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计算与实验
竞赛练习卷四
1.叠氮化物是一类重要化合物,在炸药、磁性化合物研究、微量元素测定方面越来越引起人们的重视,其中氢叠氦酸(HN3)是一种弱酸,分子结构示意图可表示为:
联氨被亚硝酸氧化时便可生成氢叠氮酸(HN3),N2H4+HNO2=2H2O+HN3,它的酸性类似于醋酸,微弱电离出H+和N3-。
试回答下列问题:
(1)下列有关说法正确的是___________________(选填序号)。
A.HN3中含有5个σ键B.HN3中三个氮原子采用的都是sp2杂化
C.HN3、HNO2、H2O、N2H4都是极性分予
D.肼(N2H4)沸点高达113.5℃,说明肼分子间可形成氢键
(2)叠氮化物能与Fe3+及Cu2+及CO3+等形成络合物,如:
Co[(N3)(NH3)5]SO4,在该络合物中钴显___________价,根据价层互斥理论可知SO42-空间形状为:
_____________,写出钴原子在基态时的核外电子排布式:
__________________________________。
(3)由叠氮化钠(Sodiumazida)NaN3热分解可得光谱纯N2:
2NaN3(s)→2Na(l)+3N2(g),有关说法正确的是_________________(选填序号)
A.NaN3与KN3结构类似,前者晶格能较小
B.钠晶胞结构如右图,晶胞中分摊2个钠原子
C.氮的第一电离能大于氧
D.氮气常温下很稳定,是因为氮的电负性小
(4)与N3-互为等电子体的分子有:
________________________(举2例)
2.以下是以绿矾、碳酸氢铵和氯化钾为原料制备生产市场较紧俏的硫酸钾产品的新工艺。
已知:
反应(Ⅰ)的化学方程式为:
FeSO4•7H2O+2NH4HCO3=FeCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O反应(Ⅱ)的化学方程式为:
(NH4)2SO4+2KC1=K2SO4+2NH4Cl
工艺流程如下:
试回答下列问题:
(1)该工艺中的副产品是。
(填化学式)
(2)操作C的名称为。
(3)原料绿矾、碳酸氢铵的最佳投料比是(质量比)时,FeSO4的转化率大于95%。
(4)物质甲是(填化学式),反应(Ⅲ)是甲物质与适量空气煅烧,温度为700~800℃,煅烧时间为1~1.5h时可获得符合国标一级品要求的氧化铁红,其化学方程式是__________。
3.从含银、铜、金和铂的金属废料中提取金、银、铂的一种工艺如下:
根据以上工艺回答下列问题:
(1)电解时,以金属废料为阳极,纯铜为阴极,CuSO4溶液为电解液,写出电解反应的阳极方程式:
:
(2)写出步骤(4)的离子反应方程式:
;
(3)金和浓硝酸反应的化学方程式为:
Au+6HNO3(浓)=Au(NO3)3+3NO2↑+3H2O
但该反应的平衡常数很小,所以金和浓硝酸几乎不反应,但金却可以溶于王水,试简要解释之:
。
(4)我们知道,稀盐酸与铜不反应。
在稀盐酸中加入H2O2等氧化剂后,则可使铜顺利溶解。
某同学未加入氧化剂,而是设计了一个实验装置,也能使铜溶于稀盐酸。
请在方格中画出该装置:
(5)分别将等质量的铜片与分别等体积、过量的浓硝酸、稀硝酸反应,所得到的溶液前者呈绿色,后者呈兰色,甲同学提出可能是Cu2+浓度不同引起的,乙同学提出溶液呈“绿色”是溶液中Cu2+与NO2共存的结果,请你设计实验探究甲乙两同学的说法谁更正确(简述实验方案和实验现象及由此得出的结论:
4.双酚A(BPA)是一种重要的有机化工原料,主要用于合成环氧树脂和聚碳酸树脂塑料。
双酚A的合成一般是在质子酸的催化下,由苯酚和丙酮缩合而成的。
双酚A的制备原理如下,
某中学研究性学习小组在查阅了有关文献后,拟按下列步骤合成双酚A。
一.实验步骤①在100ml,三口烧瓶中加入4.7g苯酚及8.5ml甲苯,并将
3.5mL80%硫酸缓缓加入瓶中,然后在搅拌下加入0.25g
巯基乙酸助催化剂,最后迅速滴加2mL丙酮(过量)。
②控制反应温度不超过35℃。
滴加完毕后,保温搅拌1h。
③将产物倒入50mL冷水中,静置。
待完全冷却后,抽滤,
并用冷水将固体产物洗涤即得粗产物。
④滤液中甲苯分出后倒入回收瓶中。
⑤粗产物干燥后,进行重结晶,最后得纯品2.85g。
二.问题探究
(1)控制在35—40℃的条件下反应,你建议的加热方法是:
_______(选填序号:
a。
