上海交通大学附属中学2024-2025学年高一下学期开学化学试题（原卷版+解析版）

这是一份上海交通大学附属中学2024-2025学年高一下学期开学化学试题（原卷版+解析版），共23页。试卷主要包含了 本试卷可能用到的相对原子质量等内容，欢迎下载使用。
(考试时间60分钟 满分100分)
考生注意：
1. 自备科学计算器等参加考试，考试期间严格遵守考试纪律，听从监考员指挥，杜绝作弊
2. 选择题如无说明，则为单选，不定项题则有1~2个正确选项
3. 本试卷可能用到的相对原子质量：Cl-35.5 O-16
一、 元素周期表
1. 1869年俄国化学家门捷列夫制出第一张元素周期表，到现在形成的周期表经过了众多化学家的艰辛努力。部分元素及其性质如下表所示：
（1）元素a与b可形成化合物ab4，该分子的空间结构为___________。
（2）元素c的最高价氧化物对应水化物所含有的化学键是___________。该元素单质与氧气在加热条件下反应，得到产物R，用电子式表示R的形成过程___________。
（3）元素a与元素g的非金属性何者更强？___________，请用一个化学方程式来证明这个结论：___________。
（4）原子数相同，电子总数相同的粒子互称为等电子体。e、f是上述周期表中短周期元素，则硼元素与e、f形成互为等电子体负离子：、，则m的值为___________。
（5）已知ab4的沸点为76.8℃，ad4的沸点为-128℃，新制冷剂的沸点范围应介于其间且为a、b、d三种元素形成的化合物。经过较长时间反复试验，一种新的制冷剂诞生了，试写出该款制冷剂所有可能的化学式：___________。
（6）Se2b4常用作分析试剂，分子中每个原子均满足最外层8电子结构，其结构式为___________。硒(Se)化铟(In)是一种新型半导体材料。下列说法正确的是___________。
A．原子半径：In＞Se B．In比Se易失去电子
C．In的金属性比Al弱 D．硒化铟的化学式为InSe2
二、 SO2的实验探究
2. 二氧化硫有很多化学性质，我校化学兴趣小组做了如下实验进行研究：
（1）硬质玻璃管是化学实验中经常使用的一种仪器，进行微量实验：如图所示，将浓硫酸滴入装有Na2SO3固体的培养皿一段时间后，a、b、c三个棉球均变白，则下列说法正确的是(不定项选择)
A. 小球a变色可能是因为SO2具有强氧化性漂白了品红溶液
B. 若小球b上滴加的试剂为含酚酞的NaOH溶液，则可证明SO2具有酸性
C. 若要体现SO2的还原性，小球c上可滴加的试剂为淀粉与碘的混合溶液
D. 在标准状况下，本实验每生成22.4 mL的SO2就有2×10-3NA个电子转移
（2）将胶头滴管中浓硫酸分别滴入如图所示的Y型管的两个支管中，实验现象为___________。硫化亚铁处加水的目的是___________。
（3）向盛有少量NaCl固体的试管中滴加浓度为98%的浓硫酸，试管中产生了白雾。用蘸有浓氨水的玻璃棒靠近试管口，有白烟产生。小组同学认为白雾中可能含有少量Cl2，作出预测的依据是___________。
（4）向盛有少量KBr固体的试管中滴加浓度为98%的浓硫酸，固体表面缓慢冒出气泡，溶液变为橙色，一段时间后反应变得剧烈，最终得到棕红色的溶液A。
①若不考虑反应温度的变化，反应一段时间后变剧烈的原因可能为___________。
反应产生的气体具有刺激性气味，小组同学认为其中可能含有SO2，该小组同学取少量反应后的溶液A，按照如图流程进行实验，验证了SO2的产生：
②已知沉淀3为单质S。步骤1中加入足量Ba(OH)2的目的是___________、___________。
③另取溶液A于试管中加水，溶液颜色明显变浅至接近无色。甲同学认为原因是Br2被稀释或与水的反应；乙同学认为Br2发生了反应。若认为甲同学的分析合理，请设计实验方案验证：___________。
④将溶液A放置一段时间后再加等量水，发现颜色不再明显变浅或褪去。可能的原因为：
a．SO2逸出体系，不能将Br2全部还原褪色； b．___________
（5）向盛有少量KI固体的试管中滴加浓度为98%的浓硫酸，固体迅速变为紫黑色，有紫色烟出现，闻到臭鸡蛋气味。则发生反应的化学方程式：___________。将实验(3)、(4)、(5)的现象进行对比，得出结论：Cl-难被浓硫酸氧化；与Br-相比，I-更容易被浓硫酸氧化。请从原子结构的角度进行解释：___________。
三、 纳米级Fe粉
3. 在不同温度下，纳米级铁粉与水蒸气反应的固体产物不同，温度低于570℃时生成FeO，高于570℃时生成Fe3O4，甲、乙两位同学分别用酒精灯和酒精喷灯进行纳米级Fe粉与水蒸气反应的实验并验证产物。
（1）甲装置中纳米级Fe粉与水蒸气反应的化学方程式是___________。
（2）甲装置中仪器a的名称为___________；加热湿棉花的目的是：___________。
乙同学为探究实验结束后试管内的固体物质成分，进行了下列实验：
（3）根据以上实验，乙同学认为该条件下反应的固体产物为FeO。丙同学认为乙同学的结论不正确，他说出了自己的理由，请你结合离子方程式帮他进行说明：___________。
（4）若向实验I得到的溶液a中加入NaOH溶液，将看到的现象是：___________。
引火铁是反应活性很强的准纳米级的铁粉，可以通过Fe3O4与H2反应制得。一定温度下，在2L体积可变的密闭容器中发生下列反应：Fe3O4(s)+4H2(g)⇌3Fe(s)+4H2O(g)
（5）如图纵坐标表示固体质量。曲线a代表反应，在建立平衡过程中的平均速率υ(H2)为___________。曲线a与曲线b所代表的反应，体系压强的大小关系是___________。将平衡状态A转变为B，则需要改变的外界条件是___________。
（6）乙同学想进一步测定实验I所得溶液中Fe2+的含量，他将试管中的溶液准确稀释至250 mL，取出10.00 mL于锥形瓶中；向锥形瓶中加入少量稀硫酸；用浓度为0.100 ml/L的KMnO4溶液进行滴定；记录数据，并重复上述操作2次，计算反应消耗溶液b mL。该过程中，他用到的玻璃仪器除了烧杯和玻璃棒，还有___________；根据上述测定原理，实验I所得溶液中的Fe2+的物质的量为___________ml。(用含b的代数式表示)
