===HCO
,剩余n(CO
)=0.01mol-(a×10-2-0.01)mol=(0.02-a×10-2)mol,故n(CO
)∶n(HCO
)=(0.02-a×10-2)∶(a×10-2-0.01),不正确;D项,当a≥3时,OH-与CO
都完全反应,正确。
]
12.已知一定条件下硝酸铵受热分解的化学方程式为5NH4NO3
2HNO3+4N2↑+9H2O,下列说法正确的是( )
A.分解反应都是氧化还原反应
B.N2是还原产物,HNO3是氧化产物
C.被氧化与被还原的氮原子数之比为3∶5
D.每生成4molN2转移15mol电子
[答案] D
13.海水资源丰富,海水中主要含有Na+、K+、Mg2+、Cl-、SO
、Br-、CO
、HCO
等离子。
火力发电时排放的烟气可用海水脱硫,其工艺流程如下图所示。
下列说法错误的是( )
A.海水pH约为8的主要原因是CO
、HCO
发生水解
B.吸收塔中发生的反应是SO2+H2OH2SO3
C.氧化主要是氧气将H2SO3、HSO
、SO
氧化为SO
D.经稀释“排放”出的废水中,SO
的浓度与海水相同
D [海水中主要含有Na+、K+、Mg2+、Cl-、SO
、Br-、CO
、HCO
等离子,这些离子中CO
、HCO
发生水解反应:
CO
+H2OHCO
+OH-、HCO
+H2OH2CO3+OH-,使海水呈碱性,A项正确;分析流程图可知,吸收塔中发生的反应为SO2+H2OH2SO3,B项正确;海水呈弱碱性,吸收了含SO2的烟气后,硫元素转化为H2SO3、HSO
、SO
,所以氧化主要是氧气将H2SO3、HSO
、SO
氧化为SO
,C项正确;经海水稀释“排放”出的废水中,SO
的浓度比海水中SO
的浓度大,D项错误。
]
14.H3BO3(一元弱酸)可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备,其工作原理如图所示,下列叙述错误的是( )
A.M室发生的电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+
B.N室中:
a%
C.b膜为阴膜,产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸
D.理论上每生成1mol产品,阴极室可生成标准状况下5.6L气体
D [阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的B(OH)
穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3BO3,则b膜为阴膜,C正确;每生成1mol产品,转移电子数目为2mol,阴极室生成1mol氢气,其标准状况下为11.2L气体,D错误。
]
15.(2019·四川名校联考)已知:
p[c(HX)/c(X-)]=-lg[c(HX)/c(X-)]。
室温下,向0.10mol·L-1HX溶液中滴加0.10mol·L-1NaOH溶液,溶液pH随p[c(HX)/c(X-)]变化关系如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.溶液中水的电离程度:
a
B.图中b点坐标为(0,4.75)
C.c点溶液中:
c(Na+)=10c(HX)
D.室温下HX的电离常数为10-4.75
C [电离平衡常数只受温度的影响,因此用a或c点进行判断,用c点进行分析,c(HX)/c(X-)=10-1,c(H+)=10-5.75mol·L-1,HX的电离平衡常数的表达式Ka=c(X-)×c(H+)/c(HX),代入数值,Ka=10-4.75,由于a、b、c均为酸性溶液,因此溶质均为“HX和NaX”,不可能是NaX或NaX和NaOH,pH<7说明HX的电离程度大于X-的水解程度,即只考虑HX电离产生H+对水的抑制作用,然后进行分析。
]
二、非选择题(本题包括5小题,共55分)
16.(12分)工业上乙醚可用于制造无烟火药。
实验室合成乙醚的原理如下:
主反应:
2CH3CH2OH
CH3CH2OCH2CH3+H2O;
副反应:
CH3CH2OH
CH2===CH2↑+H2O。
[乙醚制备]装置设计如图(部分装置略):
(1)仪器a是________(写名称);仪器b应更换为下列的________(填标号)。
A.干燥管 B.直形冷凝管
C.玻璃管D.安全瓶
(2)实验操作的正确排序为________(填标号),取出乙醚立即密闭保存。
a.安装实验仪器
b.加入12mL浓硫酸和少量乙醇的混合物
c.检查装置气密性
d.熄灭酒精灯
e.通冷却水并加热烧瓶
f.拆除装置
g.控制滴加乙醇速率与馏出液速率相等
