高考化學大二輪復習 第3部分訓練 非選擇題專項練5

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訓練(十三)　非選擇題專項練(5) 1．FeCl2是一種常用的還原劑。有關數(shù)據(jù)如下：實驗室可以用多種方法來制備無水FeCl2?；卮鹣铝袉栴}： I．按如圖1裝置用H2還原無水FeCl3制取。 圖1 圖2 (1)用裝置A制取H2，其優(yōu)點是______________________________________； D中反應的化學方程式為___________________________________________； 裝置E的作用是___________________________________________________。 (2)通入足量H2，充分反應，如果溫度控制不當，產品中會含單質鐵，檢驗產品中是否含鐵的方案是_________________________________________________。 Ⅱ.按圖2裝置，在三頸燒瓶中放入162.5 g無水氯化鐵和225 g氯苯，控制反應溫度在128 ℃～139 ℃加熱3h，反應接近100%，反應如下：2FeCl3＋C6H5Cl―→2FeCl2＋C6H4Cl2＋HCl (3)上述反應中，還原劑是____________。 (4)反應溫度接近或超過C6H5Cl的沸點，但實驗過程中C6H5Cl并不會大量損失，原因是____________________________________________________________。 (5)冷卻后，將三頸瓶內物質經過過濾，洗滌，干燥后，得到粗產品。 ①洗滌所用的試劑可以是____________； ②簡述回收濾液中C6H5Cl的方案____________________________________。 (6)僅通過燒杯中的現(xiàn)象變化就可以監(jiān)控氯化鐵的轉化率。若要監(jiān)控氯化鐵轉化率達到或超過90%，則燒杯中加入的試劑可以是__________________________。 解析　I．按如圖1裝置可知，用H2還原無水FeCl3制取無水FeCl2，A裝置一般用鋅和稀鹽酸制備H2，B裝置用來除去氫氣中的氯化氫，C裝置用來干燥氫氣，可以裝置堿石灰，E裝置中也要裝置堿石灰，吸收氯化氫氣體同時防止空氣中的水份進入D裝置，D裝置中用氫氣與氯化鐵反應生成氯化亞鐵和HCl。 (1)裝置A為啟普發(fā)生器的簡易裝置，適用于固液混合狀態(tài)且不需加熱而制取的氣體，且固體必須是塊狀的，該裝置的優(yōu)點是便于控制反應，實驗室一般用鋅和稀鹽酸制備H2，用裝置A制取H2，通過開關彈簧夾，可以使反應隨時進行或停止，根據(jù)上面的分析可知，E中盛放的試劑是堿石灰；吸收氯化氫氣體，同時防止空氣中的水份進入D裝置，D中反應的化學方程式為H2＋2FeCl32FeCl2＋2HCl； (2)溫度控制不當，產品中含單質鐵，檢驗產品中是否含鐵的方案為取樣，加入鹽酸中，觀察是否有氣泡產生； Ⅱ.(3)根據(jù)反應2FeCl3＋C6H5Cl―→2FeCl2＋C6H4Cl2＋HCl可知，氯苯能使氯化鐵生成氯化亞鐵，所以氯苯為還原劑； (4)根據(jù)圖2可知，裝置有冷凝回流裝置，所以為了提高反應速率，可以將反應溫度接近或超過C6H5Cl的沸點，但實驗過程中C6H5Cl并不會大量損失； (5)三頸瓶內物質為氯化亞鐵、C6H5Cl、C6H4Cl2，根據(jù)其溶解性可知，可以用有機溶劑例如苯將C6H5Cl、C6H4Cl2溶解，過濾后可得氯化亞鐵，對濾液進行蒸餾可回收C6H5Cl， ①洗滌所用的試劑可以是苯； ②回收濾液中C6H5Cl的方案是蒸餾濾液，并收集132 ℃餾分； (6)根據(jù)反應2FeCl3＋C6H5Cl―→2FeCl2＋C6H4Cl2＋HCl，氯化鐵轉化率達到或超過90%，則可產生氯化氫的物質的量為90%=0.45 mol，所以可在燒杯中加入0.4540 g的氫氧化鈉即18 g，并用酚酞作指示劑進行判斷反應進行的程度，如果18 g氫氧化鈉完全反應，則產率達到或超過90%。 答案　(1)通過開關彈簧夾，可以使反應隨時進行或停止 H2＋2FeCl32FeCl2＋2HCl 吸收氯化氫氣體同時防止空氣中的水份進入D裝置 (2)取樣品少許放入試管中，向其中加入鹽酸，觀察是否有氣泡產生 (3)C6H5Cl　(4)實驗使用了冷凝回流裝置 (5)①苯　②蒸餾濾液，并收集132 ℃餾分 (6)滴有酚酞且含18 g NaOH的溶液 2．