（7）对于温度不同，产物不同的原因给出一个合理假设：___________。
四、 电化学装置
4. 电化学装置在日常生活、工业生产中有着广泛的应用，请回答以下问题。
（1）可设计成原电池的化学反应具备的条件为：___________。
某同学在用如图装置做电化学实验时(供选择的电极材料有纯铜片和纯锌片。)，发现加入一定量CuSO4过后可以增加H2反应速率
（2）硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是___________。
（3）当量筒中收集到336 mL(标准状况下)气体时，通过导线的电子的物质的量为___________，此时___________(选填“a”或“b”)电极质量减少___________g。
为了进一步研究硫酸铜的用量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如表一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。(假设混合溶液总体积等于混合前各溶液的体积之和)
（4）请完成此实验设计，其中：V3=___________，V8=___________。
（5）该同学最后得出的结论为：当加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高。但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因：___________。
（6）若实验A测得收集到产生H2体积为448 mL(标准状况下)时所需的时间为5分钟，则化学反应速率v(H2SO4)=___________(忽略反应前后溶液体积变化)。
依据工业上离子交换膜法制烧碱的原理，用如图所示装置电解K2SO4溶液。
（7）该电解槽中，通过阴离子交换膜的离子数___________(选填“＞”、“＜”或“=”)通过阳离子交换膜的离子数；图中a、b、c、d分别表示有关溶液的pH，则a、b、c、d由大到小的顺序为___________。
五、 二氧化氯
5. 二氧化氯(ClO2)是一种高效安全消毒剂，黄绿色气体，易溶于水，沸点为11℃，遇热不稳定易分解发生爆炸。工业上利用硫铁矿[主要成分为二硫化亚铁(FeS2)]还原氯酸钠(NaClO3)制取二氧化氯。
某研究小组利用如图装置制备ClO2，向三颈烧瓶中加入NaClO3溶液、浓H2SO4通入空气，调节恒温器至60℃，通过固体加料器缓慢匀速加入硫铁矿粉末。请回答下列问题：
（1）仪器a的名称是___________。A装置中恒温器控制温度在60℃以内的目的是___________。B装置用于收集ClO2，使用的水浴为___________(热、冰)水浴，原因是___________。三颈烧瓶中发生的离子反应为
（2）该反应中被氧化的元素为___________(填元素符号)，反应中转移0.75 ml电子时，生成还原产物___________ml。
（3）将少量ClO2水溶液滴入盛有MnSO4溶液试管中，振荡有黑色MnO2沉淀生成，同时有酸生成，已知氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：5，书写该反应的化学方程式为___________。
（4）设计实验证明ClO2的氧化性比Fe3+的强：___________。
（5）“有效氯含量”的定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力(即得电子数)相当于多少克Cl2的氧化能力(氯元素均被还原至-1价)，则ClO2的有效氯含量为___________。(保留两位小数)。
（6）NaClO3可以由Cl2与NaOH溶液反应得到，在不同温度、浓度条件下，Cl2与NaOH溶液反应可以生成NaClO或。现将氯气缓缓通入冷NaOH溶液，当溶液中含有的NaClO与NaClO3的物质的量为1：2时，n(NaCl)：n(NaClO3)为___________，整个过程参加反应所需NaOH与Cl2的物质的量之比为___________。
（7）若将Cl2通入含1 ml NaOH的溶液中，发生上述过程，反应中转移电子的物质的量可能为a ml，则a的取值范围为___________。
2024~2025学年上海市交通大学附属中学开学素质检测考试卷(等级考)
化学 试卷
(考试时间60分钟 满分100分)
考生注意：
1. 自备科学计算器等参加考试，考试期间严格遵守考试纪律，听从监考员指挥，杜绝作弊
2. 选择题如无说明，则为单选，不定项题则有1~2个正确选项
3. 本试卷可能用到的相对原子质量：Cl-35.5 O-16
一、 元素周期表
1. 1869年俄国化学家门捷列夫制出第一张元素周期表，到现在形成的周期表经过了众多化学家的艰辛努力。部分元素及其性质如下表所示：
（1）元素a与b可形成化合物ab4，该分子的空间结构为___________。
（2）元素c的最高价氧化物对应水化物所含有的化学键是___________。该元素单质与氧气在加热条件下反应，得到产物R，用电子式表示R的形成过程___________。
（3）元素a与元素g的非金属性何者更强？___________，请用一个化学方程式来证明这个结论：___________。
（4）原子数相同，电子总数相同的粒子互称为等电子体。e、f是上述周期表中短周期元素，则硼元素与e、f形成互为等电子体负离子：、，则m的值为___________。
（5）已知ab4的沸点为76.8℃，ad4的沸点为-128℃，新制冷剂的沸点范围应介于其间且为a、b、d三种元素形成的化合物。经过较长时间反复试验，一种新的制冷剂诞生了，试写出该款制冷剂所有可能的化学式：___________。
（6）Se2b4常用作分析试剂，分子中每个原子均满足最外层8电子结构，其结构式为___________。硒(Se)化铟(In)是一种新型半导体材料。下列说法正确的是___________。
A．原子半径：In＞Se B．In比Se易失去电子
C．In的金属性比Al弱 D．硒化铟的化学式为InSe2
【答案】（1）正四面体
（2） ①. 离子键和共价键 ②.
