A、让M、N中平衡时A的体积分数一样,那么只能是M或N中,反应前后不论限度多少,A的体积分数始终为定值,假定反应的A为zmol,利用三段式表示平衡时各组分的物质的量据此判断;
B、由于x:y=1:2,即y=2 x,设反应中消耗掉amolA,用a表示参加反应的B的物质的量,表示出转化率,据此比较;
C、题目中热化学方程式的意义为1molA完全反应,放热192 kJ,根据实际放出的热量计算参加反应的A的物质的量,进而表示出转化率进行判断;
D、N容器建立的平衡相当于恒温恒容下建立的平衡减小容器体积,据此确定.
【解答】解:M容器保持恒容,N容器保持恒压,由于反应前后的气体系数和不等,所以两个平衡态也不一样,
A、要让M、N中平衡时A的体积分数一样,那么只能是M或N中,反应前后不论限度多少,A的体积分数始终为定值,假定反应的A为zmol,则: A(g)+3B(g)?2C(g) 起始:x y
反应:z 3z 2z 平衡:x﹣z y﹣3z 2z 故平衡时A的体积分数为
,A的体积分数始终为定值,则x=y,即x=y时,平衡
时A气体在两容器中体积分数相等,故A正确;
B、x:y=1:2,即y=2 x,设反应中消耗掉amolA,则: A(g)+3B(g)?2C(g) 初始(mol):x 2x 0 变化(mol):a 3a 2a 故A的转化率=,B的转化率=
,则平衡时,M中的转化率:A<B,故B错误;
C、题目中热化学方程式的意义:若1molA完全反应,放热192 kJ,当M中放出热量172.8 kJ时,参加反应的A的物质的量为
×1mol=0.9mol,故A的转化率为
,故C错
误;
D、x=1,y=3,由于反应后气体体积减小,N容器建立的平衡相当于恒温恒容下建立的平衡减小容器体积,压强增大,平衡正向移动,达到平衡后的转化率关系为:α(M)<α(N),故D正确. 故选AD.
二、解答题(共5小题,满分68分)
16.人造金刚石酸洗废液中含有大量的Ni2+、Mn2+、Co2+等离子.某厂技术人员设计了如下方案,使上述离子的浓度降低到排放标准,且得到了纯度较高的镍粉. Ⅰ.废液组成:
Ni Mn Co Fe Cu Zn 金属元素 ≤0.1 ≤0.05 ≤0.05 浓度(g?L﹣1) 45 15 7.5 Ⅱ.处理方案: 步骤1:调节pH:向强酸性溶液中加入NaOH溶液调节pH到2.
此步骤中工业上不直接使用饱和Na2CO3溶液来调节溶液的pH的原因可能是 产生大量的CO2不利于工业生产 .
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步骤2:除去Mn2+、Co2+离子:在搅拌下加入适量饱和Na2CO3溶液和NaClO溶液并控制pH≤3.5,过滤.
①Mn2+反应生成MnO2同时放出CO2,写出此反应的离子方程式: Mn2++ClO﹣+CO32﹣=MnO2↓+Cl﹣+CO2↑ .
②Co2+反应生成Co(OH)3沉淀同时放出CO2,写出此反应的离子方程式: 2Co2++ClO﹣
+2CO32﹣+3H2O=2Co(OH)3↓+Cl﹣+2CO2↑ ;
Ni2+可反应生成Ni(OH)3沉淀,Co2+可使Ni(OH)3转化为Co(OH)3沉淀,写出Ni(OH)3转化为Co(OH)3的离子方程式: Co2++Ni(OH)3=Co(OH)3↓+Ni2+ . ③此步骤中必须控制好NaClO溶液的用量,其原因可能是 Mn2+,Co2+沉淀完全而Ni2+不被沉淀 . 步骤3:回收镍
以铅片为阳极,镍铬钛不锈钢片为阴极,电解步骤2中所得滤液,在阴极得到镍 粉.电解过程中电流效率与pH的关系如图所示,分析图表,回答下列问题: ①pH较低时,电流效率低的原因可能是: 产生大量氢气 . ②电解的最佳pH范围是: C (填序号). A.3.0~3.5 B.3.5~4.0 C.4.0~4.5 D.4.5~5.0.
