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【化学】河南省顶级名校2018-2019学年高二下学期期末考试(解析版)
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河南省顶级名校2018-2019学年高二下学期期末考试
可能用到的相对原子质量:H 1、C 12、O 16、Mg 24、Al 27、P 31
一、选择题(每题6分,共42分)
1.下列我国科技成果所涉及物质的应用中,发生的不是化学变化的是( )
A.甲醇低温所制氢气用于新能源汽车
B.氘、氚用作“人造太阳”核聚变燃料
C.偏二甲肼用作发射“天宫二号”的火箭燃料
D.开采可燃冰,将其作为能源使用
【答案】B
【解析】分析:A项,甲醇低温制氢气有新物质生成,属于化学变化;B项,氘、氚用作核聚变燃料,是核反应,不属于化学变化;C项,偏二甲肼与N2O4反应生成CO2、N2和H2O,放出大量热,属于化学变化;D项,可燃冰是甲烷的结晶水合物,CH4燃烧生成CO2和H2O,放出大量热,属于化学变化。
详解:A项,甲醇低温制氢气有新物质生成,属于化学变化;B项,氘、氚用作核聚变燃料,是核反应,不属于化学变化;C项,偏二甲肼与N2O4反应生成CO2、N2和H2O,放出大量热,反应的化学方程式为C2H8N2+2N2O43N2↑+2CO2↑+4H2O,属于化学变化;D项,可燃冰是甲烷的结晶水合物,CH4燃烧生成CO2和H2O,放出大量热,反应的化学方程式为CH4+2O2CO2+2H2O,属于化学变化;答案选B。
点睛:本题考查化学变化、核反应的区别,化学变化的特征是有新物质生成。注意化学变化与核反应的区别,化学变化过程中原子核不变,核反应不属于化学反应。
2.下列实验操作能达到实验目的的是( )
A. 用长颈漏斗分离出乙酸与乙醇反应的产物
B. 用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的NO
C. 配制氯化铁溶液时,将氯化铁溶解在较浓的盐酸中再加水稀释
D. 将Cl2与HCl混合气体通过饱和食盐水可得到纯净的Cl2
【答案】C
【详解】A.长颈漏斗不能用作分离操作,分离互不相溶的液体应该选用分液漏斗,故A错误;
B.NO易和空气中O2反应生成NO2,所以不能用排空气法收集,NO不易溶于水,应该用排水法收集,故B错误;
C.FeCl3属于强酸弱碱盐,Fe 3+易水解生成Fe(OH)3而产生浑浊,为了防止氯化铁水解,应该将氯化铁溶解在较浓的盐酸中再加水稀释,故C正确;
D.将Cl2与HCl混合气体通过饱和食盐水会带出部分水蒸气,所以得不到纯净的氯气,应该将饱和食盐水出来的气体再用浓硫酸干燥,故D错误;
答案选C。
【点睛】本题的易错点为D,要注意从水溶液中出来的气体中含有水蒸气。
3.短周期主族元素 X、Y、Z、W 原子序数依次增大,X 是地壳中含量最多的元素,Y 原子的最外层只有一个电子,Z 位于元素周期表ⅢA族,W 与X属于同一主族。下列说法正确的是( )
A. 原子半径:r(W) > r(Z) > r(Y)
B. 由X、Y 组成的化合物中均不含共价键
C. Y 的最高价氧化物的水化物的碱性比Z的弱
D. X 的简单气态氢化物的热稳定性比W的强
【答案】D
【解析】分析:短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大;X是地壳中含量最多的元素,X为O元素;Y原子的最外层只有一个电子,Y为Na元素;Z位于元素周期表中IIIA族,Z为Al元素;W与X属于同一主族,W为S元素。根据元素周期律作答。
详解:短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大;X是地壳中含量最多的元素,X为O元素;Y原子的最外层只有一个电子,Y为Na元素;Z位于元素周期表中IIIA族,Z为Al元素;W与X属于同一主族,W为S元素。A项,Na、Al、S都是第三周期元素,根据同周期从左到右主族元素的原子半径依次减小,原子半径:r(Y)r(Z)r(W),A项错误;B项,由X、Y组成的化合物有Na2O、Na2O2,Na2O中只有离子键,Na2O2中既含离子键又含共价键,B项错误;C项,金属性:Na(Y)Al(Z),Y的最高价氧化物的水化物的碱性比Z的强,C项错误;D项,非金属性:O(X)S(W),X的简单气态氢化物的热稳定性比W的强,D项正确;答案选D。
点睛:本题考查元素周期表和元素周期律的推断,准确推断出各字母代表的元素是解题的关键,进而根据同周期、同主族元素结构和性质的递变规律作出判断。
4.NA代表阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( )
A. 100 mL 1 mol·L-1FeCl3溶液中所含Fe3+的数目为0.1NA
B. 常温常压下,11.2 L甲烷和乙烯混合物中含氢原子数目为2NA
C. 密闭容器中,2 mol SO2和1 mol O2催化反应后分子总数为2NA
D. 标准状况下,124 g P4中所含P—P键数目为6NA
【答案】D
【详解】A.三价铁离子在水溶液中部分水解,所以100 mL 1 mol•L-1FeCl3溶液中所含Fe3+的数目小于0.1NA,故A错误;
B.常温常压下,气体摩尔体积不是22.4L/mol,因此11.2 L甲烷和乙烯混合物的物质的量不是0.5mol,其中含氢原子数目不是2NA,故B错误;
C.二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫的反应为可逆反应,不能进行到底,所以密闭容器中,2 mol SO2和1 mol O2催化反应后分子总数大于2NA小于3NA,故C错误;
D.124gP4的物质的量为=1mol,根据P4的结构式,1molP4含有6molP-P键,即含有P-P键数目为6NA,故D正确;
答案选D
5.有机物X、Y、M相互转化关系如下。下列有关说法不正确的是( )
A. 可用碳酸氢钠区别X与Y
B. Y中所有原子在同一平面上
C. X、Y、M均能发生加成、氧化和取代反应
D. X环上的二氯代物共有11种(不考虑顺反异构)
【答案】B
【详解】A.Y不含羧基,与碳酸氢钠不反应,X含有羧基,能与碳酸氢钠溶液反应,故A正确;
B.甲烷分子为四面体结构,Y分子中含有-CH2-,所以Y中所有原子不可能处于同一平面上,故B错误;
C. X分子中含有碳碳双键和羧基,Y分子中含有碳碳双键和羟基,M分子中含有碳碳双键和酯基,所以均能发生加成、氧化和取代反应,故C正确;
D.采用定一移二的方法分析,X环上的二氯代物共有11种,故D正确。
答案选B。
【点睛】本题考查有机物的结构和性质,掌握官能团的结构和性质是解题的关键,本题难点是D选项,注意采用定一移二的方法分析同分异构体的种数。
6.常温下,向10 mL 0.1 mol/L的CuCl2溶液中滴加0.1 mol/L的Na2S溶液,滴加过程中溶液中-lgc(Cu2+)随滴入的Na2S溶液体积的变化如图所示(忽略滴加过程中的温度变化和溶液体积变化)。下列叙述正确的是( )
A. 常温下Ksp (CuS)的数量级为10-30
B. c点溶液中水的电离程度大于a点和d点溶液
C. b点溶液中c(Na+)=2c(Cl-)
D. d点溶液中c (Na+) >c (Cl-) >c (S2-) >c (OH-) >c (H+)