（3） ①. 元素a(C) ②. CO2+H2O+Na2SiO3=Na2CO3+H2SiO3↓
（4）3 （5）CF3Cl、CF2Cl2、CFCl3
（6） ①. Cl-Se-Se-Cl ②. AB
【解析】
【分析】a原子的最外层电子数是其内层电子数的2倍，则a原子核外电子排布是2、4，所以a为C元素；
b原子的最外层电子数比其次外层电子数少1个且与元素a形成的化合物之一是常见的萃取剂，则b原子核外电子排布是2、8、7，b为Cl元素，其与C元素形成的常见的萃取剂是CCl4；
c是第三周期半径最大的主族元素，则c是Na元素；
d是卤素单质中氢化物最稳定的元素，则d是F元素；
e元素的氢化物eH3为10电子结构分子，则e是N元素；
f与a元素形成的无毒气体会加剧温室效应，带两个负电荷的离子与氖离子结构相同，则f是O元素，该气体是CO2；
g是第三周期中制作半导体材料重要非金属元素，地壳中含量第二高的元素，则g是Si元素，然后根据问题分析解答。
【小问1详解】
根据上述分析可知：a是C，b是Cl，c是Na，d是F，e是N，f是O，g是Si元素。
元素a与b可形成化合物ab4表示的物质是CCl4，该分子的空间结构为正四面体形；
【小问2详解】
元素c是Na，其最高价氧化物对应的水化物是NaOH，该物质为离子化合物，Na+与OH-通过离子键结合，在阴离子OH-中H与O原子之间通过共价键结合，故在NaOH中含有的化学键类型为离子键、共价键；
Na与O2在空气中加热反应产生Na2O2，则R为Na2O2，在Na2O2中2个Na+与以离子键结合，在中2个O原子通过共价单键结合，故用电子式表示Na2O2的形成过程为：；
【小问3详解】
根据上述分析可知：a是C，g是Si元素，它们是同一主族元素，元素的原子序数越大，相应元素的非金属性就越弱，则元素的非金属性：C＞Si。可根据元素最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱来判断元素的非金属性强弱。可以将CO2气体通入Na2SiO3水溶液中，发生反应：CO2+H2O+Na2SiO3=Na2CO3+H2SiO3↓，证明了酸性：H2CO3＞H2SiO3，从而证明了元素的非金属性：C＞Si；
【小问4详解】
根据上述分析可知： e是N，f是O，是，是，它们都含有3个原子，含有的电子总数是5+8×2+1=22；则由于与互为等电子体，5+2×7+m=22，解得m=3；
【小问5详解】
根据上述分析可知：a是C，b是Cl，d是F，ab4是CCl4，ad4是CF4，CCl4的沸点是76.8℃，CF4的沸点是-128℃，二者都是由分子通过分子间作用力构成的分子晶体，物质的相对分子质量越大，分子间作用力就越大，物质的沸点就越高，新的制冷剂的沸点范围应介于其间，且为a、b、d三种元素形成的化合物。根据C原子价电子数目是4，可以与4个卤素原子结合，故其可能的分子式是CF3Cl、CF2Cl2、CFCl3；
【小问6详解】
Se是第四周期第ⅥA元素，原子最外层有6个电子，要达到最外层8个电子稳定结构，可以形成2个共价键；b是Cl元素，原子最外层有7个电子，要达到最外层8个电子的稳定结构，可以形成1个共价键，而Se2Cl2分子中每个原子均满足最外层8电子结构，故其结构式为Cl-Se-Se-Cl；
A．原子核外电子层数越多，原子半径就越大；同一周期元素，原子序数越大，原子半径就越小。In是第五周期第ⅢA元素，Se是第四周期第ⅥA元素，所以原子半径：In＞Ga＞Se，A正确；
B．同一主族元素，原子序数越大，元素的金属性就越强，元素的原子越容易失去电子；同一周期元素，原子序数越大，元素的金属性就越弱，原子就越难失去电子，In是第五周期第ⅢA元素，Se是第四周期第ⅥA元素，所以失去电子的能力：In＞Ga＞Se，B正确；
C．Al、In是同一主族元素，原子核外电子层数越多，原子越容易失去电子，元素的金属性就越强，因此元素的金属性：In＞Al，C错误；
D．In是第ⅢA元素，元素化合价为+3价，Se是第ⅥA元素，元素化合价为-2价，根据在任何化合物中所有元素化合价代数和为0，可知二者形成的化合物化学式应该为In2Se3，D错误；
故合理选项是AB。
二、 SO2的实验探究
2. 二氧化硫有很多化学性质，我校化学兴趣小组做了如下实验进行研究：
（1）硬质玻璃管是化学实验中经常使用的一种仪器，进行微量实验：如图所示，将浓硫酸滴入装有Na2SO3固体的培养皿一段时间后，a、b、c三个棉球均变白，则下列说法正确的是(不定项选择)
A. 小球a变色可能是因为SO2具有强氧化性漂白了品红溶液
B. 若小球b上滴加的试剂为含酚酞的NaOH溶液，则可证明SO2具有酸性
C. 若要体现SO2的还原性，小球c上可滴加的试剂为淀粉与碘的混合溶液
D. 在标准状况下，本实验每生成22.4 mL的SO2就有2×10-3NA个电子转移
（2）将胶头滴管中浓硫酸分别滴入如图所示的Y型管的两个支管中，实验现象为___________。硫化亚铁处加水的目的是___________。
（3）向盛有少量NaCl固体的试管中滴加浓度为98%的浓硫酸，试管中产生了白雾。用蘸有浓氨水的玻璃棒靠近试管口，有白烟产生。小组同学认为白雾中可能含有少量Cl2，作出预测的依据是___________。
（4）向盛有少量KBr固体的试管中滴加浓度为98%的浓硫酸，固体表面缓慢冒出气泡，溶液变为橙色，一段时间后反应变得剧烈，最终得到棕红色的溶液A。
①若不考虑反应温度的变化，反应一段时间后变剧烈的原因可能为___________。
反应产生的气体具有刺激性气味，小组同学认为其中可能含有SO2，该小组同学取少量反应后的溶液A，按照如图流程进行实验，验证了SO2的产生：
②已知沉淀3为单质S。步骤1中加入足量Ba(OH)2的目的是___________、___________。
③另取溶液A于试管中加水，溶液颜色明显变浅至接近无色。甲同学认为原因是Br2被稀释或与水的反应；乙同学认为Br2发生了反应。若认为甲同学的分析合理，请设计实验方案验证：___________。
