧化硅,故A错误;
B.玻璃的主要成分为硅酸盐和二氧化硅,用石灰石、纯碱、石英为原料,故B错误;
C.玻璃质地坚硬,容易破碎,故C正确;
D.玻璃中含有二氧化硅,能够与氢氧化钠反应生成具有粘性硅酸钠溶液,所以不能用带有磨口玻璃塞的玻璃试剂瓶盛放NaOH溶液,故D错误;
故选:C。
【点评】本题考查了元素化合物知识,熟悉玻璃成分、制备原理、性质是解题关键,题目难度不大。
2.(6分)下列有机物X可作为“分子伞”,作药物载体的伞面和中心支撑架(未表示出原子或原子团的空间排列),结构如图,关于该有机物的叙述正确的是( )
A.该有机物能与氢气发生加成反应
B.该分子含有23个碳原子
C.该有机物不能与金属钠反应
D.1molX最多消耗1molNaOH
【分析】该分子中含有醇羟基、羧基,具有醇和羧酸的性质,一定条件下能发生氧化反应、消去反应、酯化反应、缩聚反应等。
【解答】解:A.该分子中不含碳碳不饱和键、苯环或醛基、羰基,所以不能和氢气发生加成反应,故A错误;
B.根据结构简式知,该分子中含有24个碳原子,故B错误;
C.该分子中含有醇羟基和羧基,所以能和钠反应生成氢气,故C错误;
D.羧基能和NaOH以1:1发生中和反应,该分子中含有1个羧基,所以1molX最多能和1molNaOH反应,故D正确;
故选:D。
【点评】本题考查有机物的结构与性质,为高考常见题型,侧重考查学生的分析能力,明确常见有机物的性质即可解答,注意把握有机物的官能团与性质的关系来解答,题目难度不大。
3.(6分)NA是阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( )
A.22.4L(标准状况)氩气含有的质子数为18NA
B.78g苯含有C=C键的数目为3NA
C.常温常压下,2.24LCO和CO2混合气体中含有的碳原子数目为0.1NA
D.1L 0.1mol•L﹣1NaHCO3溶液中含有0.1NA个HCO3﹣
【分析】A.氩气为稀有气体,为单原子分子,计算气体物质的量n=,氩气分子中含18个质子;
B.苯分子中不含碳碳双键;
C.常温常压下,2.24LCO和CO2混合气体物质的量不能用标准状况下气体摩尔体积计算;
D.NaHCO3溶液中碳酸氢根离子为弱酸阴离子,能发生水解而减小。
【解答】解:A.气体物质的量n==1mol,氩气为稀有气体,为单原子分子,1mol气体含质子18NA,故A正确;
B.苯分子是六个碳碳键完全相同的特殊化学键,不存在碳碳双键,故B错误;
C.常温常压下,气体摩尔体积不是22.4L/mol,2.24LCO和CO2混合气体物质的量不是0.1mol,故C错误;
D.1L 0.1mol•L﹣1NaHCO3溶液中,溶质物质的量n=1L×0.1mol•L﹣1=0.1mol,碳酸氢根离子水溶液中水解,溶液中含有HCO3﹣小于0.1NA个,故D错误;
故选:A。
【点评】本题考查了阿伏加德罗常数的分析,主要是分子结构、气体摩尔体积应用条件、盐类水解等,掌握概念实质是解题关键,题目难度不大。
4.(6分)用如图所示实验装置进行相应实验,不能达到实验目的的是( )
A.用如图所示装置继续煮沸溶液至红褐色,停止加热,当光束通过体系时可产生丁达尔效应
B.用如图所示装置分离苯萃取碘水后已分层的有机层和水层
C.用如图所示装置量取15.00mLNaOH溶液
D.用如图所示装置可观察到酸性KMnO4溶液中出现气泡,且颜色逐渐褪去
【分析】A.煮沸溶液至红褐色,停止加热,水解生成胶体;
B.苯萃取碘水后,水在下层;
C.滴定管的感量为0.01mL;
