2025届高三化学二轮复习 综合题提能练(三)

这是一份2025届高三化学二轮复习 综合题提能练(三)，共13页。试卷主要包含了Ⅰ ，2 kJ·ml-1　Kp1等内容，欢迎下载使用。
1.(13分)金属铑(Rh)是一种高效催化剂,在有机合成中发挥重要作用。一种以高铜铑精矿(主要含Rh,还含有少量的Cu、Fe等杂质)为原料提取的工艺如下:
已知:阳离子交换过程可表示为xRH(s)+Mx+(aq)RxM(s)+xH+(aq)
回答下列问题:
(1)(1分)基态Cu原子的价电子排布式为 。
(2)(1分)“氯化溶解”后,Rh元素以[RhCl6]3-的形式存在,其中Rh元素的化合价为 。
(3)(2分)“定向脱铜”时,铜与铑的沉淀率随pH变化如下图所示,该过程需将溶液pH调至2,结合图像说明原因 。
(4)(1分)“阳离子交换”过程中,溶液中被阳离子交换树脂吸附的金属阳离子主要有 。
(5)(2分)“水解”过程中,[RhCl6]3-发生反应的离子方程式为 。
(6)(2分)铑锰催化剂可催化反应:CO2+4H2===CH4+2H2O。下列有关该反应的说法正确的是 (填标号)。
A.存在极性共价键的断裂与形成
B.所有分子均为非极性分子
C.含碳化合物中心原子杂化轨道类型有sp与sp3
D.H2O的VSEPR模型为V形
E.催化剂可降低该反应的焓变,从而增大反应速率
(7)(4分)铑掺杂SrTiO3形成的催化剂,在光催化CO2还原反应中有很高的催化效率。SrTiO3的晶胞结构如图所示。
①其中Sr2+位于晶胞的体心,则Ti4+所处的位置为晶胞的 (1分)(填“顶角”或“棱心”);每个Ti4+周围紧邻的O2-共有 (1分)个。
②当有1%的Ti4+被Rh3+替代后,晶体中会失去部分O2-产生缺陷,此时平均每个晶胞所含O2-数目为 (2分)(保留三位小数)。
2.(11分)邻氯甲苯(M=126.5 g·ml-1)能与多数有机溶剂混溶,沸点为158.5 ℃。实验室采用Sandmeyer反应制取的路线如下:
已知:①CuCl为白色固体,难溶于水,易溶于浓盐酸;②酸性条件下HNO2能氧化I-;③重氮化反应放热且需在强酸性条件下进行,否则易发生偶联反应;④乙醚有较强挥发性,有毒。
步骤1:CuCl的制备
向CuSO4和NaCl中加入NaHSO3和NaOH混合液,搅拌至溶液变无色并析出大量白色粉末,冰水浴冷却、过滤、水洗。所得白色固体倒入冷的浓盐酸中溶解,冰水浴中冷却备用。
步骤2:重氮盐溶液的制备
圆底烧瓶中加入浓盐酸、水及2.1 g邻甲基苯胺(M=107 g·ml-1),加热溶解。控温5 ℃以下滴加NaNO2水溶液至反应完全。
步骤3:邻氯甲苯的制备与纯化
将重氮盐溶液缓慢滴入冷的氯化亚铜盐酸溶液中,有红色固体析出。加完后室温下搅拌半小时。然后用水浴慢慢加热到50 ℃~60 ℃直至不再有氮气逸出。水蒸气蒸馏蒸出粗邻氯甲苯。分出油层,水层用乙醚萃取2次,合并有机层。一系列操作后得到邻氯甲苯1.5 g。
(1)(2分)步骤1制备CuCl的离子方程式为
。
(2)(3分)验证步骤2反应完全的操作为 。
若NaNO2溶液过量太多,可能带来的弊端是 。控温5 ℃最好选用 。
(3)(4分)步骤3水蒸气蒸馏时,a管的作用为 (1分)。判断水蒸气蒸馏结束的实验现象是 (1分)。萃取及分离出乙醚时均需在通风橱中操作,原因是
(2分)。
(4)(2分)本实验的产率为 %(保留两位有效数字)。
3.(12分)Ⅰ .碘及其化合物在化工生产中用途广泛。298 K时碘甲烷(CH3I)热裂解制低碳烯烃的主要反应如下:
①2CH3I(g)C2H4(g)+2HI(g) ΔH1=+80.2 kJ·ml-1 Kp1
②3C2H4(g)2C3H6(g) ΔH2=-108 kJ·ml-1 Kp2
③2C2H4(g)C4H8(g) ΔH3=-283 kJ·ml-1 Kp3
(1)(2分)实际生产中,发生副反应4C3H6(g)3C4H8(g),ΔH4,Kp4= (用含Kp1、Kp2、Kp3的代数式表达)。
(2)(1分)对于反应①:提高碘甲烷平衡转化率的措施有
(任写一条)。
(3)(2分)反应②的速率表达式为v正=k正·c3(C2H4),v逆=k逆·c2(C3H6),其中k正、k逆为速率常数,只与温度有关。达平衡后,在温度升高过程中k正k逆 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)(3分)增大压强,n(C2H4)n(C4H8)不断