④将溶液A放置一段时间后再加等量水，发现颜色不再明显变浅或褪去。可能的原因为：
a．SO2逸出体系，不能将Br2全部还原褪色； b．___________。
（5）向盛有少量KI固体的试管中滴加浓度为98%的浓硫酸，固体迅速变为紫黑色，有紫色烟出现，闻到臭鸡蛋气味。则发生反应的化学方程式：___________。将实验(3)、(4)、(5)的现象进行对比，得出结论：Cl-难被浓硫酸氧化；与Br-相比，I-更容易被浓硫酸氧化。请从原子结构的角度进行解释：___________。
【答案】（1）C （2） ①. 管壁内有淡黄色固体生成 ②. 稀释浓硫酸，防止硫化氢被氧化
（3）浓硫酸有强氧化性，有可能将Cl-氧化为Cl2
（4） ①. 反应产物中某种微粒为催化剂，速率加快 ②. 除去溶液中的Br2 ③. 将溶液中的+4价硫(或H2SO3)全部转化为BaSO3沉淀 ④. 向与原溶液颜色相近的溴水中加入等量水，若溶液颜色与溶液A稀释后相近，则证明甲的观点成立 ⑤. +4价硫(SO2或H2SO3)被空气中氧气氧化为+6价，不能将Br2还原
（5） ①. 8KI+5H2SO4(浓)=4I2+H2S↑+4K2SO4+4H2O ②. Cl-、Br-、I-的电子层数递增，离子半径递增，原子核对外层电子吸引力减弱，失电子能力增强，还原性增强
【解析】
【分析】浓硫酸与Na2SO3固体在培养皿上发生复分解反应制取SO2气体，SO2气体使各处棉球褪色，分别体现了SO2的漂白性、酸性氧化物的性质及还原性；在Y型管中，浓硫酸与Na2SO3溶液反应产生SO2气体，浓硫酸与水混合稀释，得到的稀硫酸与FeS反应产生H2S气体，H2S与SO2混合发生反应：2H2S+SO2=3S↓+2H2O，反应产生淡黄色S单质，使Y型管内壁呈淡黄色；浓硫酸是高沸点难挥发性的酸，可以与NaCl固体混合反应制取HCl气体，HCl与NH3混合产生NH4Cl固体，因而会看到有白烟生成；同时浓硫酸具有强氧化性，会将KBr氧化产生Br2，浓硫酸被还原为SO2气体，要证明SO2的产生，可根据SO2与Ba(OH)2溶液反应产生BaSO3白色沉淀，BaSO3能够与足量H2SO4反应又转化为SO2气体，通过该转化，可除去SO2气体中的Br2，将SO2气体通入到Na2S溶液中，反应产生S沉淀，浓硫酸与KI反应产生I2、H2S、K2SO4、H2O，根据硫酸与卤素离子反应的剧烈程度及浓硫酸的还原产物价态高低，来判断卤素离子的还原性强弱。
【小问1详解】
在培养皿中，浓硫酸与Na2SO3固体发生反应：Na2SO3(s)+H2SO4(浓)=Na2SO4+SO2↑+H2O，气体依次通过硬质玻璃管各处的小棉球，棉球褪色。
A．a处为蘸有品红溶液的小棉球，棉球褪色，是因为SO2具有漂白性，能够与品红结合形成无色物质，而不能说是SO2具有强氧化性，A错误；
B．小球b上滴加的试剂为含酚酞的NaOH溶液，当SO2通过时，棉球变白，是由于发生反应：SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O，反应消耗了NaOH，导致溶液的碱性减弱，因而棉球上的红色褪去，体现了SO2是酸性氧化物的性质，不能说SO2有酸性，B错误；
C．c处蓝色小棉球蘸有淀粉与碘的混合溶液，当通入SO2气体时，发生反应：SO2+I2+H2O=2HI+H2SO4，反应消耗I2，导致棉球蓝色褪去，体现了SO2的还原性，C正确；
D．上述制取SO2的反应为非氧化还原反应，反应过程中无电子转移，D错误；
故合理选项是C；
【小问2详解】
浓硫酸与亚硫酸钠反应生成SO2；FeS与稀硫酸反应生成H2S，二者发生反应2H2S+SO2=3S↓+2H2O，生成S，S附着在Y型管内壁，因此看到的实验现象是管壁内有淡黄色固体生成；
FeS与浓硫酸会发生氧化还原反应，而与稀硫酸发生复分解反应产生H2S气体，在硫化亚铁处加水的目的是稀释浓硫酸，防止H2S被氧化；
【小问3详解】
向盛有少量NaCl固体的试管中滴加浓度为98%的浓硫酸，试管中产生了白雾。用蘸有浓氨水的玻璃棒靠近试管口，有白烟产生。这是由于浓硫酸是高沸点难挥发性的酸，与NaCl固体会发生反应：NaCl(固体)+H2SO4(浓)=NaHSO4+HCl↑，反应产生的HCl与NH3化合形成NH4Cl白色固体。小组同学认为白雾中可能含有少量Cl2，作出预测的依据是浓硫酸有强氧化性，有可能将Cl-氧化为Cl2；
【小问4详解】
向盛有少量KBr固体的试管中滴加浓度为98%的浓硫酸，固体表面缓慢冒出气泡，溶液变为橙色，一段时间后反应变得剧烈，最终得到棕红色的溶液A，发生反应：2NaBr+2H2SO4(浓)=Na2SO4+Br2↑+SO2↑+2H2O，Br2溶于水，使溶于变为橙色；
①若不考虑反应温度变化，反应一段时间后变剧烈的原因可能为反应产物中某种微粒为催化剂，速率加快；
根据氧化还原反应规律，Br元素化合价升高，失去电子被氧化，则硫酸中的S元素化合价降低，得到电子被还原，因此其中可能有SO2气体生成。
②已知沉淀3为单质S。步骤1中加入足量Ba(OH)2的目的是除去溶液A中的Br2；将溶液中的+4价硫(或H2SO3)全部转化为BaSO3沉淀；
③另取溶液A于试管中加水，溶液颜色明显变浅至接近无色。甲同学认为原因是Br2被稀释或与水的反应；乙同学认为Br2发生了反应。若认为甲同学的分析合理，设计验证的实验方案是：向与原溶液颜色相近的溴水中加入等量水，若溶液颜色与溶液A稀释后相近，则证明甲的观点成立；
④将溶液A放置一段时间后再加等量水，发现颜色不再明显变浅或褪去。可能的原因为：a．SO2逸出体系，不能将Br2全部还原褪色；b．溶液中+4价硫(SO2或H2SO3)被空气中氧气氧化为+6价，不能将Br2还原；
【小问5详解】
向盛有少量KI固体的试管中滴加浓度为98%的浓硫酸，固体迅速变为紫黑色，有紫色烟出现，说明反应产生了I2，同时闻到臭鸡蛋气味，该气体是H2S，根据电子守恒、原子守恒，可知发生反应的化学方程式：8KI+5H2SO4(浓)=4I2+H2S↑+4K2SO4+4H2O；
