综合题提能练(四)(分值:43分,建议用时:25～30分钟)共3大题,共43分,每个题考生都必须作答。
26.(15分)氮化锶(Sr3N2)在工业上有广泛应用。
已知氮化锶遇水剧烈反应产生氢氧化锶和氨气。
锶和镁位于同主族且锶比镁活泼,锶与氮气在加热条件下反应产生氮化锶。
某学习小组拟设计两套方案制备氮化锶:方案Ⅰ:根据下列装置制备氮化锶。
已知:实验室用饱和氯化铵溶液和亚硝酸钠溶液共热制备氮气。
回答下列问题:(1)气流从左至右,选择装置并排序为(填字母表示)。
(2)写出实验室制备N2的化学方程式:。
(3)实验时先点燃(填“A”或“D”)处酒精灯,一段时间后,点燃另一只酒精灯。
(4)氮化锶遇水发生反应的化学方程式为。
方案Ⅱ:某氮气样品可能含有少量的CO、CO2、O2等气体杂质,某同学设计如下装置制备氮化锶(各装置盛装足量试剂)。
已知:醋酸二氨合亚铜CH3COO[Cu(NH3)2]溶液能定量吸收CO,但易被O2氧化,失去吸收CO能力;连苯三酚碱性溶液能定量吸收O2。
(5)试管Ⅱ盛装的试剂是(填代号)。
a.连苯三酚碱性溶液b.醋酸二氨合亚铜溶液c.浓硫酸d.赤热铜粉装置Ⅵ的作用是。
(6)测定产品纯度:取w g产品,向其中加入适量的水。
将产生的气体全部通入浓硫酸中,浓硫酸增重m g,则产品纯度为(用代数式表示)。
有同学认为上述方法使测得产品纯度偏高,其原因是。
27.(14分)ZnO在医药、石化等领域有广泛的用途。
研究小组用某闪锌矿(主要成分ZnS,含有FeS、SiO2、MnCO3等杂质)制备氧化锌和硫单质,设计如下流程:请回答下列问题:(1)滤渣1的化学式为,任写一种该物质的用途: 。
(2)沉淀X的化学式为。
(3)“转化Ⅱ”中主要反应的离子方程式为。
(4)若K sp(ZnCO3)=1.5×10-10,溶液中离子浓度≤1.0×10-5mol·L-1时,认为该离子沉淀完全。
则欲使1 L c(Zn2+)=1.5 mol·L-1溶液中Zn2+沉淀完全,需加入等体积的Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为(写出精确计算结果,溶液混合时体积变化忽略不计)。
(5)“一系列操作”包括过滤、洗涤、干燥。
过滤所用的玻璃仪器有;洗涤沉淀的操作为。
28.(14分)煤的主要组成元素是碳、氢、氧、硫、氮,还有极少量的磷、砷、锗、镓、铟等元素,燃煤产生C x H y、SO2、NO x等大气污染物,研究NO2、NO、CO、SO2等大气污染物和水污染物的处理对建设美丽中国具有重要意义。
(1)锗是第四周期第ⅣA族元素,其原子结构示意图为。
(2)利用煤的气化获得的水煤气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下可以合成绿色燃料甲醇。
已知:①H 2O(l)H2O(g)ΔH1=+44.0 kJ·mol-1②CO 2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(l)ΔH2=-3.0 kJ·mol-1③CO 2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH3=-58.7 kJ·mol-1写出由CO与H2制备CH3OH气体的热化学方程式:。
(3)甲醇和CO2可直接合成碳酸二甲酯(CH3OCOOCH3,简称DMC):2CH3OH(g)+CO2(g)CH3OCOOCH3(g)+H2O(g) ΔH4<0①该化学反应的平衡常数表达式为K= 。
②在恒温恒容密闭容器中发生上述反应,能说明反应达到平衡状态的是(填标号)。
a.v正(CH3OH)=2v逆(H2O)b.容器内气体的密度不变c.容器内压强不变d.CH3OH与CO2的物质的量之比保持不变③一定条件下分别向甲、乙、丙三个恒容密闭容器中加入一定量的初始物质发生该反应,各容器中温度、反应物的起始量如下表,反应过程中DMC的物质的量浓度随时间变化如图所示:甲容器中,在5～15 min 中的平均反应速率v(CO 2)= 。
乙容器中,若平衡时n(CO 2)=0.2 mol,则T 1 (填“>”“<”或“=”)T 2。
甲、丙两容器的反应达平衡时CO 2的转化率:甲 (填“>”“<”或“=”)丙。
(4)直接排放含SO 2的烟气会形成酸雨,危害环境。
可用NaOH 吸收,所得含硫各微粒(H 2SO 3、HS和S)存在于反应后的溶液中,它们的物质的量分数X(ⅰ)与溶液pH 的关系如图所示。
①若是0.1 mol ·L -1NaOH 溶液反应后的溶液,测得溶液的pH=8时,溶液中各离子浓度由大到小的顺序是 。
②向pH=5的NaHSO 3溶液中滴加一定浓度的CaCl 2溶液,溶液中出现浑浊,pH 降为2,用化学平衡移动原理解释溶液pH 降低的原因: 。
26.解析:(1)气流从左至右,先制取氮气,再用浓硫酸干燥,与锶反应,用碱石灰防止空气中水和二氧化碳气体进入A 中,故选择装置并排序为D 、B 、A 、C 。
(2)实验室用饱和氯化铵溶液和亚硝酸钠溶液共热生成氮气,则实验室制备N 2的化学方程式为NH 4Cl+NaNO 2NaCl+N 2↑+2H 2O 。
