小综合课堂练5
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.中国地大物博,化学与全国各地丰富的资源息息相关。下列说法错误的是( )
A.江西景德镇又名瓷都,陶瓷属于硅酸盐材料
B.辽宁鞍山又名钢都,钢属于合金
C.云南个旧又名锡都,灰锡属于金属晶体
D.四川自贡又名盐都,氯化钠属于电解质
2.设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法不正确的是( )
A.100 mL pH=1的CF3COOH溶液中含有H+的数目为0.01NA
B.25 ℃,101 kPa下,56 g CO和N2的混合气体的体积约为49 L
C.1 mol CH3COONH4中含有σ键的个数为10NA
D.1 mol CH3CO18OH与足量乙醇反应生成HO的数目为NA
3.苯环喹溴铵鼻喷雾剂是我国自主研发上市的首个鼻用抗胆碱药物,可有效改善鼻塞、打喷嚏等症状,结构如下图所示。下列有关该物质说法正确的是( )
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A.所有原子均满足8电子结构
B.可溶于水
C.不能发生消去反应,可在铜催化下和氧气发生氧化反应
D.含有4个手性碳原子
4.CO2可合成有机试剂DMF,用含金属铱(Ir)的化合物催化,反应机理如下图所示(其中L表示配体)。下列说法正确的是( )
INCLUDEPICTURE "25YXB192.TIF" INCLUDEPICTURE "25YXB192.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "25YXB192.TIF" \* MERGEFORMAT
A.CO2在反应中极性键未被破坏
B.总反应的化学方程式为
C.NH3结合H+的能力比更强
D.流程中生成DMF步骤的反应类型为还原反应
5.炸药广泛应用于爆破工程。我国科学家合成了一种高能量且稳定性相对较好的炸药TNTNB。下表罗列了一类炸药的演变历史及相关性质,下列说法错误的是( )
名称 硝基苯 TNT(1863年)
结构简式
—NO2数量 1 3
名称 HNB(1966年) TNTNB(2023年)
结构简式
—NO2数量 6 6
相对能量Q 6 993 kJ·kg-1 7 179 kJ·kg-1
A.浓硝酸、浓硫酸、甲苯混合物在55 ℃水浴加热可制取TNT
B.苯环数量相同的条件下,硝基数量越多,炸药能量越高
C.热化学方程式:HNB(s)===TNTNB(s) ΔH=+186 kJ·kg-1
D.TNTNB分子中有3种不同化学环境的N原子
6.某种电解质的组成如下图所示,已知该化合物的五元环上的5个原子共平面,且X、Y、Z、Q、W为原子序数依次增大的短周期元素。下列说法正确的是( )
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A.Z分别与F、Cl形成最简单的分子中,与F形成的分子键角更大
B.QW中含有配位键
C.冰的分子间氢键可表示为
D.在该物质中Z有sp2、sp3两种杂化方式
7.我国学者研发出一种以铝为负极、石墨烯薄膜(Cn)为正极的新型铝 石墨烯电池,AlCl可在石墨烯薄膜上嵌入或脱嵌,离子液体AlCl3/[EMIM]Cl作为电解质,其中阴离子有AlCl、Al2Cl,阳离子为EMIM+( INCLUDEPICTURE "25YXB195.TIF" INCLUDEPICTURE "25YXB195.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "25YXB195.TIF" \* MERGEFORMAT ),放电机理如下图所示。下列说法错误的是( )
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A.放电时正极的电极反应:Cn(AlCl4)+e-===Cn+AlCl
B.离子液体中的[EMIM]+不参与反应,只起传递离子的作用
C.AlCl和Al2Cl中各原子最外层均达到8电子结构
D.该离子液体可用于钢制品上电镀铝,阴极的电极反应为Al3++3e-===Al
8.已知双环戊二烯解聚成环戊二烯的反应为 INCLUDEPICTURE "25YXB197.TIF" INCLUDEPICTURE "25YXB197.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "25YXB197.TIF" \* MERGEFORMAT ΔH>0。若将3 mol 双环戊二烯通入容积为2 L的恒容密闭容器中,测得T1 ℃和T2 ℃下双环戊二烯或环戊二烯的物质的量n随时间t的变化如下图所示,T2 ℃时反应到a点恰好达到平衡。下列有关说法错误的是( )
