中学化学竞赛试题资源库——氮族元素(8)

2019-04-15 17:03

(1)N3与 分子互为等电子体,写出N3的空间构型和结构式 指出N原子的氧化数,杂化方式和成键方式。

(2)比较HN3与HX(卤化氢)的酸性,热稳定性及还原性的大小 (3)HN3与银盐作用,可得一种不溶于水的白色固体,该固体加热时,会发生爆炸。写出反应方程式:

(4)在盐酸介质中,金属Cu与HN3(l)组成原电池,正极有气泡产生;一段时间后电流减弱,在负极周围滴入几滴浓盐酸后又使电流增大,写出原电池的电极反应和滴入浓盐酸后的反应。

ccliii

.红磷在KOH溶液中的悬浊液和KOCl作用,可以生成K6P6O12的钾盐。该盐酸根(P6O126

-)结构式中磷元素和氧元素的化学环境完全一样。K6P6O12用稀酸酸化则生成H6P6O12,H6P6O12在强酸性条件下可以水解,生成含单个磷元素的含氧酸。请回答:

--

(1)写出K6P6O12生成的化学方程式: 。 (2)P6O126-中P元素杂化类型 ,其中的π键类型 ,画出P6O126-的结构式: (3)写出K6P6O12两步酸解的反应方程式:

、 。

ccliv.目前认为铵盐(NH4A)热分解起因与铵离子NH4的质子传递,即NH4A=NH3+HA (1)NH4Cl、NH4Br中何者热分解温度更高?

NH4H2PO4、(NH4)3PO4中何者热分解温度更高?

(2)分别写出NH4Cl和Fe固体混合物,NH4Cl和FeO固体混合物受热时反应的方程式。 (3)若HA有氧化性,可能发生什么反应。请举两例(用反应式表示)。 cclv.BiCl3水解生成BiOCl。 (1)写出水解反应方程式;

(2)医药上把BiOCl叫做次氯酸铋,你同意此名称吗? (3)如何配制BiCl3溶液?

(4)把适量BiCl3固体置于浓NaCl液,得澄清液,清说出可能的原因。 cclvi

.某白色物质A能与热碱溶液(KOH)反应,得到无色有臭味的气体B和无色溶液C。

A是四面体型的分子晶体,在空气中最终氧化为D,D有很强的吸水性,与冷水反应生成E的四聚体E4。B在水中的溶解度很小,其溶液显很弱的碱性。C是一元酸F的钾盐,它们都有很强的还原性。A、B、F在常温下都能与某蓝色溶液G反应,得到一种紫红色的常见金属和两种酸的混合液。将A和G在加热条件下反应,得到另一种沉淀物I,将I在真空中加热使其分解,再冷却,得到H和一种黑色粉末J。I和J既不是同种物质,也不是同分异构体。

(1)写出化学式:A、B、C; (2)写出结构式:D、E4、F;

(3)写出B与H2O反应的离子方程式是水解反应还是电离反应? (4)写出下列反应方程式: A+KOH→ B+G→ F+G→ A+G→

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www.ks5u.com cclvii.在氮的化合物的生产中,其中有以下的工艺过程,请你解释:

(1)合成氨反应未达平衡,但又接近平衡时,从氨合成塔中放出的气体具有怎样的反应速度?

(2)循环气的一部分未返回氨合成塔中,而不断地由一个循环周期中放出?

(3)在生产NO的接触器中,当接触时间为104S时,达到NH3转化为NO的最大限度。当接触时间变化时,会发生怎样的不良过程?为什么气流的实际速度要保持稍大于对应于最大转化率的速度?

cclviii.长期以来,多磷酸钠是制备洗涤剂的重要原料。

(1)试写出由磷酸脱水制备不同结构多磷酸的化学反应方程式(设多磷酸中有n个磷原子);

(2)画出含4个磷原子的各种多磷酸的结构式;

(3)试说明多磷酸钠作为洗衣粉中的配料成分的作用是什么?

(4)60年代时,发现加入多磷酸钠的洗衣粉在使用后会污染环境,试解释之。

cclix.在自然界里的磷矿石中,磷酸钙矿〔Ca3(PO4)2〕是很少的,主要是磷灰石矿〔Ca5(PO4)3F〕。目前,在世界各国以磷灰石矿为原料制得的磷肥主要有过磷酸钙、重过磷酸钙(不含CaSO4)、碱性转炉渣磷肥、熔成磷肥。试回答下列问题:

(1)写出以磷灰石矿、浓硫酸为原料制取重过磷酸钙的化学方程式。

(2)在磷灰石矿中,加入硅砂和焦炭并装入立式炉内,在高温条件下,使其与水蒸气反应进行脱氟(HF),将熔融状态的物料经冷却后,再粉碎得到熔成磷肥。写出反应的化学方程式。

