小综合课堂练2
一、选择题:本题包括8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题意。
1.空气湿度增大,水汽凝结就易形成雾,灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等颗粒物的浓度增大就易形成霾。下列说法不正确的是( )
A.防雾霾口罩的原理与过滤类似,防雾霾效果好的口罩往往呼吸阻力较大
B.可通过在燃煤烟囱上加装高压静电装置除去煤灰中的固体颗粒物
C.汽车车灯在雾霾天照出“通路”的现象属于丁达尔效应
D.PM2.5是直径小于或等于2.5微米的污染物颗粒,属于胶体粒子的直径范围
2.下列物质的性质与用途不具有对应关系的是( )
A.聚合硫酸铁能水解形成胶体,可用于净水
B.CuSO4能使蛋白质变性,可用于泳池的消毒
C.SO2具有还原性,可用于脱除废气中的H2S
D.FeCl3具有氧化性,可用于腐蚀印刷电路板上的Cu
3.阿伏加德罗常数的值用NA表示。下列说法正确的是( )
A.常温常压下,11.2 L SO2含有的氧原子数大于NA
B.0.1 mol Na2O2和Na2O的混合物中含有的离子总数等于0.3NA
C.10 g质量分数为98%的浓硫酸含有的氢原子数为0.2NA
D.一定条件下,Ca与O2反应生成7.2 g CaO2,转移电子的个数为0.4NA
4.分子结构修饰在药物设计与合成中有广泛应用,布洛芬具有抗炎、镇痛解热的作用,但直接服用对胃、肠道有刺激性,可以对该分子进行如下图所示的分子修饰。
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下列有关说法不正确的是( )
A.甲分子最多有10个碳原子共平面
B.乙和丙均能在NaOH溶液和稀H2SO4中发生水解反应
C.以上三个分子均只有1个手性碳原子
D.1 mol甲分子最多能与3 mol H2发生反应
5.LiY2ZXW2能够在锂离子电池负极形成稳定、低阻抗的SEI膜,帮助锂离子电池在高温环境中获得良好性能。[Y2Z4XW2]-的结构如下图所示,图中原子最外层都达到8电子稳定结构,X、Y、Z、W位于同一短周期,元素X的最外层电子数是其内层电子数的1.5倍,W是同周期中原子半径最小的元素。下列说法正确的是( )
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A.该结构中,X、Y、Z之间形成的化学键均为共价键
B.Y和Z形成的化合物都能和碱发生反应
C.X、Y的最高价氧化物对应的水化物均是强酸
D.Z和W分别与氢元素形成的10电子化合物的沸点:后者高于前者
6.羟醛缩合反应是有机化学的一种重要反应。一种合成目标产物的反应机理如下图所示。下列说法错误的是( )
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A.有机物①能够降低反应的活化能
B.反应历程中,有极性键的断裂和生成
C.有机物⑥⑦均含有手性碳原子
D.若原料用丙醛和苯甲醛,则产物为
7.新能源汽车在我国蓬勃发展,新能源汽车所用电池多采用三元锂电池,某三元锂电池放电时工作原理如下图所示。下列说法错误的是( )
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A.充电时,M极有电子流入,发生还原反应
B.锂电池的优点是质量小,电容量大,可重复使用
C.用该电池电解精炼铜,当电池中迁移1 mol Li+时,理论上可获得64 g纯铜
D.充电时,N极的电极反应式为LiNiaCobMncO2-xe-===Li1-xNiaCobMncO2+xLi+
8.黑钨矿的主要成分为FeWO4、MnWO4(含SiO2杂质)。已知:4FeWO4+O2+4Na2CO32Fe2O3+4Na2WO4+4CO2;2MnWO4+O2+2Na2CO32MnO2+2Na2WO4+2CO2。工业上以黑钨矿为原料利用纯碱烧结水浸法冶炼金属钨的流程如下图所示。下列说法不正确的是( )
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A.为增大水浸的溶解速率,应将烧结物粉碎
B.滤渣1经铝热反应可制得金属铁和锰,滤渣2为硅酸
C.同浓度的钨酸根离子结合质子的能力比硅酸根离子强
D.“除杂”步骤中加入的盐酸应适量,溶液的pH须控制在特定范围内
二、非选择题:本题包括2小题,共26分。
9.(12分)常温下对甲基苯甲醚为无色液体,实验室制备对甲基苯甲醚的反应原理为
,反应装置(夹持及加热装置略)如下图所示,部分物质的相关性质见下表:
物质 甲醇 对甲基苯酚 对甲基苯甲醚
沸点/℃ 64.7 202 174