(1分)(填“增大”或“减小”),可能的原因是 (2分)。
Ⅱ.在催化剂作用下CO2和H2发生反应2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)。在一密闭容器中投入0.8 ml CO2和2.4 ml H2,达平衡时测得CO2的平衡转化率与温度(T)、压强(p)的关系如图所示。
(5)(2分)若X点对应密闭容器的体积为4 L,则Y点对应的平衡常数K= (只要列出计算式)。
Ⅲ.利用电解法将CO2转化为C2H4的制备原理如图所示,
(6)(2分)写出电极b对应的电极方程式 。
4.(12分)石墨晶体由层状石墨“分子”按ABAB方式堆积而成,如图a所示,图中用虚线标出了石墨的一个六方晶胞。若按ABCABC方式堆积而成,则如图b所示,图中用虚线标出了石墨的一个三方晶胞。回答下列问题:
(1)(4分)石墨中碳原子的杂化方式为 ,
基态碳原子中电子的空间运动状态有 种,D、E原子的分数坐标分别为 、 (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,称作原子的分数坐标)。
(2)(2分)六方石墨晶体的密度为 g·cm-3(写出计算表达式,要求化简)。
(3)(1分)1个三方石墨晶胞中碳原子的个数为 。
(4)(3分)石墨可用作锂离子电池的负极材料,充电时可由Li1-xC6形成Li+计按如图所示均匀分布的锂碳化合物,该物质中存在化学键有 (1分),充电时该电极的电极反应式为 (2分)。
(5)(2分)锂离子电池的正极材料为层状结构的LiNiO2。锂离子完全脱嵌时LiNiO2的层状结构会变得不稳定,用铝取代部分镍形成LiNi1-yAlyO2。可防止锂离子完全脱嵌而起到稳定结构的作用,其原因是 。
5.(12分)有机物M是一种抗癌新药,在医药工业中的一种合成方法如下:
已知:i.R—CN
ii.R—OHR—Br
iii.+—→(R、R'为烃基)
回答下列问题:
(1)(1分)A的化学名称是 。
(2)(1分)C中的三种含氧官能团的名称是 。
(3)(2分)E的分子式为C3H8O,由F生成G的化学方程式为 。
(4)(1分)D+G→H的反应类型是 。
(5)(2分)L的结构简式为 。
(6)(2分)C的六元环芳香同分异构体中,能与FeCl3溶液作用显紫色、能发生银镜反应、含有甲基,且核磁共振氢谱有四组峰的结构简式为
(任写一种)。
(7)(3分)设计由1,3⁃丁二烯制备琥珀酸()的合成路线(无机试剂任选)。
综合题提能练(三)
1.答案 (1)3d104s1 (2)+3 (3)pH=2时,铜的沉淀率已超过96%,铑的沉淀率几乎为零(或pH2时,铑的沉淀率增加) (4)Fe3+、Na+
(5)[RhCl6]3-+3H2O===Rh(OH)3↓+6Cl-+3H+
(6)AC (7)①顶角 6 ②2.995
解析 高铜铑精矿通入氯气和HCl氯化溶解得到[RhCl6]3-、CuCl2、FeCl3,加入草酸和铜离子结合生成草酸铜,加入NaOH调节溶液pH=2,避免铁离子沉淀,阳离子交换树脂吸附Na+、Fe3+为滤液除去,[RhCl6]3-发生水解反应生成Rh(OH)3沉淀,最后得到铑粉;(1)Cu元素为29号元素,原子核外有29个电子,所以核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1,基态铜原子价层电子排布式为3d104s1;(2)[RhCl6]3-中Cl为-1价,由x+(-1)×6=-3,解得x=+3,则Rh元素的化合价为+3;(3)“定向脱铜”时,需将溶液pH调至2,原因是pH=2时,铜的沉淀率已超过96%,铑的沉淀率几乎为零或pH2时,铑的沉淀率增加;(4)定向脱铜后溶液得到草酸钠、FeCl3,“阳离子交换”过程中,溶液中被阳离子交换树脂吸附的金属阳离子主要有Fe3+、Na+;(5)[RhCl6]3-发生水解反应生成Rh(OH)3沉淀,水解的离子方程式为:[RhCl6]3-+3H2O===Rh(OH)3↓+6Cl-+3H+;(6)A.反应物CO2中C和O原子存在极性共价键,产物存在C—H和H—O极性键,则反应过程中存在极性共价键的断裂与形成,A正确;B.H2O分子的正负电荷中心不重合,为极性分子,B错误;C.CO2中心原子C价层电子对数=2+4-2×22=2,采取sp杂化方式,CH4中心原子C的价层电子对数是4,则C原子杂化轨道类型为sp3杂化,C正确;D.H2O分子中心原子O的价层电子对数为2+6-22=4,VSEPR模型为四面体,D错误;E.