D.浓硫酸使蔗糖脱水后,C与浓硫酸反应生成二氧化硫,二氧化硫可被酸性高锰酸钾氧化。
【解答】解:A.煮沸溶液至红褐色,停止加热,水解生成胶体,当光束通过体系时可产生丁达尔效应,故A正确;
B.苯萃取碘水后,水在下层,图中现象不合理,故B错误;
C.滴定管的感量为0.01mL,可量取15.00mLNaOH溶液,故C正确;
D.浓硫酸使蔗糖脱水后,C与浓硫酸反应生成二氧化硫,二氧化硫可被酸性高锰酸钾氧化,则观察到酸性KMnO4溶液中出现气泡,且颜色逐渐褪去,故D正确;
故选:B。
【点评】本题考查化学实验方案的评价,为高频考点,把握物质的性质、胶体制备、中和滴定、混合物分离提纯、实验操作为解答的关键,侧重分析与实验能力的考查,注意实验的评价性分析,题目难度不大。
5.(6分)下表各组物质中,不满足如图所示物质一步转化关系的选项是( )
选项
X
Y
Z
A
Na
NaOH
NaCl
B
Cu
CuSO4
Cu(OH)2
C
C
CO
CO2
D
Fe
FeCl3
FeCl2
A.A B.B C.C D.D
【分析】A.Na与水反应生成NaOH,NaOH与盐酸反应生成氯化钠,电解熔融氯化钠生成Na;
B.Cu与浓硫酸加热反应生成硫酸铜,硫酸铜与NaOH反应生成氢氧化铜,氢氧化铜不能一步转化为Cu;
C.C与氧气反应生成CO,CO与氧气反应生成二氧化碳,二氧化碳与Mg反应生成MgO和C;
D.Fe与氯气反应生成氯化铁,氯化铁与Fe反应生成氯化亚铁,氯化亚铁与Zn反应生成Fe。
【解答】解:A.Na与水反应生成NaOH,NaOH与盐酸反应生成氯化钠,电解熔融氯化钠生成Na,满足一步转化完成,故A不选;
B.Cu与浓硫酸加热反应生成硫酸铜,硫酸铜与NaOH反应生成氢氧化铜,氢氧化铜不能一步转化为Cu,则不能满足一步转化,故B选;
C.C与氧气反应生成CO,CO与氧气反应生成二氧化碳,二氧化碳与Mg反应生成MgO和C,满足一步转化完成,故C不选;
D.Fe与氯气反应生成氯化铁,氯化铁与Fe反应生成氯化亚铁,氯化亚铁与Zn反应生成Fe,满足一步转化完成,故D不选;
故选:B。
【点评】本题考查金属及化合物的性质,为高频考点,把握物质的性质、发生的反应为解答的关键,侧重分析与应用能力的考查,注意元素化合物知识的应用,题目难度不大。
6.(6分)惰性电极电解NaHSO3溶液可用于制取硫酸,装置如图所示,下列说法错误的是( )
A.通过阴离子交换膜交换的离子主要是SO32﹣
B.图中右侧电极应连接电源的正极
C.装置右侧产生的气体可能为混合气体
D.Ⅰ溶液为制取的硫酸
【分析】用惰性电极电解NaHSO3溶液制硫酸,阴极上水放电生成氢气,电极反应式为2H2O+2e﹣=H2↑+2OH﹣,生成的氢氧根离子和亚硫酸氢根离子发生反应OH﹣+HSO3﹣=SO32﹣+H2O,SO32﹣通过阴离子交换膜向阳极移动,Ⅰ溶液为稀NaHSO3溶液,右侧为阳极,起始时水放电,电极反应式为2H2O﹣4e﹣=O2↑+4H+,SO32﹣+2H+=SO2↑+H2O,后阳极上SO32﹣失电子生成SO42﹣,阳极电极反应式为SO32﹣+H2O﹣2e﹣=SO42﹣+2H+,Ⅱ溶液为硫酸。
【解答】解:A.SO32﹣通过阴离子交换膜向阳极移动,故A正确;
B.右侧为阳极,应连接电源的正极,故B正确;
C.装置右侧产生的气体可能为氧气和二氧化硫混合气体,故C正确;
D.Ⅱ溶液为硫酸,故D错误;
故选:D。
【点评】本题考查了电解原理的应用,明确每一极发生的电极反应是解答本题的关键,题目难度中等,侧重于考查学生的分析问题能力和解决问题能力。
