非选择题标准练(八)
满分43分,实战模拟,20分钟拿到高考主观题高分!
可能用到的相对原子质量:H-1 C-12 N-14
O-16 Na-23 Mg-24 Al-27 S-32 Cl-35.5 Fe-56 Ni-59 Cu-64
1.(14分)己二酸是合成尼龙-66的主要原料之一。实验室合成己二酸的原理、有关数据及装置示意图如图表:
图2
物质 环己醇 密度 0.962 g·cm -3熔点 25.9℃ 沸点 160.8℃ 苯 溶解性 20℃时水中溶解度为3.6 g,可溶于乙醇、在水中的溶解度:15℃时 己二酸 1.360 g·cm -3152℃ 337.5℃ 1.44 g,25℃时2.3 g,易溶于乙醇、不溶于苯 实验步骤如下:
Ⅰ.在三颈烧瓶中加入16 mL 50%的硝酸(密度为1.31 g·cm),再加入1～2粒沸石,滴液漏斗中盛放有5.4 mL环己醇。
Ⅱ.水浴加热三颈烧瓶至50℃左右,移去水浴,缓慢滴加5～6滴环己醇,摇动三颈烧瓶,观察到有红棕色气体放出时再慢慢滴加剩下的环己醇,维持反应温度在60～65℃。
- 1 -
-3
Ⅲ.当环己醇全部加入后,将混合物用80～90℃水浴加热约10 min,直至无红棕色气体生成为止。 Ⅳ.趁热将反应液倒入烧杯中,放入冰水浴中冷却,析出晶体后过滤、洗涤、干燥、称重。 请回答下列问题:
(1)本实验所用50%的硝酸物质的量浓度为________。滴液漏斗的细支管a的作用是____________________________________________________________。 (2)仪器b的名称为________,使用时要从________通入冷水。 (3)NaOH
溶液的作用是________________,溶液上方倒扣的漏斗作用是
__________________________________________________________。
(4)向三颈烧瓶中滴加环己醇时,反应温度迅速上升,为使反应温度不致过高,必要时可采取的措施是_____________________________________________。
(5)进行该实验时要控制好环己醇的滴入速率,防止反应过于剧烈,否则可能造成较严重的后果,试列举两条可能的后果:_______________________________。
(6)为了除去可能的杂质和减少产品损失,可分别用________和________洗涤晶体。 【解析】(1)根据c=
-1
,可知50%的硝酸(密度为1.31 g·cm)的物质的量浓度为
-1
-3
mol·L≈10.4 mol·L,滴液漏斗的细支管a的作用是平衡滴液漏斗与三颈烧瓶内的气
压,使环己醇能够顺利流下。
(2)该仪器有球形区域,仪器b为球形冷凝管,为使冷凝管中充满冷凝水,使挥发的有机物进行冷凝回流,提高原料利用率,故冷水应从冷凝管的下口通入,从上口流出。
(3)根据环己醇氧化生成己二酸方程式可知,产物有NO,一氧化氮易与空气中的氧气反应:2NO+O2
2NO2,
二氧化氮中的氮为+4价,在碱性条件下发生岐化反应,氮元素化合价从+4→+5,+4→+3,反应为2NO2+2NaOH
NaNO3+NaNO2+H2O,所以NaOH溶液的作用是吸收NO2,防止污染空气,倒扣的漏斗下端直径较大,
液体上升的速率减慢,能起缓冲作用,防止倒吸。
(4)向三颈烧瓶中滴加环己醇时,反应温度迅速上升,反应温度过高时,可将三颈烧瓶置于冷水浴中进行降温。
(5)向三颈烧瓶中滴加环己醇时,反应温度迅速上升,说明该反应为放热反应,需控制好环己醇的滴入速率,如果环己醇的滴入速率过快,反应温度高,反应液暴沸冲出冷凝管,也可能引起爆炸,而且产生的二氧化氮气体来不及被碱液吸收而外逸到空气中。
(6)产品己二酸中含有环己醇、硝酸等杂质,己二酸在水中的溶解度:15℃时1.44 g,25℃时2.3 g,温度高溶解度大,可用冰水洗涤,除去环己醇、硝酸,己二酸不溶于苯,最后用苯洗涤晶体,除去表面的杂质,避免产
- 2 -
品损失。
答案:(1)10.4 mol·L 平衡滴液漏斗与三颈烧瓶内的气压,使环己醇能够顺利流下 (2)球形冷凝管 下口
(3)吸收NO2,防止污染空气 防止液体倒吸 (4)将三颈烧瓶置于冷水浴中
(5)反应液暴沸冲出冷凝管;放热过多可能引起爆炸(或产生的二氧化氮气体来不及被碱液吸收而外逸到空气中,任意两条即可) (6)冰水 苯
2.(14分)某工业废水含有CN和Cr2行处理:
--1
等离子,需经污水处理达标后才能排放,污水处理拟用如图流程进
回答下列问题:
(1)步骤②中,CN被ClO氧化为CNO的离子方程式为______________________。 (2)步骤③的反应方程式为S2反应中S2
3+
----
+Cr2+H
+
S+Cr+H2O(未配平),则每消耗0.4 mol Cr2
3+
,
失去e________mo1。
(3)含Cr废水可以加入熟石灰进一步处理,目的是_______________________ __________________________________________________________________。