【考点】物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用.
【分析】步骤1:饱和Na2CO3溶液能与酸反应生成二氧化碳气体;
步骤2:①Mn2+被ClO﹣氧化成+4价的Mn,以MnO2的形式被除去,ClO﹣被还原成Cl﹣,同时放出CO2,根据化合价升降相等以及原子守恒配平;
②Co2+被ClO﹣氧化成+3价的Co,以Co(OH)3的形式被除去,ClO﹣被还原成Cl﹣,同时放出CO2,根据化合价升降相等以及原子守恒配平;根据题目信息即可完成;
③Ni(Ⅲ)和Co(Ⅲ)都有很强的氧化性,但Ni(Ⅲ)非常不稳定,氧化性比Co(Ⅲ)化合物的氧化性强,因此只要ClO﹣适量,即使Ni2+被氧化生成了三价镍的化合物,也会被
未参加反应的Co2+、Mn2+还原为Ni2+.因此防止Ni2+被沉淀的方法就是控制ClO﹣的用量.
步骤3:从图中曲线变化趋势可以看出,当溶液酸性较大时,电解效率很低,随着pH的增大,电解效率增大,但是当pH>4.5后,电解率与溶液pH变化不明显.因此此处要重点分析pH较小时电解效率不高,以及pH较大时电解效率也不高的原因.由于H+、Ni2+都能在电极的阴极放电,所以当pH较小,也即[H+]较大时,将产生大量的氢气,造成电解效率较低.当pH较大时,由于Ni2+生成了难溶物,溶液中[Ni2+]减小,也造成电解效率低.因此,从图中可以看出来,最佳的pH范围大约为4.0~4.5.
【解答】解:步骤1:饱和Na2CO3溶液能与酸反应生成二氧化碳气体,产生大量的CO2不利于工业生产,故答案为:产生大量的CO2不利于工业生产;
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步骤2:①Mn2+被ClO﹣氧化成+4价的Mn,以MnO2的形式被除去,ClO﹣被还原成Cl﹣,同时放出CO2,离子方程式为:Mn2++ClO﹣+CO32﹣=MnO2↓+Cl﹣+CO2↑, 故答案为:Mn2++ClO﹣+CO32﹣=MnO2↓+Cl﹣+CO2↑;
②Co2+被ClO﹣氧化成+3价的Co,以Co(OH)3的形式被除去,ClO﹣被还原成Cl﹣,同时放出CO2,离子方程式为:2Co2++ClO﹣+2CO32﹣+3H2O=2 Co(OH)3↓+Cl﹣+2CO2↑, Ni2+可反应生成Ni(OH)3沉淀,Co2+可使Ni(OH)3转化为Co(OH)3沉淀,离子方程式为:Co2++Ni(OH)3=Co(OH)3↓+Ni2+,
故答案为:2Co2++ClO﹣+2CO32﹣+3H2O=2 Co(OH)3↓+Cl﹣+2CO2↑;Co2++Ni(OH)3=Co(OH)3↓+Ni2+;
③Ni(Ⅲ)和Co(Ⅲ)都有很强的氧化性,但Ni(Ⅲ)非常不稳定,氧化性比Co(Ⅲ)化合物的氧化性强,因此只要ClO﹣适量,即使Ni2+被氧化生成了三价镍的化合物,也会被未参加反应的Co2+、Mn2+还原为Ni2+,因此防止Ni2+被沉淀的方法就是控制ClO﹣的用量,故答案为:Mn2+,Co2+沉淀完全而Ni2+不被沉淀;
步骤3:从图中曲线变化趋势可以看出,当溶液酸性较大时,电解效率很低,随着pH的增大,电解效率增大,但是当pH>4.5后,电解率与溶液pH变化不明显.因此此处要重点分析pH较小时电解效率不高,以及pH较大时电解效率也不高的原因.由于H+、Ni2+都能在电极的阴极放电,所以当pH较小,也即[H+]较大时,将产生大量的氢气,造成电解效率较低.当pH较大时,由于Ni2+生成了难溶物,溶液中[Ni2+]减小,也造成电解效率低.因此,从图中可以看出来,最佳的pH范围大约为4.0~4.5. 故答案为:①产生大量氢气;②C.