(3)反应温度不超过145℃,其目的是_______________________________
________________________________________________________________。
若滴入乙醇的速率明显超过馏出液速率,则反应速率会降低,可能的原因是________________________________________________________________
________________________________________________________________。
[乙醚提纯]
(4)粗乙醚中含有的主要杂质为________;无水氯化镁的作用是________________________________________________________________。
(5)操作a的名称是________;进行该操作时,必须用水浴代替酒精灯加热,其目的与制备实验中将尾接管支管接至室外相同,均为
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
[解析]
(1)仪器a是三颈烧瓶。
仪器b为球形冷凝管,应更换为直形冷凝管。
(2)实验操作顺序:
先按照从左到右,从下到上安装实验仪器,再检查装置气密性,然后加入反应物,为了防止冷凝管遇冷破裂同时保证冷凝效果,先通冷却水后加热烧瓶,实验过程中控制滴加乙醇速率与馏出液速率相等,实验结束后先熄灭酒精灯后停止通入冷却水,最后拆除装置。
(3)根据提供信息,反应温度为170℃时,有副反应发生,因此反应温度不超过145℃,其目的是避免副反应发生。
若滴入乙醇的速率明显超过馏出液速率,则反应混合物的温度会降低,从而导致反应速率降低。
(4)乙醇容易挥发,因此粗乙醚中含有的主要杂质为乙醇。
无水氯化镁的作用是干燥乙醚。
(5)操作a是从干燥后的有机层(主要含乙醇和乙醚)中分离出乙醚,故操作a为蒸馏。
无水乙醚遇热容易爆炸,故蒸馏时用水浴代替酒精灯加热,目的是避免引发乙醚蒸气燃烧或爆炸。
[答案]
(1)三颈烧瓶(三口烧瓶) B
(2)acbegdf (3)避免副反应发生 温度骤降导致反应速率降低 (4)乙醇(或其他合理答案) 干燥乙醚 (5)蒸馏 避免引发乙醚蒸气燃烧或爆炸
17.(9分)锂离子电池是目前具有最高比能量的二次电池。
LiFePO4可极大地改善电池体系的安全性能,且具有资源丰富、循环寿命长、环境友好等特点,是锂离子电池正极材料的理想选择。
生产LiFePO4的一种工艺流程如图:
已知:
Ksp(FePO4·xH2O)=1.0×10-15,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38。
(1)在合成磷酸铁时,步骤Ⅰ中pH的控制是关键。
如果pH<1.9,Fe3+沉淀不完全,影响产量;如果pH>3.0,则可能存在的问题是________________________________________________________________。
(2)步骤Ⅱ中,洗涤是为了除去FePO4·xH2O表面附着的________等离子。
(3)取3组FePO4·xH2O样品,经过高温充分煅烧测其结晶水含量,实验数据如下表:
实验序号
1
2
3
固体失重质量分数
19.9%
20.1%
20.0%
固体失重质量分数=
×100%,则x=________(精确至0.1)。
(4)步骤Ⅲ中研磨的作用是
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(5)在步骤Ⅳ中生成了LiFePO4、CO2和H2O(g),则氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。
[解析]
(1)由于Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,由合成磷酸铁时,pH<1.9,Fe3+沉淀不完全;pH>3.0,易生成Fe(OH)3沉淀,影响磷酸铁的纯度。
(2)步骤Ⅰ在反应釜中进行,加入H3PO4、Fe(NO3)3溶液,并用氨水调pH=2.0~3.0,控制反应物的量,反应生成磷酸铁后,溶液中的溶质主要是NH4NO3,故洗涤是为了除去FePO4·xH2O表面吸附的NH
、NO
、H+等离子。
(3)由表中实验数据可知,FePO4·xH2O样品固体失重质量分数的平均值为20.0%,取mg固体样品进行计算:
n(FePO4)=
,n(H2O)=
,则有x=
=
≈2.1。
(4)步骤Ⅲ是在FePO4·xH2O中加入葡萄糖和Li2CO3研磨、干燥,作用是使反应物混合均匀,增大反应速率,提高反应产率。