在实验(3)中主要发生复分解反应产生HCl；在实验(4)中浓硫酸被还原为SO2；在实验(5)中浓硫酸被还原为H2S，反应剧烈程度逐渐加深，可以得出结论：Cl-难被浓硫酸氧化；与Br-相比，I-更容易被浓硫酸氧化。从原子结构的角度进行解释为：Cl、Br、I都是卤族元素，Cl-、Br-、I-离子的核外电子层数逐渐增多，离子半径逐渐增大，原子核对外层电子吸引力减弱，导致失去电子能力增强，离子的还原性增强，因此反应越来越容易发生。
三、 纳米级Fe粉
3. 在不同温度下，纳米级铁粉与水蒸气反应的固体产物不同，温度低于570℃时生成FeO，高于570℃时生成Fe3O4，甲、乙两位同学分别用酒精灯和酒精喷灯进行纳米级Fe粉与水蒸气反应的实验并验证产物。
（1）甲装置中纳米级Fe粉与水蒸气反应的化学方程式是___________。
（2）甲装置中仪器a的名称为___________；加热湿棉花的目的是：___________。
乙同学为探究实验结束后试管内的固体物质成分，进行了下列实验：
（3）根据以上实验，乙同学认为该条件下反应的固体产物为FeO。丙同学认为乙同学的结论不正确，他说出了自己的理由，请你结合离子方程式帮他进行说明：___________。
（4）若向实验I得到的溶液a中加入NaOH溶液，将看到的现象是：___________。
引火铁是反应活性很强的准纳米级的铁粉，可以通过Fe3O4与H2反应制得。一定温度下，在2L体积可变的密闭容器中发生下列反应：Fe3O4(s)+4H2(g)⇌3Fe(s)+4H2O(g)
（5）如图纵坐标表示固体质量。曲线a代表反应，在建立平衡过程中的平均速率υ(H2)为___________。曲线a与曲线b所代表的反应，体系压强的大小关系是___________。将平衡状态A转变为B，则需要改变的外界条件是___________。
（6）乙同学想进一步测定实验I所得溶液中Fe2+的含量，他将试管中的溶液准确稀释至250 mL，取出10.00 mL于锥形瓶中；向锥形瓶中加入少量稀硫酸；用浓度为0.100 ml/L的KMnO4溶液进行滴定；记录数据，并重复上述操作2次，计算反应消耗溶液b mL。该过程中，他用到的玻璃仪器除了烧杯和玻璃棒，还有___________；根据上述测定原理，实验I所得溶液中的Fe2+的物质的量为___________ml。(用含b的代数式表示)
（7）对于温度不同，产物不同的原因给出一个合理假设：___________。
【答案】（1）
（2） ①. 蒸发皿 ②. 产生大量的水蒸气
（3）纳米级Fe粉与水蒸气反应的过程中Fe过量，Fe没有反应完，反应后的固体，加入少量硫酸，发生反应Fe+2Fe3+=3Fe2+，所以看不到红色
（4）先生成白色沉淀，白色沉淀迅速转为灰绿色并转为红褐色
（5） ①. 0.25 ml/(L·min) ②. a＜b ③. 降低温度
（6） ①. 250 mL容量瓶和胶头滴管 ②. 1.25b×10-2
（7）只有在足够的温度下，水蒸气才能被激活并分解成具有氧化性的氧原子，将FeO氧化为Fe3O4
【解析】
【分析】酒精灯加热温度为400-500℃，酒精喷灯加热温度为700-900℃。根据加热温度不同，可知甲装置中纳米级Fe粉与水蒸气反应产生FeO、H2；乙装置中纳米级Fe粉与水蒸气反应产生Fe3O4、H2，若通入水蒸气不足量Fe粉不能反应完全，反应后固体为Fe、Fe3O4的混合物。向混合物中加入少量稀硫酸，Fe3O4与硫酸反应产生FeSO4、Fe2(SO4)3混合物，Fe与H2SO4反应产生FeSO4、H2，过量Fe再与Fe2(SO4)3发生反应Fe+2Fe3+=3Fe2+，使溶液中无Fe3+，所以加入几滴KSCN溶液看不到红色。若溶液中含有FeSO4，向其中加入NaOH溶液，发生反应：Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓，看到产生白色沉淀，该物质不稳定，容易被溶解在溶液的氧气氧化，发生反应：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)2，沉淀由白色迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。
根据v=计算 少量，利用外界条件对化学反应速率和化学平衡移动的影响，结合图示变化分析可能改变的外界条件。在测定溶液中Fe2+含量时，根据氧化还原反应中电子转移守恒，利用反应消耗酸性KMnO4的物质的量确定一定体积溶液中含有Fe2+的物质的量。
【小问1详解】
装置甲使用酒精灯进行加热，由于酒精灯加热温度为400-500℃，在该条件下Fe与水蒸气反应产生FeO、H2，该反应的化学方程式为：；
【小问2详解】
在装置甲中仪器a名称为蒸发皿；加热湿棉花的目的是产生大量的水蒸气；
【小问3详解】
向黑色粉末中加入少量稀硫酸，黑色粉末逐渐溶解，溶液呈浅绿色，有少量气泡产生，说明发生了反应：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑，该实验证明了纳米级Fe粉与水蒸气反应的过程中Fe过量，Fe没有反应完，向反应后的固体中加入少量稀硫酸，Fe3O4与硫酸溶液反应产生的Fe2(SO4)3又进一步与过量的Fe粉发生了反应：Fe+2Fe3+=3Fe2+，使溶液中不再含有Fe3+，所以再向反应后溶液中滴加几滴KSCN溶液时，看不到红色，因此乙同学认识是错误的；
【小问4详解】
实验I得到的溶液a中含有FeSO4，向其中加入NaOH溶液，发生反应：Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓，看到产生白色沉淀，但该物质不稳定，容易被溶解在溶液的氧气氧化，发生反应：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)2，使沉淀由白色迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。因此将看到的现象是：先生成白色沉淀，白色沉淀迅速转为灰绿色并转为红褐色；