磷化氫(PH3)是一種劇毒氣體，是常用的高效熏蒸殺蟲劑，也是一種電子工業(yè)原料。 (1)在密閉糧倉放置的磷化鋁(AlP)片劑，遇水蒸氣放出PH3氣體，化學方程式為___________________________________________________________________。 (2)利用反應PH3＋3HgCl2===P(HgCl)3↓＋3HCl，通過測定溶液__________變化，可準確測定空氣中微量的PH3；其中HgCl2溶于水，所得溶液幾乎不導電，則HgCl2屬于________(填“共價”或“離子”)化合物。 (3)工業(yè)制備PH3的流程如圖1所示： ①亞磷酸屬于________元酸； ②當反應Ⅰ生成的n(NaH2PO2)∶n(Na2HPO3)=3∶1時，參加反應的n(P4)∶n(NaOH)=________。 (4)用漂白粉可將PH3氧化為H3PO4，化學方程式為________________________；含有水蒸氣時可加快PH3的氧化過程，用離子方程式表示原因：_______________________________________________________。 (5)從(4)中的反應產物中回收磷酸氫鈣(CaHPO4)的方法如圖2： ①試劑X為________(填化學式)； ②已知25 ℃時，H3PO4的Ka1=7.510－3、Ka2=6.310－8、Ka3=4.410－13。 CaHPO4懸濁液pH________7(填“＞”、“=”或“＜”)，通過計算說明理由________。 解析　(1)AlP和水反應時，生成PH3和Al(OH)3沉淀，化學方程式為：AlP＋3H2O===Al(OH)3＋PH3↑； (2)電導率可衡量電解質溶液導電能力大小，PH3為共價化合物，在氣態(tài)時只存在分子，HgCl2在熔融狀態(tài)下不能導電，屬于共價化合物，磷化氫與HgCl2作用，PH3＋3HgCl2===P(HgCl)3↓＋3HCl，生成的氯化氫在溶液中呈酸性，為強酸，所以可通過測定溶液的pH或電導率來準確測定空氣中微量的PH3，HgCl2溶于水，所得溶液幾乎不導電，說明在水中不電離，HgCl2屬于共價化合物； (3)①H3PO3,1 mol分子含有3 mol氫原子，但黃磷與足量的NaOH溶液反應只生成Na2HPO3，可說明H3PO3為二元酸，不是三元酸； ②該反應的反應物為黃磷、氫氧化鈉，產物為次磷酸鈉、亞磷酸鈉，P4中(P為0價)，NaH2PO2中(P為＋1價)，Na2HPO3(P為＋3價)，PH3(P為－3價)，當反應Ⅰ生成的n(NaH2PO2)∶n(Na2HPO3)=3∶1時，根據(jù)得失電子守恒，n(NaH2PO2)∶n(Na2HPO3)∶n(PH3)=3∶1∶2，反應為：3P4＋10NaOH===6NaH2PO2＋2Na2HPO3＋4PH3↑，所以參加反應的n(P4)∶n(NaOH)=3∶10； (4)漂白粉主要成分為CaCl2、Ca(ClO)2，具有氧化性的是Ca(ClO)2，將PH3氧化為H3PO4，反應為2Ca(ClO)2＋PH3===H3PO4＋2CaCl2，含有水蒸氣時，次氯酸根離子水解生成次氯酸ClO－＋H2OHClO＋OH－，生成的堿中和酸，加快PH3的氧化過程； (5)①根據(jù)流程，加入試劑得到磷酸鈣，所以試劑X含有鈣離子，加入試劑能夠中和磷酸氫鈣中的氫，需加入Ca(OH)2，CaO與水反應生成Ca(OH)2，所以X可以為Ca(OH)2或CaO； ②CaHPO4為強堿弱酸酸式鹽，CaHPO4的電離Ka(HPO)==4.410－13；水解，K水解(HPO)==＞Ka(HPO)；水解程度大于電離程度，溶液呈堿性。 答案　(1)AlP＋3H2O===Al(OH)3＋PH3↑ (2)pH或電導率　共價 (3)①二　②3∶10 (4)2Ca(ClO)2＋PH3===H3PO4＋2CaCl2 ClO－＋H2OHClO＋OH－ (5)①Ca(OH)2或CaO ②＞　Ka(HPO)==4.410－13 K水解(HPO)==＞Ka(HPO) 水解程度大于電離程度，溶液呈堿性 3．以CO、H2為原料合成甲醇的反應為：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH。在體積均為2 L的三個恒容密閉容器I、Ⅱ、Ⅲ中，分別都充入1 mol CO和2 mol H2，三個容器的反應溫度分別為T1、T2、T3且恒定不變。圖1為三個容器中的反應均進行到5 min時H2的體積分數(shù)示意圖，其中有一個容器反應已經達到平衡狀態(tài)。CO的平衡轉化率在不同壓強下隨溫度的變化如圖2所示。 (1)0～5 min時間內容器Ⅱ中用CH3OH表示的化學反應速率為__________。 (2)三個容器中一定達到平衡狀態(tài)的是容器________，此容器中反應達平衡時，放出熱量20.5 kJ，則ΔH=________。 (3)當三個容器中的反應均達到平衡狀態(tài)時，CO的轉化率最低的是容器__________；平衡常數(shù)最大的是容器________。 (4)工業(yè)實際合成CH3OH生產中，采用圖2中M點而不是N點對應的反應條件，運用化學反應速率和化學平衡知識，同時考慮生產實際，說明選擇該反應條件的理由：____________________________________________________________。 (5)科研人員設計了一種新型甲醇燃料電池，其電解質是摻雜了Y2O3的ZrO2晶體，它在高溫下能傳導O2－。該電池工作時的負極電極反應式為________。用該電池電解飽和食鹽水(石墨電極)，當電路中通過1.929104 C的電量時，生成標準狀況下氫氣的體積為________L。(已知：一個電子的電量是1.60210－19C) 解析　(1)設反應生成的甲醇物質的量為x， 　　　　　　　CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) 開始(mol): 1 2 0 轉化(mol): x 2x x 平衡(mol): 1－x 2－2x x 到5 min時，氫氣的體積分數(shù)為0.2，則=0.2，則x=，則v===0.087 5 mol(Lmin)－1； (2)達到平衡狀態(tài)時氫氣的轉化率最大，氫氣的體積分數(shù)最小，Ⅱ對應的氫氣的體積分數(shù)最小，所以Ⅱ可能達到了平衡狀態(tài)。平衡時，根據(jù)(1)計算氫氣轉化量為2x=1.75 mol，放出熱量20.5 kJ，則轉化2 mol氫氣放出熱量為23.4 kJ，則ΔH=－23.4 kJmol－1； (3)由圖2可知，升高溫度CO的轉化率減小，即向逆反應移動，所以該反應為放熱反應，溫度越高，反應向逆方向進行的程度越大，CO的轉化率越低，Ⅲ溫度最低。 由圖2可知，升高溫度CO的轉化率減小，即向逆反應移動，所以該反應為放熱反應，溫度越低，反應向正方向進行的程度越大，K越大，已知I的溫度最低，則其K最大； (4)相對于N點而言，采用M點，溫度在500～600 K之間，溫度較高，反應速率較快，CO的平衡轉化率也較高，壓強為常壓，對設備要求不高； (5)負極發(fā)生的是燃料甲醇失電子的氧化反應，負極電極反應式為CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O。電路中通過的電量為=0.2 mol，則生成標準狀況下氫氣的體積為2.24 L。 答案　(1)0.087 5 mol(Lmin)－1　(2)Ⅱ?。?3.4 kJmol－1　 (3)Ⅲ　Ⅰ (4)相對于N點而言，采用M點，溫度在500～600 K之間，溫度較高，反應速率較快，CO的平衡轉化率也較高，壓強為常壓，對設備要求不高 (5)CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O　2.24 4．工業(yè)上制取硝酸銨的流程圖如圖1，請回答下列問題： 圖1 (1)在上述工業(yè)制硝酸的生產中，設備M的名稱是________，其中發(fā)生反應的化學方程式為_______________________________________________________。 (2)此生產過程中，N2與H2合成NH3所用的催化劑是______________。 科學研究證實了氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的反應過程，示意圖如圖2： 圖2 分別表示N2、H2、NH3。圖⑤表示生成的NH3離開催化劑表面，圖②和圖③的含義分別是______________、______________。 (3)在合成氨的設備(合成塔)中，設置熱交換器的目的是________________；在合成硝酸的吸收塔中通入空氣的目的是_________________________________。 (4)生產硝酸的過程中常會產生一些氮的氧化物，可用如下兩種方法處理： 堿液吸收法：NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O NH3還原法：8NH3＋6NO27N2＋12H2O(NO也有類似的反應) 以上兩種方法中，符合綠色化學的是__________________________________。 (5)某化肥廠用NH3制備NH4NO3。已知：由NH3制NO的產率是96%，NO制HNO3的產率是92%，則制HNO3所用去的NH3的質量占總耗NH3質量(不考慮其他損耗)的________%。 解析　(1)氨氣在氧化爐中被催化氧化，M設備的名稱是氧化爐；氨氣被氧化為NO和水，其反應的方程式為：4NH3＋5O24NO＋6H2O； (2)N2與H2合成NH3所用的催化劑是鐵砂網(wǎng)；圖②中兩種雙原子分子被吸附在催化劑表面，即N2、H2被吸附在催化劑表面；③中分子中的化學鍵斷裂生成原子，即在催化劑表面N2、H2中的化學鍵斷裂生成N原子和H原子； (3)合成氨的反應屬于放熱反應，反應過程中會放出大量的熱，用熱交換器可以充分利用余熱，節(jié)約能源；在吸收塔中二氧化氮與水反應生成硝酸和NO，通入空氣，NO能被空氣中的氧氣氧化為二氧化氮，二氧化氮再與水反應生成硝酸，這樣使NO循環(huán)利用，全部轉化為硝酸； (4)堿液吸收法：NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O，NH3還原法：8NH3＋6NO27N2＋12H2O，分析可知堿液吸收法消耗大量的氫氧化鈉且生成的亞硝酸鹽有毒，NH3還原法產物無污染，得到合成氨的原料氣，故符合綠色化學的是氨氣還原法； (5)由NH3制NO的產率是96%、NO制HNO3的產率是92%，根據(jù)氮原子守恒可知，NH3～NO～HNO3，則1 mol氨氣可得到硝酸1 mol96%92%=0.883 2 mol，由HNO3＋NH3===NH4NO3，則該反應消耗的氨氣的物質的量為0.883 2 mol，氨氣的質量之比等于物質的量之比，則制HNO3所用去的NH3的質量占總耗NH3質量的百分數(shù)為100%=53%；即制HNO3所用去的NH3的質量占總耗NH3質量的53%。 答案　(1)氧化爐　4NH3＋5O24NO＋6H2O (2)鐵砂網(wǎng)　N2、H2被吸附在催化劑表面　在催化劑表面N2、H2中的化學鍵斷裂 (3)利用余熱，節(jié)約能源　使NO循環(huán)利用，全部轉化為硝酸 (4)氨氣還原法　(5)53 5．金屬鈦(Ti)被譽為21世紀金屬，其單質和化合物具有廣泛的應用價值。請回答下列問題： (1)Ti的基態(tài)原子價電子排布式為________。 (2)納米TiO2常用作下述反應的催化劑。 化合物甲的分子中采取sp2方式雜化的碳原子有________個，化合物乙中采取sp3方式雜化的原子對應的元素的電負性由大到小的順序為__________。 (3)含Ti3＋的配合物的化學式為[TiCl(H2O)5]Cl2H2O，其配離子中含有的化學鍵類型是____________，1 mol該配合物中含有的σ鍵數(shù)目是____________。 (4)通過X－射線探知KCl、MgO、CaO、TiN的晶體與NaCl的晶體結構相似，且知三種離子晶體的晶格能數(shù)據(jù)如表： 離子晶體 NaCl KCl CaO 晶格能/kJmol－1 786 715 3 401 KCl、MgO、CaO、TiN四種離子晶體熔點由高到低的順序為____________。 (5)某種氮化鈦晶體的晶胞如圖所示，該晶體中與N原子距離相等且最近的N原子有________個、Ti原子的配位數(shù)為________；此配位原子構成的空間構型為________；該晶胞中N、Ti原子之間的最近距離為a nm，則該氮化鈦晶體的密度為________gcm－3(NA為阿伏加德羅常數(shù)的值，只列計算式)。 