【答案】D
【分析】向10mL0.1mol/LCuCl2溶液中滴加0.1mol/L的Na2S溶液,发生反应:Cu2++S2-⇌CuS↓,Cu2+单独存在或S2-单独存在均会水解,水解促进水的电离,图中-lgc(Cu2+)越大,则c(Cu2+)越小,结合图中浓度计算溶度积常数及溶液中的守恒思想分析解答。
【详解】A.根据图像,V=10mL时,二者恰好完全反应生成CuS沉淀,CuS⇌Cu2++S2-,平衡时c(Cu2+)=c(S2-)=10-17.6mol/L,则Ksp(CuS)=c(Cu2+)c(S2-)=10-17.6mol/L×10-17.6mol/L =10-35.2mol2/L2,Ksp(CuS)的数量级为10-36,故A错误;
B.c点为NaCl溶液,对水的电离无影响,而a点为氯化铜溶液、d点为硫化钠溶液,都会发生水解反应促进水的电离,则c点溶液中水的电离程度小于a点和d点溶液,故B错误;
C.根据图像,b点时钠离子的物质的量为0.1mol/L×0.005L×2=0.001mol,氯离子的物质的量为0.1mol/L×0.01L×2=0.002mol,则c(Cl-)=2c(Na+),故C错误;
D.d点溶液中NaCl和Na2S的浓度之比为2:1,且溶液显碱性,因此c (Na+) >c (Cl-) >c (S2-) >c (OH-) >c (H+),故D正确;
答案选D。
7.用石墨电极完成下列电解实验。
实验一
实验二
装置
现象
a 、d处试纸变蓝;b处变红,局部褪色;c处无明显变化
两个石墨电极附近均有气泡产生;铜珠n的右侧有气泡产生。
下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )
A. 根据实验一的原理,实验二中铜珠m左侧变厚
B. a、d处:2H2O+2e-=H2↑+2OH-
C. b处:2Cl--2e-=Cl2↑;Cl2 + H2O =HCl + HClO
D. c处发生了反应:Fe-2e-=Fe2+
【答案】A
【分析】实验一a、d处试纸变蓝,说明生成OH-,为电解池的阴极,b处变红,局部褪色,为电解池的阳极,生成氯气,c处无明显变化,铁丝左侧c处为阳极,右侧d处为阴极,实验二两个石墨电极附近有气泡产生,左侧生成氢气,右侧生成氧气,两个铜珠的左侧为阳极,右侧为阴极,n处有气泡产生,为阴极,据此分析解答。
【详解】A.实验一中ac形成电解池,db形成电解池,所以实验二中也相当于形成三个电解池,一个球两面为不同的两极,铜珠m的左侧为阳极,发生的电极反应为Cu-2e-=Cu2+,右侧为阴极,发生的电极反应为Cu2++2e-=Cu,同样铜珠n的左侧为阳极,右侧为阴极,因此铜珠m右侧变厚,故A错误;
B.a、d处试纸变蓝,说明溶液显碱性,是溶液中的氢离子得到电子生成氢气,氢氧根离子剩余造成的,电极方程式为2H2O+2e-═H2↑+2OH-,故B正确;
C.b处变红,局部褪色,是因为Cl2+H2O=HCl+HClO,HCl的酸性使溶液变红,HClO的漂白性使局部褪色,故C正确;
D.c处为阳极,发生氧化反应:Fe-2e-═Fe2+,故D正确;
答案选A。
【点睛】把握电极的判断以及电极反应为解答本题的关键。本题的易错点为A,要注意根据实验一正确判断电极类型并类推实验二。
二、非选择题(4大题,共58分)
8.高碘酸钾(KIO4)溶于热水,微溶于冷水和氢氧化钾溶液,可用作有机物的氧化剂。制备高碘酸钾的装置图如下(夹持和加热装置省略)。回答下列问题:
(1)装置I中仪器甲的名称是___________。
(2)装置I中浓盐酸与KMnO4混合后发生反应的离子方程式是_______________________。
(3)装置Ⅱ中的试剂X是_______________。
(4)装置Ⅲ中搅拌的目的是___________________________________________。
(5)上述炭置按气流由左至右各接口顺序为_______________________(用字母表示)。
(6)装置连接好后,将装置Ⅲ水浴加热,通入氯气一段时间,冷却析岀高碘酸钾晶体,经过滤,洗涤,干燥等步骤得到产品。
①写出装置Ⅲ中发生反应化学方程式:___________________________________。
②洗涤时,与选用热水相比,选用冷水洗涤晶体的优点是___________________________。
③上述制备的产品中含少量的KIO3,其他杂质忽略,现称取ag该产品配制成溶液,然后加入稍过量的用醋酸酸化的KI溶液,充分反应后,加入几滴淀粉溶液,然后用1.0mol·L-1Na2S2O3标准溶液滴定至终点,消耗标准溶液的平均体积为bL。
已知:KIO3+5KI+6CH3COOH===3I2+6CH3COOK+3H2O
KIO4+7KI+8CH3 COOH===4I2+8CH3COOK+4H2O
I2+2Na2S2O3===2NaI+N2S4O6
则该产品中KIO4的百分含量是___________(Mr(KIO3)=214,Mr(KIO4)=230,列出计算式)。
【答案】 (1). 圆底烧瓶 (2). 16H++10Cl-+2MnO4-=2Mn2++8H2O+5Cl2↑ (3). NaOH溶液 (4). 使反应混合物混合均匀,反应更充分 (5). aefcdb (6). 2KOH+KIO3+Cl2KIO4+2KCl+ H2O (7). 降低KIO4的溶解度,减少晶体损失 (8). 100%
【分析】本题为制备高碘酸钾实验题,根据所提供的装置,装置III为KIO4的制备反应发生装置,发生的反应为2KOH+KIO3+Cl2KIO4+2KCl+ H2O;装置I可用来制取氯气,为制备KIO4提供反应物氯气;装置IV是氯气的净化装置;装置II是氯气的尾气吸收装置;装置的连接顺序为I→IV→III→II,以此分析解答。
【详解】(1)根据装置I中仪器甲的构造,该仪器的名称是圆底烧瓶,
因此,本题正确答案是:圆底烧瓶;
(2)浓盐酸与KMnO4反应生成氯化钾、氯化锰、氯气和水,根据得失电子守恒及电荷守恒和原子守恒写出离子方程式是2MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2++5Cl2↑+8H2O,
因此,本题正确答案是:2MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2++5Cl2↑+8H2O;
(3) 装置II是氯气的尾气吸收装置,所用的试剂X应是NaOH溶液,
因此,本题正确答案是:NaOH溶液;
(4) 装置III为KIO4的制备反应发生装置,用氯气和NaOH的KIO3溶液反应,搅拌的目的是使反应混合物混合均匀,反应更充分,
因此,本题正确答案是:使反应混合物混合均匀,反应更充分;
(5)根据以上分析,装置的连接顺序为I→IV→III→II,所以各接口顺序为aefcdb,
因此,本题正确答案是:aefcdb;
(6)①装置III为KIO4的制备反应发生装置,氯气将KIO3氧化为KIO4,本身被还原为KCl,化学方程式为2KOH+KIO3+Cl2KIO4+2KCl+ H2O,
因此,本题正确答案是:2KOH+KIO3+Cl2KIO4+2KCl+ H2O;
②根据题给信息,高碘酸钾(KIO4)溶于热水,微溶于冷水和氢氧化钾溶液,所以,与选用热水相比,选用冷水洗涤晶体的优点是降低KIO4的溶解度,减少晶体损失,
因此,本题正确答案是:降低KIO4的溶解度,减少晶体损失;