催化剂通过降低反应的活化能,从而增大反应速率,不能改变反应的焓变,E错误;故选AC;(7)①其中Sr2+位于晶胞的体心,由晶胞结构可知大黑球为Sr2+,顶角的小黑球个数为8×18=1,棱心的白球个数为12×14=3,结合分子数SrTiO3可知白球为O2-,小黑球为Ti4+,则Ti4+所处的位置为晶胞的顶角;每个Ti4+周围紧邻的O2-共有6个;②当有1%的Ti4+被Rh3+替代后阳离子电荷减少了1%×1=0.01,根据电荷守恒,阴离子O2-也相应减少0.012=0.005,晶体中会失去部分O2-产生缺陷,原晶胞中O2-数目为3,则此时平均每个晶胞所含O2-数目为3-0.005=2.995。
2.答案 (1)2Cu2++HSO3-+2Cl-+3OH-===2CuCl↓+SO42-+2H2O或2Cu2++SO32-+2Cl-+2OH-===2CuCl↓+SO42-+H2O
(2)取一滴充分反应后的反应液滴在淀粉⁃碘化钾试纸上,试纸变蓝,表示反应已完全或用pH计测圆底烧瓶中溶液的pH,当pH不变时说明反应已经完全 过多亚硝酸钠溶液会降低反应溶液的酸性,导致重氮盐发生偶联反应或后续反应中亚硝酸会氧化CuCl,使催化效率降低 (冷)水浴
(3)平衡气压 馏出液无明显油珠或流出液澄清透明不再含油滴 乙醚沸点较低易挥发且易燃易爆、有毒性 (4)60
解析 (1)步骤1中CuSO4、NaCl、NaHSO3、NaOH反应得到CuCl,Cu元素化合价降低被还原,则HSO3-被氧化生成SO42-,根据得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒配平离子方程式。NaHSO3和NaOH混合可以得到SO32-,故离子方程式中也可以写SO32-发生反应。(2)步骤2反应完全时NaNO2过量,故可结合酸性条件下HNO2能氧化I-设计实验。步骤2反应完全时溶液pH不再发生变化,故也可以通过测定溶液pH来设计实验。结合NaNO2溶液显碱性及已知③知,若NaNO2溶液过量太多,溶液酸性降低,重氮盐会发生偶联反应,且重氮盐转化时,加入的盐酸和NaNO2反应会生成HNO2,HNO2会氧化CuCl,使催化效率降低。控温5 ℃最好选用冷水浴。(3)步骤3水蒸气蒸馏时,a管与大气相通,起平衡气压的作用。蒸出的邻氯甲苯为油状液滴,因此当馏出液无明显油珠或流出液澄清透明不再含油滴时蒸馏结束。乙醚易挥发且易燃易爆、有毒性,所以萃取及分离出乙醚时均需在通风橱中操作。(4)2.1 g邻甲基苯胺的物质的量是2.1107 ml,理论上生成邻氯甲苯的质量是2.1107 ml×126.5 g·ml-1,所以本实验的产率是×126.5×100%≈60%。
3.答案 (1)Kp33Kp22 (2)升高温度、降低压强(合理答案均可)
(3)减小 (4)减小 加压,反应①平衡逆向移动,反应②、反应③平衡正向移动,导致C2H4不断减少,C4H8不断增加(合理答案均计分) (5)0.164××0.366
(6)2CO2+12e-+12HCO3-===C2H4+12CO32-+4H2O
解析 (1)根据盖斯定律,③×3-②×2得反应④4C3H6(g)3C4H8(g),所以Kp4=Kp33Kp22;(2)对于反应①,正反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,可以提高碘甲烷平衡转化率;正反应为气体分子数增加的反应,降低压强,平衡正向移动,可以提高碘甲烷平衡转化率,所以升高温度或降低压强等,都可以提高碘甲烷平衡转化率;(3)v正=k正·c3(C2H4),v逆=k逆·c2(C3H6),达平衡后,v正=v逆,K=k正k逆,正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,K减小, k正k逆减小;(4)因为增大压强,反应①平衡逆向移动,反应②、反应③平衡正向移动,导致C2H4不断减少,C4H8不断增加,所以增大压强,n(C2H4)n(C4H8)不断减小;
(5)根据三段式:
,
