D.N2H4是二元弱碱,N2H5Cl是强酸弱碱盐,水溶液呈酸性,故D正确;
故答案选C。
第II卷(非选择题)
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评卷人
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二、实验题
8.草酸亚铁晶体(FeC2O4-2H2O,M=180g.mol-1)为淡黄色固体,难溶于水,可用作电池正极材料磷酸铁锂的原料。
回答下列问题:
实验1探究纯草酸亚铁晶体热分解产物
(1)气体产物成分的探究,设计如下装置(可重复选用)进行实验:
①装置B的名称为____。
②按照气流从左到右的方向,上述装置的连接顺序为a→___→点燃(填仪器接口的字母编号)。
③为了排尽装置中的空气,防止加热时发生爆炸,实验前应进行的操作是____。
④C处固体由黑变红,其后的澄清石灰水变浑浊,则证明气体产物中含有____。
(2)固体产物成分的探究,待固体热分解充分后,A处残留黑色固体。
黑色固体可能是Fe或FeO,设计实验证明其成分为FeO的操作及现象为____。
(3)依据
(1)和
(2)结论,A处发生反应的化学方程式为____。
实验2草酸亚铁晶体样品纯度的测定
工业制得的草酸亚铁晶体中常含有FeSO4杂质,测定其纯度的流程如下图:
(4)草酸亚铁晶体溶解酸化用KMnO4溶液滴定至终点的离子方程式为____。
(5)草酸亚铁晶体样品的纯度为____(用代数式表示),若配制溶液时Fe2+被氧化,则测定结果将____(填“偏高”“偏低”或“不变”)。
【答案】洗气瓶fg→bc→hi(或ih)→de(或ed)→bc先通入一段时间的氮气CO取少量固体溶于硫酸,无气体生成
偏低
【解析】
【分析】
(1)①根据图示分析装置B的名称;
②先用无水硫酸铜检验水,再用澄清石灰水检验二氧化碳,用碱石灰除去二氧化碳并干燥气体,再用热的氧化铜、澄清石灰水检验CO,最后用点燃的方法处理尾气;
③用氮气排出装置中的空气;
④CO具有还原性,其氧化产物是二氧化碳;
(2)铁与硫酸反应生成氢气,氧化亚铁和硫酸反应不生成氢气;
(3)依据
(1)和
(2),草酸亚铁晶体加热分解为氧化亚铁、CO、CO2、水;
(4)草酸亚铁被酸性高锰酸钾溶液氧化为Fe3+、CO2;
(5)亚铁离子消耗高锰酸钾溶液V2mL,则草酸根离子消耗高锰酸钾溶液V1mL-V2mL,由于样品含有FeSO4杂质,所以根据草酸根离子的物质的量计算草酸亚铁晶体样品的纯度。
【详解】
(1)①根据图示,装置B的名称是洗气瓶;
②先用无水硫酸铜检验水,再用澄清石灰水检验二氧化碳,用碱石灰除去二氧化碳并干燥气体,再用热的氧化铜检验CO,再用澄清石灰水检验二氧化碳的生成,最后用点燃的方法处理尾气,仪器的连接顺序是a→fg→bc→hi→de→bc;
③为了排尽装置中的空气,防止加热时发生爆炸,实验前应进行的操作是先通入一段时间的氮气;
④CO具有还原性,C处固体由黑变红,说明氧化铜被还原为铜,其后的澄清石灰水变浑浊,说明有二氧化碳生成,则证明气体产物中含有CO;
(2)铁与硫酸反应生成氢气,氧化亚铁和硫酸反应不生成氢气,取少量固体溶于硫酸,没有气体放出,则证明是FeO;
(3)依据
(1)和
(2),草酸亚铁晶体加热分解为氧化亚铁、CO、CO2、水,反应方程式是
;
(4)草酸亚铁被酸性高锰酸钾溶液氧化为Fe3+、CO2,反应的离子方程式是
;
(5)25mL样品溶液中亚铁离子消耗高锰酸钾的物质的量是
,草酸根离子消耗高锰酸钾的物质的量为
,根据方程式
,草酸亚铁晶体样品的纯度为
;若配制溶液时Fe2+被氧化,则V1减小,V2不变,测定结果将偏低。
【点睛】