水浴加热b,油浴加热c.直接加热d.沙浴加热),C滴液漏斗处导管作用:
___________________。
(2)步骤③粗产品用冷水洗涤时,如何确定已洗涤干净。
_____________________。
(3)所得双酚A的产率为:
_________________________。
(4)离子液体是绿色合成最有效途径,具有非挥发性、较高选择性,Et3NHCl-AlCl3离子液体为催化剂,常温下合成收率可达85.1%。
而上述常规合成,从催化剂及溶剂角度考虑会造成什么问题,列举两条:
______________________________________________。
(5)双酚A可与丙二酸缩合得一种新型树脂,该合成反应原理是(用方程式表示)。
___________________________________________________________。
5.硫酸亚铁铵的化学式为(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O,又名莫尔盐,是分析化学中常见的还原剂。
摩尔盐晶体为浅绿色,易溶于水,不溶于乙醇,在水中溶解度比FeSO4或(NH4)2SO4都小。
某化学研究小组设计如下实验来制备莫尔盐并测定硫酸亚铁铵的纯度。
步骤一:
铁屑的处理与称量。
在盛有适量铁屑的锥形瓶中加入Na2CO3溶液,加热,过滤、洗涤、干燥、称量,质量记为m1。
步骤二:
FeSO4的制备。
将上述铁屑加入到一定量的稀H2SO4中,充分反应后过滤并用少量热水洗涤锥形瓶和滤纸。
滤液及洗涤液完全转移至蒸发皿中。
滤渣干燥后称重,质量记为m2。
步骤三:
硫酸亚铁铵的制备。
准确称取所需质量的(NH4)2SO4加入“步骤二”中的蒸发皿中,缓缓加热一段时间后停止,冷却,待硫酸亚铁铵结晶后过滤。
晶体用无水乙醇洗涤并自然干燥,称量所得晶体质量。
步骤四:
用比色法测定硫酸亚铁铵的纯度。
回答下列问题:
⑴步骤三中称取的(NH4)2SO4质量为。
⑵①铁屑用Na2CO3溶液处理的目的是。
制备FeSO4溶液时,用右图装置趁热过滤,原因是。
②将(NH4)2SO4与FeSO4混合后加热、浓缩,停止加热的时机是。
③比色法测定硫酸亚铁铵纯度的实验步骤为:
Fe3+标准色阶的配制、待测硫酸亚铁铵溶液的配制、比色测定。
标准色阶和待测液配制时除均需加入少量稀HCl溶液外,还应注意的问题是。
④该实验最终通过确定硫酸亚铁铵产品等级。
(3)某化学研究小组设计如下买验装置和实验步骤来制备摩尔盐。
①把1mol/LNa2CO3溶液和废铁屑混合、浸泡数分钟后,倾析法分离、洗涤铁屑,晾干,将Na2CO3溶液装入C瓶中。
②用处理过的铁屑与3mol/LH2SO4溶液在B中反应制取FeS04。
③将硫酸铵配成饱和溶液倒人A中,与硫酸亚铁溶液混合,经结晶、过滤并用少量酒精洗涤得摩尔盐。
回答下列问题:
①B中铁屑和和稀硫酸反应产生的氢气的一个作用是赶走装置中的氧气及硫酸铵溶液中的溶解氧,要达成氢气的这一作用的操作方法是。
氢气的另外一个作用是。
②请写此实验中能体现绿色化学思想的具体做法(至少写出两点)
6.阿斯匹林(乙酰水杨酸)是由水杨酸和乙酸酐合成的:
+(CH3CO)2O+CH3COOH
(水杨酸)(乙酸酐)(阿斯匹林)
在生成乙酰水杨酸的同时,水杨酸分子之间也能发生聚合反应,生成少量聚合物(副产物)。
合成乙酰水杨酸的实验步骤如下:
①向150mL干燥锥形瓶中加入2g水杨酸、5mL乙酸酐和5滴浓硫酸,振荡,待其溶解后,控制温度在85℃~90℃条件下反应5~10min,然后冷却,即有乙酰水杨酸晶体析出。
②减压过滤,用滤液淋洗锥形瓶,直至所有晶体收集到布氏漏斗中。
抽滤时用少量冷水洗涤晶体几次,继续抽滤,尽量将溶剂抽干。
然后将粗产品转移至表面皿上,在空气中风干。
③将粗产品置于100mL烧杯中,搅拌并缓慢加入25mL饱和碳酸氢钠溶液,加完后继续搅拌2~3min,直到没有二氧化碳气体产生为止。
过滤,用5~10mL蒸馏水洗涤沉淀。
合并滤液于烧杯中,不断搅拌,慢慢加入15mL4mol/L盐酸,将烧杯置于冰水中冷却,即有晶体析出。
抽滤,用冷水洗涤晶体1~2次,再抽干水分,即得产品。
请回答下列问题:
⑴第①步中,要控制温度在85℃~90℃,应采用的加热方法是,用这种方法加热需要的玻璃仪器有。
⑵在第②步中,用冷水洗涤晶体,其目的是、。
⑶在第③步中,加入饱和碳酸氢钠溶液的作用是,加入盐酸的作用是。
⑷如何检验产品中是否混有水杨酸?