③设ag产品中含有KIO3和KIO4的物质的量分别为x、y,则根据反应关系:
KIO3~~~3I2,KIO4~~~4I2,I2~~~2Na2S2O3,
①214x+230y=a,②3x+4y=0.5b,联立①、②,解得y=mol,
则该产品中KIO4的百分含量是100%=100%,
因此,本题正确答案是:100%。
9.元素铬(Cr)在自然界主要以+3价和+6价存在。请回答下列问题:
(1)利用铬铁矿(FeO•Cr2O3)冶炼制取金属铬的工艺流程如图所示:
①为加快焙烧速率和提高原料的利用率,可采取的措施之一是__________________ 。
②“水浸”要获得浸出液的操作是_________。浸出液的主要成分为Na2CrO4,向“滤液”中加入酸化的氯化钡溶液有白色沉淀生成,则 “还原”操作中发生反应的离子方程式为___________________________________________________。
(2)已知 Cr3+完全沉淀时溶液pH为5,(Cr3+浓度降至10-5mol∙L-1可认为完全沉淀)则Cr(OH)3的溶度积常数 Ksp=_______________。
(3)用石墨电极电解铬酸钠(Na2CrO4)溶液,可制重铬酸钠(Na2Cr2O7),实验装置如图所示(已知:2CrO42-+2H+Cr2O72-+ H2O)。
①电极b连接电源的______极(填“正”或“负”) , b 极发生的电极反应:______________。
②电解一段时间后,测得阳极区溶液中Na+物质的量由a mol变为b mol,则理论上生成重铬酸钠的物质的量是_______________mol 。
【答案】(1). 铬铁矿粉碎 (2). 过滤 (3). 8CrO42—+3S2-+20H2O=8Cr(OH)3↓+3SO42-+ 16OH- (4). 1×10-32 (5). 正 (6). 2H2O-4e-=O2↑+4H+ (7). (a-b)/2
【分析】(1)根据流程:铬铁矿(FeO•Cr2O3)加入纯碱、通入空气焙烧,得到Na2CrO4,过滤,滤液含有Na2CrO4,加入Na2S还原得到Cr(OH)3,反应为:8CrO42-+3S2-+20H2O=8Cr(OH)3↓+3SO42-+16OH-,加热Cr(OH)3可得到Cr2O3,再用还原剂还原得到Cr,据此分析解答;
(2)已知 Cr3+完全沉淀时溶液pH为5,则此时c(OH-)=1×10-9mol/L,c(Cr3+)=1×10-5mol/L,Cr(OH)3的溶度积常数 Ksp=c(Cr3+)c3(OH-),据此计算;
(3)①b极得到Na2Cr2O7,则b有反应2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O,故b的电极反应为水放电生成氧气和氢离子,据此分析解答;②根据电荷守恒分析计算。
【详解】(1)①影响化学反应速率的因素:物质的表面积大小,表面积越大,反应速率越快,为加快焙烧速率和提高原料的利用率,采取的措施可以有将铬铁矿粉碎等,故答案为:铬铁矿粉碎;
②“水浸”要获得浸出液,需要过滤出浸渣,采取的操作是过滤;浸出液的主要成分为Na2CrO4,向“滤液”中加入酸化的氯化钡溶液有白色沉淀生成,说明加入的Na2S被氧化成SO42-,Cr元素由+6价降为+3价,S元素由-2价升到+6价,依据原子守恒和得失电子守恒,反应的方程式为:8CrO42—+3S2-+20H2O=8Cr(OH)3↓+3SO42-+16OH-,故答案为:过滤;8CrO42—+3S2-+20H2O=8Cr(OH)3↓+3SO42-+16OH-。
(2)pH为5,c(OH-)=10-9,c(Cr3+)=1×10-5mol/L,则Ksp=c(Cr3+)c3(OH-)=10-5×(10-9)3=1×10-32,故答案为:1×10-32;
(3)①根据图示,在b极所在电极室得到Na2Cr2O7,根据2CrO42-+2H+ Cr2O72—+ H2O,电解过程中b极c(H+)增大,则b极电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+,因此a是阴极,b是阳极,电极b连接电源的正极,故答案为:正;2H2O-4e-=O2↑+4H+;
②电解一段时间后,测得阳极区溶液中Na+物质的量由a mol变为b mol,则溶液中移动的电荷为(a-b)mol,所以外电路中转移的电子为(a-b)mol,阳极的电极反应为:2H2O-4e-=O2+4H+,则阳极生成的氢离子为(a-b)mol,根据2CrO42-+2H+⇌Cr2O72-+H2O,理论上生成重铬酸钠的物质的量是mol,故答案为:。
10.科学家对一碳化学进行了广泛深入的研究并取得了一些重要成果。
(1)已知:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol;
3CH3OH(g)CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) △H2=-31.0kJ/mol
CO与H2合成CH3CH=CH2的热化学方程式为____________________________________。
(2)现向三个体积均为2L的恒容密闭容器I、II、Ⅲ中,均分别充入1molCO 和2mo1H2发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol。三个容器的反应温度分别为Tl、T2、T3且恒定不变。当反应均进行到5min时H2的体积分数如图1所示,其中只有一个容器中的反应已经达到平衡状态。
①5min时三个容器中的反应达到化学平衡状态的是容器_______(填序号)。
②0-5 min内容器I中用CH3OH表示的化学反应速率v(CH3OH)=_______。(保留两位有效数字)
(3)CO常用于工业冶炼金属,在不同温度下用CO 还原四种金属氧化物,达到平衡后气体中lgc(CO)/c(CO2)与温度(T)的关系如图2所示。下列说法正确的是_____(填字母)。
A.工业上可以通过增高反应装置来延长矿石和CO接触面积,减少尾气中CO的含量
B.CO用于工业冶炼金属铬(Cr)时,还原效率不高
C.工业冶炼金属铜(Cu) 时,600℃下CO的利用率比1000℃下CO的利用率更大
D.CO还原PbO2的反应△H>0
(4)一种甲醇燃料电池,使用的电解质溶液是2mol·L-1的KOH溶液。
请写出加入(通入)a物质一极的电极反应式___________________;每消耗6.4g甲醇转移的电子数为__________。
(5)一定条件下,用甲醇与一氧化碳反应合成乙酸可以消除一氧化碳污染。常温下,将a mol/L醋酸与b mol/LBa(OH)2溶液等体积混合后,若溶液呈中性,用含a和b的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数Ka为_________。
【答案】 (1). 3CO(g)+6H2(g)CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) △H=-301.3kJ/mol (2). Ⅲ (3). 0.067 mol/(L·min) (4). BC (5). CH3OH-6e-+8OH—=CO32-+6H2O (6). 1.2NA(或1.2×6.02×1023) (7).