(5)步骤Ⅳ是在Ar气保护下、用600℃温度煅烧,生成了LiFePO4、CO2和H2O(g),其中铁元素由+3价降低到+2价,葡萄糖则被氧化生成CO2和H2O(g),则氧化剂为FePO4·xH2O,还原剂为葡萄糖(C6H12O6),根据得失电子守恒可得:
n(FePO4·xH2O)×(3-2)=n(C6H12O6)×(4-0)×6,则有n(FePO4·xH2O)∶n(C6H12O6)=24∶1。
[答案]
(1)生成Fe(OH)3杂质,影响磷酸铁的纯度
(2)NO
、NH
、H+(只要写出NO
、NH
即可)
(3)2.1
(4)使反应物混合均匀,增大反应速率,提高反应产率(答案合理即可)
(5)24∶1
18.(12分)许多含氮物质是农作物生长的营养物质。
(1)肼(N2H4)、N2O4常用于航天火箭的发射。
已知下列反应:
①N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔH=+180kJ·mol-1
②2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH=-112kJ·mol-1
③2NO2(g)N2O4(g) ΔH=-57kJ·mol-1
④2N2H4(g)+N2O4(g)===3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1136kJ·mol-1
则N2H4与O2反应生成氮气与水蒸气的热化学方程式为________________________________________________________________。
(2)一定温度下,向某密闭容器中充入1molNO2,发生反应:
2NO2(g)N2O4(g),测得反应体系中气体体积分数与压强之间的关系如下图所示:
①a、b、c三点逆反应速率由大到小的顺序为________。
平衡时若保持压强、温度不变,再向体系中加入一定量的Ne,则平衡________移动(填“正向”“逆向”或“不”)。
②a点时NO2的转化率为______,用平衡分压代替平衡浓度也可求出平衡常数Kp,则该温度下Kp=______Pa-1。
(3)已知在一定温度下的可逆反应N2O4(g)2NO2(g)中,v正=k正c(N2O4),v逆=k逆c2(NO2)(k正、k逆只是温度的函数)。
若该温度下的平衡常数K=10,则k正=________k逆。
升高温度,k正增大的倍数________(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍数。
(4)氨气是合成众多含氮物质的原料,利用H2N2生物燃料电池,科学家以固氮酶为正极催化剂、氢化酶为负极催化剂,X交换膜为隔膜,在室温条件下即实现了合成NH3的同时还获得电能。
其工作原理图如下:
则X膜为________交换膜,正极上的电极反应式为
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
[解析]
(1)由盖斯定律知(①+②+③+④)/2即可得到N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-562.5kJ·mol-1。
(2)①由图知,a点到c点的过程中,N2O4的体积分数不断增大,故逆反应速率不断增大。
一定温度下,保持压强不变,加入稀有气体,相当于降低压强,故平衡向左移动;②a点时,设消耗了xmolNO2,则生成0.5xmolN2O4,剩余(1-x)molNO2,1-x=0.5x,x=2/3mol,此时NO2的转化率约为66.7%,平衡时p(N2O4)=0.96p0,p(NO2)=0.04p0,由此可求出Kp=600/p0。
(3)当反应达到平衡时,v正=v逆,即k正·c(N2O4)=k逆·c2(NO2)。
k正=k逆·c2(NO2)/c(N2O4)=k逆·k=10k逆;该反应是吸热反应,升高温度,平衡向正方向移动,k正增大的倍数大于k逆增大的倍数。
(4)由图知,正极上N2转化为NH3时需要结合氢元素,故负极上生成的H+应移向正极,X膜为质子交换膜或阳离子交换膜,N2在正极上得到电子后转化为NH3。
[答案]
(1)N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-562.5kJ·mol-1
(2)c>b>a 逆向 66.7% 600/p0 (3)10 大于 (4)阳离子(或质子) N2+6e-+6H+===2NH3
19.(10分)N、Fe是两种重要的元素,其单质及化合物在诸多领域中都有广泛的应用。
(1)基态氮原子最高能级的电子云轮廓图形状为