(3)实验时先点燃D 处酒精灯,赶走装置中的空气,一段时间后,点燃另一只酒精灯。
(4)氮化锶遇水发生反应的化学方程式为Sr 3N 2+6H 2O 3Sr(OH)2+2NH 3↑。
(5)由于O 2能氧化CH 3COO[Cu(NH 3)2],故应先吸收O 2,再用CH 3COO[Cu(NH 3)2]吸收CO,所以试管Ⅱ盛装的试剂是a(连苯三酚碱性溶液)。
装置Ⅵ的作用是吸收空气中的CO 2和H 2O(g)。
(6)测定产品纯度:取w g 产品,向其中加入适量的水。
将产生的气体全部通入浓硫酸中,浓硫酸增重m g, 2NH 3 ~ Sr 3N 2 34 292 m g xx= g,则产品纯度为×100%。
产品纯度偏高的原因是氨气中混有水蒸气。
答案:(1)D、B、A、C(2)NH4Cl+NaNO2NaCl+N2↑+2H2O (3)D(4)Sr 3N2+6H2O3Sr(OH)2+2NH3↑(5)a 吸收空气中的CO2和H2O(g)(6)×100% 氨气中混有水蒸气27.解析:(1)根据流程可知,闪锌矿中只有二氧化硅与硫酸不反应,所以滤渣1的化学式为SiO2;二氧化硅可以用来制玻璃、光导纤维等。
(2)滤液1中含有亚铁离子,具有还原性,能够被酸性高锰酸钾溶液氧化为铁离子,调节溶液的pH使铁离子变为沉淀,高锰酸根离子还原为二氧化锰固体,沉淀X的化学式为Fe(OH)3。
(3)亚铁离子被酸性高锰酸钾溶液氧化为铁离子,高锰酸根离子还原为二氧化锰,同时溶液中的锰离子与高锰酸根离子发生归中反应生成二氧化锰固体,离子方程式为Mn+3Fe2++7H 2O MnO2↓+3Fe(OH)3↓+5H+,3Mn2++2Mn+2H2O5MnO2↓+4H+。
(4)c(Zn2+)=1.0×10-5mol·L-1,K sp(ZnCO3)=c(Zn2+)×c(C)=1.5×10-10,代入数据,可得c(C)=1.5×10-5mol·L-1即Zn2+沉淀完全后溶液中的c(C)=1.5×10-5mol·L-1,使1 L c(Zn2+)=1.5 mol·L-1溶液中的Zn2+完全沉淀,需要C的量为1.5 mol,结合两溶液是等体积混合,则Na2CO3溶液的物质的量浓度至少为=(1.5+3×10-5)mol·L-1。
(5)过滤所用的玻璃仪器有烧杯、漏斗及玻璃棒;洗涤沉淀的操作为向过滤器中加入蒸馏水浸没沉淀,待蒸馏水流下后,重复操作 2~3次。
答案:(1)SiO2制玻璃、光导纤维(2)Fe(OH)3(3)Mn+3Fe2++7H 2O MnO2↓+3Fe(OH)3↓+5H+、3Mn2++2Mn+2H2O5MnO2↓+4H+(4)(1.5+3×10-5)mol·L-1(5)烧杯、漏斗及玻璃棒向过滤器中加入蒸馏水浸没沉淀,待蒸馏水流下后,重复操作2~3次28.解析:(1)锗是第四周期第ⅣA族元素,原子序数为32,其原子结构示意图为。
(2)根据盖斯定律,反应③-反应②-反应①即得热化学方程式CO(g)+2H 2(g)CH3OH(g) ΔH=ΔH3-ΔH2-ΔH1=-99.7 kJ·mol-1。
(3)根据2CH3OH(g)+CO2(g)CH3OCOOCH3(g)+H2O(g) ΔH4<0,①其平衡常数表达式为K=;②当v正(CH3OH)=2v逆(H2O)时,说明v正=v逆,该反应已达平衡;由于容器容积不变,气体质量守恒,所以气体密度始终都不变,当容器内气体密度不变时不能说明反应已达平衡;由于反应前后气体物质的量不等,由压强之比等于物质的量之比,当压强不变时,说明反应已达平衡;CH3OH与CO2的物质的量之比取决于起始时加入量之比,若加入量与化学计量数比相等,则任何时候CH3OH与CO2的物质的量之比都不变,所以CH3OH与CO2的物质的量之比保持不变时,不能说明反应已达平衡。
因此符合题目要求的是ac。
③由图像可知,甲容器在5~15 min内,DMC的浓度改变了 0.5 mol·L-1,根据反应方程式得Δc(CO2)=0.5 mol·L-1,则此时间段内的平均反应速率为v(CO2)==0.05 mol·L-1·min-1;由图像知,甲容器平衡时c甲平(DMC)=1.5 mol·L-1,故n甲平(CO2)=1 mol-1.5 mol·L-1×0.5 L=0.25 mol,乙容器平衡时n乙平(CO2)=0.2 mol<n甲平(CO2)=0.25 mol,说明乙容器相对于甲容器,平衡向右移动,已知该反应ΔH4<0,则降低温度,化学平衡向右移动,所以T1>T2;甲中C O2的转化率为×100%=75%,若丙中CO2的转化率也为75%,则消耗CH3OH:2 mol×75 %×2=3 mol>2 mol,故丙中CO2的转化率小于75%,即平衡时CO2的转化率甲>丙。
(4)①由图像可知,当溶液的pH=8时,c(S)>c(HS),且c(OH-)>c(H+),所以溶液中各离子浓度由大到小的顺序是 c(Na+)>c(S)>c(HS)>c(OH-)>c(H+);②HS在溶液中既有电离平衡,也有水解平衡,当向其中滴加CaCl2溶液时,发生反应++S因c(S)减小而正向移动,导致Ca2++S CaSOc(H+)增大,pH减小。