【分析】(1)根据盖斯定律分析书写CO与H2合成CH3CH=CH2的热化学方程式;
(2)①温度越高反应速率越快,达到平衡状态时,需要的时间越短,据此判断;②利用三段式求出反应生成的甲醇的物质的量浓度,再根据v=计算;
(3)A、增高炉的高度,增大CO与铁矿石的接触,不能影响平衡移动,CO的利用率不变;B、由图像可知,用CO工业冶炼金属铬时,一直很高,说明CO转化率很低;C、由图像可知,温度越低,越小,故CO转化率越高;D、CO还原PbO2的反应,达到平衡后升高温度,升高,即升高温度,CO的含量增大,说明平衡逆向移动,据此分析判断;
(4)根据电子的移动方向判断出原电池的正负极,负极上甲醇失去电子生成碳酸钾,根据电子与甲醇的物质的量关系计算;
(5)溶液等体积,混合溶质浓度减少一半,醋酸电离平衡常数与浓度无关,结合电离平衡常数的表达式计算。
【详解】(1)①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol,②3CH3OH(g) CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) △H2=-31.0kJ/mol,根据盖斯定律,将①×3+②得到CO与H2合成CH3CH=CH2的热化学方程式:3CO(g)+6H2(g) CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) △H=-301.3kJ/mol,故答案为:3CO(g)+6H2(g) CH3CH=CH2(g)+3H2O(g)△H=-301.3kJ/mol;
(2)①三个容器的反应温度分别为Tl、T2、T3且恒定不变,当反应均进行到5min时H2的体积分数如图1所示,温度越高,反应速率越快,达到平衡需要的时间越短,其中只有一个容器中的反应已经达到平衡状态,最有可能是Ⅲ,平衡后,升高温度,平衡逆向进行,氢气含量最大,故答案为:Ⅲ;
②设反应生成的甲醇为xmol/L,
CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)
开始(mol/L):0.5 1 0
转化(mol/L): x 2x x
平衡(mol/L):0.5-x 1-2x x
到5min时,氢气的体积分数为0.4,则=0.4,解得:x=mol/L,容器I中用CH3OH表示的化学反应速率v(CH3OH)=═=0.067mol/(L•min),故答案为:0.067 mol/(L•min);
(3)A.增高炉的高度,增大CO与铁矿石的接触,不能影响平衡移动,CO的利用率不变,故A错误;B.由图像可知用CO工业冶炼金属铬时,一直很高,说明CO转化率很低,故B正确;C.由图像可知温度越低,越小,故CO转化率越高,工业冶炼金属铜(Cu) 时,600℃下CO的利用率比1000℃下CO的利用率更大,故C正确;D.CO还原PbO2的反应,达到平衡后升高温度,升高,即升高温度,CO的含量增大,说明平衡逆向移动,此反应的△H<0,故D错误;故答案为:BC;
(4)电池反应为:2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O,该电池负极是甲醇失电子生成碳酸钾,根据图像可知,b电极为正极,电极反应为:O2+4e-+2H2O=4OH-,a为负极,电极反应式为CH3OH-6e-+8OH—=CO32-+6H2O,6.4g甲醇的物质的量为=0.2mol,转移电子的物质的量为0.2mol ×6=1.2mol,即 1.2NA(或1.2×6.02×1023),故答案为:CH3OH-6e-+8OH—=CO32-+6H2O; 1.2NA(或1.2×6.02×1023);
(5)通常状况下,将a mol/L的醋酸与b mol/L Ba(OH)2溶液等体积混合,溶液呈中性,根据电荷守恒,2c(Ba2+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-),溶液呈中性,溶液中c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L,则c(CH3COO-)=2c(Ba2+)=2×mol/L=bmol/L,醋酸电离平衡为CH3COOH CH3COO-+H+,则K===,故答案为:。
11.三乙酸锰可作单电子氧化剂,用如下反应可以制取三乙酸锰:4Mn(NO3)2·6H2O+26(CH3CO)2O=4(CH3COO)3Mn +8HNO2+ 3O2↑+40CH3COOH。
(1)基态锰原子的价层电子排布式为__________。
(2) CH3COOH中碳原子的杂化形式为________。
(3) NO3-的空间构型是①______,与NO3-互为等电子体的分子的化学式为②______(任写一种)。
(4) CH3COOH能与H2O以任意比互溶的原因是________________________________。
(5)某种镁铝合金可作为储钠材料,该合金晶胞结构如图所示,晶胞棱长为anm,该合金的化学式为①_______,晶体中每个镁原子周围距离最近的铝原子数目为②_______,该晶体的密度为③______g/cm3(阿伏伽德罗常数的数值用NA表示)。
【答案】 (1). 3d54s2 (2). sp3和sp2 (3). 平面三角形 (4). BF3或BCl3 (5). CH3COOH与H2O均为极性分子,且分子间可以形成氢键 (6). Mg2Al (7). 4 (8).
【分析】(1)锰为25号元素,基态锰原子的价层电子为其3d、4s能级上的电子;
(2)CH3COOH中甲基上C原子价层电子对个数是4、羧基上C原子价层电子对个数是3,根据价层电子对互斥理论判断碳原子的杂化形式;
(3)根据价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数,判断NO3-离子的空间构型,与NO3-互为等电子体的分子中含有4个原子、价电子数是24;
(4)极性分子的溶质易溶于极性分子的溶剂,能和水分子形成分子间氢键的物质易溶于水;
(5)根据均摊法计算晶胞中含有Al原子和Mg原子个数,确定晶胞的化学式;根据晶胞结构判断晶体中每个镁原子周围距离最近的铝原子数目;根据晶体的密度=计算。
【详解】(1)锰为25号元素,价层电子为其3d、4s能级上的电子,基态锰原子的价层电子排布式为3d54s2 ,故答案为:3d54s2;
(2) CH3COOH中甲基上的碳原子含有4个σ键,没有孤电子对,采用sp3杂化,羧基上的碳原子含有3个σ键,没有孤电子对,采用sp2杂化,故答案为:sp3和sp2;
(3) NO3一中氮原子价层电子对数为3+=3,N原子轨道杂化类型为sp2,空间构型为平面三角形;NO3-中有4个原子,5+6×3+1=24个价电子,SO3中有4个原子,6+6×3=24个价电子,与NO3-是等电子体,BF3、BCl3等也与硝酸根离子为等电子体,故答案为:平面三角形;SO3或BF3、BCl3等;
(4) CH3COOH与H2O均为极性分子,且分子间可以形成氢键,使得CH3COOH能与H2O以任意比互溶,故答案为:CH3COOH与H2O均为极性分子,且分子间可以形成氢键;
