2024年高中化学实验探究题特训:物质结构与性质(含答案)

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名称 2024年高中化学实验探究题特训:物质结构与性质(含答案)
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资源类型 试卷
版本资源 通用版
科目 化学
更新时间 2024-03-28 16:09:59

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2024年高中化学实验探究题特训:物质结构与性质
1.绿色化学在推动社会可持续发展中发挥着重要作用。某科研团队设计了一种熔盐液相氧化法制备高价铬盐的新工艺,该工艺不消耗除铬铁矿、氢氧化钠和空气以外的其他原料,不产生废弃物,实现了Cr—Fe—Al—Mg的深度利用和Na+内循环。工艺流程如图:
回答下列问题:
(1)高温连续氧化工序中被氧化的元素是   (填元素符号),Cr元素在元素周期表中的位置   ,
(2)滤渣I的主要成分是   (填化学式)。
(3)工序③中发生反应的离子方程式为   。
(4)物质V可代替高温连续氧化工序中的NaOH,此时发生的主要反应的化学方程式为   。钠在火焰上灼烧产生的黄光是一种   (填“吸收光谱” 或“发射光谱”)。
(5)工序④溶液中的铝元素恰好完全转化为沉淀的pH为   。(通常认为溶液中离子浓度小于10-5mol L-1为沉淀完全;Al(OH)3+OH- Al(OH):K=100.63,Kw=10-14,Ksp[Al(OH)3]=10-33)
(6)基态Al原子的核外电子排布式为   。Fe的晶胞结构如图所示,已知NA表示阿伏加德罗常数的值,若晶胞参数为a nm,则Fe晶胞的密度为   g cm-3(用含NA和a的代数式表示)。
2.化工原料异丁烯()可由异丁烷()直接催化脱氢制备:
(1)异丁烯中,C原子的杂化方式为   ;脱氢过程中,C-C-C键角   (填“变大”、“不变”或“变小”)
(2)该反应的化学平衡常数的表达式为   。
(3)将一定量的异丁烷充入容积恒定的密闭反应装置,维持温度不变进行反应,判断该反应达到化学平衡状态的标志有   。
a.容器内气体压强不再变化
b.容器内气体密度不再变化
c.容器内不再变化
d.异丁烷的消耗速率等于消耗速率的2倍
(4)一定条件下,以异丁烷为原料生产异丁烯。温度、压强改变对异丁烷平衡转化率的影响如图所示。
①判断、的大小关系:   (填“>”或“<”),理由是   。
②若异丁烷的平衡转化率为40%,则平衡混合气中异丁烯的物质的量分数最多为   %(保留小数点后1位)。
(5)目前,异丁烷催化脱氢制备异丁烯的研究热点是催化活性组分以及载体的选择。下表是以V-Fe-K-O为催化活性物质,反应时间相同时,测得的不同温度、不同载体条件下的数据。
温度/℃ 570 580 590 600 610
以为载体 异丁烷转化率/% 36.41 36.49 38.42 39.23 42.48
异丁烯收率/% 26.17 27.11 27.51 26.56 26.22
以为载体 异丁烷转化率/% 30.23 30.87 32.23 33.63 33.92
异丁烯收率% 25.88 27.39 28.23 28.81 29.30
说明:收率=(生产目标产物的原料量/原料的进料量)×100%
①由上表数据,可以得到的结论是   (填字母序号)。
a.载体会影响催化剂的活性
b.载体会影响催化剂的选择性
c.载体会影响化学平衡常数
②分析以为载体时异丁烯收率随温度变化的可能原因:   。
3.烟道灰中含有等,分离回收其中的金属资源可有效缓解矿藏资源不足的问题。分离回收时的流程如下:
已知:
①该工艺条件下,溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀时的pH如下表所示.
金属离子
开始沉淀的 7.0 1.9 8.1
完全沉淀的 9.0 3.2 10.1
②的化学性质与相似。常温下,水溶液中不同形式含锌微粒物质的量浓度的对数与的关系如图所示。
回答下列问题:
(1)基态原子、原子核外未成对电子数之比为   .
(2)试剂X可能为____.
A.溶液 B.氨水 C.溶液 D.稀
(3)步骤的目的是   ;
(4)步骤后应调节的范围为   ;不同,含微粒在体系中的存在形式不同,依据图数据,求该温度下的为   .
(5)在空气中易被氧化为,反应的化学方程式为   .
(6)某实验室设计了如图b所示装置,通过通入来制备。双极膜是阴、阳复合膜,层间的解离成和并可分别通过阴、阳膜定向移动。
石墨电极反应式为   .
4.氮化铬熔点高、硬度大,常用作耐磨材料。周南化学兴趣小组在实验室用无水氯化铬与氨气在高温下反应制备氮化铬。回答下列问题:
(1)【实验一】制备无水氯化铬
反应原理为:。相关实验装置如图(夹持装置略)
已知:①的沸点是。 ②有毒,遇水发生水解反应。
实验的主要操作步骤有:a.水浴加热并维持的温度在
b.点燃处酒精喷灯,使瓷舟温度升至左右,反应一定时间
c.打开,通入并保证锥形瓶中每分钟有250个左右的气泡逸出
d.一段时间后停止通入
e.先后停止加热A、B,冷却,并继续通入一段时间的
上述操作步骤的先后顺序为:   .
