【答案】A
【解析】Y元素是地壳中含量最高的金属元素,Y为铝元素,含有18电子的X与Z的氢化物可反应生成淡黄色固体,可知18电子的X为过氧化氢,Z的氢化物为硫化氢,二者反应生成单质硫(淡黄色),所以X为氧元素、Z为硫元素;W与X同周期且相邻,W、X、Y、Z四种短周期元素,其原子序数依次增大,因此,W为氮元素。
Y、Z元素的最高价氧化物对应的水化物分别为氢氧化铝、硫酸,二者可以反应,A正确;核外电子排布相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,简单离子半径:
r(N3-)>r(O2-)>r(Al3+),C错误;W、Z的氧化物分别为二氧化氮、二氧化硫等,二氧化氮不是酸性氧化物,二氧化硫为酸性氧化物,C错误;W的氢化物为氨气,Z的氢化物为硫化氢,由于氨气分子间存在氢键,沸点反常,因此简单氢化物的沸点W>Z,D错误;正确选项A。
点睛:
酸性氧化物是指和碱反应,生成盐和水的反应,该类型的反应为非氧化还原反应;二氧化氮与碱反应生成硝酸钠、亚硝酸钠,为氧化还原反应,因此它不是酸性氧化物。
7.25℃某二元碱B(OH)2 水溶液中,B2+、B(OH)+ 和B(OH)2 三者各自的物质的量分数δ随溶液pH的变化曲线如图所示,下列说法错误的是
A.Kb2[B(OH)2] 的数量级为10-8
B.在B(OH)Cl溶液中c(OH-)>c(H+)
C.等物质的量的BCl2 和B(OH)Cl混合溶液中δ(B2+)<δ[B(OH)+]
D.B(OH)Cl溶液中,若c[B(OH)2] +2c(B2+) +c(H+)=c(OH-),则δ[B(OH)2]=δ[B(OH)+]
【答案】D
............
点睛:
有关盐类水解方面的问题,注意使用电荷守恒和物料守恒进行解题分析。
8.叠氮化钠(NaN3)是一种应用广泛的化工产品,可用于合成抗生素头孢菌素药物的中间体,汽车安全气囊等。
回答下列问题:
Ⅰ.实验室制备NaN3
水合肼(N2H4·H2O)与亚硝酸甲酯(CH3ONO)在氢氧化钠存在下制备NaN3,其反应装置如图所示:
已知:
2CH3OH+2NaNO2+H2SO4→2CH3ONO+Na2SO4+2H2O;NaN3无色无味,微溶于醇、溶于水
(1)N2H4的电子式为_______________;NaN3晶体中阴离子与阳离子个数比为______________。
(2)装置中多孔球泡的作用是___________________。
(3)锥形瓶中水合肼与亚硝酸甲酯在30℃时可以反应生成叠氮酸钠、甲醇等物质,写出该反应的化学方程式_______________________________。
Ⅱ.回收甲醇
将制备反应后所得混合溶液加入烧瓶中,按照下图所示装置进行减压蒸馏。
已知:
物质
CH3OH
N2H4
NaN3
沸点/℃
64.7
113.5
300
NaN3在40℃时分解
(4)实验时冷凝管中冷却水要“b进a出”原因是______________________。
(5)甲醇回收时需用减压蒸馏的原因是________________________。
(6)下列有关毛细管的作用说法正确的是_______________。
A.平衡圆底烧瓶内外压B.作为气化中心,使蒸馏平稳
C.避免液体过热而暴沸D.冷凝回流作用
Ⅲ.产品提取及纯度测定
将蒸馏后所得母液降温结晶,过滤得NaN3湿品;再用去离子水重结晶得NaN3产品并用碘量法测定产品纯度。
取产品6.50g加入足量去离子水中溶解,并加入适量稀硫酸酸化;向混合液中加入20.00mL1.00mol·L-lKMnO4溶液,溶液呈紫红色;再加入足量KI溶液消耗过量的KMnO4溶液;其后用0.100mol·L-lNa2S2O3标准溶液滴定所产生的I2,消耗Na2S2O3溶液30.00mL。
(7)实验所得产品的纯度为______________________。
已知:
①产品中杂质不参与反应;
②测定过程中发生的反应:
10NaN3+2KMnO4+8H2SO4==2MnSO4+K2SO4+5Na2SO4+8H2O+15N2↑;
10KI+2KMnO4+8H2SO4==2MnSO4+6K2SO4+8H2O+5I2;
I2+2Na2S2O3==2NaI+Na2S4O6。
【答案】
(1).