。
7.设计以银币(约含50%Cu)为原料制备硝酸银和胆矾的简单步骤并写出有关的化学反应方程式。
(在200~300℃加热分解,AgNO3不分解,而Cu(NO3)2分解成CuO)
8.从参考书上查得:
Ag2HPO4和Ag3PO4均为难溶于水的黄色固体,且均不溶于H3PO4。
将0.2mol/LAgNO3溶液和0.2mol/LNa2HPO4溶液,按下列体积比恰好反应,且只生成一种黄色沉淀。
试回答:
(1)AgNO3溶液和Na2HPO4溶液按体积比3:
2恰好完全反应时,生成黄色沉淀的离子方程式为:
。
(2)AgNO3溶液和Na2HPO4溶液按体积比2:
1恰好完全反应时,生成的黄色沉淀可
能为或,离子方程式为:
和
。
(3)如何用简单的方法判断
(2)中的黄色沉淀是何种物质?
简述操作方法及相关结论:
。
9.实验室定量分析某样品中亚硫酸钠的一种方法是:
①在1.520g样品中加入碳酸氢钾溶液、0.13%I2的氯仿溶液,在仪器A[见问题
(1)]中
振荡15min。
离子方程式为:
SO32-+I2+2HCO3-=SO42-+2I-+2CO2↑+H2O
②取①中所得的水溶液,加入一定量乙酸、足量的饱和溴水溶液,充分振荡,其中碘离子被
氧化成碘酸根离子,得到250mL溶液。
③在②所得溶液中取25mL,滴加过量甲酸,除去其中过量的Br2。
④将③所得溶液中加适量的醋酸钠,再加入足量的碘化钾溶液,振荡溶液。
离子方程式为:
6H++IO3-+5I-=3I2+3H2O
⑤用标准的硫代硫酸钠溶液滴定④中所得溶液,共消耗0.1120mol·L-1Na2S2O315.10mL。
离子方程式为:
I2+2S2O32-=2I-+S4O62-
回答下列问题:
(1)仪器A最可能是,实验①完成后最可能的操作是。
(2)写出②、③三步操作中所发生反应的离子方程式。
②____________________________________________________________________
③____________________________________________________________________
(3)①中为什么要用0.13%I2的氯仿溶液,而不直接用I2的水溶液?
____________。
(4)计算样品中亚硫酸钠的质量百分含量_____________。
10.某实验人员做了下列实验:
将一定量1.00mol·L-1CuSO4溶液和2.00mol·L-1NaOH溶液混合,得到一种浅绿色沉淀X。
将0.499gX隔绝空气在1000℃以上强热,得到一种红色固体Y,质量为0.316g。
Y溶于酸得到另一种红色固体0.141g。
(1)该实验人员认为沉淀X可能含有SO42-。
请设计一个简单实验确定这一判断。
(2)通过计算确定X、Y的化学式。
(3)混合时CuSO4和NaOH溶液的体积比为;
写出X→Y的反应方程式。
11.江苏拥有较长的海岸线,浩瀚的海洋是一个巨大的物质宝库。
目前世界各国都在研究如何充分利用海洋资源。
⑴如右图所示,在电场中利用膜技术(阳离子交换膜只允许阳离子通过,阴离子交换膜只允许阴离子通过)淡化海水,该方法称为电渗析法。
①图中膜a应选用膜。
②电渗析法还可用来处理电镀废液,写出用该方法处理含硝酸银废液时所发生反应的化学方程式。
⑵海水中的氘(含HDO0.03‰)发生聚变的能量,足以保证人类上亿年的能源消费,工业上可采用“硫化氢—水双温交换法”富集HDO。
其原理是利用H2S、HDS、H2O和HDO四种物质,在25℃和100℃两种不同的温度下发生的两个不同反应得到较高浓度的HDO。
①从物质的微粒构成看,H2O、HDO的不同点是。
②右图为“硫化氢—水双温交换法”所发生的两个反应中涉及的四种物质在反应体系中的物质的量随温度的变化曲线。
写出100℃时所发生反应的化学方程式;工业上富集HDO的生产过程中,可以循环利用的一种物质是。
1.
