非选择题专项练(一)1.过渡金属及其化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。(1)基态钛原子的价层电子轨道表示式为 ;与钛同周期的过渡元素中,基态原子的成对电子数与钛相同的有 种;金属钛是一种新兴的结构材料,其硬度比金属镁和铝大的原因是 。 (2)在浓的TiCl3的盐酸中加入乙醚,并通入HCl至饱和,可得到配位数为6、组成为TiCl3·6H2O的晶体,该晶体中两种配体的物质的量之比为2∶4,则由该配合离子组成的晶体化学式还可以写为 。 (3)航母螺旋桨主要用铜合金制造。含铜废液可以利用铜萃取剂M,通过如下反应实现铜离子的富集,进行回收。①M所含元素的第一电离能最大的是 (用元素符号表示)。 ②X化合物中中心原子铜的配位数是 ,上述反应中断裂和形成的化学键有 。 (4)金红石(TiO2)是含钛的主要矿物之一,其晶胞结构(晶胞中相同位置的原子相同)如图所示。①A、B、C、D4种粒子,其中钛原子是 (填字母)。 ②若A、B、C的原子坐标参数分别为A(0,0,0)、B(0.69,0.69,1)、C(1,1,1),则D的原子坐标参数为D(0.19, , );该化合物的密度为 g·cm-3(用含a、c、NA的代数式表示)。 2.钛铁矿(FeTiO3)中往往含有Fe2O3、MgO、CaO、Al2O3、SiO2等杂质。一种硫酸法制取白色颜料钛白粉(TiO2)的生产工艺如图所示:已知:Ⅰ.酸浸后,钛主要以TiOSO4形式存在。Ⅱ.强电解质TiOSO4在溶液中仅能电离出S和一种阳离子。Ⅲ.H2TiO3不溶于水和稀酸。(1)为提高酸浸速率,一般采取的措施是 。(写两条) (2)滤渣①的主要成分是 。 (3)酸浸过程中,写出含钛化合物发生反应的化学方程式: 。 (4)加入铁粉的目的是还原体系中的Fe3+。为探究最佳反应条件,某实验室做如下尝试。
图1图2①在其他条件不变的情况下,体系中Fe(Ⅲ)含量随pH的变化如图1所示,试分析在pH介于4~6之间时,Fe(Ⅲ)含量基本保持不变的原因: 。 ②保持其他条件不变的情况下,体系中Fe(Ⅲ)含量随温度的变化如图2所示,55℃后,Fe(Ⅲ)含量增大的原因是 。 (5)水解过程中得到沉淀③的化学式为 。 3.硫代硫酸钠晶体(Na2S2O3·5H2O,M=248g·mol-1)可用于氰化物和腈类中毒及各种砷、碘、汞、铅中毒治疗。已知它易溶于水,难溶于乙醇,在中性和碱性环境中能稳定存在,在40~45℃熔化,48℃分解。某兴趣小组用两种方法制取硫代硫酸钠晶体,并加以应用。Ⅰ.制备Na2S2O3·5H2O方法一:亚硫酸钠法。反应原理:S+Na2SO3Na2S2O3实验步骤:称取一定量的Na2SO3放入烧杯中,加入煮沸过的蒸馏水溶解。另取过量的硫粉,加入少量乙醇充分搅拌均匀后,加入上述溶液中。水浴加热,微沸,反应后趁热过滤。将滤液蒸发浓缩、冷却结晶后析出Na2S2O3·5H2O晶体。再进行减压过滤、洗涤并低温干燥。(1)使用煮沸的蒸馏水配制溶液的目的是 。 (2)向硫粉中加入少量乙醇充分搅拌均匀的目的是 。 (3)下列说法正确的是 (填字母)。 A.蒸发浓缩至溶液表面出现大量沉淀时,停止加热B.快速冷却,可析出较大晶体颗粒C.冷却结晶后的固液混合物中加入乙醇可提高产率方法二:硫化碱法,装置如图所示。
B C(4)组装好仪器后,检验装置A气密性的方法为 。 (5)装置C中,将Na2S和Na2CO3以2∶1的物质的量之比配成溶液再通入SO2,便可制得Na2S2O3与CO2,反应的化学方程式为 。 (6)装置B的主要作用是 。 Ⅱ.Na2S2O3的应用(7)为了测定粗产品中Na2S2O3·5H2O的含量,一般采用在酸性条件下用KMnO4标准液滴定的方法(滴定反应为5S2+8Mn+14H+8Mn2++10S+7H2O,假定粗产品中杂质与酸性KMnO4溶液不反应)。称取1.25g的粗样品溶于水,用0.40mol·L-1酸性KMnO4溶液滴定,当溶液中S2全部被氧化时,消耗酸性KMnO4溶液20.00mL。产品中Na2S2O3·5H2O的质量分数为 。 4.某维生素的生理功能是维持上皮组织的完整性和细胞膜的通透性,维持正常视觉,促进年幼动物生长等。以下是该维生素的合成路线的一部分:ND已知:(1)B中官能团的名称为 。 (2)由E生成H的反应类型为 。 (3)写出由C与M反应生成N的化学方程式: 。 (4)D的结构简式为 。 (5)B的同分异构体中能发生银镜反应但不能发生水解反应的共 种,其中核磁共振氢谱有三组峰,且峰面积比为6∶1∶1的同分异构体的结构简式为 。