(2)D中盛有过量溶液,用离子反应方程式说明的作用:   .
(3)比较分子中键角大小:   (填“>”“<”或“=”)。
(4)【实验二】制备氮化铬周南化学兴趣小组设计如图装置在实验室制备氮化铬(加热及夹持装置略)。
a仪器的名称:   。
(5)写出E中所发生反应的化学方程式:   。
(6)F的作用为   。
(7)【实验三】测产品氮化铬的纯度
向所得产品中加入足量氢氧化钠溶液(杂质与氢氧化钠溶液不反应),然后通入水蒸气将氨气全部蒸出,将氨气用溶液完全吸收,剩余的硫酸用溶液恰好中和,则所得产品中氮化铬的纯度为   .
5.氮化镓(GaN)具有优异的光电性能。一种利用炼锌矿渣[主要含铁酸镓Ga2(Fe2O4)3、铁酸锌ZnFe2O4、SiO2]制备GaN的工艺流程如下:
已知:①Ga与Al同主族,化学性质相似。
②常温下,,,。
③Ga3+、Fe3+在该工艺条件下的反萃取率(进入水相中金属离子的百分数)与盐酸浓度的关系见下表。
盐酸浓度/ 反萃取率/%
Ga3+ Fe3+
2 86.9 9.4
4 69.1 52.1
6 17.5 71.3
回答下列问题:
(1)“酸浸”时Ga2(Fe2O4)3发生反应的离子方程式为   。“酸溶”所得滤渣的主要成分是   (填化学式)。
(2)“酸浸”所得浸出液中、浓度分别为0.21、65。常温下,为尽可能多地提取并确保不混入,“调pH”时需用CaO调pH至   (假设调pH时溶液体积不变)。
(3)“脱铁”和“反萃取”时,所用盐酸的浓度a=   ,b=   (选填上表中盐酸的浓度)。
(4)“沉镓”时,若加入NaOH的量过多,会导致Ga3+的沉淀率降低,原因是   (用离子方程式表示)。
(5)利用CVD(化学气相沉积)技术,将热分解得到的Ga2O3与NH3在高温下反应可制得GaN,同时生成另一种产物,该反应化学方程式为   。
(6)①GaN的熔点为1700℃,的熔点为77.9℃,它们的晶体类型依次为   、   。
②GaN晶体的一种立方晶胞如图所示。该晶体中与Ga原子距离最近且相等的N原子个数为   。该晶体密度为,GaN的式量为,则晶胞边长为   nm。(列出计算式,为阿伏加德罗常数的值)
6.乙酰基二茂铁是橘红色固体,熔点为81℃,沸点为163℃,常用作火箭燃料的添加剂。由二茂铁合成乙酰基二茂铁的原理如下图所示。已知乙酸酐易水解。
实验步骤如下:
步骤①:称取0.1g(0.00054mol)二茂铁,放入仪器A中,加入2mL(0.02mol)新蒸的乙酸酐,放入磁子,并装上空气冷凝管和干燥管,在60~75℃水浴中用磁力搅拌器搅拌溶解(见制备装置图,部分仪器已略去)后,迅速加入6~8滴浓磷酸,使反应液呈深红色,在室温下再搅拌60min。
步骤②:将反应液转入盛有约5g冰的烧杯中,用冷水刷洗反应瓶并将刷洗液并入烧杯中。滴加氢氧化钠水溶液至pH为7~8.此时有大量橘红色固体析出。冷却后抽滤,并用少量冷水洗涤2次。在小于60℃红外灯下烘干后,刮下粗产物。
(1)仪器A的名称为   ;
(2)装有无水氯化钙干燥管的作用是   ;
(3)步骤②中用pH试纸测定溶液的pH的操作是   ;用碳酸氢钠替换氢氧化钠中和产物时不需测定溶液的pH,观察到   ,可作为中和反应完成的判断标准;固体碳酸氢钠需分批加入,原因是   ;
(4)红外灯的温度不宜过高的原因是   ,提纯乙酰基二茂铁粗品的方法是   ,提纯后得到乙酰基二茂铁0.037g,本实验的产率是   (保留两位有效数字);
(5)二茂铁由两个环戊二烯负离子与亚铁离子结合而成,已知分子中的大键可用符号表示,其中m代表参与形成大键的原子数,n代表参与形成大键的电子数(如苯分子中的大键可表示为),则中的大键应表示为   ,已知二乙酰基二茂铁只有一种结构(由于乙酰基的致钝作用,使两个乙酰基不在一个环上),能否绕着与金属键合的轴转动?   (填“能”或“否”)。
7.元素钴位于周期表中的第四周期第Ⅷ族,常见的化合价有和价。科研人员设计在催化剂的作用下,利用浓氨水、氯化铵、双氧水和制备。实验装置如下:
实验步骤如下:
①首先将活性炭、和氯化铵在仪器中混合,再滴加浓氨水使溶液颜色变为黑紫色。
②置于冰水浴中冷却至以下,缓慢滴加双氧水并不断捞拌。