【小问5详解】
根据反应方程式Fe3O4(s)+4H2(g)⇌3Fe(s)+4H2O(g)可知：每有4 ml H2发生反应，反应后固体质量会减轻64 g。由曲线a可知：从反应开始至平衡时，固体质量减少了△m=320 g-240 g=80 g，则反应消耗H2的物质的量是n(H2)=×4 ml=5 ml。由于反应容器的容积是2 L，反应时间是10 min，则用H2浓度变化表示的反应速率为v(H2)==0.25 ml/(L·min)；
根据曲线a、b达到平衡时间及平衡时固体质量关系，可知：曲线b达到平衡所需时间缩短，平衡时固体质量相同，则说明曲线b反应速率加快。由于在其它条件不变时，增大压强，化学反应速率加快，因此压强大小关系为：a＜b；
根据图示可知：平衡状态A变为平衡状态B，固体质量减少更多，说明平衡正向移动，反应达到平衡所需时间更长，则需要改变的外界条件是降低温度；
【小问6详解】
将反应Ⅰ所得溶液稀释至250 mL时，根据配制一定体积一定物质的量浓度溶液的操作，可知：需要使用的玻璃仪器除了烧杯和玻璃棒，还有250 mL容量瓶及胶头滴管；
用酸性KMnO4溶液滴定10.00 mL稀释后的溶液，反应过程中消耗KMnO4的物质的量为n(KMnO4)=0.100 ml/L×b×10-3 L=b×10-4 ml，根据氧化还原反应过程中氧化剂得到电子与还原剂失去电子数目相等，可知反应过程中消耗Fe2+的物质的量n(Fe2+)=5n(KMnO4)=5b×10-4 ml，故实验I所得溶液中的Fe2+的物质的量为n(Fe2+)总=×5b×10-4 ml=1.25b×10-2 ml；
【小问7详解】
已知：在不同温度下，纳米级铁粉与水蒸气反应的固体产物不同，温度低于570℃时生成FeO，高于570℃时生成Fe3O4，其原因可能是：由于只有在足够的温度下，水蒸气才能被激活并分解成具有氧化性的氧原子，将FeO氧化为Fe3O4。
四、 电化学装置
4. 电化学装置在日常生活、工业生产中有着广泛的应用，请回答以下问题。
（1）可设计成原电池的化学反应具备的条件为：___________。
某同学在用如图装置做电化学实验时(供选择的电极材料有纯铜片和纯锌片。)，发现加入一定量CuSO4过后可以增加H2反应速率
（2）硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是___________。
（3）当量筒中收集到336 mL(标准状况下)气体时，通过导线的电子的物质的量为___________，此时___________(选填“a”或“b”)电极质量减少___________g。
为了进一步研究硫酸铜的用量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如表一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。(假设混合溶液总体积等于混合前各溶液的体积之和)
（4）请完成此实验设计，其中：V3=___________，V8=___________。
（5）该同学最后得出的结论为：当加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高。但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因：___________。
（6）若实验A测得收集到产生H2体积为448 mL(标准状况下)时所需的时间为5分钟，则化学反应速率v(H2SO4)=___________(忽略反应前后溶液体积变化)。
依据工业上离子交换膜法制烧碱的原理，用如图所示装置电解K2SO4溶液。
（7）该电解槽中，通过阴离子交换膜的离子数___________(选填“＞”、“＜”或“=”)通过阳离子交换膜的离子数；图中a、b、c、d分别表示有关溶液的pH，则a、b、c、d由大到小的顺序为___________。
【答案】（1）自发进行的氧化还原反应
（2）CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn以及硫酸溶液形成Cu/Zn原电池，加快了氢气产生的速率
（3） ①. 0.03 ml ②. a ③. 0.975
（4） ①. 30 ②. 19
（5）当加入一定量的CuSO4后，生成的Cu会沉积在Zn的表面，降低了Zn与溶液的接触面积，使得生成氢气的速率下降
（6）0.08 ml·L-1·min-1
（7） ①. ＜ ②. d＞c＞a＞b
【解析】
【分析】原电池是将化学能转化为电能的装置，其构成条件为：活动性不同的电极、电解质溶液(或熔融电解质)、形成闭合回路、自发进行氧化还原反应。在原电池反应中，一般情况下，较活泼的为负极，发生失去电子的氧化反应，电子由负极经导线流向正极；在正极上溶液中的阳离子得到电子发生还原反应。在Cu/Zn-H2SO4原电池反应中，Zn为负极，Cu为正极，H+在Cu电极上得到电子变为H2逸出，根据n(e-)=2n(H2)=2n(Zn)来计算反应过程中电子转移的物质的量。原电池反应能够适当加快反应速率。在比较反应速率大小时，要采用控制变量方法研究。利用v=计算反应速率大小。在同一闭合回路中外电路转移电子的物质的量等于内电路中阴离子、阳离子转移的电荷的物质的量，在室温下碱性溶液pH大于7，酸性溶液pH小于7，溶液的酸性越强，pH就越小；溶液的碱性越强，溶液的pH就越大，结合电解池工作原理分析解答。
【小问1详解】
原电池是将化学能转化为电能的装置，要将反应设计为原电池，相应的化学反应具备的条件为自发进行的氧化还原反应；
【小问2详解】
向H2SO4溶液中适当加入一定量CuSO4溶液后，Zn与CuSO4溶液发生置换反应：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn以及硫酸溶液形成Cu/Zn原电池，从而加快了氢气产生的速率；