7.(6分)短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,它们原子的最外层电子数之和为20,W、X原子的最外层电子数之比为4:3,X的单质常温下能溶于Y的最高价氧化物的水化物的稀溶液,却不溶于其浓溶液,下列说法正确的是( )
A.非金属性:Y>Z>W>X
B.元素Z的含氧酸的酸性一定比Y的强
C.Y、Z的单质可用于消毒、灭菌
D.原子半径:Z<Y<X<W
【分析】短周期主族元素W、X、Y、Z的原子序数依次增大,它们原子的最外层电子数之和为20,W、X原子的最外层电子数之比为4:3,最外层电子数小于8,说明W、X的最外层电子数分别为4、3,结合原子序数可知,W为C,X为Al;X的单质常温下能溶于Y的最高价氧化物的水化物的稀溶液,却不溶于其浓溶液,Y的原子序数大于Al,则Y为S;Z的原子序数大于S,则Z为Cl元素,以此分析解答。
【解答】解:结合分析可知,W为C,X为Al,Y为S,Z为Cl元素,
A.同一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,则非金属性:Z>Y>W>X,故A错误;
B.没有指出元素最高价,无法比较Z、Y的含氧酸酸性,故B错误;
C.Y、Z的单质分别为硫磺、氯气,硫磺能抑制皮脂分泌,杀灭细菌、霉菌、寄生虫等,对皮肤病有辅助治疗作用;氯气具有强氧化性,能够杀菌消毒,故C正确;
D.同一周期从左向右原子半径逐渐减小,同主族从上到下原子半径逐渐增大,则原子半径:W<Z<Y<X,故D错误;
故选:C。
【点评】本题考查原子结构与元素周期律,为高频考点,把握原子序数、原子结构推断元素为解答的关键,侧重分析与应用能力的考查,注意规律性知识的应用,题目难度不大。
三、非选择题(本卷包括必考题和选考题两部分。第8~10题为必考题,每个试题考生都必须作答。第11~12题为选考题,考生根据要求作答。)(一)必考题:共43分
8.(14分)甲醇是极为重要的有机化工原料,目前主要采用合成气(CO2+H2)为原料的化学合成法,回答下列问题:
(1)CO2和H2反应生成甲醇和水,产物的物质的量之比为 1:1 ,当反应达到平衡时,若增大压强,则n(CH3OH) 变大 。(填变大、变小或不变)
(2)一定条件下甲醇合成反应的产率与温度和压强变化的关系如图所示:则横坐标代表 温度 ,该反应的△H < 0(填>、<或=),a、b、c由小到大的顺序为 c<b<a 。
(3)一定温度,恒定压强为1MPa时,按物质的量之比为1:2投入CO2和H2,达到平衡时CO2转化率为60%,产物均为气体,计算该温度时反应的平衡常数为 364.5 (MPa)﹣2(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(4)实际生产中采用的条件多为低温、低压(利于控制),但反应速率会受影响,为解决这一矛盾,关键在于 催化剂 。合成过程中反应热必须及时移除,否则造成的不良后果是 催化剂失活 。(写出一条)
【分析】(1)反应方程式为CO2(g)+3H2(g)=CH3OH (g)+H2O(g),据此分析;
(2)横坐标增大,产率降低,据此分析温度与焓变的关系,固定横坐标,分析相同温度下压强对转化率的影响;
(3)CO2的转化率为60%,设投入1molCO2,2molH2,即反应转化的CO2为1×60%=0.6mol,
由化学平衡的三段法计算可知,
CO2 (g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) 单位:mol