本题通过探究草酸亚铁的性质,考查学生实验基本操作和获取信息解决实际问题的能力,明确实验原理与方法是解题的关键,知道草酸、亚铁离子都能被高锰酸钾氧化。
评卷人
得分
三、工业流程
9.利用菱锰矿(主要成分是MnCO3,含少量A12O3、Fe2O3、FeO、CaO、MgO等)为原料制备MnO2的工艺流程如下:
已知:
①25℃时,
②相关金属离子
形成氢氧化物沉淀pH范围如下:
(1)“除杂1”中加入适量MnO2的作用是____,应调节溶液pH不小于____。
(2)“除杂2”的主要目的将Ca2+、Mg2+转化为相应的氟化物沉淀而除去,除去Ca2+的离子方程式为____,该反应的平衡常数为____。
(3)“沉锰”中生成Mn(OH)2'MnCO3沉淀的离子方程式为____,“母液”经加热等系列操作后可返回“____”工序循环使用。
(4)以MnSO4-(NH4)2SO4为电解质溶液,利用下图装置可同时制备金属锰和MnO2。
离子交换膜a为____,阳极电极反应式为____。
【答案】把Fe2+氧化为Fe3+5.2MnF2(s)+Ca2+(aq)
Mn2+(aq)+CaF2(s)3.53×1072Mn2++3CO32-+2H2O=Mn(OH)2·MnCO3+2HCO3-焙烧阴离子交换膜Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+
【解析】
【分析】
根据流程图,“酸浸”后的溶液中含有Mn2+、Al3+、Fe2+、Fe3+、Mg2+、Ca2+,加入适量MnO2把Fe2+氧化为Fe3+,调节pH,除去Al3+、Fe3+,加入MnF2除去Mg2+、Ca2+,滤液中通入碳酸铵溶液沉锰。
【详解】
(1)二氧化锰具有氧化性,“除杂1”中加入适量MnO2的作用是把Fe2+氧化为Fe3+,为使Al3+、Fe3+沉淀完全,应调节溶液pH不小于5.2。
(2)“除杂2”的主要目的将Ca2+、Mg2+转化为相应的氟化物沉淀而除去,除去Ca2+的离子方程式为MnF2(s)+Ca2+(aq)
Mn2+(aq)+CaF2(s),该反应的平衡常数
3.53×107。
(3)“沉锰”是MnCl2与碳酸铵反应生成Mn(OH)2·MnCO3,根据电荷守恒、质量守恒,反应的离子方程式为2Mn2++3CO32-+2H2O=Mn(OH)2·MnCO3+2HCO3-,“母液”含有氯化铵,经加热等系列操作后可返回“焙烧”工序循环使用。
(4)以MnSO4-(NH4)2SO4为电解质溶液制备金属锰和MnO2。
根据图示,离子透过交换膜向阳极移动,离子交换膜a阴离子交换膜,阳极锰离子失电子发生氧化反应生成二氧化锰,电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+。
评卷人
得分
四、综合题
10.合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径。
回答下列问题:
(1)德国化学家F.Haber从1902年开始研究N2和H2直接合成NH3。
在1.01×105Pa、250℃时,将1molN2和1molH2加入aL刚性容器中充分反应,测得NH3体积分数为0.04;其他条件不变,温度升高至450℃,测得NH3体积分数为0.025,则可判断合成氨反应为____填“吸热”或“放热”)反应。
(2)在1.01×105Pa、250℃时,将2moIN2和2molH2加入aL密闭容器中充分反应,H2平衡转化率可能为___(填标号)。
A=4%B<4%C4%~7%D>11.5%
(3)我国科学家结合实验与计算机模拟结果,研究了在铁掺杂W18049纳米反应器催化剂表面上实现常温低电位合成氨,获得较高的氨产量和法拉第效率。