INCLUDEPICTURE "25YXB198.TIF" INCLUDEPICTURE "25YXB198.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "25YXB198.TIF" \* MERGEFORMAT
A.T1>T2
B.T2 ℃时,0~2 h内的平均反应速率:v(环戊二烯)=0.6 mol·L-1·h-1
C.T2 ℃时,当容器内的气体压强为起始的1.5倍时,v(正)>v(逆)
D.T1 ℃时,反应恰好达到平衡时,4.8 mol二、非选择题:本题包括2小题,共26分。
9.(12分)碘化钾用作制有机化合物及制药原料,医疗上用于防治甲状腺肿和甲状腺功能亢进的手术前准备,也可用作祛痰药。某实验室通过碘酸钾和硫化氢反应制备碘化钾。实验装置如下图所示(夹持及加热装置已省略),回答下列问题:
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(1)仪器a的名称是____________,实验中先关闭K,打开仪器________(填“a”“b”或“a、b”)制备碘酸钾,反应的离子方程式为_________________________。
某同学认为可以将甲装置中的FeS更换为粉末状Na2S固体,你认为是否合理?________(填“合理”“不合理”或“无法判断”)。
(2)乙装置中加入稀硫酸的主要作用是_________________________________________。
(3)如果乙装置最终生成4.8 g黄色沉淀,理论上可制得碘化钾的质量为________g。
(4)本实验尾气中的硫化氢可以用NaOH溶液吸收,也可以用ZnCl2溶液吸收。向0.1 mol ·L-1 ZnCl2溶液中通尾气直至饱和(0.1 mol ·L-1)时,溶液中刚好有ZnS沉淀生成,此时溶液中c2(H+)=____________mol2·L-2(结果保留四位有效数字)。[已知Ksp(ZnS)=2.0×10-22,H2S的Ka1(H2S)=1.3×10-7,Ka2(H2S)=7.1×10-15]
10.(14分)锆是一种浅灰色金属,主要存在于海滨砂矿的矿床中,被用于核反应堆芯材料的制备,具有重要战略价值。某工厂以锆英砂(主要成分为ZrOCl2,同时含有Fe、Cr、Hf等元素)为原料生产金属锆的工艺流程如下:
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已知:①“酸溶”步骤所得的溶液中各金属存在形式为Fe3+、ZrO2+、Cr3+、HfO2+;
②常温下弱碱Kb(BOH)=1.6×10-5,Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38;
③利用不同物质接近沸点时升华速度快慢的特点可以进行物质分离,各物质的沸点如下图所示。
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回答下列问题:
(1)“酸溶”步骤所得的溶液中Hf元素的化合价为________价。
(2)“萃取”步骤中含锆离子与萃取剂发生络合反应得到Zr(NO3)2Cl2·2CPT,写出反应的离子方程式:_____________________________________________;
加入碱液BOH后,滤液中=1.6,则滤液中c(Fe3+)=____________ mol ·L-1。
(3)“沸腾氯化”时金属元素转化为氯化物,同时得到一种还原性气体,写出ZrO2转化为ZrCl4的化学方程式:_____________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)CrCl3沸点远高于FeCl3的原因可能是________________________________;“还原”的主要目的是______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)已知氧化锆和氧化钙形成某种亮紫色晶体,其晶胞如下图所示,其中Ca位于面心位置。
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①晶胞中每个Zr原子周围与其距离最近且相等的O原子个数为________。
②该晶胞为立方晶胞,晶胞中O原子和Zr原子最小距离为a pm,设NA为阿伏加德罗常数的值,Zr的相对原子质量为M,该晶体密度是____________g·cm-3(列出计算式即可)。
参考答案与解析
小综合课堂练5
1.解析:选C。A.陶瓷属于硅酸盐材料,故A正确;B.钢主要含有铁和碳等,属于合金,故B正确;C.灰锡的晶体结构类似于金刚石、硅和锗,是一种金刚石型晶体结构,其原子间形成共价键,电子不能自由转移,因此灰锡没有任何金属性,不属于金属晶体,故C错误;D.氯化钠属于电解质,故D正确。