起始(mol) 1 2 0 0
变化(mol) 0.6 1.8 0.6 0.6
平衡(mol) 0.4 0.2 0.6 0.6
据相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比,
容器内物质的量之和为0.4+0.2+0.6+0.6=1.8mol,p(CO2)=1MPa×,p(H2)=1MPa×,p(CH3OH)=1MPa×,p(H2O)=1MPa×,结合平衡常数计算公式进行计算;
(4)催化剂既不改变反应平衡,又能够提高反应速率,据此回答问题。
【解答】解:(1)反应的方程式为CO2(g)+3H2(g)=CH3OH (g)+H2O(g),则生成1 mol CH3OH同时生成1mol水,两者物质的量之比为1:1,若增大压强,平衡右移,n(CH3OH)变大;
故答案为:1:1;变大
(2)以一条曲线为例,横坐标增大,产率降低,说明增大该因素,平衡左移,结合数据可知,横坐标为温度,反应为放热反应,△H<0,固定横坐标,相同温度下,压强越大,转化率越大,故压强c<b<a,
故答案为:温度;<;c<b<a;
(3)CO2的转化率为60%,设投入1molCO2,2molH2,即反应转化的CO2为1×60%=0.6mol,
由化学平衡的三段法计算可知,
CO2 (g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) 单位:mol
起始(mol) 1 2 0 0
变化(mol) 0.6 1.8 0.6 0.6
平衡(mol) 0.4 0.2 0.6 0.6
据相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比,
容器内物质的量之和为0.4+0.2+0.6+0.6=1.8mol,p(CO2)=1MPa×,p(H2)=1MPa×,p(CH3OH)=1MPa×,p(H2O)=1MPa×,故反应平衡常数Kp==≈364.5(MPa)﹣2,
故答案为:364.5;
(4)实际生产中采用的条件多为低温、低压(利于控制),但反应速率会受影响,在既不影响平衡的条件下提高反应速率,故采用催化剂解决这一问题,合成过程中反应热必须及时移除,否则造成的不良后果是催化剂失活,
故答案为:催化剂;催化剂失活。
【点评】本题考查化学反应平衡相关内容,涉及平衡常数计算,平衡移动,催化剂等内容,图中图象分析为本题重点,明确图象中的数据,结合平衡移动规律解答该题,整体难度适中。
9.(14分)我国钨酸生产中产出的黑钨矿碱煮渣的主要成分为Fe(Ⅱ),Mn(Ⅱ),钪及Ca的碳酸盐,还含有少量的钨、铌、钽等金属,为了合理利用资源,变废为宝,某冶金实验室设计了如图所示的工业生产流程。
回答下列问题:
(1)钪在元素周期表中的位置是 第四周期第ⅢB族 。
(2)采用热浓盐酸可有效提高浸取率,缩短溶浸时间,若用硫酸作为浸取剂,酸浸渣会多出一种物质待进一步处置,该物质是 硫酸钙 (写名称);若用硝酸浸取,则会产生氮氧化物废气,写出碳酸亚铁与稀硝酸反应的化学方程式 3FeCO3+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+3CO2↑+5H2O ;实际生产用热浓盐酸也有不足之处,不足之处可能为 易产生大量酸雾腐蚀设备 。
(3)煮沸的目的是 除去二氧化碳、氯化氢 。
(4)已知常温下Ksp[Sc(OH)3]=8.0×10﹣26,若要使溶液中的Sc3+完全沉淀(浓度≤10﹣5mol•L﹣1),至少需要调节pH≥ 7.3 。(已知lg5=0.7)