(5)该晶胞中含有Al原子个数=2×=1、Mg原子个数=2×+8×=2,所以其化学式Mg2Al;在晶胞中,镁原子位于顶点和2个面的面心,铝原子位于2个面的面心,每个镁原子周围距离最近的铝原子数目为4个,距离均为面对角线长度的一半;晶胞棱长为anm,则晶胞体积=(a×10-7)3cm3,晶胞的质量=g=g,则晶胞的密度===g/cm3,故答案为:Mg2Al;4;。
【点睛】明确原子结构、物质结构和晶胞的计算是解本题关键。本题的易错点为(1),要注意第四周期的过渡金属元素的价电子包括3d电子。
可能用到的相对原子质量:H 1、C 12、O 16、Mg 24、Al 27、P 31
一、选择题(每题6分,共42分)
1.下列我国科技成果所涉及物质的应用中,发生的不是化学变化的是( )
A.甲醇低温所制氢气用于新能源汽车
B.氘、氚用作“人造太阳”核聚变燃料
C.偏二甲肼用作发射“天宫二号”的火箭燃料
D.开采可燃冰,将其作为能源使用
【答案】B
【解析】分析:A项,甲醇低温制氢气有新物质生成,属于化学变化;B项,氘、氚用作核聚变燃料,是核反应,不属于化学变化;C项,偏二甲肼与N2O4反应生成CO2、N2和H2O,放出大量热,属于化学变化;D项,可燃冰是甲烷的结晶水合物,CH4燃烧生成CO2和H2O,放出大量热,属于化学变化。
详解:A项,甲醇低温制氢气有新物质生成,属于化学变化;B项,氘、氚用作核聚变燃料,是核反应,不属于化学变化;C项,偏二甲肼与N2O4反应生成CO2、N2和H2O,放出大量热,反应的化学方程式为C2H8N2+2N2O43N2↑+2CO2↑+4H2O,属于化学变化;D项,可燃冰是甲烷的结晶水合物,CH4燃烧生成CO2和H2O,放出大量热,反应的化学方程式为CH4+2O2CO2+2H2O,属于化学变化;答案选B。
点睛:本题考查化学变化、核反应的区别,化学变化的特征是有新物质生成。注意化学变化与核反应的区别,化学变化过程中原子核不变,核反应不属于化学反应。
2.下列实验操作能达到实验目的的是( )
A. 用长颈漏斗分离出乙酸与乙醇反应的产物
B. 用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的NO
C. 配制氯化铁溶液时,将氯化铁溶解在较浓的盐酸中再加水稀释
D. 将Cl2与HCl混合气体通过饱和食盐水可得到纯净的Cl2
【答案】C
【详解】A.长颈漏斗不能用作分离操作,分离互不相溶的液体应该选用分液漏斗,故A错误;
B.NO易和空气中O2反应生成NO2,所以不能用排空气法收集,NO不易溶于水,应该用排水法收集,故B错误;
C.FeCl3属于强酸弱碱盐,Fe 3+易水解生成Fe(OH)3而产生浑浊,为了防止氯化铁水解,应该将氯化铁溶解在较浓的盐酸中再加水稀释,故C正确;
D.将Cl2与HCl混合气体通过饱和食盐水会带出部分水蒸气,所以得不到纯净的氯气,应该将饱和食盐水出来的气体再用浓硫酸干燥,故D错误;
答案选C。
【点睛】本题的易错点为D,要注意从水溶液中出来的气体中含有水蒸气。
3.短周期主族元素 X、Y、Z、W 原子序数依次增大,X 是地壳中含量最多的元素,Y 原子的最外层只有一个电子,Z 位于元素周期表ⅢA族,W 与X属于同一主族。下列说法正确的是( )
A. 原子半径:r(W) > r(Z) > r(Y)
B. 由X、Y 组成的化合物中均不含共价键
C. Y 的最高价氧化物的水化物的碱性比Z的弱
D. X 的简单气态氢化物的热稳定性比W的强
【答案】D
【解析】分析:短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大;X是地壳中含量最多的元素,X为O元素;Y原子的最外层只有一个电子,Y为Na元素;Z位于元素周期表中IIIA族,Z为Al元素;W与X属于同一主族,W为S元素。根据元素周期律作答。
详解:短周期主族元素X、Y、Z、W原子序数依次增大;X是地壳中含量最多的元素,X为O元素;Y原子的最外层只有一个电子,Y为Na元素;Z位于元素周期表中IIIA族,Z为Al元素;W与X属于同一主族,W为S元素。A项,Na、Al、S都是第三周期元素,根据同周期从左到右主族元素的原子半径依次减小,原子半径:r(Y)r(Z)r(W),A项错误;B项,由X、Y组成的化合物有Na2O、Na2O2,Na2O中只有离子键,Na2O2中既含离子键又含共价键,B项错误;C项,金属性:Na(Y)Al(Z),Y的最高价氧化物的水化物的碱性比Z的强,C项错误;D项,非金属性:O(X)S(W),X的简单气态氢化物的热稳定性比W的强,D项正确;答案选D。
点睛:本题考查元素周期表和元素周期律的推断,准确推断出各字母代表的元素是解题的关键,进而根据同周期、同主族元素结构和性质的递变规律作出判断。
4.NA代表阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( )
A. 100 mL 1 mol·L-1FeCl3溶液中所含Fe3+的数目为0.1NA
B. 常温常压下,11.2 L甲烷和乙烯混合物中含氢原子数目为2NA
C. 密闭容器中,2 mol SO2和1 mol O2催化反应后分子总数为2NA
D. 标准状况下,124 g P4中所含P—P键数目为6NA
【答案】D
【详解】A.三价铁离子在水溶液中部分水解,所以100 mL 1 mol•L-1FeCl3溶液中所含Fe3+的数目小于0.1NA,故A错误;
B.常温常压下,气体摩尔体积不是22.4L/mol,因此11.2 L甲烷和乙烯混合物的物质的量不是0.5mol,其中含氢原子数目不是2NA,故B错误;
C.二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫的反应为可逆反应,不能进行到底,所以密闭容器中,2 mol SO2和1 mol O2催化反应后分子总数大于2NA小于3NA,故C错误;
D.124gP4的物质的量为=1mol,根据P4的结构式,1molP4含有6molP-P键,即含有P-P键数目为6NA,故D正确;
答案选D
5.有机物X、Y、M相互转化关系如下。下列有关说法不正确的是( )
A. 可用碳酸氢钠区别X与Y
B. Y中所有原子在同一平面上
C. X、Y、M均能发生加成、氧化和取代反应
D. X环上的二氯代物共有11种(不考虑顺反异构)
【答案】B
【详解】A.Y不含羧基,与碳酸氢钠不反应,X含有羧基,能与碳酸氢钠溶液反应,故A正确;
B.甲烷分子为四面体结构,Y分子中含有-CH2-,所以Y中所有原子不可能处于同一平面上,故B错误;
C. X分子中含有碳碳双键和羧基,Y分子中含有碳碳双键和羟基,M分子中含有碳碳双键和酯基,所以均能发生加成、氧化和取代反应,故C正确;
D.采用定一移二的方法分析,X环上的二氯代物共有11种,故D正确。
答案选B。
【点睛】本题考查有机物的结构和性质,掌握官能团的结构和性质是解题的关键,本题难点是D选项,注意采用定一移二的方法分析同分异构体的种数。
6.常温下,向10 mL 0.1 mol/L的CuCl2溶液中滴加0.1 mol/L的Na2S溶液,滴加过程中溶液中-lgc(Cu2+)随滴入的Na2S溶液体积的变化如图所示(忽略滴加过程中的温度变化和溶液体积变化)。下列叙述正确的是( )
A. 常温下Ksp (CuS)的数量级为10-30
B. c点溶液中水的电离程度大于a点和d点溶液
C. b点溶液中c(Na+)=2c(Cl-)
D. d点溶液中c (Na+) >c (Cl-) >c (S2-) >c (OH-) >c (H+)
【答案】D