(4)在25℃下,将amol·L的NaCN溶液与0.01 mol·L的盐酸等体积混合,反应后测得溶液pH=7,用含a的代数式表示CN的水解常数Kh=________。若25℃时将浓度均为0.1 mol·L的NaCN、HCN溶液等体积混合后,溶液呈碱性,则关于该溶液的说法不正确的是________(填字母)。 a.此溶液一定有c(Na)+c(H)=c(OH)+c(CN) b.此溶液一定有c(Na)=c(HCN)+c(CN)
c.混合溶液中水的电离程度一定大于该温度下纯水的电离程度 d.此溶液加入少量氢氧化钠或盐酸,溶液的pH变化不大 (5)利用Cr2
通过下列方法测定某锡粉的纯度(杂质不参与反应):取ag锡粉溶于盐酸中,向生成的SnCl2
-1
2+
+
-+
+
----1
-1
-1
中加入过量的FeCl3溶液,用bmol·LK2Cr2O7滴定生成的Fe(已知酸性环境下,Cr2
可被还原为Cr),
- 3 -
3+
共用去K2Cr2O7溶液mmL。则锡粉中锡的质量分数是__________。(Sn的摩尔质量为Mg·mol,用含a、b、m、M的代数式表示)
【解析】(1)碱性条件下,CN与NaClO发生氧化还原反应生成CNO、Cl,离子反应为CN+ClO(2)根据0.4 mol Cr23)mol=2.4 mol。
(3)含Cr废水可以加入熟石灰进一步处理,目的是调节废水pH,使其转化成Cr(OH)3沉淀除去。
(4)由于反应后测得溶液pH=7,当a=0.01时,恰好反应,生成了氰化氢溶液,溶液显示酸性,故氰化钠应该多些,故a>0.01;根据电荷守恒:c(Na)+c(H)
--+
--+
+
3+
-----
-1
CNO+Cl。
--
转化为Cr,铬元素化合价降低3价,0.4 mol Cr2
3+
共得到了0.4×(2×
c(OH)
+
-
-
+c(CN)+c(Cl),pH=7,c(H)=c(OH),c(CN)=c(Na)-c(Cl)=mol·L-
-1
mol·L;再根据物料守
-1
恒:c(CN)+c(HCN)
-
c(Na)=mol·L;Ka=
+-1
=
=(100a-1)×10,则Kh=KW=
-7
;若25℃时将浓度均为0.1 mol·L的NaCN、HCN溶液等体积混合后,
-1
Ka混合后得溶液中c(HCN)=0.05 mol·L,c(NaCN)=
0.05 mol·L,溶液呈碱性,说明NaCN水解程度大于HCN的电离程度;据电荷守恒可知c(H)+c(Na)
-+
+
-1
-1
c(CN)+c(OH),此溶液一定有c(Na)+c(H)
-
--++
c(OH)
-1
-
-
+c(CN),故a正确;由物料守恒可知c(HCN)+c(CN)=0.1 mol·L,所以c(HCN)+c(CN)
-1
2c(Na),故b错
+
误;若25℃时将浓度均为0.1 mol·L的NaCN、HCN溶液等体积混合后,混合后得溶液中c(HCN)=0.05 mol·L,c(NaCN)=
0.05 mol·L,溶液呈碱性,说明NaCN水解程度大于HCN的电离程度,混合溶液中水的电离程度一定大于该温度下纯水的电离程度,故c正确;若25℃时将浓度均为0.1 mol·L的NaCN、HCN溶液等体积混合后形成缓冲溶液,此溶液加入少量氢氧化钠抑制水解,促进电离,加入盐酸抑制电离促进水解,溶液酸碱性变化不大,所以溶液的pH变化不大,故d正确。 (5)令锡粉中锡的质量分数为x,则: Sn～Sn～2Fe～2Fe～K2Cr2O7 Mg mol a×x bmol·L×
-1
2+
4+
3+
2+
-1
-1
-1
L
- 4 -
解得x=
-
。
-
答案:(1)CN+ClO(2)2.4
CNO+Cl
--
(3)调节废水pH,使其转化成Cr(OH)3沉淀除去 (4)(5)
b
【方法规律】化工流程题的解题技巧
解题时要迅速浏览全题→产生总体印象→寻找突破口→注意联系→大胆假设→全面分析(采用正推、逆推或中间推的方法)→验证确认。可概括为“选准题眼、突破一点、由点到面、代入检验”。 3.(15分)以CO、H2为原料合成甲醇的反应为CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) ΔH。在体积均为2 L的三个恒
容密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中,分别都充入1 mol CO和2 mol H2,三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变。图1为三个容器中的反应均进行到5 min时H2的体积分数示意图,其中有一个容器反应已经达到平衡状态。CO的平衡转化率在不同压强下随温度的变化如图2所示。
(1)0～5 min时间内容器Ⅱ中用CH3OH表示的化学反应速率为________。
(2)三个容器中一定达到平衡状态的是容器________,此容器中反应达平衡时,放出热量20.5 kJ,则Δ
H=________。
- 5 -
(3)当三个容器中的反应均达到平衡状态时,CO的转化率最低的是容器________;平衡常数最大的是容器________。
(4)工业实际合成CH3OH生产中,采用图2中M点而不是N点对应的反应条件,运用化学反应速率和化学平衡知
识
,
同
时
考
虑
生
产
实
际
,
说
明
选
择
该
反
应
条
件
的
理
由:_____________________________________________________________。