【小问3详解】
在正极Cu上发生反应：2H++2e-=H2↑，n(e-)=2n(H2)=2×=0.03 ml；
根据图示可知：在b电极上H+得到电子变为H2逸出，用排水方法进行收集，因此b电极为正极，由于电极活动性：Zn＞Cu，所以b电极是Cu电极，a电极为Zn电极，Zn为负极，发生反应：Zn-2e-=Zn2+，故a电极质量会不断减少；根据同一闭合回路中电子转移数目相等，则n(Zn)= n(H2)==0.015 ml，m(Zn)=0.015 ml×65 g/ml=0.975 g；
【小问4详解】
要研究硫酸铜的用量对氢气生成速率的影响，则H2SO4溶液的浓度应该相同，所以V1=V2=V3=V4=V5=30 mL，混合溶液总体积应该相同，根据实验F可知，V总=30 mL+20 mL+0 mL=50 mL，所以对于实验B，V8=50 mL-30 mL-1 mL=19 mL；
【小问5详解】
该同学最后得出的结论为：当加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高。但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。这是由于当加入大量CuSO4溶液时，生成的Cu会沉积在Zn的表面，降低了Zn与溶液的接触面积，使得生成氢气的速率下降；
【小问6详解】
对于实验A，n(H2)==0.02 ml，根据反应方程式：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，可知n(H2SO4)=n(H2)=0.02 ml，溶液总体积是50 mL，反应时间是5 min，则v(H2SO4)==0.08 ml·L-1·min-1；
【小问7详解】
在电解池工作时，在阳极上，溶液中水电离产生OH-失去电子变为O2逸出，发生反应：2H2O-4e-=4H++O2↑，OH-放电，导致阳极室H+浓度增大，K2SO4溶液中通过阴离子交换膜进入到阳极室，使H2SO4浓度增大，溶液酸性增强，溶液酸性越强，溶液pH就越小，所以H2SO4溶液pH：a＞b；在阴极室的阴极上，水电离产生的H+放电产生H2，发生反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，H+放电，导致阴极室OH-浓度增大，为维持电中性，K2SO4溶液中K+会通过阳离子交换膜进入到阴极室，使KOH溶液浓度增大，溶液的碱性增强。溶液碱性越强，溶液的pH就越大，所以溶液pH：d＞c。在室温下，碱性溶液的pH大于7，酸性溶液pH小于7，因此a、b、c、d由大到小的顺序为：d＞c＞a＞b；
由于同一闭合回路中电子转移数目相等，1个带2个单位负电荷，而1个K+带有1个单位正电荷，要维持溶液呈电中性，因此 电解池工作时通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的K+离子数。
五、 二氧化氯
5. 二氧化氯(ClO2)是一种高效安全消毒剂，黄绿色气体，易溶于水，沸点为11℃，遇热不稳定易分解发生爆炸。工业上利用硫铁矿[主要成分为二硫化亚铁(FeS2)]还原氯酸钠(NaClO3)制取二氧化氯。
某研究小组利用如图装置制备ClO2，向三颈烧瓶中加入NaClO3溶液、浓H2SO4通入空气，调节恒温器至60℃，通过固体加料器缓慢匀速加入硫铁矿粉末。请回答下列问题：
（1）仪器a的名称是___________。A装置中恒温器控制温度在60℃以内的目的是___________。B装置用于收集ClO2，使用的水浴为___________(热、冰)水浴，原因是___________。三颈烧瓶中发生的离子反应为
（2）该反应中被氧化的元素为___________(填元素符号)，反应中转移0.75 ml电子时，生成还原产物___________ml。
（3）将少量ClO2水溶液滴入盛有MnSO4溶液的试管中，振荡有黑色MnO2沉淀生成，同时有酸生成，已知氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：5，书写该反应的化学方程式为___________。
（4）设计实验证明ClO2的氧化性比Fe3+的强：___________。
（5）“有效氯含量”的定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力(即得电子数)相当于多少克Cl2的氧化能力(氯元素均被还原至-1价)，则ClO2的有效氯含量为___________。(保留两位小数)。
（6）NaClO3可以由Cl2与NaOH溶液反应得到，在不同温度、浓度的条件下，Cl2与NaOH溶液反应可以生成NaClO或。现将氯气缓缓通入冷NaOH溶液，当溶液中含有的NaClO与NaClO3的物质的量为1：2时，n(NaCl)：n(NaClO3)为___________，整个过程参加反应所需NaOH与Cl2的物质的量之比为___________。
（7）若将Cl2通入含1 ml NaOH的溶液中，发生上述过程，反应中转移电子的物质的量可能为a ml，则a的取值范围为___________。
【答案】（1） ①. 锥形瓶 ②. 防止ClO2分解发生爆炸 ③. 冰 ④. 使ClO2在装置B的冰水浴中冷却变为液态
（2） ①. Fe、S ②. 0.75
（3）
（4）将ClO2气体通入FeSO4溶液中，并滴入KSCN溶液，观察溶液颜色变化，若溶液变为红色，则证明ClO2的氧化性比Fe3+的强
（5）2.63 （6） ①. 11：2 ②. 2：1
（7）≤a≤
【解析】
【分析】向三颈烧瓶中加入NaClO3溶液、浓H2SO4并通入空气，调节恒温器至60℃，通过固体加料器缓慢匀速加入硫铁矿粉末，反应产生的ClO2气体，在装置B的冰水浴中冷却使ClO2变为液态，装置C中吸收ClO2气体，得到ClO2水溶液，防止发生爆炸；装置D吸收尾气，结合物质变化分析反应原理。
【小问1详解】