【分析】向10mL0.1mol/LCuCl2溶液中滴加0.1mol/L的Na2S溶液,发生反应:Cu2++S2-⇌CuS↓,Cu2+单独存在或S2-单独存在均会水解,水解促进水的电离,图中-lgc(Cu2+)越大,则c(Cu2+)越小,结合图中浓度计算溶度积常数及溶液中的守恒思想分析解答。
【详解】A.根据图像,V=10mL时,二者恰好完全反应生成CuS沉淀,CuS⇌Cu2++S2-,平衡时c(Cu2+)=c(S2-)=10-17.6mol/L,则Ksp(CuS)=c(Cu2+)c(S2-)=10-17.6mol/L×10-17.6mol/L =10-35.2mol2/L2,Ksp(CuS)的数量级为10-36,故A错误;
B.c点为NaCl溶液,对水的电离无影响,而a点为氯化铜溶液、d点为硫化钠溶液,都会发生水解反应促进水的电离,则c点溶液中水的电离程度小于a点和d点溶液,故B错误;
C.根据图像,b点时钠离子的物质的量为0.1mol/L×0.005L×2=0.001mol,氯离子的物质的量为0.1mol/L×0.01L×2=0.002mol,则c(Cl-)=2c(Na+),故C错误;
D.d点溶液中NaCl和Na2S的浓度之比为2:1,且溶液显碱性,因此c (Na+) >c (Cl-) >c (S2-) >c (OH-) >c (H+),故D正确;
答案选D。
7.用石墨电极完成下列电解实验。
实验一
实验二
装置
现象
a 、d处试纸变蓝;b处变红,局部褪色;c处无明显变化
两个石墨电极附近均有气泡产生;铜珠n的右侧有气泡产生。
下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )
A. 根据实验一的原理,实验二中铜珠m左侧变厚
B. a、d处:2H2O+2e-=H2↑+2OH-
C. b处:2Cl--2e-=Cl2↑;Cl2 + H2O =HCl + HClO
D. c处发生了反应:Fe-2e-=Fe2+
【答案】A
【分析】实验一a、d处试纸变蓝,说明生成OH-,为电解池的阴极,b处变红,局部褪色,为电解池的阳极,生成氯气,c处无明显变化,铁丝左侧c处为阳极,右侧d处为阴极,实验二两个石墨电极附近有气泡产生,左侧生成氢气,右侧生成氧气,两个铜珠的左侧为阳极,右侧为阴极,n处有气泡产生,为阴极,据此分析解答。
【详解】A.实验一中ac形成电解池,db形成电解池,所以实验二中也相当于形成三个电解池,一个球两面为不同的两极,铜珠m的左侧为阳极,发生的电极反应为Cu-2e-=Cu2+,右侧为阴极,发生的电极反应为Cu2++2e-=Cu,同样铜珠n的左侧为阳极,右侧为阴极,因此铜珠m右侧变厚,故A错误;
B.a、d处试纸变蓝,说明溶液显碱性,是溶液中的氢离子得到电子生成氢气,氢氧根离子剩余造成的,电极方程式为2H2O+2e-═H2↑+2OH-,故B正确;
C.b处变红,局部褪色,是因为Cl2+H2O=HCl+HClO,HCl的酸性使溶液变红,HClO的漂白性使局部褪色,故C正确;
D.c处为阳极,发生氧化反应:Fe-2e-═Fe2+,故D正确;
答案选A。
【点睛】把握电极的判断以及电极反应为解答本题的关键。本题的易错点为A,要注意根据实验一正确判断电极类型并类推实验二。
二、非选择题(4大题,共58分)
8.高碘酸钾(KIO4)溶于热水,微溶于冷水和氢氧化钾溶液,可用作有机物的氧化剂。制备高碘酸钾的装置图如下(夹持和加热装置省略)。回答下列问题:
(1)装置I中仪器甲的名称是___________。
(2)装置I中浓盐酸与KMnO4混合后发生反应的离子方程式是_______________________。
(3)装置Ⅱ中的试剂X是_______________。
(4)装置Ⅲ中搅拌的目的是___________________________________________。
(5)上述炭置按气流由左至右各接口顺序为_______________________(用字母表示)。
(6)装置连接好后,将装置Ⅲ水浴加热,通入氯气一段时间,冷却析岀高碘酸钾晶体,经过滤,洗涤,干燥等步骤得到产品。
①写出装置Ⅲ中发生反应化学方程式:___________________________________。
②洗涤时,与选用热水相比,选用冷水洗涤晶体的优点是___________________________。
③上述制备的产品中含少量的KIO3,其他杂质忽略,现称取ag该产品配制成溶液,然后加入稍过量的用醋酸酸化的KI溶液,充分反应后,加入几滴淀粉溶液,然后用1.0mol·L-1Na2S2O3标准溶液滴定至终点,消耗标准溶液的平均体积为bL。
已知:KIO3+5KI+6CH3COOH===3I2+6CH3COOK+3H2O
KIO4+7KI+8CH3 COOH===4I2+8CH3COOK+4H2O
I2+2Na2S2O3===2NaI+N2S4O6
则该产品中KIO4的百分含量是___________(Mr(KIO3)=214,Mr(KIO4)=230,列出计算式)。
【答案】 (1). 圆底烧瓶 (2). 16H++10Cl-+2MnO4-=2Mn2++8H2O+5Cl2↑ (3). NaOH溶液 (4). 使反应混合物混合均匀,反应更充分 (5). aefcdb (6). 2KOH+KIO3+Cl2KIO4+2KCl+ H2O (7). 降低KIO4的溶解度,减少晶体损失 (8). 100%
【分析】本题为制备高碘酸钾实验题,根据所提供的装置,装置III为KIO4的制备反应发生装置,发生的反应为2KOH+KIO3+Cl2KIO4+2KCl+ H2O;装置I可用来制取氯气,为制备KIO4提供反应物氯气;装置IV是氯气的净化装置;装置II是氯气的尾气吸收装置;装置的连接顺序为I→IV→III→II,以此分析解答。
【详解】(1)根据装置I中仪器甲的构造,该仪器的名称是圆底烧瓶,
因此,本题正确答案是:圆底烧瓶;
(2)浓盐酸与KMnO4反应生成氯化钾、氯化锰、氯气和水,根据得失电子守恒及电荷守恒和原子守恒写出离子方程式是2MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2++5Cl2↑+8H2O,
因此,本题正确答案是:2MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2++5Cl2↑+8H2O;
(3) 装置II是氯气的尾气吸收装置,所用的试剂X应是NaOH溶液,
因此,本题正确答案是:NaOH溶液;
(4) 装置III为KIO4的制备反应发生装置,用氯气和NaOH的KIO3溶液反应,搅拌的目的是使反应混合物混合均匀,反应更充分,
因此,本题正确答案是:使反应混合物混合均匀,反应更充分;
(5)根据以上分析,装置的连接顺序为I→IV→III→II,所以各接口顺序为aefcdb,
因此,本题正确答案是:aefcdb;
(6)①装置III为KIO4的制备反应发生装置,氯气将KIO3氧化为KIO4,本身被还原为KCl,化学方程式为2KOH+KIO3+Cl2KIO4+2KCl+ H2O,
因此,本题正确答案是:2KOH+KIO3+Cl2KIO4+2KCl+ H2O;
②根据题给信息,高碘酸钾(KIO4)溶于热水,微溶于冷水和氢氧化钾溶液,所以,与选用热水相比,选用冷水洗涤晶体的优点是降低KIO4的溶解度,减少晶体损失,
因此,本题正确答案是:降低KIO4的溶解度,减少晶体损失;