(6)聚苯乙烯树脂是一种良好的保温材料,请以甲苯为原料,参照题中信息,设计路线合成聚苯乙烯,无机试剂任选。5.合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径。请回答下列问题。(1)在1.01×105Pa、250℃时,将1molN2与1molH2加入aL刚性容器中充分反应,测得NH3体积分数为4%,其他条件不变,温度升高至450℃,测得NH3体积分数为2.5%,则可判断合成氨反应ΔH (填“>”或“<”)0。 (2)在2L密闭绝热容器中,投入4molN2和6molH2,在一定条件下生成NH3,测得不同温度下,平衡时NH3的物质的量数据如表所示:温度T1T2T3T4n(NH3)/mol3.63.22.82.0①下列能说明该反应已达到平衡状态的是 。 A.3v正(H2)=2v逆(NH3)B.容器内气体压强不变C.混合气体的密度不变D.混合气体的温度保持不变②温度T1 (填“>”“<”或“=”)T3。 ③在T3温度下,达到平衡时N2的体积分数为 。 (3)N2O4为重要的火箭推进剂之一,N2O4与NO2转换的热化学方程式为N2O4(g)2NO2(g) ΔH。上述反应中,正反应速率v正=k正·p(N2O4),逆反应速率v逆=k逆·p2(NO2),其中k正、k逆为速率常数,则该反应的化学平衡常数Kp为 (以k正、k逆表示)。若将定量的N2O4投入真空容器中恒温恒压分解(温度298K、压强110kPa),已知该条件下k逆=5×102kPa-1·s-1,当N2O4分解10%时,v逆= kPa·s-1。 (4)温度为T时,在恒温恒容的密闭条件下发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),反应过程中各物质浓度的变化曲线如图所示。①表示H2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,N2的平均反应速率为 。在该条件下反应的平衡常数为 (保留两位小数)。 参考答案非选择题专项练(一)1.答案(1) 3 Ti原子的价电子数比Mg、Al多,金属键更强(2)[TiCl2(H2O)4]Cl·2H2O(3)①N ②4 共价键、配位键(4)①AC ②0.81 0.5 解析(1)Ti是22号元素,位于周期表中第四周期第ⅣB族,价层电子排布式为3d24s2,价层电子轨道表示式为。与Ti同周期的所有过渡元素的基态原子中成对电子数与钛相同的有Sc、V、Mn,共有3种;由于Ti原子的价电子数比Mg、Al多,金属键更强,所以其硬度比金属镁和铝大。(2)在浓的TiCl3的盐酸中加入乙醚,并通入HCl至饱和,可得到配位数为6、组成为TiCl3·6H2O的晶体,由于该晶体中两种配体的物质的量之比为2∶4,这说明3个氯离子中有2个是配体,6个水分子中有4个是配体,则由该配合离子组成的晶体化学式还可以写为[TiCl2(H2O)4]Cl·2H2O。(3)①一般元素的非金属性越强,第一电离能越大,但由于N元素的2p轨道电子处于半充满稳定状态,故氮元素的第一电离能大于氧元素的第一电离能,则M所含元素的第一电离能最大的是N。②X化合物分子中有2个氮原子和2个氧原子提供孤电子对,所以中心原子铜的配位数是4。M中没有配位键,X中含有配位键,说明有配位键生成,另外还有O—H的断裂,则上述反应中断裂和形成的化学键有共价键、配位键。