根据图示可知：仪器a名称为锥形瓶；在A装置中反应制取ClO2，根据已知信息可知二氧化氯(ClO2)是一种高效安全消毒剂，黄绿色气体，易溶于水，沸点为11℃，ClO2遇热不稳定易分解发生爆炸，在装置A中恒温器控制温度在60℃以内的目的是防止ClO2分解发生爆炸；B装置用于收集ClO2，由于二氧化氯(ClO2) 沸点为11℃，遇热不稳定易分解发生爆炸，所以B装置使用的水浴为冰水浴；这样操作可以使ClO2在装置B的冰水浴环境中冷却变为液态；
【小问2详解】
在三颈烧瓶中发生反应：，在该反应中，Cl元素化合价由反应前中的+5价变为反应后ClO2中的+4价，化合价降低，得到电子被还原；Fe元素化合价由反应前FeS2中的+2价变为反应后Fe3+的+3价，化合价升高，失去电子被氧化；S元素化合价由反应前FeS2中的-1价变为反应后的+6价，化合价升高，失去电子被氧化，所以被氧化的元素有+2价的Fe和-1价的S；被还原的元素为+5价的Cl；根据反应方程式可知：每有15 ml电子转移，反应消耗15 ml，反应产生15 ml还原产物Cl-，故反应中转移0.75 ml电子时，生成还原产物0.75 ml；
【小问3详解】
将少量ClO2水溶液滴入盛有MnSO4溶液的试管中，振荡，MnSO4被ClO2氧化为黑色MnO2，ClO2得到电子被还原，同时有酸生成，由于反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：5，根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒，可知ClO2被还原为Cl-，该反应的离子方程式为：；
【小问4详解】
在氧化还原反应中，物质的氧化性：氧化剂＞氧化产物，若ClO2的氧化性比Fe3+强，则ClO2能够将Fe2+氧化为Fe3+，可用KSCN溶液检验Fe3+的存在，故实验方案为：将ClO2气体通入FeSO4溶液中，并滴入KSCN溶液，观察溶液颜色变化，若溶液变为红色，则证明ClO2的氧化性比Fe3+的强；
【小问5详解】
Cl2的摩尔质量是71 g/ml，1 ml Cl2反应得到2 ml电子；ClO2的摩尔质量是67.5 g/ml，1 ml ClO2反应时得到5 ml电子，则ClO2的有效氯含量为；
【小问6详解】
Cl2与NaOH溶液反应产生NaCl、NaClO、NaClO3，就氧化还原反应中元素化合价升降总数等于反应过程中电子转移总数，可知n(NaCl)=n(NaClO)+5n(NaClO3)，若n(NaClO)：n(NaClO3)=1：2，假设n(NaClO)=a ml，则n(NaClO3)=2a ml，n(NaCl)=n(NaClO)+5n(NaClO3)=a ml+5×2a ml=11a ml，所以n(NaCl)：n(NaClO3)=11a ml：2a ml=11：2；根据Na元素及Cl元素守恒，n(NaOH)=n(NaCl)+n(NaClO)+n(NaClO3)=11a ml+a ml+2a ml=14a ml，n(Cl2)=[n(NaCl)+n(NaClO)+n(NaClO3)]=n(NaOH)=7a ml，则整个过程参加反应所需NaOH与Cl2的物质的量之比为n(NaOH)：n(Cl2)=14a ml：7a ml=2：1；
【小问7详解】
用极值方法求解。若足量Cl2与1 ml NaOH溶液完全发生反应：Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O，反应过程中转移电子物质的量是n(e-)=ml；若Cl2与1 ml NaOH溶液完全发生反应：3Cl2+6NaOH=5NaCl+NaClO3+3H2O，反应过程中转移电子的物质的量是n(e-)=ml；将Cl2通入1 ml NaOH溶液中，可能会发生上述两个反应，发生这两个反应的相对量多少不同，反应过程中转移的电子的物质的量不同，因此在发生上述过程，反应中转移电子的物质的量可能为a ml，则a的取值范围为ml≤a≤ml。
元素
原子结构特征或有关物质的性质
a
原子的最外层电子数是其内层电子数的2倍
b
原子的最外层电子数比其次外层电子数少1个且与元素a形成的化合物之一是常见的萃取剂
c
第三周期半径最大的主族元素
d
卤素单质中氢化物最稳定的元素
e
其氢化物eH3为10电子结构分子
f
与a元素形成的无毒气体会加剧温室效应，带两个负电荷的离子与氖离子结构相同
g
第三周期中制作半导体材料的重要非金属元素，地壳中含量第二高的元素
步骤
实验操作
实验现象
I
将反应后得到的黑色粉末X(假定为均匀的)，取出少量放入另一试管中，加入少量稀硫酸，微热
黑色粉末逐渐溶解，溶液呈浅绿色；有少量气泡产生
Ⅱ
向实验I得到的溶液a中滴加几滴KSCN溶液，振荡
溶液没有出现红色
实验混合溶液
A
B
C
D
E
F
4 ml/LH2SO4/mL
30
V1
V2
V3
V4
V5
饱和CuSO4溶液mL
0
1
25
5
V6
20
H2O/mL
V7
V8
V9
V10
10
0
元素
原子结构特征或有关物质的性质
a
原子的最外层电子数是其内层电子数的2倍
b
原子的最外层电子数比其次外层电子数少1个且与元素a形成的化合物之一是常见的萃取剂
c
第三周期半径最大的主族元素
d
卤素单质中氢化物最稳定的元素
e
其氢化物eH3为10电子结构分子
f
与a元素形成的无毒气体会加剧温室效应，带两个负电荷的离子与氖离子结构相同
g
第三周期中制作半导体材料的重要非金属元素，地壳中含量第二高的元素
步骤
实验操作
实验现象
I
将反应后得到的黑色粉末X(假定为均匀的)，取出少量放入另一试管中，加入少量稀硫酸，微热
黑色粉末逐渐溶解，溶液呈浅绿色；有少量气泡产生
Ⅱ
向实验I得到的溶液a中滴加几滴KSCN溶液，振荡
溶液没有出现红色
实验混合溶液
A
B
C
D
E
F
4 ml/LH2SO4/mL
30
V1
V2
V3
V4
V5
饱和CuSO4溶液mL
0
1
2.5
5
V6
20
H2O/mL
V7
V8
V9
V10
10
0