③转移至热水浴中,恒温加热,同时缓慢搅拌。
④将反应后的混合物冷却到左右,抽滤得到粗产品。
⑤粗产品需要经过沸盐酸溶解、趁热过滤、再往滤液中慢慢加入浓,即有大量的橘黄色晶体析出,用冰水浴冷却后抽滤。
⑥所得晶体用冷的浓盐酸洗涤、再加少许____洗涤、烘干等操作得到较纯。
已知:a.开始沉淀。
b.为橘黄色晶体,难溶于乙醇。
请回答下列问题:
(1)仪器的名称为   。
(2)仪器中所盛药品为   ,其作用主要为吸收挥发出来的氨气。
(3)恒温加热的优点是   。
(4)步骤⑥中,再加少许   洗涤。
(5)反应器中发生的总反应化学方程式为   。
(6)取溶液和溶液,分别用浓度为溶液进行滴定,滴数传感器记录滴加溶液的体积,电极电位传感器测溶液电极电位的变化所得图像如下:
已知该配合物中的配位数为6,则用内界外界表示为   ,配合物中含有键的数目为   。
8.某研究性学习小组同学试图用如图装置(气密性好)研究与的反应。
实验步骤:
①将一定量浓盐酸滴在粉末上,立即产生黄绿色气体。
②待黄绿色气体均匀充满集气瓶时,关闭止水夹。
③再向钠粒滴2滴水,片刻后钠燃烧,产生白烟,白色固体附着在集气瓶内壁上。
回答下列问题:
(1)步骤①,仪器a的名称是   ,黄绿色气体是   ,的作用是   (填“氧化剂”或“还原剂”)。
(2)步骤③向钠滴水时发生反应的化学方程式为   。
(3)钠能够燃烧的原因是   ,生成的白色固体的电子式为   。
(4)右侧烧杯中溶液是为了吸收未反应的试剂X可以选用的是   。
A.浓溶液 B.浓硫酸 C.澄清石灰水 D.饱和食盐水
此时烧杯中发生反应的离子方程式为:   。
答案解析部分
1.【答案】(1)Fe、Cr;第四周期第VIB族
(2)MgO、Fe2O3
(3)2Na++2+2CO2+H2O=+2NaHCO3↓
(4)4Fe(CrO2)2+ 7O2+16NaHCO38Na2CrO4+2 Fe2O3+ 16CO2+8H2O;发射光谱
(5)8.37
(6)1s22s22p63s23p1;
2.【答案】(1)、;变大
(2)
(3)ac
(4)<;该反应是气体物质的量增大的反应,增大压强平衡逆向移动;图像表明,温度一定时,压强由变为,异丁烷的平衡转化率减小,平衡逆向移动,可知;28.6
(5)ab;时,随温度升高,催化剂活性增加,反应速率加快(或平衡正向移动等);时,随温度升高,催化剂的选择性下降,发生副反应的异丁烷的比例增加
3.【答案】(1)
(2)A
(3)将全部氧化成
(4);
(5)
(6)
4.【答案】(1)cbed
(2)
(3)>
(4)恒压滴液漏斗
(5)
(6)吸收未反应的并防止水蒸气进入中
(7)
5.【答案】(1)Ga2(Fe2O4)3+24H+=2Ga3++6Fe3++12H2O;CaSO4
(2)略小于5.7
(3)6mol/L;2mol/L
(4)Ga(OH)3+OH-=+2H2O
(5)Ga2O3+2NH32GaN+3H2O
(6)共价晶体;分子晶体;4;
6.【答案】(1)圆底烧瓶(单口烧瓶)
(2)避免空气中的水进入烧瓶内使醋酸酐水解
(3)将一小块pH试纸放在干燥、洁净的玻璃片上,用干燥、洁净的玻璃棒蘸取少量待测液滴在pH试纸中央,待变色稳定后再和标准比色卡对照,读出对应的pH;气泡消失;避免溶液溢出和加入过多的碳酸氢钠
(4)温度过高产物易熔化;重结晶;30%
(5);能
7.【答案】(1)球形冷凝管
(2)无水CaCl2
(3)防止温度过高导致氨气挥发以及双氧水分解
(4)乙醇
(5)2CoCl2+10NH3·H2O+H2O2+2NH4Cl=2↓+12H2O
(6)[Co(NH3)6]Cl3;21×6.02×1023 (或21NA)
8.【答案】(1)分液漏斗;Cl2;氧化剂
(2)2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
(3)Na与水反应放热,达到Na在Cl2中燃烧的着火点,从而引起钠的燃烧;
(4)A;Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O
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