(5)除了可以用浓氨水沉淀外,还可以用草酸替代,并将所得沉淀在空气中煅烧来制得Sc2O3,写出煅烧过程的化学方程式 2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2 。
【分析】黑钨矿碱煮渣的主要成分为Fe(Ⅱ),Mn(Ⅱ),钪及Ca的碳酸盐,还含有少量的钨、铌、钽等金属,粉碎加入热的浓盐酸发生反应得到浸出液主要为亚铁离子、锰离子、钪离子,钙离子等,过滤得到滤渣主要是回收钨、铌、钽等金属,浸出液中加入氨水过滤,得到滤渣为Sc(OH)3、Fe(OH)2、Mn(OH)2等,加入碳酸钠溶液过滤得到滤液为碱式碳酸钪溶液,滤渣为Fe(OH)2、Mn(OH)2等,滤液中加入盐酸、煮沸、加入浓氨水得到Sc(OH)3,煅烧得到Sc2O3,
(1)钪为21号元素,核电荷数为21,核外电子层数4个,价电子层结构为3d14s2;
(2)硫酸钙微溶于水,若用硝酸浸取,则会产生氮氧化物废气,碳酸亚铁与稀硝酸反应生成硝酸铁、一氧化氮、二氧化碳和水,实际生产用热浓盐酸也有不足之处,浓盐酸易挥发出氯化氢;
(3)滤液中含有二氧化碳、氯化氢气体,影响得到氢氧化钪的生成;
(4)已知常温下Ksp[Sc(OH)3]=8.0×10﹣26,若要使溶液中的Sc3+完全沉淀(浓度≤10﹣5mol•L﹣1)结合溶度积常数计算氢氧根离子浓度,得到氢离子浓度来计算pH;
(5)除了可以用浓氨水沉淀外,还可以用草酸替代,并将所得沉淀在空气中煅烧来制得Sc2O3,草酸钪煅烧和氧气反应,生成三氧化二钪和二氧化碳。
【解答】解:(1)钪为21号元素,核电荷数为21,核外电子层数4个,价电子层结构为3d14s2,位于周期表的第四周期第ⅢB族,
故答案为:第四周期第ⅢB族;
(2)若用硫酸作为浸取剂,酸浸渣会多出一种物质待进一步处置,这种物质为CaSO4,名称为硫酸钙,若用硝酸浸取,则会产生氮氧化物废气,碳酸亚铁与稀硝酸反应的化学方程式为:3FeCO3+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+3CO2↑+5H2O,实际生产用热浓盐酸也有不足之处,反应过程中易产生大量酸雾腐蚀设备,造成原材料浪费,
故答案为:硫酸钙;3FeCO3+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+3CO2↑+5H2O;易产生大量酸雾腐蚀设备;
(3)煮沸的目的是除去二氧化碳、氯化氢气体,防止干扰产物的纯度,
故答案为:除去二氧化碳、氯化氢;
(4)已知常温下Ksp[Sc(OH)3]=c(Sc3+)×c3(OH﹣)=8.0×10﹣26,若要使溶液中的Sc3+完全沉淀(浓度≤10﹣5mol•L﹣1),氢氧根离子浓度c(OH﹣)≥=2×10﹣7mol/L,c(H+)≤mol/L=5×10﹣8mol/L,若要使溶液中的Sc3+完全沉淀(浓度≤10mol•L﹣1),至少需要调节pH≥﹣lg5×10﹣8mol/L=8﹣lg5=7.3,
故答案为:7.3;
(5)除了可以用浓氨水沉淀外,还可以用草酸替代,生成草酸钪沉淀,将所得沉淀在空气中煅烧来制得Sc2O3,草酸钪煅烧和氧气反应,生成三氧化二钪和二氧化碳,反应的化学方程式为:2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2,
故答案为:2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2。