(4)①TiO2晶胞中原子总数为6,由化学式可知有2个Ti原子、4个O原子,由晶胞结构可知,B、D位置为O原子,体心、顶点为Ti原子。②晶胞中体心Ti周围有6个O原子,O原子周围有3个Ti原子,内部3个原子投影为,3个原子形成的线平行于底面且到上下平面的距离相等,上下平面距离为cpm,可得坐标参数z的值为0.5,图中所示长度y即为坐标参数y的值,D坐标参数x=0.19,则图中小直角三角形的直角边边长为0.19,故y=1-0.19=0.81,D的参数为(0.19,0.81,0.5);根据以上分析可知密度为g·cm-3=g·cm-3。2.答案(1)粉碎钛铁矿,加热,增大硫酸浓度等(写其中任意两个答案即可)(2)SiO2(3)FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O
(4)①pH介于4~6之间时,Fe3+完全沉淀为Fe(OH)3,不再与铁粉发生反应②随温度的升高,溶液中Fe2+被氧化为Fe3+(5)H2TiO3解析酸浸中发生反应:FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O,Fe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O等,浸取液中含有Fe3+、Mg2+、Ca2+、Al3+,加入铁粉,能将Fe3+还原成Fe2+,然后过滤,滤渣①的主要成分是二氧化硅,滤液①结晶过滤得到的晶体成分滤渣②是硫酸亚铁晶体,滤液②中TiOSO4能发生水解反应生成沉淀③H2TiO3和滤液③H2SO4,最后高温煅烧沉淀③得到TiO2。(1)为提高酸浸速率,一般采取的措施是粉碎钛铁矿,加热,增大硫酸浓度等。(2)SiO2不与酸和水反应,故滤渣①的主要成分是SiO2。(3)酸浸过程中,FeTiO3与H2SO4反应的化学方程式为FeTiO3+2H2SO4TiOSO4+FeSO4+2H2O。(4)①在pH介于4~6之间时,Fe(Ⅲ)含量基本保持不变的原因是Fe3+完全沉淀为Fe(OH)3,不再与铁粉发生反应。②55℃后,Fe(Ⅲ)含量增大的原因是随温度的升高,溶液中Fe2+被氧化为Fe3+。(5)滤液②中TiOSO4能发生水解反应生成沉淀③H2TiO3和滤液③H2SO4。3.答案(1)除去水中溶解的氧,防止Na2SO3被氧化(2)硫粉微溶于乙醇,使反应物充分接触,增大反应速率(3)C(4)将B中左侧导管没入水中,关闭分液漏斗活塞,微热A中烧瓶,当B中有气泡冒出时,移走酒精灯后一段时间,导管倒吸形成一段水柱(5)Na2CO3+2Na2S+4SO23Na2S2O3+CO2(6)平衡压强,观察反应速率(7)99.2%解析(1)Na2SO3具有还原性,能被氧气氧化成Na2SO4,煮沸蒸馏水可以除去溶解在水中的氧气,防止Na2SO3被氧化。(2)硫粉溶于乙醇中,增大了反应物的接触面积,增大化学反应速率。(3)为防止固体飞溅,应在出现晶膜时停止加热,A项错误。快速冷却,会导致析出较小晶体颗粒,B项错误。因为Na2S2O3·5H2O难溶于乙醇,所以冷却结晶后的固液混合物中加入乙醇,可析出更多的晶体,提高了产率,C项正确。(4)检验装置A气密性的方法是将B中左侧导管没入水中,关闭分液漏斗活塞,微热A中烧瓶,当B中有气泡冒出时,移走酒精灯后一段时间,导管倒吸形成一段水柱。(5)将SO2气体通入装置C中,SO2可以与C装置中的Na2S和Na2CO3反应,生成Na2S2O3和CO2,其反应的化学方程式为Na2CO3+2Na2S+4SO23Na2S2O3+CO2。(6)装置A为制取SO2的装置,生成SO2的速率可以通过装置B中的气泡快慢进行判断,起到平衡压强、观察反应速率的作用。(7)根据题意可知,n(KMnO4)=0.40mol·L-1×20.00mL×10-3=0.008mol,根据5S2+8Mn+14H+8Mn2++10S+7H2O可知,n(Na2S2O3)=×0.008mol=0.005mol,m(Na2S2O3·5H2O)=0.005mol×248g·mol-1=1.24g,产品中Na2S2O3·5H2O的质量分数=×100%=99.2%。4.答案(1)酮羰基、羟基(2)取代反应