2.解析:选D。A.100 mL pH=1的CF3COOH溶液中c(H+)=0.1 mol/L,含有H+的数目为0.1 mol/L×0.1 L×NA mol-1=0.01NA,A正确;B.CO和N2的摩尔质量都是28 g/mol ,56 g CO和N2的混合气体的物质的量为=2 mol ,25 ℃,101 kPa下的气体摩尔体积为24.5 L/mol ,故混合气体的体积为2 mol ×24.5 L/mol=49 L,B正确;C.1个CH3COONH4中含有10个σ键,1 mol CH3COONH4中含有σ键的个数为10NA,C正确;D.乙酸和乙醇的酯化反应是可逆反应,1 mol CH3CO18OH与足量乙醇反应生成HO的数目小于NA,D错误。
3.解析:选B。A.氢原子无法满足8电子结构,A错误;B.由于含有羟基等亲水基团,故可溶于水,B正确;C.由于与羟基相连的碳原子的邻位碳原子上含有氢原子,故能发生消去反应,C错误;D.含有2个手性碳原子,如图: INCLUDEPICTURE "25YXB191.TIF" INCLUDEPICTURE "25YXB191.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "25YXB191.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "25YXB191.TIF" \* MERGEFORMAT (标*的碳原子为手性碳原子),D错误。
4.解析:选B。A.结合该反应历程可知,A和CO2反应生成B的过程中,碳氧极性键被破坏,A错误;B.根据该反应历程图所示,总反应的化学方程式为
,B正确;C.甲基是推电子基团,CH3NHCH3中N原子周围电子对H+的吸引更强,故NH3结合H+的能力比CH3NHCH3更弱,C错误;D.流程中HCOOH和CH3NHCH3发生取代反应,脱去1分子水生成DMF,该反应不是还原反应,D错误。
5.解析:选C。A.在浓硫酸作用下,浓硝酸与甲苯在水浴加热条件下发生取代反应生成TNT,A正确;B.对比硝基苯和HNB可知,硝基数量越多,炸药能量越高,B正确;C.热化学方程式未配平,C错误;D.呈中心对称,分别有与苯环直接相连的硝基上的N原子、亚氨基上的N原子、亚氨基上连接的硝基上的N原子,共3种不同化学环境的N原子,D正确。
6.解析:选B。X、Y、Z、Q、W为原子序数依次增大的短周期元素,根据该电解质的组成结构以及成键特点,X和W均只形成一个共价键,可能是为H和卤族元素,Y形成四个共价键,五元环上的5个原子共平面,因此Y为C,X为H,一个Z形成三个共价键,该物质为离子化合物,形成四个键的Z失去一个电子,因此Z为N,Q形成四个共价键与4个W形成带一个负电荷的阴离子,因此Q为Al,W为Cl。A.NF3、NCl3的中心N原子都采取sp3杂化,N上都有1个孤电子对,F的电负性大于Cl,导致氮氟键的共用电子对偏离程度大于氮氯键的共用电子对,偏离程度大,键角越小,与F形成的分子键角更小,A错误;B.Al经过sp3杂化以后,还有一个空p轨道,可接受孤电子对形成配位键,B正确;C.水分子中的氧原子有2个孤电子对,可以分别与另外2个水分子形成2个氢键,氧原子形成的1个氢键如图 INCLUDEPICTURE "25YXB194.TIF" INCLUDEPICTURE "25YXB194.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "25YXB194.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "25YXB194.TIF" \* MERGEFORMAT (与另一个水分子中的氢原子间的氢键省略未画出),C错误;D.已知该化合物的五元环上的5个原子共平面,故在该物质中Z只有sp2一种杂化方式,D错误。
7.解析:选D。由题干信息及题图可知,放电时,负极的电极反应为Al+7AlCl-3e-===4Al2Cl,正极的电极反应为Cn(AlCl4)+e-===Cn+AlCl,A正确;离子液体AlCl3/[EMIM]Cl作为电解质,[EMIM]+不参与反应,只起传递离子的作用,B正确;AlCl和Al2Cl中Al元素化合价均为+3价,Cl元素化合价均为-1价,Al和Cl最外层均达到8电子稳定结构,C正确;由该电池负极的电极反应可知,该离子液体可用于钢制品上电镀铝,阴极的电极反应为4Al2Cl+3e-===Al+7AlCl,D错误。
8.解析:选B。A.由题图可知,T2 ℃时,双环戊二烯前1 h减少的物质的量为1.8 mol,相当于环戊二烯增加的物质的量为3.6 mol;T1 ℃时,前1 h环戊二烯的物质的量增加4 mol>3.6 mol,即T1时的反应速率大于T2时的,所以T1>T2,A正确。B.T2 ℃时,0~2 h内的平均反应速率:v(环戊二烯)==1.2 mol·L-1·h-1,B错误。C.由a点可知,T2 ℃时,平衡时气体总物质的量为2×(3 mol-0.6 mol)+0.6 mol=5.4 mol,是初始量的1.8倍,故气体的压强为起始时的1.5倍时,反应正向进行,v(正)>v(逆),C正确。D.在T2 ℃时,反应达到平衡,消耗双环戊二烯的物质的量为2.4 mol,此时生成环戊二烯的物质的量为4.8 mol,因为T1>T2,该反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,则T1 ℃反应恰好达到平衡时n(环戊二烯)>4.8 mol,假设双环戊二烯全部反应,则生成环戊二烯的物质的量为6 mol,但该反应为可逆反应,不能进行到底,因此n(环戊二烯)<6 mol,D正确。