(3)熔成磷肥的主要成分是Ca3(PO4)2,其晶体有α和β两种形态,α态在高温时稳定心态在低温时稳定。α态较易于被植物根系分泌物所分解、吸收,β态则不容易。现做如下实验:把熔成磷肥加热至1200℃以上,分为A、B两部分。A用水冷却,B在空气中自然冷却。问A和B作磷肥施用,效果是否等同?为什么?

cclx.加热由二价金属A和另一种元素的单质B的混合物,得到一种化合物C。将C溶于过量盐酸,生成A的氯化物D和气态混合物E(E对空气的相对密度为1.160);气体混合物E在空气中自燃,产物是B的氧化物和水。向含1.110g D的溶液中加入过量的Na2CO3溶液,析出沉淀F,焙烧F,得到能使澄清石灰水变浑浊的气体0.2240 L(标准状况)。

(1)计算A的原子量;

(2)推断A、B、C、D各是什么物质?

cclxi.含氮化合物广泛用于工业,如肥料和炸药。无色晶体状化合物A(含6.67%的氢)在隔绝空气条件下引爆,仅得到B和C。B和C都是单质,在通常状态下是气态,是用于合成含氮肥料的最重要的试剂。晶体A溶于浓盐酸后,该溶液中加入金属D(通常用于实验室中从多种气体中除去痕量氧)。D极易溶解在该溶液中并释放出气体B。向如此制备的混合物中加入过量的热的无水乙醇,最终缓慢生成一种红色针状沉淀E(含28.21%的D和含47.23%的Cl)。将其在空气中放置,使之转化成蓝色晶状粉末F(含 37.28%D和 41.6%的 Cl)。

给出字母A~F所代表的化合物,并写出所涉及的反应。

cclxii.PCl5是一种白色固体,加热到160℃不经过液态阶段就变成蒸气,测得180℃下的蒸气密度(折合成标准状况)为9.3g/L, 极性为零,P—Cl键长为204pm和211pm两种。继续加热到250℃时测得压力为计算值的两倍。PCl5在加压下于148℃液化,形成一种能导电的熔体,测得P-Cl的键长为198pm和206pm两种。(P、Cl相对原子质量为31.0、35.5)回答如下问题:

(1)180℃下PCl5蒸气中存在什么分子?为什么?写出分子式,画出立体结构。

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www.ks5u.com (2)在250℃下PCl5蒸气中存在什么分子?为什么?写出分子式,画出立体结构。 (3)PCl5熔体为什么能导电?用最简洁的方式作出解释。

(4)PBr5气态分子结构与PCl5相似,它的熔体也能导电,但经测定其中只存在一种P-Br键长。PBr5熔体为什么导电?用最简洁的形式作出解释。

cclxiii.NO的生物活性已引起科学家高度重视。它与超氧离子(O2)反应,该反应的产物本题用A为代号。在生理pH值条件下,A的半衰期为1~2秒。A被认为是人生病,如炎症、中风、心脏病和风湿病等引起大量细胞和组织毁坏的原因。A在巨噬细胞里受控生成却是巨噬细胞能够杀死癌细胞和入侵的微生物的重要原因。科学家用生物拟态法探究了A的基本性质,如它与硝酸根的异构化反应等。他们发现,当16O标记的A在18O标记的水中异构化得到的硝酸根有11% 18O,可见该反应历程复杂。回答如下问题:

(1)写出A的化学式。写出NO跟超氧离子的反应。这你认为A离子的可能结构是什么?试写出它的路易斯结构式(即用短横表示化学键和用小黑点表示未成键电子的结构式)。

(2)A离子和水中的CO2迅速一对一地结合。试写出这种物种可能的路易斯结构式。

(3)含Cu+离子的酶的活化中心,亚硝酸根转化为一氧化氮。写出Cu+和NO2在水溶液中的反应。

(4)在常温下把NO气体压缩到100个大气压,在一个体积固定的容器里加热到50℃,发现气体的压力迅速下降,压力降至略小于原压力的2/3就不再改变,已知其中一种产物是N2O,写出化学方程式。并解释为什么最后的气体总压力略小于原压力的2/3。

cclxiv.NO2是一奇电子分子,在413K以下能二聚成无色的抗磁性气体N2O4,超过423K时,NO2发生分解。N2O4被用作第一艘登月飞船的液体推进系统中的氧化剂,其主要燃料是肼。N2O4仅在固态时是纯净物质,其熔点为264K,沸点为294K。X射线衍射分析结果表明:N2O4分子是平面状结构,且所有的N—O键长都相等。当N2O4为液态时,能够微弱地解离生成硝酸亚硝酰盐。