计算X点的K=0.164×(0.644)4(0.484)2×(1.444)6=0.164××0.366,因为平衡常数只与温度有关,所以Y点对应的平衡常数与X点的相同,为0.164××0.366;(6)电极b为CO2转化为C2H4,电极反应式为:2CO2+12e-+12HCO3-===C2H4+12CO32-+4H2O。
4.答案 (1)sp2 4 (23,13,0) (13,23,12)
(2)2.365×10243×NA
(3)6
(4)离子键、共价键 Li1-xC6+xLi++xe-===LiC6
(5)脱嵌过程中Al不会变价,Li+不能完全脱嵌
解析 (1)石墨中,每个碳原子形成3个σ键,无孤电子对,碳原子的杂化方式为sp2;基态碳原子核外电子排布式标为1s22s22p2,电子占用4个原子轨道,电子的空间运动状态有4种;D在三方晶系底面上,原子的分数坐标为(23,13,0),E在六方晶系的内部,根据图示E原子的分数坐标为(13,23,12)。(2)根据均摊原则,1个晶胞中含有4个C原子,C—C键长为0.142 nm,则底面积为332×(0.142×10-7)2 cm2,六方石墨晶胞的体积为332×(0.142×10-7)2×0.670 8×10-7 cm3,六方石墨晶体的密度为4×12332×(0.142×10-7)2×0.670 8×10-7×NA g·cm-3=2.365×10243×NA g·cm-3。(3)根据均摊原则,1个三方石墨晶胞中碳原子的个数为4×16+4×13+2×12+2×13+2×16+2=6。(4)Li+嵌入石墨的A、B层间,导致石墨的堆积结构发生改变,形成化学式为LiC6的嵌入化合物,可见该物质中存在的化学键有Li+与相邻石墨环形成的离子键、碳与碳形成的共价键;充电时由Li1-xC6形成Li+,充电时的电极反应式为Li1-xC6+xLi++xe-===LiC6。(5)Ni的氧化数有+2、+3、+4,而Al的氧化数只有+3,如果Ni被氧化到+4价态,Li+可以完全脱嵌,形成NiO2,但有Al3+存在,必须有Li+形成电中性物质,所以用铝取代部分镍形成LiNi1-yAlyO2可防止锂离子完全脱嵌而起到稳定结构的作用。
5.答案 (1)间苯二酚或者1,3⁃苯二酚 (2)醛基、羟基和醚键
(3)CH3CHBrCH3+NaICH3CHICH3+NaBr
(4)取代反应 (5)
(6)或者
(7)CH2==CHCH==CH2BrCH2CH==CHCH2Br BrCH2CH2CH2CH2Br HOCH2CH2CH2CH2OHOHCCH2CH2CHOHOOCCH2CH2COOH
解析 由题干合成流程图信息可知,由B的结构简式和A的分子式以及A到B的转化条件可知,A的结构简式为,由G的结构简式和已知信息ii可知,E的结构简式为CH3CHOHCH3、F的结构简式为CH3CHBrCH3,由J的结构简式和H到J的转化条件并结合已知信息i可知,H的结构简式为,由J、M的结构简式和J到L、L到M的转化条件并结合已知信息iii可知,L的结构简式为。(1)由分析可知,A的结构简式为,故A的化学名称为间苯二酚或者1,3⁃苯二酚;(2)由题干流程图中,C的结构简式可知C中三种含氧官能团的名称是醛基、羟基和醚键;(3)由分析可知,E的分子式为C3H8O,E的结构简式为CH3CHOHCH3、F的结构简式为CH3CHBrCH3,则由F生成G的化学方程式为CH3CHBrCH3+NaICH3CHICH3+NaBr;(4)由分析可知,H的结构简式为;结合D、G的结构简式可知,D+G→H的反应类型是取代反应;(5)由分析可知,L的结构简式为;(6)由题干信息可知,C的分子式为:C8H8O3,则C的六元环芳香同分异构体中,能与FeCl3溶液作用显紫色即含有酚羟基、能发生银镜反应含有醛基、含有甲基,且核磁共振氢谱有四组峰的结构简式为:或者;(7)本题可采用正向合成法,即1,3⁃丁二烯与溴发生1,4加成反应生成BrCH2CH==CHCH2Br,再与H2发生加成反应生成BrCH2CH2CH2CH2Br,BrCH2CH2CH2CH2Br在NaOH水溶液中发生水解反应生成HOCH2CH2CH2CH2OH,HOCH2CH2CH2CH2OH发生催化氧化反应生成
OHCCH2CH2CHO,OHCCH2CH2CHO再催化氧化即可得到HOOCCH2CH2COOH,由此确定合成路线为:CH2==CHCH==CH2 BrCH2CH==CHCH2Br BrCH2CH2CH2CH2BrHOCH2CH2CH2CH2OHOHCCH2CH2CHOHOOCCH2CH2COOH。