密度/(g·cm-3) 0.79 1.02 0.969
水溶性 易溶 难溶 不溶
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产物制备:先在甲装置的圆底烧瓶中加入几粒碎瓷片,再依次加入10.8 g对甲基苯酚、10 mL甲醇,最后加入2 mL浓硫酸,控制反应温度为60 ℃进行反应。
产物提纯:①将反应混合液冷却后加入足量饱和碳酸钠溶液,充分反应后转移至分液漏斗中,静置分液;②将有机层转移至乙装置的蒸馏烧瓶中,加热,控制温度为100 ℃进行蒸馏,待蒸馏结束后,向蒸馏烧瓶内剩余液体中加入足量无水氯化钙,然后趁热过滤,并将所得液体再次进行蒸馏,收集174 ℃时的馏分,蒸馏结束后,称量第二次蒸馏所得馏分为7.32 g。
回答下列问题:
(1)仪器A的名称为____________。
(2)向甲装置的圆底烧瓶中加入碎瓷片的目的是______________;制备实验中采用的加热方式是____________,优点是__________________________________________。
(3)产物提纯时,向反应混合液中加入足量饱和碳酸钠溶液的主要目的是____________________;产物提纯时,先控制温度为100 ℃进行蒸馏的目的是________________________________________________________________________。
(4)加入足量无水氯化钙的目的是______________________________________。
(5)对甲基苯甲醚的产率为________%。
10.(14分)甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)用作全固态钙钛矿敏化太阳能电池的敏化剂,可由CH3NH2、PbI2及HI为原料合成,回答下列问题:
(1)制取甲胺的反应为CH3OH(g)+NH3(g) CH3NH2(g)+H2O(g) ΔH。已知该反应中相关化学键的键能数据见下表,则该反应的ΔH=____________kJ·mol-1。
共价键 C—O H—O N—H C—N C—H
键能/(kJ·mol-1) 351 463 393 293 414
(2)上述反应中所需的甲醇,工业上利用水煤气合成:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH<0。在一定条件下,将1 mol CO和2 mol H2通入密闭容器中进行反应,当改变某一外界条件(温度或压强)时,CH3OH的平衡体积分数φ(CH3OH)变化趋势如下图所示:
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①平衡时,M点CH3OH的体积分数为10%,则CO的转化率为____________。
②X轴上a点的数值比b点________(填“大”或“小”)。某同学认为上图中Y轴表示温度,你认为他判断的理由是________________________________________________。
(3)工业上可采用CH3OHCO+2H2来制取高纯度的CO和H2。我国学者采用量子力学方法,通过计算机模拟,研究了在钯基催化剂表面上甲醇制氢的反应历程,其中吸附在钯基催化剂表面上的物种用*标注。甲醇(CH3OH)脱氢反应的第一步历程,有两种可能的方式:
方式A:CH3OH*―→CH3O*+H* Ea=+103.1 kJ·mol-1
方式B:CH3OH*―→CH+OH* Eb=+249.3 kJ·mol-1
实验证实甲醇裂解过程主要历经的方式为A,试推测可能的原因:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
下图为计算机模拟的各步反应的能量变化示意图。
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该历程中,放热最多的步骤的化学方程式为_______________________________。
(4)PbI2与金属锂以LiI Al2O3固体为电解质组成锂碘电池,其结构示意图如下,电池总反应可表示为2Li+PbI2===2LiI+Pb,则b极上的电极反应式为________________________________________________________________________。
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(5)CH3NH2的电离方程式为CH3NH2+H2O CH3NH+OH-,电离常数为Kb,已知常温下pKb=-lg Kb=3.4。常温下向CH3NH2溶液中滴加稀硫酸至c(CH3NH2)=c(CH3NH)时,溶液pH=________。
