非選擇題專項練(二)1.近年來,有機-無機雜化金屬鹵素鈣鈦礦作為優(yōu)良的光電材料受到廣泛研究和關注,請回答下列問題。(1)Ca、Ti元素基態(tài)原子核外電子占據(jù)能級數(shù)之比為　　　　　　;與Ti處于同周期單電子數(shù)與Ti相同的元素還有　　　　種;Ca的前三級電離能數(shù)據(jù)分別為589.8kJ·mol-1、1145.4kJ·mol-1、4912.4kJ·mol-1,第三電離能增大較多的原因是　?　。?(2)鹵族元素可與N和P元素形成多種穩(wěn)定鹵化物,其中NCl3分子空間結構為　　　　　　　　　,P元素可形成穩(wěn)定的PCl3和PCl5,而氮元素只存在穩(wěn)定的NCl3,理由是　。?(3)Ti的配合物有多種。Ti(CO)6、Ti(H2O、Ti中的配體所含原子中電負性最小的是　　　　　;Ti(NO3)4的球棍模型如圖所示,Ti4+的配位數(shù)是　　　　　。?(4)研究表明,TiO2通過氮摻雜反應生成TiO2-aNb,能使TiO2對可見光具有活性,反應如圖所示。已知TiO2晶胞為長方體,設NA是阿伏加德羅常數(shù)的值,TiO2的密度為　　　　　　　g·cm-3(列出計算式)。TiO2-aNb晶體中a=　　　,b=　　　。?2.Co3O4在工業(yè)上有重要應用。利用原鈷礦(主要含有Co2O3,還含有少量Cr2O3、NiO等雜質)制備Co3O4的工藝流程如下:已知:①在含一定量Cl-的溶液中Co2++4Cl-CoC。②CoC溶于有機胺試劑,Co2+、Cr3+和Ni2+不溶于有機胺試劑;有機胺試劑不溶于水。③Ksp[Co(OH)2]=1.0×10-15。(1)原鈷礦需預先粉碎的目的是?　。?(2)步驟i中Co2O3溶解時發(fā)生反應的離子方程式為　。?(3)步驟ii中加入NaCl固體的目的是?　。?(4)步驟v反應過程中無氣體逸出,則沉鈷時發(fā)生反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　;沉鈷過程選擇較高溫度有利于沉淀生成,但加入等量(NH4)2CO3選擇過高溫度得到的沉淀質量反而會減少,減少的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。? (5)常溫下,步驟v沉鈷濾液中,Co2+含量為5.9×10-2g·L-1,此時溶液的pH=　。?(6)步驟vi在空氣中煅燒生成Co3O4的化學方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?3.硫酸亞鐵銨[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]是一種藍綠色的無機復鹽,易溶于水,不溶于乙醇,在水中的溶解度比FeSO4和(NH4)2SO4的溶解度都要小。某同學設計如圖實驗裝置制備硫酸亞鐵銨晶體。實驗步驟如下:Ⅰ.用30%的NaOH溶液和鐵屑(含有Fe2O3、FeS等雜質)混合、煮沸、冷卻、分離,將分離出的NaOH溶液裝入C中。Ⅱ.在B中用Ⅰ處理過的鐵屑與稀硫酸反應制取FeSO4。Ⅲ.將Ⅱ制得的FeSO4溶液與(NH4)2SO4溶液混合。Ⅳ.將A中混合液蒸發(fā)濃縮、自然冷卻、過濾、洗滌、干燥得到硫酸亞鐵銨晶體。(1)儀器a在使用前必須進行的操作是　　　　　　　,C中發(fā)生反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?(2)按圖連接好裝置,經(jīng)檢驗氣密性良好,加入相應的藥品后,利用鐵屑與稀硫酸反應產(chǎn)生的氫氣排盡裝置的空氣及硫酸銨溶液中溶解的氧氣,其目的是　　　　　　　　　　,此時彈簧夾K1、K2、K3的狀態(tài)為　　　　　　　　　　　　　。?(3)完成步驟Ⅲ的操作是　　　　　　　　　。?