【点评】本题属于化学工艺流程题目,为高考常见题型,涉及物质的分离提纯、对原理的分析评价、实验基本操作、溶度积有关计算等,关键是对工艺流程的理解,是对学生综合能力的考查,题目难度中等。
10.(15分)盐酸的生产原料有氢气、氯气,均来自氯碱工业产品,某科研小组采用U型管电解饱和食盐水制备原料气,在此基础上设计了氯化氢合成炉模拟装置,如图所示。
回答下列问题:
(1)电源A极为 正极 。(填正极或负极)
(2)按图示连接好装置并装入药品,接通电源开始电解,打开活塞1和5,待H2充满燃烧外管并验纯后点燃H2,H2在外管口安静的燃烧,观察到火焰呈现黄色,可能的原因是 玻璃中含有钠元素 。
(3)实验选用热的饱和食盐水,一是可以加快NaCl的溶解速率,提高浓度,二是 降低氯气的溶解度 。
(4)反应进行一段时间后,燃烧外管内可能会产生液体,将影响H2的平稳通入导致燃烧不顺畅,处理的方法是 打开活塞2,放出液体后,关闭活塞 。
(5)将多余的氯气用100mL 1.7mol/L的NaOH溶液完全吸收。对吸收后的溶液进行分析化验,测知c(OH﹣)=0.1mol/L(不考虑反应前后溶液的体积变化)。ClO﹣和ClO3﹣的物质的量浓度之比为5:1。请回答下列问题:
①请写出氯气与氢氧化钠溶液反应中主要反应的离子反应方程式 Cl2+2OH﹣=Cl﹣+ClO﹣+H2O ,吸收氯气消耗的NaOH的物质的量为 0.16 mol。
②被氧化的氯气的物质的量为 0.03 mol,被还原的氯气的物质的量为 0.05 mol。
【分析】(1)由图可知,与A极相连的电极产生的是氯气,多余的氯气通过氢氧化钠溶液吸收,所以该电极为阳极,与阳极相连的为外电源的正极;
(2)H2无焰色反应,钠元素的焰色反应为黄色,玻璃中含有钠元素;
(3)气体的溶解度会随着温度的升高而降低;
(4)由图可知,可以打开活塞2,将产生的液体放入到盛有氢氧化钠溶液的烧杯中,然后关闭活塞;
(5)①因为反应后的溶液中,ClO﹣和ClO3﹣的物质的量浓度之比为5:1,即主要生成了ClO﹣,即可写出主要反应的离子反应方程式,开始时n(NaOH)=0.17mol,吸收氯气后,n(NaOH)=0.01mol,即可计算出吸收氯气消耗的NaOH的物质的量;
②根据题意可知,还发生反应:3Cl2+6OH﹣=5Cl﹣+ClO3﹣+3H2O,结合ClO﹣和ClO3﹣的物质的量浓度之比为5:1,可得反应的总式为:8Cl2+16OH﹣=10Cl﹣+5ClO﹣+ClO3﹣+3H2O,依据反应中消耗NaOH的物质的量,计算出消耗氯气的物质的量,进一步计算出被氧化的和被还原的氯气的物质的量。
【解答】解:(1)由图可知,与A极相连的一极产生的是氯气,多余的氯气通过氢氧化钠溶液吸收,进行尾气处理,所以该电极为阳极,则A为正极,
故答案为:正极;
(2)H2在外管口安静的燃烧,观察到火焰呈现黄色,主要原因是玻璃中含有钠元素,钠的焰色反应为黄色,
故答案为:玻璃中含有钠元素;
(3)实验选用热的饱和食盐水,一是可以加快NaCl的溶解速率,提高浓度,二是可以降低氯气的溶解度,减少氯气的溶解损失,
故答案为:降低氯气的溶解度;
(4)反应进行一段时间后,燃烧外管内可能会产生液体,将影响H2的平稳通入导致燃烧不顺畅,处理的方法是打开活塞2,将产生的液体放入到盛有氢氧化钠溶液的烧杯中,然后关闭活塞,
故答案为:打开活塞2,放出液体后,关闭活塞;
(5)①因为反应后的溶液中,ClO﹣和ClO3﹣的物质的量浓度之比为5:1,即主要生成了ClO﹣,所以主要反应的离子反应方程式为:Cl2+2OH﹣=Cl﹣+ClO﹣+H2O,开始时n(NaOH)=1.7mol/L×0.1L=0.17mol,吸收氯气后,n(NaOH)=0.1mol/L×0.1L=0.01mol,则吸收氯气消耗的NaOH的物质的量为0.16mol,