③设ag产品中含有KIO3和KIO4的物质的量分别为x、y,则根据反应关系:
KIO3~~~3I2,KIO4~~~4I2,I2~~~2Na2S2O3,
①214x+230y=a,②3x+4y=0.5b,联立①、②,解得y=mol,
则该产品中KIO4的百分含量是100%=100%,
因此,本题正确答案是:100%。
9.元素铬(Cr)在自然界主要以+3价和+6价存在。请回答下列问题:
(1)利用铬铁矿(FeO•Cr2O3)冶炼制取金属铬的工艺流程如图所示:
①为加快焙烧速率和提高原料的利用率,可采取的措施之一是__________________ 。
②“水浸”要获得浸出液的操作是_________。浸出液的主要成分为Na2CrO4,向“滤液”中加入酸化的氯化钡溶液有白色沉淀生成,则 “还原”操作中发生反应的离子方程式为___________________________________________________。
(2)已知 Cr3+完全沉淀时溶液pH为5,(Cr3+浓度降至10-5mol∙L-1可认为完全沉淀)则Cr(OH)3的溶度积常数 Ksp=_______________。
(3)用石墨电极电解铬酸钠(Na2CrO4)溶液,可制重铬酸钠(Na2Cr2O7),实验装置如图所示(已知:2CrO42-+2H+Cr2O72-+ H2O)。
①电极b连接电源的______极(填“正”或“负”) , b 极发生的电极反应:______________。
②电解一段时间后,测得阳极区溶液中Na+物质的量由a mol变为b mol,则理论上生成重铬酸钠的物质的量是_______________mol 。
【答案】(1). 铬铁矿粉碎 (2). 过滤 (3). 8CrO42—+3S2-+20H2O=8Cr(OH)3↓+3SO42-+ 16OH- (4). 1×10-32 (5). 正 (6). 2H2O-4e-=O2↑+4H+ (7). (a-b)/2
【分析】(1)根据流程:铬铁矿(FeO•Cr2O3)加入纯碱、通入空气焙烧,得到Na2CrO4,过滤,滤液含有Na2CrO4,加入Na2S还原得到Cr(OH)3,反应为:8CrO42-+3S2-+20H2O=8Cr(OH)3↓+3SO42-+16OH-,加热Cr(OH)3可得到Cr2O3,再用还原剂还原得到Cr,据此分析解答;
(2)已知 Cr3+完全沉淀时溶液pH为5,则此时c(OH-)=1×10-9mol/L,c(Cr3+)=1×10-5mol/L,Cr(OH)3的溶度积常数 Ksp=c(Cr3+)c3(OH-),据此计算;
(3)①b极得到Na2Cr2O7,则b有反应2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O,故b的电极反应为水放电生成氧气和氢离子,据此分析解答;②根据电荷守恒分析计算。
【详解】(1)①影响化学反应速率的因素:物质的表面积大小,表面积越大,反应速率越快,为加快焙烧速率和提高原料的利用率,采取的措施可以有将铬铁矿粉碎等,故答案为:铬铁矿粉碎;
②“水浸”要获得浸出液,需要过滤出浸渣,采取的操作是过滤;浸出液的主要成分为Na2CrO4,向“滤液”中加入酸化的氯化钡溶液有白色沉淀生成,说明加入的Na2S被氧化成SO42-,Cr元素由+6价降为+3价,S元素由-2价升到+6价,依据原子守恒和得失电子守恒,反应的方程式为:8CrO42—+3S2-+20H2O=8Cr(OH)3↓+3SO42-+16OH-,故答案为:过滤;8CrO42—+3S2-+20H2O=8Cr(OH)3↓+3SO42-+16OH-。
(2)pH为5,c(OH-)=10-9,c(Cr3+)=1×10-5mol/L,则Ksp=c(Cr3+)c3(OH-)=10-5×(10-9)3=1×10-32,故答案为:1×10-32;
(3)①根据图示,在b极所在电极室得到Na2Cr2O7,根据2CrO42-+2H+ Cr2O72—+ H2O,电解过程中b极c(H+)增大,则b极电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+,因此a是阴极,b是阳极,电极b连接电源的正极,故答案为:正;2H2O-4e-=O2↑+4H+;
②电解一段时间后,测得阳极区溶液中Na+物质的量由a mol变为b mol,则溶液中移动的电荷为(a-b)mol,所以外电路中转移的电子为(a-b)mol,阳极的电极反应为:2H2O-4e-=O2+4H+,则阳极生成的氢离子为(a-b)mol,根据2CrO42-+2H+⇌Cr2O72-+H2O,理论上生成重铬酸钠的物质的量是mol,故答案为:。
10.科学家对一碳化学进行了广泛深入的研究并取得了一些重要成果。
(1)已知:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol;
3CH3OH(g)CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) △H2=-31.0kJ/mol
CO与H2合成CH3CH=CH2的热化学方程式为____________________________________。
(2)现向三个体积均为2L的恒容密闭容器I、II、Ⅲ中,均分别充入1molCO 和2mo1H2发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol。三个容器的反应温度分别为Tl、T2、T3且恒定不变。当反应均进行到5min时H2的体积分数如图1所示,其中只有一个容器中的反应已经达到平衡状态。
①5min时三个容器中的反应达到化学平衡状态的是容器_______(填序号)。
②0-5 min内容器I中用CH3OH表示的化学反应速率v(CH3OH)=_______。(保留两位有效数字)
(3)CO常用于工业冶炼金属,在不同温度下用CO 还原四种金属氧化物,达到平衡后气体中lgc(CO)/c(CO2)与温度(T)的关系如图2所示。下列说法正确的是_____(填字母)。
A.工业上可以通过增高反应装置来延长矿石和CO接触面积,减少尾气中CO的含量
B.CO用于工业冶炼金属铬(Cr)时,还原效率不高
C.工业冶炼金属铜(Cu) 时,600℃下CO的利用率比1000℃下CO的利用率更大
D.CO还原PbO2的反应△H>0
(4)一种甲醇燃料电池,使用的电解质溶液是2mol·L-1的KOH溶液。
请写出加入(通入)a物质一极的电极反应式___________________;每消耗6.4g甲醇转移的电子数为__________。
(5)一定条件下,用甲醇与一氧化碳反应合成乙酸可以消除一氧化碳污染。常温下,将a mol/L醋酸与b mol/LBa(OH)2溶液等体积混合后,若溶液呈中性,用含a和b的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数Ka为_________。
【答案】 (1). 3CO(g)+6H2(g)CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) △H=-301.3kJ/mol (2). Ⅲ (3). 0.067 mol/(L·min) (4). BC (5). CH3OH-6e-+8OH—=CO32-+6H2O (6). 1.2NA(或1.2×6.02×1023) (7).