反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。
需要吸收能量最大的能垒(活化能)E=____ev,该步骤的化学方程式为____,若通入H2体积分数过大,可能造成___。
(4)T℃时,在恒温恒容的密闭条件下发生反应:
反应过程中各物质浓度的变化曲线如图所示:
①表示N2浓度变化的曲线是____(填“A”、“B”或“C’,)。
与
(1)中的实验条件(1.01×105Pa、450℃)相比,改变的条件可能是_____。
②在0~25min内H2的平均反应速率为____。
在该条件下反应的平衡常数为___mol-2.L2(保留两位有效数字)。
【答案】放热D1.54NH3*+NH3=2NH3占据催化剂活性位点过多B加压强或降温0.006mol·L-1·min-10.73
【解析】
【分析】
(1)升高温度,NH3体积分数降低;
(2)在1.01×105Pa、250℃时,将2moIN2和2molH2加入aL密闭容器中充分反应,与在1.01×105Pa、250℃时,将1moIN2和1molH2加入aL密闭容器中充分反应比,相当于加压;
(3)吸收能量最大的能垒,即相对能量的差最大;根据图示写方程式;
(4)根据反应方程式,N2、H2、NH3的变化量比为1:
3:
2;图氢气的转化率为25%,
(1)中氢气的转化率是11.5%,根据转化率的变化分析;
②A表示氢气的浓度变化,根据
计算H2的平均反应速率;根据
计算平衡常数;
【详解】
(1)升高温度,NH3体积分数降低,说明升高温度平衡逆向移动,正反应放热;
(2)在1.01×105Pa、250℃时,将1molN2和1molH2加入aL刚性容器中充分反应,测得NH3体积分数为0.04;
,x=0.0384,H2平衡转化率
,在1.01×105Pa、250℃时,将2moIN2和2molH2,相当于加压,平衡正向移动,氢气转化率增大,H2平衡转化率>11.5%,故选D;
(3)根据图示,吸收能量最大的能垒,即相对能量的差最大是-1.02-(-2.56)=1.54;根据图示,该步的方程式是NH3*+NH3=2NH3;若通入H2体积分数过大,氢分子占据催化剂活性位点过多;
(4)①根据反应方程式,N2、H2、NH3的变化量比为1:
3:
2,所以表示N2浓度变化的曲线是B;
(1)中氢气转化率11.5%,1:
3时氢气转化率更低,图中氢气转化率25%,故只能考虑压强、温度的影响,可以采用加压或降温的方法;
②A表示氢气的浓度变化,
0.006mol·L-1·min-1;
mol-2.L2。
11.纳米磷化钴(CoP)常用于制作特种钻玻璃,制备磷化钴的常用流程如下:
(l)基态P原子的价电子排布式为____,P位于元素周期表中____区。
(2)尿素中N原子的杂化类型是_____;C、N、O三种元素的第一电离能最大的是____,电负性由小到大的顺序为____。
(3)Co(CO3)0.5(OH)·0.11H2O中CO32-中C的价层电子对数为____;该化合物中不含有的化学键有_____填标号)。
A离子键B共价键C金属键D配位键E氢键F非极性键
(4)一些氧化物的熔点如下表所示:
解释表中氧化物之间熔点差异的原因____。
(5)CoP的晶胞结构如图所示,最近且相邻两个钴原子的距离为npm。
设NA为阿伏加德罗常数的值,则其晶胞密度为_______-g.cm-3(列出计算式即可)。
【答案】3s23p3Psp3NC<N<O3CFFeCl3是共价化合物,Fe3O4、Co3O4是离子化合物,Fe3O4、Co3O4晶胞结构不同
【解析】
【分析】
(l)P是15号元素,最外层有5个电子;
(2)根据尿素的结构简式是
分析N原子杂化类型;同周期元素从左到右第一电离能增大,N原子3p轨道为半充满状态;同周期元素从左到右电负性依次增大;