故答案为:Cl2+2OH﹣=Cl﹣+ClO﹣+H2O;0.16;
②除上述反应外,还发生反应:3Cl2+6OH﹣=5Cl﹣+ClO3﹣+3H2O,根据ClO﹣和ClO3﹣的物质的量浓度之比为5:1,可得反应的总式为:8Cl2+16OH﹣=10Cl﹣+5ClO﹣+ClO3﹣+3H2O,结合反应中消耗NaOH的物质的量为0.16mol,则消耗氯气的物质的量为:=0.08mol,其中被氧化的为:0.08mol×=0.03mol,被还原的氯气为:0.08mol×=0.05mol,
故答案为:0.03;0.05。
【点评】本题主要考查电解原理的应用,氧化还原反应的应用,同时考查学生的看图、读图的理解能力、应用能力,对学生的思维能力要求较高,属于中等难度题型。
(二)选考题:共45分[化学-选修3物质结构与性质]
11.(15分)Cu(Ⅰ)可以形成多种化合物,回答下列问题:
(1)Cu2O在实验室中可用葡萄糖还原Cu(Ⅱ)的碱性溶液来制备,构成葡萄糖的元素原子半径由大到小的顺序是 C>O>H 。
(2)Cu2S为黑色晶体,25℃时Ksp为1×10﹣48,可溶于氰化钾溶液,其方程式为Cu2S+4CN﹣=2[Cu(CN)2]﹣+S2﹣,写出CN﹣的两种等电子体 N2、C 。(分子、离子各一种)
(3)卤族元素也可与Cu(Ⅰ)形成化合物,其中CuCl,CuBr,CuI的熔点如下表。
物质
CuCl
CuBr
CuI
熔点/℃
430
483
588
熔点呈现如此变化的原因可能是 三者均为分子晶体,相对分子质量逐渐增大,熔沸点逐渐升高 。
(4)CuCl的盐酸溶液能吸收CO形成[Cu(CO)Cl•H2O],其结构为图1所示。
该化合物中存在 3 种配位键,配位原子有 碳、氧、氯 。(填元素名称)
(5)常温下,卤化亚铜晶体均为闪锌矿结构,温度升高至350℃后均转变为纤锌矿结构,如图2所示:
闪锌矿结构中Zn原子的配位数是 4 ,纤锌矿结构中S原子的堆积方式为 六方最密堆积 ,常温下若CuBr的晶胞参数是anm,则其密度是 g•cm﹣3(列式不用计算结果)。
【分析】(1)葡萄糖含有C、H、O三种元素,H原子是所以原子中半径最小的原子,同周期自左至右,元素原子半径逐渐减小,则半径:C>O,即可判断三种元素原子半径的大小关系;
(2)互为等电子体的微粒之间具有相同的原子数和价电子数,CN﹣的原子数为2,价电子数为10,根据同族元素或左右元素互换的方法,即可推出与CN﹣互为等电子体的微粒;
(3)根据表中数据可知,三者均为分子晶体;
(4)由图可知,该化合物中含有3种配位键,配位原子分别为:C、O、Cl;
(5)由图可知,闪锌矿结构中锌的配位数是4,纤锌矿结构中S原子属于六方最密堆积,CuBr的晶胞类似闪锌矿结构,根据均摊法计算可知,Cu原子的个数为4,Br原子的个数为4,则晶胞的质量为:=,晶胞的体积为:(a×10﹣7cm)3,即可计算出晶胞的密度。
【解答】解:(1)葡萄糖的化学式为:C6H12O6,含有C、H、O三种元素,H原子是所以原子中半径最小的原子,同周期自左至右,元素原子半径逐渐减小,则半径:C>O,所以三种元素原子半径的大小关系为:C>O>H,
故答案为:C>O>H;
(2)互为等电子体的微粒之间具有相同的原子数和价电子数,CN﹣的原子数为2,价电子数为:4+5+1=10,根据同族元素或左右元素互换的方法可知,与CN﹣互为等电子体的微粒可以是:N2、C,