(3)+CH≡CMgCl(4)(5)8 (6)解析B生成C发生醇的消去反应,C为,由信息可知,C与M生成的N为,N再发生水解反应得到的D为。(1)B中官能团的名称为酮羰基、羟基。(2)根据H的结构可知,G和E的结合方式为虚线标注位置,则由E生成H的反应类型为取代反应。(3)由C与M发生加成反应生成N,反应的化学方程式为+。(4)D的结构简式为。(5)B的同分异构体中能发生银镜反应说明含有醛基,但不能发生水解反应说明不含有酯基,则满足条件的有:①改变羟基的取代位置、,②改变官能团的位置、、,总共8种;其中核磁共振氢谱有三组峰,且峰
面积比为6∶1∶1的同分异构体的结构简式为。(6)逆推法解决合成聚苯乙烯的问题,需要苯乙烯,逆推需要醇的消去得到碳碳双键,根据信息条件知,含有CO的物质与CH3MgX反应再经水解得到醇羟基,可知需要苯甲醛,以甲苯作原料,经卤素原子取代后,水解得到醇类,再经催化氧化得到苯甲醛,合成路线为。5.答案(1)<(2)①BD ②< ③36.1%(3) 2×105(4)①A 加压或降温 ②0.002mol·L-1·min-1 0.73解析(1)升高温度,平衡向吸热反应方向移动,由题意可知,温度升高,氨体积分数减小,说明平衡向逆反应方向移动,合成氨反应为放热反应,反应热ΔH<0。(2)①3v正(H2)=2v逆(NH3)说明正、逆反应速率不相等,反应未达到平衡状态,A项错误。合成氨反应是气体体积减小的反应,容器内气体压强不变说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,B项正确。由质量守恒定律可知,反应前后气体的质量不变,在恒容容器中,混合气体的密度始终不变,则混合气体的密度不变不能判断反应是否达到平衡状态,C项错误。合成氨反应是放热反应,在密闭绝热容器中,反应放出的热量使混合气体的温度升高,则混合气体的温度保持不变说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,D项正确。②合成氨反应是放热反应,温度升高,氨的物质的量减小,由表格数据可知,温度T1时,氨的物质的量大于T3时,则温度T1<T3。③由表格数据可知,温度T3时氨的物质的量为2.8mol,由题意可建立如下“三段式”:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)起始/mol 4 6 0变化/mol1.44.22.8平衡/mol2.61.82.8由“三段式”所得数据可知,达到平衡时氮气的体积分数为×100%=36.1%。(3)当反应达到平衡时,正反应速率等于逆反应速率,则v正=k正·p(N2O4)=v逆=k逆·p2(NO2),=Kp;设四氧化二氮起始物质的量为1mol,当四氧化二氮分解10%时,四氧化二氮的物质的量为(1mol-1mol×10%)=0.9mol,二氧化氮的物质的量为1mol×10%×2=0.2mol,则二氧化氮的分压为×110kPa=20kPa,v逆=5×102kPa-1·s-1×(20kPa)2=2×105kPa·s-1。(4)①由图可知,A、B的浓度减小,代表反应物,A、B的浓度的变化量之比为(0.6mol·L-1-0.45mol·L-1)∶(0.2mol·L-1-0.15mol·L-1)=3∶1,则曲线A代表氢气浓度的变化;设容器的容积为1L,平衡时氨的体积分数为×100%=14.3%>2.5%,则与实验条件
为1.01×105Pa、450℃相比,平衡向正反应方向移动,该反应为气体体积减小的放热反应,改变的条件可能为增大压强或降低温度。②由题给数据可知,在0~25min内,氮气的平均反应速率为=0.002mol·L-1·min-1,平衡时反应的平衡常数为K==0.73。