(4)步驟Ⅳ將A中混合液蒸發(fā)濃縮、自然冷卻,能析出硫酸亞鐵銨晶體的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。過濾后的晶體用乙醇洗滌而不用蒸餾水洗滌的原因是　。?(5)從安全角度分析,該同學設計的實驗裝置存在的缺陷是　　　　　　　　　　　　　。?4.以蘋果酸(A)為原料可以合成抗艾滋病藥物沙奎那韋的中間體(G),其合成路線如下: 已知:ⅰ.RCOOH或R1COOR2RCH2OH或R1CH2OH。ⅱ.SOCl2在酯化反應中作催化劑,若羧酸和SOCl2先混合會生成酰氯,酰氯與醇再反應會生成酯;若醇和SOCl2先混合會生成氯化亞硫酸酯,氯化亞硫酸酯與羧酸再反應生成酯。(1)為得到較多量的產(chǎn)物B,反應①應進行的操作是　。?(2)反應②的化學方程式為　　　　　　　　　　?　,?反應②和⑤的目的是　。?(3)D的結構簡式為　　　　　　　　　　　　　　,G的分子式為　　　　　　　　。?(4)M為C的同分異構體,M可由含有苯環(huán)的有機物N加氫還原苯環(huán)得到。N的分子中有5個取代基,1molN能與4molNaOH反應,但只能與2molNaHCO3反應,N分子中有4種化學環(huán)境相同的氫。則M的結構簡式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?(5)以為原料合成,寫出能獲得更多目標產(chǎn)物的較優(yōu)合成路線(其他試劑任選)。5.利用甲烷降低有害氣體對大氣的污染是當前科學研究的重點課題之一。(1)利用CH4和CO2重整不僅可以獲得合成氣(主要成分為CO、H2),還可減少溫室氣體的排放。已知重整過程中涉及如下反應。反應Ⅰ　CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH1反應Ⅱ　CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.2kJ·mol-1反應Ⅲ　CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2(g) ΔH3=-35.6kJ·mol-1①已知:O2(g)+H2(g)H2O(g)　ΔH=-241.8kJ·mol-1,則ΔH1=　　　kJ·mol-1。?②恒容密閉容器中CH4、CO2的分壓分別為25kPa、20kPa,一定條件下發(fā)生反應Ⅰ。已知v正(CO)=1.28×10-2·p(CH4)·p(CO2)kPa·s-1,某時刻測得p(H2)=10kPa,則該時刻v正(CH4)=　　　　kPa·s-1。?(2)CH4(g)與H2S(g)反應可以生成化工原料CS2(g)和H2(g)?？刂企w系壓強為0.17MPa,當原料初始組成n(CH4)∶n(H2S)=1∶2,反應達到平衡時,四種組分的物質的量分數(shù)隨溫度的變化如圖甲所示。圖中表示CS2、CH4變化的曲線分別是　　　　　(填字母)。M點對應溫度下,H2S的轉化率是　　　　　　　　　　,反應的Kp=　　　(以分壓表示,分壓=總壓×物質的量分數(shù))。?甲乙(3)在恒容密閉容器中,通入一定量CH4與NO2發(fā)生反應,相同時間內測得NO2的轉化率與溫度的關系如圖乙所示。下列敘述正確的是　　　　。?A.200℃NO2的平衡轉化率大于300℃NO2的平衡轉化率B.B點的v逆大于E點的v逆C.C點和D點均處于平衡狀態(tài)D.適當升溫或增大c(CH4)可提高C點時NO2的轉化率和反應速率參考答案非選擇題專項練(二)1.