(2).1∶1(3).使CH3ONO气体与溶液充分接触(其他合理答案均可,如增大CH3ONO蒸汽与反应液接触面积,加快反应速率或使反应物能够充分反应等)(4).N2H4·H2O+CH3ONO+NaOH==NaN3+CH3OH+3H2O(5).冷凝水从下口进上口出,使冷水与甲醇蒸气的接触面积大,上下对流,接触时间长,提高冷凝效果。
(6).甲醇的沸点为64.7℃,而NaN3在40℃时分解,因此蒸馏甲醇时需要降低甲醇的沸点,采用减压蒸馏(7).BC(8).97.00%
【解析】Ⅰ.
(1)氮原子与氢原子之间形成单键,氮原子之间形成单键,因此N2H4的电子式为
;NaN3晶体中阳离子为Na+、阴离子为N3-,阴离子与阳离子个数比为1:
1,正确答案:
;1:
1。
(2)装置中多孔球泡的作用是使CH3ONO气体与溶液充分接触,正确答案:
使CH3ONO气体与溶液充分接触(其他合理答案均可,如增大CH3ONO蒸汽与反应液接触面积,加快反应速率或使反应物能够充分反应等)。
(3)锥形瓶中水合肼与亚硝酸甲酯在30℃时可以反应生成叠氮酸钠、甲醇等物质,反应的化学方程式N2H4·H2O+CH3ONO+NaOH==NaN3+CH3OH+3H2O;正确答案:
N2H4·H2O+CH3ONO+NaOH==NaN3+CH3OH+3H2O。
Ⅱ.(4)实验时冷凝管中冷却水要“b进a出”原因是冷凝水从下口进上口出,使冷水与甲醇蒸气的接触面积大,上下对流,接触时间长,提高冷凝效果,正确答案:
冷凝水从下口进上口出,使冷水与甲醇蒸气的接触面积大,上下对流,接触时间长,提高冷凝效果。
(5)根据题给信息可知,甲醇的沸点为64.7℃,而NaN3在40℃时分解,因此蒸馏甲醇时需要降低甲醇的沸点,采用减压蒸馏;正确答案:
甲醇的沸点为64.7℃,而NaN3在40℃时分解,因此蒸馏甲醇时需要降低甲醇的沸点,采用减压蒸馏。
(6)该装置用到了毛细管,它的主要作用为作为气化中心,使蒸馏平稳,避免液体过热而暴沸,不能起到冷凝回流、平衡圆底烧瓶内外压的作用,BC正确;正确答案BC。
Ⅲ.根据测定过程中发生的反应可知
10NaN3+2KMnO4+8H2SO4==2MnSO4+K2SO4+5Na2SO4+8H2O+15N2↑;
10KI+2KMnO4+8H2SO4==2MnSO4+6K2SO4+8H2O+5I2;
I2+2Na2S2O3==2NaI+Na2S4O6。
设反应剩余的KMnO4的量为xmol,物质之间的关系为2Na2S2O3~I2~2/5KMnO4,2/0.4=0.1×0.03/x,x=6×10-4mol,则参与氧化NaN3的KMnO4的量为0.02×1-6×10-4mol,设参加反应NaN3有ymol,根据反应关系可知:
10NaN3~2KMnO4,10/2=y/(0.02×1-6×10-4),解之得y=0.097mol,实验所得产品的纯度为0.097×65/6.5×100%=97.00%,正确答案:
97.00%。
9.纳米二氧化锆(ZrO2)是制备特种陶瓷(china)最重要的原料之一。
由锆英石(主要成分为ZrSiO4)制备二氧化锆的工艺流程如图所示:
(1)写出“碱熔”时主要反应的化学方程式__________________________________。
(2)“水洗”所产生的“废液”主要成分为NaOH和__________(填化学式),试写此成分的一种用途________________________________。
(3)写出“酸分解”生成ZrO2+反应的离子方程式__________________________________。
(4)根据图
(1)分析ZrO2+浓度对ZrO2粒径的影响_____________________________________。
(5)ZrO2+溶液中常含有Fe3+(浓度为0.03mol·L-l),一般用草酸络合处理净化。