(3)CO32-中C的价层电子对数为
;
(4)化合物类型不同熔沸点不同;晶体结构不同,熔沸点不同;
(5)根据CoP的晶胞结构,最近且相邻两个钴原子的距离为npm,则晶胞面对角线是2npm,晶胞的边长为
pm,1个晶胞含有Co原子数
、P原子数
;
【详解】
(l)P是15号元素,最外层有5个电子,基态P原子的价电子排布式为3s23p3;价电子排布式为3s23p3,所以P位于元素周期表中P区;
(2)尿素的结构简式是
,N原子形成3个共价键,有1对孤电子对,所以N原子杂化类型是sp3;同周期元素从左到右第一电离能增大,N原子3p轨道为半充满状态,所以C、N、O三种元素的第一电离能最大的是N;同周期元素从左到右电负性依次增大,电负性由小到大的顺序为C<N<O;
(3)CO32-中C的价层电子对数为
=3;
(4)FeCl3是共价化合物,熔沸点低;Fe3O4、Co3O4是离子化合物,熔沸点高,但晶胞结构不同,所以熔沸点有差异;Co(CO3)0.5(OH)·0.11H2O中CO32-与Co2+之间存在离子键;CO32-、水分子内存在共价键;Co2+与H2O是配位键;氢键不是化学键,没有非极性键,故选CF;
(5)根据CoP的晶胞结构,最近且相邻两个钴原子的距离为npm,则晶胞面对角线是2npm,晶胞的边长为
pm,晶胞体积为
pm3,1个晶胞含有Co原子数
、P原子数
;所以晶胞密度为
g.cm-3。
【点睛】
本题的难点是晶胞计算,根据晶胞结构计算晶胞中的原子数是解题关键,顶点的原子被1个晶胞占用
、面心的原子被1个晶胞占用
,楞上的原子被1个晶胞占用
。
12.利奈唑胺(I)为细菌蛋白质合成抑制剂,其合成路线如下:
回答下列问题:
(1)A中的官能团名称是____,
(2)C—D、F—G的结反应类型分别为____
(3)B的结构简式为____。
(4)H—I的化学方程式为____。
(5)碳原子上连有4个不同的原子或基团时,该碳称为手性碳。
用星号(*)标出
中的手性碳____
(6)芳香族化合物X是C的同分异构体,写出核磁共振氢谱有4组峰且峰面积比为4:
4:
2:
1的X的结构简式____。
(不考虑立体异构,只写一种)
(7)参照上述合成路线,设计以甲苯和乙酸为原料制备
的合成路线(无机试剂任选)____。
【答案】氟原子、硝基还原反应、取代反应
【解析】
【分析】
CH2-NH-C=O-CH3
(1)根据A的结构简式
判断官能团;
(2)C→D是C中的硝基变为氨基、F→G是F中的氯原子被-N3代替;
(3)A+B→C+HF,根据A、C的结构简式推断B的结构简式;
(4)
和醋酸生成
和水;
(5)根据连有4个不同的原子或基团的碳原子为手性碳判断;
(6)芳香族化合物X是C的同分异构体,核磁共振氢谱有4组峰且峰面积比为4:
4:
2:
1,说明结构对称;
(7)甲苯在光照条件下与氯气发生取代反应生成
,
与NaN3反应生成
,
与氢气发生还原反应生成
,
和乙酸反应生成
;
【详解】
(1)A的结构简式是
,官能团名称是氟原子、硝基;
(2)C→D是C中的硝基变为氨基,属于还原反应;F→G是F中的氯原子被-N3代替,属于取代反应;
(3)A+B→C+HF,根据A、C的结构简式,可知A中的F原子被
代替,所以B的结构简式是
;
(4)
和醋酸生成
和水,反应的化学方程式为
;
(5)碳原子上连有4个不同的原子或基团时,该碳称为手性碳。
中的手性碳为
;
(6)芳香族化合物X是C的同分异构体,核磁共振氢谱有4组峰且峰面积比为4:
4:
2:
1的X的结构简式是
;
(7)甲苯在光照条件下与氯气发生取代反应生成
,
与NaN3反应生成
,
与氢气发生还原反应生成
,
和乙酸反应生成
,合成路线为