答案(1)6∶7　3　Ca2+已經(jīng)達到穩(wěn)定結構,再失去的1個電子屬于內層電子,原子核對內層電子的吸引力更強,所以第三電離能突然增大(2)三角錐形　N元素L層最多有4個軌道,所以不易生成NCl5(3)H　8(4) 解析(1)Ca基態(tài)原子核外電子占據(jù)能級為1s、2s、2p、3s、3p、4s,Ti基態(tài)原子核外電子占據(jù)能級為1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s,能級數(shù)之比為6∶7;Ti基態(tài)原子的價層電子排布式為3d24s2,3d能級有2個單電子,同周期中含有2個單電子的元素有Ni、Ge、Se3種元素;Ca的核外電子排布式為[Ar]4s2,失去2個電子后,核外電子達到穩(wěn)定結構,再失去的1個電子屬于內層電子,原子核對內層電子吸引力更強,所以第三電離能突然增大。(2)NCl3的中心N原子含有1個孤電子對,3個σ鍵,價層電子對數(shù)為4,則分子空間結構為三角錐形;P原子核外電子第三層有d能級,可形成spd雜化,N原子核外電子第二層只有s、p能級4個電子軌道,則不能形成NCl5。(3)Ti(CO)6、Ti(H2O、Ti中的配體分別為CO、H2O、F-,一般元素非金屬性越強,電負性越大,則H的電負性最小;根據(jù)球棍模型,硝酸根離子中的2個氧原子與Ti4+連接成環(huán),則Ti4+的配位數(shù)是8。(4)根據(jù)TiO2晶胞結構知,Ti原子在晶胞的8個頂點、4個面心和1個體心,1個晶胞含有的Ti原子的個數(shù)為4;O原子8個在棱上、8個在面上、2個在體內,1個晶胞中含有的O原子個數(shù)為8,則1mol晶胞的質量為(48+16×2)×4g,體積為m2×n×10-30×NAcm3,則密度=g·cm-3。TiO2-aNb晶胞中Ti原子數(shù)為1+4×+8×=4,N原子數(shù)為,O原子數(shù)為1+7×+7×,則Ti、O、N的原子個數(shù)比為4∶=1∶,即2-a=,a=,b=。2.答案(1)增大反應物接觸面積,增大反應速率,使反應更充分(2)Co2O3+6H++2Cl-2Co2++Cl2↑+3H2O或Co2O3+6H++10Cl-2CoC+Cl2↑+3H2O(3)加入NaCl固體,可使溶液中Cl-濃度增大,平衡Co2++4Cl-CoC右移,CoC濃度增大,提高其在有機胺試劑中的濃度(4)2C+3C+2H2OCo2(OH)2CO3↓+2HC溫度過高,(NH4)2CO3分解,(NH4)2CO3濃度降低,沉淀質量減少(5)8(6)3Co2(OH)2CO3+O22Co3O4+3H2O+3CO2解析向原鈷礦粉中加入鹽酸浸取,Co2O3被Cl-還原為Co2+,向浸取液中加入NaCl固體,將Co2+轉化為CoC,之后加入有機胺試劑萃取,分液后洗脫得到CoCl2溶液,加入碳酸銨溶液得到Co2(OH)2CO3沉淀,經(jīng)煅燒得到Co3O4。(1)預先粉碎原鈷礦可以增大反應物接觸面積,增大反應速率,使反應更充分。(2)根據(jù)流程知,鹽酸浸取時,Cl-將Co2O3還原為Co2+,自身被氧化為Cl2,根據(jù)所給信息①可知,若鹽酸過量還可能生成CoC,根據(jù)電子守恒和元素守恒可得離子方程式為Co2O3+6H++2Cl-2Co2++Cl2↑+3H2O或Co2O3+6H++10Cl-2CoC+Cl2↑+3H2O。(3)加入NaCl固體,可使溶液中Cl-濃度增大,平衡Co2++4Cl-CoC右移,CoC濃度增大,提高其在有機胺試劑中的濃度,提高原料的利用率。(4)根據(jù)流程可知,步驟v所得產(chǎn)物為Co2(OH)2CO3,說明Co2+與C發(fā)生相互促進的水解反應,而反應過程中無氣體逸出,說明C濃度較大,溶液堿性較強,C沒有徹底水解,轉化為HC,所以離子方程式為2Co2++3C+2H2OCo2(OH)2CO3↓+2HC;溫度過高,(NH4)2CO3分解,(NH4)2CO3濃度降低,沉淀質量減少。(5)濾液中Co2+含量為5.9×10-2g·L-1,則c(Co2+)==1.0×10-3mol·L-1,則此時溶液中c(OH-)=mol·L-1=10-6mol·L-1,所以溶液中c(H+)=10-8mol·L-1,pH=8。 (6)Co2(OH)2CO3在空氣中煅燒生成Co3O4,則部分Co元素被氧氣氧化,根據(jù)元素化合價的變化可得,Co2(OH)2CO3和O2的化學計量數(shù)比為3∶1,再結合元素守恒可得化學方程式為3Co2(OH)2CO3+O22Co3O4+3H2O+3CO2。3.答案(1)檢驗是否漏液　H2S+2OH-S2-+2H2O(2)防止Fe2+被氧化　打開K1、K2,關閉K3(3)打開K3,關閉K1(4)溶液中存在Fe2+、N和S,濃縮時,溶解度小的鹽會先析出　硫酸亞鐵銨易溶于水,不溶于乙醇,減少損耗(5)沒有H2處理裝置解析利用鐵與稀硫酸反應制得氫氣和硫酸亞鐵溶液,再利用氫氣將裝置中的空氣排盡,最后利用氫氣將制得的硫酸亞鐵溶液壓入裝置A中與硫酸銨溶液作用制備硫酸亞鐵銨[(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O]。(1)儀器a是分液漏斗,在使用前必須進行的操作是檢驗是否漏液,鐵屑中含有FeS,能與硫酸反應生成H2S,制備的氫氣中含有H2S,H2S進入C中與氫氧化鈉溶液反應生成硫化鈉,發(fā)生反應的離子方程式為H2S+2OH-S2-+2H2O。(2)由裝置圖可知,向容器A中通入氫氣,應關閉彈簧夾K3,打開彈簧夾K1、K2。硫酸銨溶液中的溶解O2、容器B液面上的O2可以將Fe2+氧化為Fe3+,通入氫氣以排盡硫酸銨溶液中溶解的O2和容器B液面上部的O2,防止Fe2+被氧化為Fe3+。因此打開彈簧夾K1、K2,關閉K3,使產(chǎn)生的氫氣由K1進入裝置C,再經(jīng)K2進入裝置A,將裝置中的空氣排盡。(3)步驟Ⅲ是將Ⅱ制得的FeSO4溶液與(NH4)2SO4溶液混合,操作是打開K3,關閉K1,使產(chǎn)生的氫氣將裝置B中的溶液壓入裝置A。(4)步驟Ⅳ將A中混合液蒸發(fā)濃縮、自然冷卻,能析出硫酸亞鐵銨晶體的原因是溶液中存在Fe2+、N和S,濃縮時,溶解度小的鹽會先析出。過濾后的晶體用乙醇洗滌而不用蒸餾水洗滌的原因是硫酸亞鐵銨易溶于水,不溶于乙醇,減少損耗。(5)從安全角度分析,該同學設計的實驗裝置存在的缺陷是沒有H2處理裝置,可燃性氣體容易引起爆炸。4.答案(1)先將SOCl2與甲醇混合反應后,再加入蘋果酸進行反應(2)++2CH3OH保護兩個羥基不被氯代(3)　C12H11NO3Cl2(4)、(5) 解析(1)蘋果酸A為,若將A先和SOCl2混合,則A分子中的羥基會參與反應,根據(jù)產(chǎn)物B的結構可知,反應后依然存在兩個羥基,所以要得到較多的B,則先將SOCl2與甲醇混合反應后,再加入蘋果酸進行反應,從而減少副產(chǎn)物。(2)反應②為與發(fā)生取代反應生成,根據(jù)取代反應的特點可知,產(chǎn)物還有CH3OH,所以反應的化學方程式為++2CH3OH;反應②中B的羥基形成醚鍵,反應⑤則重新生成羥基,從而保護羥基在反應④中不被取代,所以反應②和⑤的目的是保護兩個羥基不被氯代。(3)C為,根據(jù)反應條件以及反應機理R1COOR2R1CH2OH可知,轉化為,所以D的結構簡式為;G為,則分子式為C12H11NO3Cl2。(4)C為,M為C的同分異構體,所以M的分子式為C9H14O6,M可由含有苯環(huán)的有機物N加氫還原苯環(huán)得到,所以N的分子式為C9H8O6,不飽和度為6。1molN只能與2molNaHCO3反應,說明1個N的分子中有2個—COOH,1個苯環(huán)和2個羧基已經(jīng)占有了6個不飽和度,而1molN能與4mol NaOH反應,說明除2個羧基外還有2個酚羥基;N有5個取代基,分子中有4種化學環(huán)境相同的氫,所以是高度對稱的結構,所以N可能為或。則M的結構簡式為或。