若未净化处理直接加入氨水调节溶液pH,能否使ZrO2+完全转化为纯净的ZrO(OH)2沉淀,试通过计算说明。
已知ZrO2+完全沉淀时浓度为1.0×10-5mol·L-l,ZrO(OH)2、Fe(OH)3的Ksp分别为4.0×10-26、8.0×10-38,
≈3.16。
__________________________________________________。
(6)ZrO(OH)2煅烧制取纳米ZrO2时,升温速率与重量百分率之间的关系如图
(2)所示。
煅烧时最佳升温速率为________________,理由是______________________。
【答案】
(1).ZrSiO4+4NaOH==Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O
(2).NaSiO3(3).粘合剂(或防火剂等)(4).Na2ZrO3+4H+==2Na++ZrO2++2H2O(5).ZrO2+浓度越大ZrO2 粒径越大(6).当ZrO2+ 完全沉淀时,由Ksp[ZrO(OH)2]=c(ZrO2+)×c2(OH-)= =1.0×10-5×c2(OH-)=4.0×10-26可知c(OH-)= =6.32×10-11。
Qc[Fe(OH)3]=(Fe3+)×c3(OH-)= 0.03× (6.32×10-11)3= 7.57×10-33>Ksp[Fe(OH)3]=8.0×10-38,此时Fe3+已经沉淀。
因此,无法通过调节溶液pH 制得纯净的ZrO(OH)(7).5℃/min(8).在失重相同的情况下,升温速率快时,分解所需温度相对较高(其他合理答案均可,如在相同温度下,升温速率高时,失重百分率小)
【解析】
(1)ZrSiO4与NaOH加热反应生成Na2ZrO3和Na2SiO3,反应的化学方程式ZrSiO4+4NaOH=ZrSiO4+Na2SiO3+2H2O,正确答案:
ZrSiO4+4NaOH==Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O。
(2)反应后产生的水溶性物质为NaOH和NaSiO3,NaSiO3的主要用途可以做建筑材料的粘合剂(或防火剂等);正确答案:
NaSiO3;粘合剂(或防火剂等)。
(3)Na2ZrO3在酸性条件下分解为Na2ZrO,反应的离子方程式为Na2ZrO3+4H+==2Na++ZrO2++2H2O;正确答案:
Na2ZrO3+4H+==2Na++ZrO2++2H2O。
(4)根据图
(1)分析可知,ZrO2+浓度越大ZrO2 粒径越大,正确答案:
ZrO2+浓度越大ZrO2 粒径越大。
6)通过图
(2)分析可知,如在相同温度下,升温速率高时,失重百分率小,因此煅烧时最佳升温速率为5℃/min,正确答案:
5℃/min;在失重相同的情况下,升温速率快时,分解所需温度相对较高(其他合理答案均可,如在相同温度下,升温速率高时,失重百分率小)。
10.目前我国已经全面实施汽车尾气国五排放标准,进一步降低汽车尾气污染。
在汽车尾气管中加装催化剂可有效降低CO、NOx及碳氢化合物的排放。
回答下列问题:
(1)引发光化学污染的气体是__________________。
(2)以NO为例,已知:
①H2(g)+
O2(g)==H2O(g)ΔH1
②2NO(g)+O2(g)==2NO2(g)ΔH2
③N2(g)+2O2(g)==-2NO2(g)ΔH3
④2NO(g)+2H2(g)==2H2O(g)+N2(g)ΔH4=-664.14kJ·mol-1
⑤2NO(g)+2CO(g)==2CO2(g)+N2(g)ΔH5=-746.48kJ·mol-1
①②③④反应热效应之间的关系式为ΔH4=____,反应④⑤在热力学上趋势均很大,其原因是_________________________;有利于提高NO转化率的反应条件是____________________;在尾气处理过程中防止NO与H2反应生成NH3,提高其反应选择性的关键因素是_______________________。