17.化学物I是治疗失眠症药物雷美替胺的中间体,其合成路线如下:
(1)反应①的类型为: 取代反应 ,反应④的类型为: 加成反应 . (2)物质F中含氧官能团的名称为 羧基、醚键 .
(3)反应③会生成与D互为同分异构体的副产物,该反应的方程式为
.
(4)若未设计反应⑥,则化合物I中可能混有杂质,该杂质同样含有一个六元环和两个五元环,其结构简式为
.
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(5)写出同时满足下列条件的物质I的一种同分异构体的结构简式
或 .
①能发生银镜反应;②能发生水解反应;③分子的核磁共振氢谱有5个峰.
CH2=CHCOOH (6)已知:CH2=CHCH2OH以CH2=CHCH=CH2、用).合成
流程图示例如下:CH2=CH2
CH3CH2Br为原料,合成
,写出合成流程图(无机试剂任
CH3CH2OH. .
【考点】有机物的合成.
【分析】(1)对比A、B的结构可知,A中酚羟基中H原子被取代生成B;对比D、E的结构可知,D中碳碳双键与氢气发生加成反应; (2)根据F的结构简式判断含有的官能团;
(3)反应③是取代反应,取代的位置是碳碳双键两端的碳原子上,故生成的副产物为
,同时生成HBr;
(4)反应④是取代反应,是羧基中的羟基取代苯环上的氢原子,该条件下会取代G中两个Br原子的位置,形成五元环或六元环;
(5)I的同分异构体满足:①能发生银镜反应;②能发生水解反应,含有甲酸形成的酯基,③分子的核磁共振氢谱有5个峰,结合I的结构可知,还含有2个﹣CH=CH2,且为对称结构;
(6)根据流程③把原料连接起来,可知
的合成原料
、
HOOCCH=CHCOOH,先把CH2=CHCH=CH2变为HOOCCH=CHCOOH,则CH2=CHCH=CH2
4﹣加成生成BrCH2CH=CHCH2Br,与溴发生1,再发生水解反应生成HOCH2CH=CHCH2OH,
结合信息可知,在PDC/DMF条件下得到HOOCCH=CHCOOH. 【解答】解:(1)对比A、B的结构可知,A中酚羟基中H原子被取代生成B,属于取代反应;对比D、E的结构可知,D中碳碳双键与氢气发生加成反应,故答案为:取代反应;加成反应;
(2)根据F的结构简式,可知含有的含氧官能团为:羧基、醚键,故答案为:羧基、醚键;
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(3)反应③是取代反应,取代的位置是碳碳双键两端的碳原子上,故生成的副产物为
,同时生成HBr,反应方程式为:
,
故答案为:;
(4)反应④是取代反应,是羧基中的羟基取代苯环上的氢原子,该条件下会取代G中两个Br原子的位置,形成五元环或六元环,其结构简式为:
,故答案为:
;
(5)I的同分异构体满足:①能发生银镜反应;②能发生水解反应,含有甲酸形成的酯基,③分子的核磁共振氢谱有5个峰,结合I的结构可知,还含有2个﹣CH=CH2,且为对称结构,符合条件的同分异构体为:
或
,
故答案为:或;
(6)根据流程③把原料连接起来,可知的合成原料、
HOOCCH=CHCOOH,先把CH2=CHCH=CH2变为HOOCCH=CHCOOH,则CH2=CHCH=CH2
4﹣加成生成BrCH2CH=CHCH2Br,与溴发生1,再发生水解反应生成HOCH2CH=CHCH2OH,
结合信息可知,在PDC/DMF条件下得到HOOCCH=CHCOOH,合成路线流程图为:
,
故答案为:.
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