(1)写出N2O4在登月飞船的液体推进系统中所发生主要反应的方程式; (2)说明N2O4分子中N原子的杂化方式和成键情况; (3)将铜溶于乙酸乙酯的N2O4溶液中可制得无水硝酸铜,写出这个制备反应的化学方程式。

(4)将N2O4分别加热到420K和900K时,得到两种含氮物质A和B。将等物质的量的A

-+

和B的混合物溶解在冰水中,生成化合物C。用C的阴离子(Ca)处理Co2和NH3的混合溶液,在不同的反应条件下,能得到两种配离子D和E。元素分析结果表明:D和E具有相同组

+-

成,物质的量比为n(Co2):n(Ca):n(NH3)=1:1:5。D是一种对酸稳定的棕黄色配离子,而E是一种易被酸分解的红色配离子。

--

cclxv.(1)叠氮离子N3经由氨基钠与NO3离子或N2O在一定温度下合成,试写出这些反应的离子方程式(产物中有氨放出);

--

(2)N3离子中N的氧化数为多少?其中氮原子采取何种杂化类型?写出两种与N3离子是等电子体的物种;

(3)HN3(叠氮酸)有哪些可能的共振结构?标明每个共振结构中所有原子的形式电荷。讨论HN3分子中三个氮原子之间键长的长短;

(4)离子型叠氮化物是不稳定的,但它可以在室温下进行操作,可以作为机动车的“空气袋”,为什么?

(5)氮气的大规模制备是通过分馏液态空气来实现。随着氮气的大量使用,仍然促使人们建立某种比空气液化和分馏法成本更低的制备工艺。请你设计在室温下由空气分离氮气和氧气的装置(以图表示,加上必要的说明)。

cclxvi.(1)磷在自然界中主要以磷酸钙矿存在。由磷酸钙矿制得白磷通常是在高温下(~

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www.ks5u.com 1500℃)加SiO2用碳还原,其反应可能存在两种机理:

a.2Ca3(PO4)2+10CO=6CaO+10CO+P4 6CaO+6SiO2=6CaSiO3 10CO2+10C=20CO

b.2Ca3(PO4)2+6SiO2=6CaSiO3+P4O10 P4O10+10C=10CO+P4 试回答:

①写出由磷酸钙矿制取白磷总的反应方程式。 ②SiO2起何作用?

(2)已知白磷和红磷的燃烧热分别为-2983kJ/mol和-2954kJ/mol,试写出白磷转变为红磷的热化学反应方程式。

(3)从结构上看白磷为什么活泼?

cclxvii.白磷和红磷是成的两种主要同索异形体,白磷活泼,而红磷不活泼,请回答下列问题。

(1)若红磷保存在不密封的容器中会发生变潮,试说明原因,如何证明红磷在空气中确实被氧化。

(2)自磷有剧毒,服了白磷,可用2%的CuSO4溶液灌服,使P生成Cu3P和H3PO4,试指出Cu3P中Cu和P的氧化态,并写出化学反应方程式。

(3)白磷与KOH反应生成PH3,试问PH3与NH3相比办个更稳定。为什么?NH3在水溶液中能存在,而PH3在水溶液中不能存在,为什么?已知生成焓:

??

△Hf(NH3)=-46.1kJ/mol;△Hf(PH3)=-9.6kJ/mol。 碱常数:

--

Kb(NH3·H2O)=1.8×105;Kb(PH3·H2O)=4×1028 cclxviii

.BiCl3易水解生成BiOCl,试回答:

(1)写出水解反应方程式: (2)医药上把BiOCl叫做次氯酸铋,你同意此名称吗?

(3)如何配制100mL 0.100mol/L BiCl3溶液?(BiCl3的相对分子质量为315.34) (4)把适量BiCl3固体置于浓NaCl液,得澄清液,请说出可能的原因。 cclxix.某元素Bi在自然界储量较低,其存在形式有元素态和化合态(主要为Bi2O3和Bi2S3)。Bi是较弱的导体,其电导随温度的升高而降低,但熔触后迅速增加。Bi的熔点是545K,熔融后体积缩小。Bi的沸点为1883K(p=1.014×105Pa),该温度下的蒸气密度为3.011g/L,而在2280K和2770K时蒸气密度则分别是1.122g/L和0.919g/L。