(5)經(jīng)過反應機理R1COOR2R1CH2OH制得,經(jīng)過消去反應可以獲得,經(jīng)過加聚反應即得到目標產(chǎn)物,所以反應路線為。5.答案(1)①+247.4　②1.92　(2)b、d　20%　1.0×10-4(3)AD解析(1)①根據(jù)反應ⅠCH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH1反應ⅡCO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.2kJ·mol-1反應ⅢCH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2(g)　ΔH3=-35.6kJ·mol-1以及反應ⅣO2(g)+H2(g)H2O(g)　ΔH=-241.8kJ·mol-1可知,Ⅱ+Ⅲ-Ⅳ即為反應Ⅰ,則ΔH1=ΔH2+ΔH3-ΔH=+41.2kJ·mol-1-35.6kJ·mol-1+241.8kJ·mol-1=+247.4kJ·mol-1。②反應ⅠCH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH1,恒容密閉容器中CH4、CO2的分壓分別為25kPa、20kPa,某時刻測得p(H2)=10kPa,列出“三段式”:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)初始壓強/kPa　25　　20　　　　0　　　　0變化壓強/kPa551010末態(tài)壓強/kPa20151010將數(shù)據(jù)代入公式v正(CO)=1.28×10-2·p(CH4)·p(CO2)kPa·s-1可得,v正(CO)=1.28×10-2×20×15kPa·s-1=3.84kPa·s-1,根據(jù)化學反應速率之比等于化學計量數(shù)之比可知,v正(CH4)=v正(CO)=1.92kPa·s-1。(2)CH4(g)與H2S(g)反應生成CS2(g)和H2(g)的方程式為CH4(g)+2H2S(g)CS2(g)+4H2(g),根據(jù)化學反應速率之比等于化學計量數(shù)之比可知,曲線a、b、c、d分別對應的物質為H2、CS2、H2S、CH4。M點對應溫度下,達到平衡時,H2與CH4的物質的量分數(shù)相等,則平衡時n(H2)=n(CH4)。原料初始組成n(CH4)∶n(H2S)=1∶2,設消耗甲烷的物質的量為xmol,列出“三段式”:CH4(g)+2H2S(g)CS2(g)+4H2(g)初始/mol　　1　　　2　　　　　0　　　　0 變化/molx2xx4x平衡/mol1-x2-2xx4x得出1-x=4x,x=0.2,H2S的轉化率是×100%=×100%=20%。CH4、H2S、CS2、H2平衡時物質的量分別為0.8mol、1.6mol、0.2mol、0.8mol,則總的物質的量為3.4mol,CH4、H2S、CS2、H2的分壓分別為×0.17MPa=0.04MPa、×0.17MPa=0.08MPa、×0.17MPa=0.01MPa、×0.17MPa=0.04MPa,則反應的Kp==1.0×10-4。(3)由圖可知當溫度升高到一定程度之后,該段時間內NO2的轉化率會下降,說明該反應是放熱反應。該反應是放熱反應,溫度越高,反應物的平衡轉化率越低,所以200℃NO2的平衡轉化率大于300℃NO2的平衡轉化率,A項正確。B點的溫度低于E點的溫度且E點生成物的濃度更大,所以B點的v逆小于E點的v逆,B項錯誤。該反應為放熱反應,溫度升高,平衡轉化率下降,C點后溫度升高轉化率還會增大,說明C點不是處于平衡狀態(tài),C項錯誤。C點未處于平衡狀態(tài),所以適當升溫可以增大反應速率,從而提高該段時間內NO2的轉化率;增大c(CH4),反應物濃度增大,反應速率增大,同時提高了NO2轉化的量,D項正確。