(3)研究表明不同负载钯量催化剂对汽车尾气处理结果如图所示,
根据图1和图2可知催化剂最佳负载钯的量为______; 当负载钯的量过大时,三种尾气的转化率反而下降的原因是___________________________________。
(4)尾气中CO与H2O在高温下发生反应:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)。
在460K时,将0.10molCO与0.30molH2O(g)充入2L的密闭容器中,待反应平衡后测得CO2 的物质的量分数为10.5%。
①CO的平衡转化率a1=______%,反应平衡常数K=________________。
②在520 K重复实验,平衡后CO2 的物质的量分数为8.3%,CO的转化率a2_________a1,该反应的ΔH_______0(填“>”、“<”或“=”)。
【答案】
(1).NOx和碳氢化合物(HC)
(2).2ΔH1+ΔH2-ΔH3(3).两个反应均为放热量大的反应(4).降低温度、增大压强(5).找到合适的催化剂(6).2g·L-1(7).钯的负载量过大时在高温下可能使钯颗粒烧结,致使催化剂活性降低(8).42.0%(9).0.118(10).<(11).<
【解析】
(1)引发光化学污染的气体是NOx和碳氢化合物(HC),正确答案:
引发光化学污染的气体是NOx和碳氢化合物(HC)。
(2)根据盖斯定律:
热化学方程式①×2+②-③,结果2NO(g)+2H2(g)==2H2O(g)+N2(g)ΔH4=-664.14kJ·mol-1,所以①②③④反应热效应之间的关系式为ΔH4=2ΔH1+ΔH2-ΔH3;反应④⑤均为放热反应,且数值较大,因此在热力学上进行的趋势均很大;根据反应可以看出,该反应为体积缩小的放热反应,因此可以降低温度或增大压强,平衡右移,有利于提高NO转化率;在尾气处理过程中防止NO与H2反应生成NH3,提高其反应选择性的关键因素是找到合适的催化剂;正确答案:
2ΔH1+ΔH2-ΔH3;两个反应均为放热量大的反应;降低温度、增大压强;找到合适的催化剂。
(3)从图1、图2可以看出,转化率最大时,催化剂最佳负载钯的量为2g·L-1;当钯的负载量过大时,在高温下可能使钯颗粒烧结,致使催化剂活性降低,三种尾气的转化率反而下降,正确答案:
2g·L-1;钯的负载量过大时在高温下可能使钯颗粒烧结,致使催化剂活性降低。
(4)设CO的变化量为xmol,根据反应方程式进行如下计算:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)
起始量0.10.300
变化量xxxx
平衡量0.1-x0.3-xxx
根据待反应平衡后测得CO2 的物质的量分数为10.5%,列方程:
x/(0.1-x+0.3-x+x+x)=10.5%,解之得x=0.042mol,所以
①CO的平衡转化率为0.042/0.1×100%=42%,容器的体积为2L,平衡后各物质的浓度为c(CO)=(0.1-0.042)/2=0.029mol/L,c(H2O)=(0.3-0.042)/2=0.179mol/L,c(CO2)=0.042/2=0.021mol/L,c(H2)=0.042/2=0.021mol/L;反应平衡常数K=c(H2)×c(CO2)/c(CO)×c(H2O)=0.021×0.021/0.029×0.179=0.118;正确答案:
42.0%;0.118。
②在460K时,反应平衡后测得CO2 的物质的量分数为10.5%;在520 K重复实验,平衡后CO2 的物质的量分数为8.3%,含量降低,反应逆向移动,CO的转化率降低,a2<;<。
点睛:
计算平衡常数时,一定要注意所代入的数值为平衡时的各量浓度,而不是各物质的物质的量。