故答案为:N2、C;
(3)根据表中数据可知,三者均为分子晶体,且相对分子质量逐渐增大,分子间作用力逐渐增大,熔沸点逐渐升高,
故答案为:三者均为分子晶体,相对分子质量逐渐增大,熔沸点逐渐升高;
(4)由图可知,该化合物中含有3种配位键,即Cu←Cl、Cu←C、Cu←O三种配位键,配位原子分别为:C、O、Cl,
故答案为:3;碳、氧、氯;
(5)由图可知,闪锌矿结构中每个Zn原子与4个氧原子相连,所以锌的配位数是4,纤锌矿结构中S原子位于顶点和面心,属于六方最密堆积,CuBr的晶胞类似闪锌矿结构,根据均摊法计算可知,Cu原子的个数为:8×=4,Br原子的个数为:4×1=4,则晶胞的质量为:=,晶胞的体积为:(a×10﹣7cm)3,所以晶胞的密度为:==g•cm﹣3,
故答案为:4;六方最密堆积;。
【点评】本题主要考查学生对原子结构和性质的理解与掌握,属于难题,掌握原子半径大小的比较、晶体类型、配位键与配位原子、等电子体的判断,明确晶胞的计算方法是解题的关键,同时考查学生读题获取信息的能力,根据信息分析解决问题的能力,具有一定的综合性。
[化学-选修5有机化学基础](15分)
12.姜酮醇是生姜中辛辣气味的组成物质,其合成路线如图1所示。
已知羟醛缩合反应原理是醛/酮的α﹣H与另外的醛/酮的羰基碳之间的反应,而无α﹣H的醛(如苯甲醛)可与有α﹣H的醛/酮进行定向缩合反应,有助于减少醛/酮自身缩合的副反应发生,反应原理如图2所示:
回答下列问题:
(1)物质A的官能团有 醛基、醚键、羟基 。
(2)写出物质B的结构简式 。
(3)实验过程中,物质B除了目标结构外,还分离出了另一种羟醛缩合产物,试写出该副产物的结构简式 。(不考虑丙酮的自身缩合)
(4)反应物a的名称是 己醛 ,其同类物质共有 7 种同分异构体。(不包括a)
(5)姜酮醇 有 手性碳原子。(填有或无)
(6)有研究人员尝试了如图3所示羟醛缩合反应,试说明影响产物比例的主要因素是 空间位阻 。
【分析】图1中A和丙酮发生加成反应生成B,B脱水生成C,根据A、C的结构简式知,B为,C中碳碳双键和氢气发生加成反应生成,和a反应生成姜酮醇,根据该反应前后结构简式知,a为CH3(CH2)4CHO。
【解答】解:(1)根据A的结构简式知,物质A的官能团有醛基、醚键、羟基,
故答案为:醛基、醚键、羟基;
(2)通过以上分析知,物质B的结构简式为,
故答案为:;
(3)实验过程中,物质B除了目标结构外,还分离出了另一种羟醛缩合产物,该副产物是由丙酮中两个甲基和两个醛基发生加成反应,则该副产物的结构简式为,
故答案为:;
(4)a为CH3(CH2)4CHO,反应物a的名称是己醛,与其同类物质中含有﹣CHO,
如果碳链结构为C﹣C﹣C﹣C﹣C,醛基有3种连接方式,去除其本身,还有2种符合条件的同分异构体;
如果碳链结构为,醛基有4种连接方式;
如果碳链结构为,醛基有1种连接方式,所以符合条件的同分异构体种类=2+4+1=7,
故答案为:7;
(5)姜酮醇中连接醇羟基的碳原子为手性碳原子,所以有1个手性碳原子,
故答案为:有;
(6)根据图3知,如果两个基团位于碳碳双键同侧时其含量较少,说明影响产物比例的主要因素是空间位阻,
故答案为:空间位阻。
【点评】本题考查有机物推断,侧重考查阅读、分析、推断及知识综合应用能力,利用题给信息、反应前后结构简式差异性正确推断各物质结构简式是解本题关键,(6)为解答易错点,题目难度不大。
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