(6)常温下,PbI2饱和溶液(呈黄色)中c(Pb2+)=1.0×10-3 mol·L-1,则Ksp(PbI2)=__________。
参考答案与解析
小综合课堂练2
1.解析:选D。A.防雾霾口罩的原理与过滤、渗析类似,防雾霾效果好的口罩间隙更小,透气性更差,往往呼吸阻力较大,A正确;B.可通过在燃煤烟囱上加装高压静电装置除去煤灰中的固体颗粒物,利用的是胶体的电泳原理,B正确;C.雾霾天,汽车车灯照出“通路”的现象是空气中的气溶胶对光线发生的散射作用,属于胶体的丁达尔效应,C正确;D.胶体粒子直径为1~100 nm,PM2.5是直径小于或等于2.5微米的污染物颗粒,不属于胶体粒子的直径范围,D错误。
2.解析:选C。A.聚合硫酸铁能水解形成胶体,胶体的表面积大,具有强吸附性,可用于净水,A不符合题意;B.CuSO4是重金属盐,其中Cu2+能使蛋白质变性,可用于泳池的消毒,B不符合题意;C.SO2与H2S反应的原理为SO2+2H2S===3S+2H2O,反应中SO2为氧化剂,H2S为还原剂,故SO2用于脱除废气中的H2S是因为SO2具有氧化性,C符合题意;D.FeCl3具有氧化性,可用于腐蚀印刷电路板上的Cu,原理为2FeCl3+Cu===CuCl2+2FeCl2,D不符合题意。
3.解析:选B。A.常温常压下,11.2 L SO2的物质的量小于0.5 mol,含有的氧原子数小于NA,A不正确;B.1个Na2O2由2个Na+和1个O构成,1个Na2O由2个Na+和1个O2-构成,故0.1 mol Na2O2和Na2O的混合物中含有的离子总数等于0.3NA,B正确;C.10 g质量分数为98%的浓硫酸中含有H2SO4的物质的量为=0.1 mol,H2SO4中含有的氢原子数为0.2NA,但浓硫酸中存在水,水中也含有氢原子,所以10 g质量分数为98%的浓硫酸中含有的氢原子数大于0.2NA,C不正确;D.一定条件下,Ca与O2反应生成CaO2,可建立关系式:CaO2~2e-,7.2 g CaO2的物质的量为0.1 mol,转移电子的个数为0.2NA,D不正确。
4.解析:选A。A.甲分子中含有1个苯环,与苯环直接相连的碳原子一定共平面,根据单键可以旋转可得,甲分子中最多有11个碳原子共平面,如图: INCLUDEPICTURE "25YXB160.TIF" INCLUDEPICTURE "25YXB160.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "25YXB160.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "25YXB160.TIF" \* MERGEFORMAT ,A错误;B.乙分子中含有酰胺基,丙分子中含有酯基,均能在NaOH溶液和稀H2SO4中发生水解反应,B正确;C.手性碳原子是指连接4个不同的原子或原子团的碳原子,根据题给三个分子的结构分析可知,均只有1个手性碳原子,C正确;D.甲分子中,只有苯环能和H2发生加成反应,1 mol甲分子最多能与3 mol H2发生反应,D正确。
5.解析:选A。根据题意可知,X是B元素,故X、Y、Z、W都是第二周期元素,第二周期中原子半径最小的元素是F元素,即W是F元素,又因为题图中原子最外层都达到8电子稳定结构,Z原子形成2个共价键能达到8电子稳定结构,Z是O元素;同理,Y是C元素。A.B、C、O均为非金属元素,它们之间形成的化学键均为共价键,A项正确;B.Y和Z形成的化合物有CO和CO2等,CO不能与碱发生反应,B项错误;C.X的最高价氧化物对应的水化物是硼酸,为弱酸,Y的最高价氧化物对应的水化物是碳酸,为弱酸,C项错误;D.Z和W分别与H元素形成的10电子化合物为H2O和HF,常温下H2O是液体,HF是气体,所以H2O的沸点高,D项错误。
6.解析:选D。A.由题图可知,有机物①是第一个反应的反应物,也是最后一个反应的生成物,所以是该反应的催化剂,能降低反应的活化能,A正确;B.反应历程中,有N—H等极性键的断裂和C—O等极性键的生成,B正确;C.手性碳原子是指连接4个不同的原子或原子团的碳原子,根据有机物⑥⑦的结构简式可知,有机物⑥⑦均含有手性碳原子,C正确;D.按照图示流程反应可知,若原料用丙醛和苯甲醛,则产物为,D错误。
7.解析:选C。原电池中阳离子向正极移动,由题图中锂离子移动方向可知,M极为负极、N极为正极。A.充电时,M极连接外接电源的负极,M为阴极,阴极有电子流入,发生还原反应,A正确; B.锂电池的比能量较高,优点是质量小,电容量大,可重复使用,B正确;C.根据电子守恒可知,2Li+~2e-~Cu,当电池中迁移1 mol Li+时,理论上可获得32 g纯铜,C错误;D.充电时,N极为阳极,发生氧化反应,电极反应式为LiNiaCobMncO2-xe-===Li1-xNiaCobMncO2+xLi+,D正确。