(5)科研人员设计了一种新型甲醇燃料电池,其电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O。该电池工作时的负极电极反应式为________________。
用该电池电解饱和食盐水(石墨电极),当电路中通过1.929×10C的电量时,生成标准状况下氢气的体积为____________L。(已知:一个电子的电量是1.602×10C) 【解析】(1)设反应生成的甲醇物质的量为xmol, CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
-19
4
2-
开始(mol): 1 2 0 转化(mol): x 2x x 平衡(mol): 1-x 2-2x x 到5 min时,氢气的体积分数为0.2,则
=0.2,则x=,
则v===0.087 5 mol·L·min。
-1-1
(2)达到平衡状态时氢气的转化率最大,氢气的体积分数最小,Ⅱ对应的氢气的体积分数最小,所以Ⅱ可能达到了平衡状态。平衡时,根据(1)计算氢气转化量为2x=1.75 mol,放出热量20.5 kJ,则转化2 mol氢气放出热量约为23.4 kJ,则 ΔH=-23.4 kJ·mol。
(3)由图2可知,升高温度CO的转化率减小,即向逆反应移动,所以该反应为放热反应,温度越高,反应向逆方向进行的程度越大,CO的转化率越低,Ⅲ温度最低。由图2可知,升高温度CO的转化率减小,即向逆反应移动,所以该反应为放热反应,温度越低,反应向正方向进行的程度越大,K越大,已知I的温度最低,则其K最大。
(4)相对于N点而言,采用M点,温度在500～600 K之间,温度较高,反应速率较快,CO的平衡转化率也较高,压强为常压,对设备要求不高。
(5)负极发生的是燃料甲醇失电子的氧化反应,负极电极反应式为CH3OH-6e+3O的电量为
-2--1
CO2+2H2O。电路中通过
≈0.2 mol,则生成标准状况下氢气的体积为2.24 L。
- 6 -
(3)当三个容器中的反应均达到平衡状态时,CO的转化率最低的是容器________;平衡常数最大的是容器________。
(4)工业实际合成CH3OH生产中,采用图2中M点而不是N点对应的反应条件,运用化学反应速率和化学平衡知
识
,
同
时
考
虑
生
产
实
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,
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选
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由:_____________________________________________________________。
(5)科研人员设计了一种新型甲醇燃料电池,其电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下能传导O。该电池工作时的负极电极反应式为________________。
用该电池电解饱和食盐水(石墨电极),当电路中通过1.929×10C的电量时,生成标准状况下氢气的体积为____________L。(已知:一个电子的电量是1.602×10C) 【解析】(1)设反应生成的甲醇物质的量为xmol, CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
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开始(mol): 1 2 0 转化(mol): x 2x x 平衡(mol): 1-x 2-2x x 到5 min时,氢气的体积分数为0.2,则
=0.2,则x=,
则v===0.087 5 mol·L·min。
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(2)达到平衡状态时氢气的转化率最大,氢气的体积分数最小,Ⅱ对应的氢气的体积分数最小,所以Ⅱ可能达到了平衡状态。平衡时,根据(1)计算氢气转化量为2x=1.75 mol,放出热量20.5 kJ,则转化2 mol氢气放出热量约为23.4 kJ,则 ΔH=-23.4 kJ·mol。
(3)由图2可知,升高温度CO的转化率减小,即向逆反应移动,所以该反应为放热反应,温度越高,反应向逆方向进行的程度越大,CO的转化率越低,Ⅲ温度最低。由图2可知,升高温度CO的转化率减小,即向逆反应移动,所以该反应为放热反应,温度越低,反应向正方向进行的程度越大,K越大,已知I的温度最低,则其K最大。
(4)相对于N点而言,采用M点,温度在500～600 K之间,温度较高,反应速率较快,CO的平衡转化率也较高,压强为常压,对设备要求不高。
(5)负极发生的是燃料甲醇失电子的氧化反应,负极电极反应式为CH3OH-6e+3O的电量为
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CO2+2H2O。电路中通过
≈0.2 mol,则生成标准状况下氢气的体积为2.24 L。
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