Bi不与无氧化性的稀酸反应,但可被浓H2SO4或王水氧化为硫酸盐或氯化物(Bi的氧化态

---

为Ⅲ)。Bi (Ⅲ)的盐可与碱金属卤化物或硫酸盐作用形成络合物(如BiCl4、BiCl52、BiCl63和

Bi (SO4)2等)。Bi也形成BiN和BiH3等化合物,在这些化合物中,Bi的氧化态为-Ⅲ,Bi还可生成Bi2O4,其中Bi的氧化态为Ⅳ。Bi(Ⅲ)的卤化物也可由Bi和卤素直接反应生成。Bi(Ⅲ)的许多盐可溶解在乙醇和丙酮中。这些盐在强酸性介质中是稳定的,在中性介质中则生成含氧酸盐(羟基盐)沉淀,并渐渐转化成如XONO3的型体。Bi(Ⅲ)的盐在碱性溶液中可被强氧

+-

化剂氧化成Bi(V)的化合物,在酸性介质中Bi(Ⅴ)的化合物能将Mn2氧化为MnO4。

Bi的化合物有毒。在治消化道溃疡药及杀菌药中含少量Bi的化合物。在碱性介质中,用亚锡酸盐可将Bi的化合物还原为游离态的Bi,这可用于Bi的定性分析。

请回答下列问题:

(1)写出Bi原子的电子构型和在门捷列夫元素周期表中的位置;

(2)在沸点或沸点以上,气态Bi分子的型体是什么?写出它们互变过程的平衡常数表达

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www.ks5u.com 式;

(3)写出Bi与浓H2SO4、稀HNO3反应的方程式;

+-

(4)写出Bi3与卤化物、碱金属硫酸盐络合反应的方程式,画出BiCl63的几何构型,说明Bi用什么轨道成键;

(5)写出 Bi(Ⅲ)盐水解反应的方程式;

(6)写出在酸性介质中五价Bi化合物与Mn2反应的离子方程式;

(7)写出Bi(Ⅲ)化合物与亚锡酸盐发生还原反应的方程式,为什么该反应必须在较低温度下进行?

(8)确定下列原电池的正负极: Pt,H2∣HCl∣BiC13,Bi

cclxx.检出限量是痕量元素分析的基本参数之一。它被定义为,在给定方法的精确度一定时,被测元素的最小检出质量。微量铋的测定即为一例。1927年德国化学家Bergh提出用形成8一羟基喹啉与四碘合铋酸的难溶盐的方法沉淀铋[C9H6(OH)NH][BiI4](相对分子质量Mr=862.7)。

(1)①画出该难溶盐的阳离子和阴离子的结构式; ②指明该盐中铋的氧化态。

(2)若该盐的沉淀最小检测质量是50.0mg,用Bergh法估算测定铋的最小质量(mg)。 为测定痕量的铋,R.Belch等来自伯明翰的化学家创立了一种多步法,进行一系列反应后对最终的产物进行滴定,该法的详细描述如下:

步骤1:在冷却条件下向含痕量Bi3的酸化了的溶液加入50mg六硫氰酸合铬(Ⅲ)酸钾(K3[Cr(SCN)6]),使铋定量沉淀。

(3)写出配平的离子方程式。

步骤2:沉淀经过滤后用冷水洗涤,再用5mL10%NaHCO3溶液处理,上述沉淀转化成碳酸氧铋[(BiO)2CO3]沉淀,同时生成的六硫氰酸合铬(Ⅲ)酸根离子进入溶液中。

(4)写出配平的离子方程式。

步骤3:将稍加酸化的滤液转移到一个分液漏斗中,加入0.5mL含碘的饱和氯仿溶液,激烈振摇,碘把配合物里的配体氧化成ICN和硫酸根离子。

(5)写出配平的离子方程式。

步骤4:5min后向混合物加入4mL2mol·L1的硫酸溶液,发生化学反应,挥发出碘分子。 (6)写出酸化时发生的反应的离子方程式。

步骤5:分四次用氯仿定量地萃取碘,把水相转入一个烧瓶,加入1mL溴水、摇匀、放置5min。

(7)写出加入溴水后发生的化学反应的离子方程式。注意,过量的溴水可以跟氢氰酸反

应,释放出BrCN,碘则被氧化成IO3。

步骤6:为除去过量的溴,向混合物加入3mL90%的甲酸。 (8)写出配平的离子反应方程式。

步骤7:向稍加酸化的溶液加入过量1.5g的碘化钾。

(9)写出这个反应的配平的离子方程式。注意,要考虑碘离子会与BrCN反应,正如碘离子会与ICN生成碘分子相似。

步骤8:用0.00200mol·L1的Na2S2O3标准溶液滴定上面得到的溶液。所得的结果被用来计算样品中铋的含量。

(10)A.在原始样品中每1mol铋要消耗多少摩尔的Na2S2O3?

B.假定可靠的测定所用的0.00200mol·L1Na2S2O3标准溶液的量不低于1mL,则用此法能够测定的铋的最低量为多少?

(11)上述多步法比Bergh重量法的灵敏度高多少倍?

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