解析　(1)Ti為22號元素，原子核外電子排布為1s22s22p63s23p63d24s2，外圍電子排布式為3d24s2； (2)化合物甲的分子中采取sp2雜化的碳原子為苯環(huán)上的六個、羰基中的一個，共7個；采取sp3雜化的原子價層電子對數(shù)是4，乙中采取sp3雜化的原子有C、N、O，同一周期元素中，元素電負性隨著原子序數(shù)依次增加電負性逐漸增大，所以它們的電負性關系為：O＞N＞C； (3)配離子中含有共價鍵、配位鍵，[TiCl(H2O)5]Cl2H2O中含有6個配位鍵，也屬于σ鍵，水分子中含有2個σ鍵，故1 mol [TiCl(H2O)5]Cl2H2O中含有18 mol σ鍵，即σ鍵數(shù)目為18NA； (4)離子晶體的離子半徑越小，帶電荷數(shù)越多，晶格能越大，則晶體的熔沸點越高，電荷起主導作用，則熔點TiN＞MgO＞CaO＞KCl； (5)以晶胞頂點N原子研究，與之距離相等且最近的N原子處于面心位置，每個頂點為8個晶胞共用，每個面為2個晶胞共用，故與之距離相等且最近的N原子為=12，以體心的Ti原子研究，其周圍有6個N原子，配位數(shù)為6，此6個N原子形成正八面體；根據(jù)均攤法，可知該晶胞中N原子個數(shù)為：6＋8=4，該晶胞中Ti原子個數(shù)為：1＋12=4，∴晶胞的質量m=4g，而晶胞的體積V=(2a10－7)3cm3，所以晶體的密度ρ=4g(2a10－7)3cm3=gcm－3。 答案　(1)3d24s2　(2)7　 O＞N＞C (3)共價鍵、配位鍵　18NA　(4)TiN＞MgO＞CaO＞KCl (5)12　6　正八面體　 6．化合物E、I是制備香料的重要物質。 已知：①核磁共振氫譜顯示，A中只有一種氫，G中有個數(shù)比為l∶2∶2∶3的四種氫，且G遇FeCl3溶液顯紫色； ②R—CH==CH2R—CH2CH2OH ③通常在同一個碳原子上連有兩個羥基不穩(wěn)定，易脫水形成羰基。 回答下列問題： (1)A→B的反應類型為________，B在一定條件下生成高聚物的結構簡式為________。 (2)B分子中的碳原子是否在同一平面上________(填“是”或“否”)。 (3)D所含的官能團的名稱是________，用系統(tǒng)命名法命名E：________。 (4)分子式為C8H10O且與C互為同系物的同分異構體有________種，寫出其中一種的結構簡式________。 (5)寫出由H→I的第一步反應的化學方程式____________________________。 (6)利用上述合成路線中的信息，設計一個以甲苯為原料制備苯甲酸的合成路線__________________________________________________________________。 解析　A的分子式為C4H9Cl，A的核磁共振氫譜只有一種氫，則A為(CH3)3CCl，A在氫氧化鈉醇溶液、加熱條件下發(fā)生消去反應生成B為CH2==C(CH3)2，B發(fā)生信息2中的反應生成C為(CH3)2CHCH2OH，C發(fā)生催化氧化生成D為(CH3)2CHCHO，D再與氫氧化銅反應、酸化得到E為(CH3)2CHCOOH。G的分子式為C7H8O，G中有個數(shù)比為1∶2∶2∶3的四種氫，且G遇 FeCl3溶液顯紫色，則G為，與氯氣在光照條件下發(fā)生取代反應生成H為，H在氫氧化鈉水溶液發(fā)生水解反應，酸化得到I，由于同一個碳原子上連有兩個羥基不穩(wěn)定，易脫水形成羰基，故I為。 (1)A→B的反應類型為消去反應，B在一定條件下生成高聚物的結構簡式為； (2)B為CH2==C(CH3)2，B分子中的碳原子處于同一平面內； (3)D為(CH3)2CHCHO，所含的官能團的名稱是醛基，E為(CH3)2CHCOOH，用系統(tǒng)命名法命名：2甲基丙酸； (4)G為，分子式為C8H10O且與G互為同系物的同分異構體，即有酚羥基的同分異構體，苯環(huán)上連有—OH、—CH2CH3，有鄰、間、對三種，或—OH、—CH3、—CH3,2個甲基處于鄰位，—OH有2種位置，2個甲基處于間位，—OH有4種位置，2個甲基處于對位，—OH有1種位置，所以共有9種，其中一種的結構簡式為等； (5)由H→I的第一步反應的化學方程式： ＋3NaOH＋2NaCl＋2H2O； (6)以甲苯為原料制備苯甲酸的合成路線：。 答案　(1)消去反應　　(2)是 (3)醛基　2甲基丙酸 (4)9　 (5) ＋3NaOH＋2NaCl＋2H2O (6)