【分析】(1)根据盖斯定律分析书写CO与H2合成CH3CH=CH2的热化学方程式;
(2)①温度越高反应速率越快,达到平衡状态时,需要的时间越短,据此判断;②利用三段式求出反应生成的甲醇的物质的量浓度,再根据v=计算;
(3)A、增高炉的高度,增大CO与铁矿石的接触,不能影响平衡移动,CO的利用率不变;B、由图像可知,用CO工业冶炼金属铬时,一直很高,说明CO转化率很低;C、由图像可知,温度越低,越小,故CO转化率越高;D、CO还原PbO2的反应,达到平衡后升高温度,升高,即升高温度,CO的含量增大,说明平衡逆向移动,据此分析判断;
(4)根据电子的移动方向判断出原电池的正负极,负极上甲醇失去电子生成碳酸钾,根据电子与甲醇的物质的量关系计算;
(5)溶液等体积,混合溶质浓度减少一半,醋酸电离平衡常数与浓度无关,结合电离平衡常数的表达式计算。
【详解】(1)①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol,②3CH3OH(g) CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) △H2=-31.0kJ/mol,根据盖斯定律,将①×3+②得到CO与H2合成CH3CH=CH2的热化学方程式:3CO(g)+6H2(g) CH3CH=CH2(g)+3H2O(g) △H=-301.3kJ/mol,故答案为:3CO(g)+6H2(g) CH3CH=CH2(g)+3H2O(g)△H=-301.3kJ/mol;
(2)①三个容器的反应温度分别为Tl、T2、T3且恒定不变,当反应均进行到5min时H2的体积分数如图1所示,温度越高,反应速率越快,达到平衡需要的时间越短,其中只有一个容器中的反应已经达到平衡状态,最有可能是Ⅲ,平衡后,升高温度,平衡逆向进行,氢气含量最大,故答案为:Ⅲ;
②设反应生成的甲醇为xmol/L,
CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)
开始(mol/L):0.5 1 0
转化(mol/L): x 2x x
平衡(mol/L):0.5-x 1-2x x
到5min时,氢气的体积分数为0.4,则=0.4,解得:x=mol/L,容器I中用CH3OH表示的化学反应速率v(CH3OH)=═=0.067mol/(L•min),故答案为:0.067 mol/(L•min);
(3)A.增高炉的高度,增大CO与铁矿石的接触,不能影响平衡移动,CO的利用率不变,故A错误;B.由图像可知用CO工业冶炼金属铬时,一直很高,说明CO转化率很低,故B正确;C.由图像可知温度越低,越小,故CO转化率越高,工业冶炼金属铜(Cu) 时,600℃下CO的利用率比1000℃下CO的利用率更大,故C正确;D.CO还原PbO2的反应,达到平衡后升高温度,升高,即升高温度,CO的含量增大,说明平衡逆向移动,此反应的△H<0,故D错误;故答案为:BC;
(4)电池反应为:2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O,该电池负极是甲醇失电子生成碳酸钾,根据图像可知,b电极为正极,电极反应为:O2+4e-+2H2O=4OH-,a为负极,电极反应式为CH3OH-6e-+8OH—=CO32-+6H2O,6.4g甲醇的物质的量为=0.2mol,转移电子的物质的量为0.2mol ×6=1.2mol,即 1.2NA(或1.2×6.02×1023),故答案为:CH3OH-6e-+8OH—=CO32-+6H2O; 1.2NA(或1.2×6.02×1023);
(5)通常状况下,将a mol/L的醋酸与b mol/L Ba(OH)2溶液等体积混合,溶液呈中性,根据电荷守恒,2c(Ba2+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-),溶液呈中性,溶液中c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L,则c(CH3COO-)=2c(Ba2+)=2×mol/L=bmol/L,醋酸电离平衡为CH3COOH CH3COO-+H+,则K===,故答案为:。
11.三乙酸锰可作单电子氧化剂,用如下反应可以制取三乙酸锰:4Mn(NO3)2·6H2O+26(CH3CO)2O=4(CH3COO)3Mn +8HNO2+ 3O2↑+40CH3COOH。
(1)基态锰原子的价层电子排布式为__________。
(2) CH3COOH中碳原子的杂化形式为________。
(3) NO3-的空间构型是①______,与NO3-互为等电子体的分子的化学式为②______(任写一种)。
(4) CH3COOH能与H2O以任意比互溶的原因是________________________________。
(5)某种镁铝合金可作为储钠材料,该合金晶胞结构如图所示,晶胞棱长为anm,该合金的化学式为①_______,晶体中每个镁原子周围距离最近的铝原子数目为②_______,该晶体的密度为③______g/cm3(阿伏伽德罗常数的数值用NA表示)。
【答案】 (1). 3d54s2 (2). sp3和sp2 (3). 平面三角形 (4). BF3或BCl3 (5). CH3COOH与H2O均为极性分子,且分子间可以形成氢键 (6). Mg2Al (7). 4 (8).
【分析】(1)锰为25号元素,基态锰原子的价层电子为其3d、4s能级上的电子;
(2)CH3COOH中甲基上C原子价层电子对个数是4、羧基上C原子价层电子对个数是3,根据价层电子对互斥理论判断碳原子的杂化形式;
(3)根据价层电子对个数=σ键个数+孤电子对个数,判断NO3-离子的空间构型,与NO3-互为等电子体的分子中含有4个原子、价电子数是24;
(4)极性分子的溶质易溶于极性分子的溶剂,能和水分子形成分子间氢键的物质易溶于水;
(5)根据均摊法计算晶胞中含有Al原子和Mg原子个数,确定晶胞的化学式;根据晶胞结构判断晶体中每个镁原子周围距离最近的铝原子数目;根据晶体的密度=计算。
【详解】(1)锰为25号元素,价层电子为其3d、4s能级上的电子,基态锰原子的价层电子排布式为3d54s2 ,故答案为:3d54s2;
(2) CH3COOH中甲基上的碳原子含有4个σ键,没有孤电子对,采用sp3杂化,羧基上的碳原子含有3个σ键,没有孤电子对,采用sp2杂化,故答案为:sp3和sp2;
(3) NO3一中氮原子价层电子对数为3+=3,N原子轨道杂化类型为sp2,空间构型为平面三角形;NO3-中有4个原子,5+6×3+1=24个价电子,SO3中有4个原子,6+6×3=24个价电子,与NO3-是等电子体,BF3、BCl3等也与硝酸根离子为等电子体,故答案为:平面三角形;SO3或BF3、BCl3等;
(4) CH3COOH与H2O均为极性分子,且分子间可以形成氢键,使得CH3COOH能与H2O以任意比互溶,故答案为:CH3COOH与H2O均为极性分子,且分子间可以形成氢键;
(5)该晶胞中含有Al原子个数=2×=1、Mg原子个数=2×+8×=2,所以其化学式Mg2Al;在晶胞中,镁原子位于顶点和2个面的面心,铝原子位于2个面的面心,每个镁原子周围距离最近的铝原子数目为4个,距离均为面对角线长度的一半;晶胞棱长为anm,则晶胞体积=(a×10-7)3cm3,晶胞的质量=g=g,则晶胞的密度===g/cm3,故答案为:Mg2Al;4;。
【点睛】明确原子结构、物质结构和晶胞的计算是解本题关键。本题的易错点为(1),要注意第四周期的过渡金属元素的价电子包括3d电子。
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