8.解析:选C。黑钨矿的主要成分为FeWO4、MnWO4(含SiO2杂质),烧结物的主要成分为 Fe2O3、MnO2、Na2SiO3、Na2WO4,加水过滤,滤渣 1 是难溶于水的 Fe2O3、MnO2;滤液中含有 Na2SiO3、Na2WO4,加入盐酸调节 pH,生成硅酸沉淀,除去 Na2SiO3,再加盐酸生成钨酸沉淀,钨酸加热分解为WO3,再经还原得到W单质。A.将烧结物粉碎可以增大反应物的接触面积,增大水浸的溶解速率,故A正确;B.由分析可知,滤渣 1 是难溶于水的 Fe2O3、MnO2,经铝热反应可制得金属铁和锰,滤渣2为硅酸,故B正确;C.流程中硅酸根离子先于钨酸根离子沉淀,说明同浓度的钨酸根离子结合质子的能力比硅酸根离子弱,故C错误;D.“除杂”步骤中加入的盐酸应适量,溶液的pH须控制在特定范围内,若加入盐酸过多,则可能会提前生成钨酸沉淀,故D正确。
9.解析:(2)向甲装置的圆底烧瓶中加入碎瓷片的目的是防暴沸;制备时的反应温度为60 ℃,应采用水浴加热的方式,优点是反应液受热均匀。
(3)产物提纯时,向反应混合液中加入足量饱和碳酸钠溶液,与反应混合液中的硫酸充分反应,然后通过分液除去硫酸、水、甲醇,剩余的有机层中还含有杂质水、甲醇,将有机层转移至乙装置中进行蒸馏,根据题表沸点数据,先控制温度为100 ℃,可蒸出有机层中的甲醇和大部分水,得到对甲基苯酚和对甲基苯甲醚及少量水的混合液。
(4)无水氯化钙属于干燥剂,能吸收水,所以加入足量无水氯化钙,可除去混合液中少量的水。
(5)对甲基苯酚的物质的量为=0.1 mol,10 mL甲醇的物质的量为≈0.25 mol,根据反应原理可知甲醇过量,可看作完全反应,理论上生成的质量为0.1 mol×122 g·mol-1=12.2 g,故对甲基苯甲醚的产率为×100%=60%。
答案:(1)球形冷凝管 (2)防暴沸 水浴加热 反应液受热均匀 (3)除去反应混合液中的硫酸 蒸出反应混合物中的甲醇和大部分水 (4)除去混合液中少量的水(或干燥有机相) (5)60
10.解析:(1)反应热等于反应物总键能减去生成物总键能,则CH3OH(g)+NH3(g) CH3NH2(g)+H2O(g)的ΔH=[351+414×3+463+393×3-(414×3+293+393×2+463×2)] kJ·mol-1=-12 kJ·mol-1。
(2)①初始投料为1 mol CO和2 mol H2,设转化的CO的物质的量为x mol,列“三段式”:
平衡时,M点CH3OH的体积分数为10%,则有×100%=10%,解得x=0.25,所以CO的转化率为×100%=25%。②该反应是气体体积减小的放热反应,升高温度,φ(CH3OH)减小,增大压强,φ(CH3OH)增大,根据题图知,X轴表示压强,Y轴表示温度,b点φ(CH3OH)大于a点,则X轴上a点的数值比b点小。
(3)根据题给信息可知,方式A所需活化能更低,反应速率更大,更容易进行,所以甲醇裂解过程主要历经的方式为A。由题图可知,相对能量从112.6降至-65.7时,放出的热量最多,放热最多的步骤的化学方程式为CHO*+3H*===CO*+4H*或CHO*===CO*+H*。
(4)根据电池总反应可知,Li被氧化,为负极,则b极为正极,得电子发生还原反应,根据总反应可知,b极电极反应为PbI2+2e-===Pb+2I-或PbI2+2e-+2Li+===Pb+2LiI。
(5)根据题意Kb= eq \f(c(CH3NH)·c(OH-),c(CH3NH2)) =10-3.4,所以当c(CH3NH2)=c(CH3NH)时,溶液中c(OH-)=10-3.4 mol ·L-1,则常温下c(H+)=10-10.6 mol ·L-1,所以pH=10.6。
(6)常温下,PbI2饱和溶液(呈黄色)中c(Pb2+)=1.0×10-3 mol ·L-1,则Ksp(PbI2)=1.0×10-3×(2.0×10-3)2=4.0×10-9。
答案:(1)-12 (2)①25% ②小 随着Y值的增大,φ(CH3OH)减小,平衡CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)向逆反应方向移动,故Y轴表示温度
(3)方式A所需活化能更低,反应速率更大,更容易进行 CHO*+3H*===CO*+4H*(或CHO*===CO*+H*)
(4)PbI2+2e-===Pb+2I-(或PbI2+2e-+2Li+===Pb+2LiI)
(5)10.6 (6)4.0×10-9