9.解析:题给实验为利用碘酸钾和硫化氢制备碘化钾,甲装置为启普发生器,利用硫化亚铁和稀硫酸制备硫化氢气体,乙装置用于制备碘酸钾,待碘酸钾制备完成,将硫化氢通入碘酸钾溶液制备碘化钾,同时有淡黄色硫单质生成,最后用氢氧化钠溶液吸收尾气。
(1)仪器a为恒压滴液漏斗,利用碘酸钾与硫化氢气体制备碘化钾,由于碘酸钾为溶液,硫化氢为气体,因此需先关闭K制备碘酸钾,然后制备硫化氢并将硫化氢通入碘酸钾溶液中制备碘化钾,所以要打开仪器b,反应的离子方程式为3I2+6OH-===5I-+IO+3H2O;启普发生器无法盛放粉末状Na2S固体,所以不合理。
(2)反应结束后,稀硫酸能抑制H2S的电离,减少其溶解量,使其逸出被丙装置吸收。
(3)乙装置中碘酸钾和硫化氢反应的化学方程式为KIO3+3H2S===3S↓+KI+3H2O,可得关系式3S~KI~KIO3,n(S)==0.15 mol,n(KIO3)==0.05 mol,所以此步反应n1(KI)=0.05 mol;由3I2+6OH-===5I-+IO+3H2O,可得关系式5KI~KIO3,此步反应n2(KI)=0.05 mol×5=0.25 mol,所以n(KI)=n1(KI)+n2(KI)=0.3 mol,m(KI)=0.3 mol×166 g·mol-1=49.8 g。
(4)ZnS(s) Zn2+(aq)+S2-(aq),Ksp=c(Zn2+)·c(S2-),故c(S2-)== mol·L-1=2.0×10-21 mol·L-1,H2S H++HS-、HS- H++S2-,Ka1Ka2=,故c2(H+)==4.615×10-2 mol2·L-2。
答案:(1)恒压滴液漏斗(或恒压分液漏斗) b 3I2+6OH-===5I-+IO+3H2O 不合理
(2)反应结束后,稀硫酸能抑制H2S电离,减少其溶解量,使其逸出被丙装置吸收
(3)49.8 (4)4.615×10-2
10.解析:锆英砂主要成分为ZrOCl2,同时含有少量Fe、Cr、Hf等元素,以锆英砂为原料生产金属锆,“酸溶”后溶液中各金属元素的存在形式为Fe3+、ZrO2+、Cr3+、HfO2+,“萃取”时,锆元素生成Zr(NO3)2Cl2·2CPT,除掉HfO2+,而后“沉淀”时Fe3+、Cr3+和Zr元素均生成沉淀,煅烧后生成ZrO2、Fe2O3、Cr2O3,“沸腾氯化”时,ZrO2转化为ZrCl4,Fe2O3、Cr2O3转化为FeCl3、CrCl3,由于FeCl3和ZrCl4沸点接近,因此加入H2把FeCl3还原为FeCl2,避免升华时ZrCl4中含有FeCl3杂质,最后升华得到ZrCl4,镁热反应后产生金属锆。
(1)HfO2+中氧元素的化合价为-2价,“酸溶”后不变价,因此Hf元素的化合价为+4价。
(2)ZrO2+和硝酸根离子、氯离子、CPT、氢离子生成Zr(NO3)2Cl2·2CPT的离子方程式为ZrO2++2NO+2Cl-+2CPT+2H+ Zr(NO3)2Cl2·2CPT+H2O; =1.6,Kb==1.6×10-5,所以c(OH-)===10-5,c(Fe3+)== mol·L-1=4.0×10-23 mol·L-1。
(3)“沸腾氯化”时金属元素转化为氯化物,同时得到一种还原性气体CO, ZrO2转化为ZrCl4的化学方程式为ZrO2+2C+2Cl2ZrCl4+2CO。
(4)由沸点数据可知CrCl3沸点远高于FeCl3,原因可能是CrCl3是离子晶体而FeCl3是分子晶体,破坏范德华力所需能量小于破坏离子键所需能量;FeCl3和ZrCl4沸点接近,因此加入H2把FeCl3还原为FeCl2,避免升华时ZrCl4中含有FeCl3杂质,最后升华得到ZrCl4。
(5)①由晶胞图可知,晶胞中每个Zr原子周围与其距离最近且相等的O原子个数为8。②晶胞中O原子和Zr原子最小距离为晶胞体对角线的,所以晶胞参数为 pm=×10-10cm,根据“均摊法”计算,晶胞中Zr原子数为8×+4×=3,O原子数为8,Ca原子数为2×=1,所以ρ== g·cm-3= g·cm-3。
答案:(1)+4
(2)ZrO2++2NO+2Cl-+2CPT+2H+ Zr(NO3)2Cl2·2CPT+H2O 4.0×10-23
(3)ZrO2+2C+2Cl2ZrCl4+2CO
(4)CrCl3是离子晶体而FeCl3是分子晶体,破坏范德华力所需能量小于破坏离子键所需能量 将FeCl3转化为FeCl2,防止FeCl3升华影响纯度
(5) ①8 ②