2.
(1)Fe2O3、NH4Cl(各1分,共2分)
(2)蒸馏(2分)(3)278:
79(2分)(4)FeCO3,4FeCO3+O2=2Fe2O3+4CO2(各2分,共4分)
3.题答案:
(10分)(每空2分)
(1)Cu—2e—=Cu2+
(2)2AuCl4—+3SO2+6H2O=2Au+8Cl—+3SO42—+12H+
(3)王水中含有大量的Cl—,Au3+与Cl—可生成AuCl4—,使该平衡中Au3+浓度降低,平衡正移,金即可溶于王水。
(4)电解装置,铜与电源的正极相连即可.若加硝酸钾或用铜与碳相连构成原电池可给1分.
(5)理论:
等质量的铜片与等体积、过量的浓硝酸、稀硝酸反应,所得溶液中Cu2+的浓度基本相等;实验:
将一定量的NO2通入铜片与稀硝酸反应后的溶液中,若溶液呈绿色,则乙同学的结论正确,反之,不正确。
若加水不给分.(其他合理答案也给分)
5.⑴
×132
⑵①除去铁屑表面的油污加快过滤速率,防止FeSO4被氧化
趁热过滤防止FeSO4从溶液中析出 ②浓缩至液体表面出现洁净薄膜
③标准色阶和待测液的浓度相当④将待测液与标准色阶的红色进行比较后确定
(3)①关闭止水夹a、d,打开止水夹b、C将B中产生的FeS04溶液压入A中
②)用废屑作原料,变废为宝;将碳酸钠溶液重复使用;用氢气驱赶其中的氧气,防止亚铁盐被氧化;对尾气处理,减少污染;等等
6.⑴水浴(1分);温度计、酒精灯、烧杯(3分)
⑵除去晶体表面附着的可溶性杂质(1分)、减少阿斯匹林的溶解(1分)
⑶使阿斯匹林转化为可溶性盐(2分);将阿斯匹林的可溶性盐重新转化为阿斯匹林(2分)
⑷向水中加入少量产品,滴加氯化铁溶液,若有紫色出现,说明产品中含有水杨酸(2分)。
7.第一步,将银币溶于HNO3并蒸发结晶,得AgNO3和Cu(NO3)2混合晶体:
△
3Ag+4HNO3==3AgNO3+NO↑+2H2O
3Cu+8HNO3==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O(共3分,叙述1分,方程式各1分)
第二步,将混合晶体在200~300℃加热分解,AgNO3不分解,而Cu(NO3)2分解成CuO,再用水浸取分解产物,过滤。
前者进入溶液,后者作为沉淀滤出,将它溶于H2SO4后蒸发结晶得胆矾:
200~300℃
2Cu(NO3)2=====2CuO+4NO2↑+O2↑
CuO+H2SO4+4H2O=CuSO4·5H2O(胆矾)(共4分,叙述2分,方程式各1分)
第三步,将上步滤液蒸发结晶,得AgNO3产品。
(1分)
8.
(1)3Ag++2HPO42-=Ag3PO4↓+H2PO4
(2)Ag2HPO4Ag3PO4
2Ag++HPO42-=Ag2HPO4↓和6Ag++3HPO42-=2Ag3PO4↓+H3PO4
(3)用pH试纸测定反应后溶液的酸碱性,若溶液为中性,则沉淀为Ag2HPO4;若溶液为酸性,则沉淀为Ag3PO4。
9.
(1)分液漏斗分液
(2)各步操作的化学反应方程式为:
②I-+3Br2+3H2O=IO3-+6Br-+6H+;
③Br2+HCOOH=2HBr+CO2↑(3)防止未反应的I2进入水溶液中。
(4)计算关系:
SO32-~2I-~2IO3-~6I2~12S2O32-;
n(Na2SO3)=
=1.409×10-4(mol)
m(Na2SO3)=1.409×10-4×126=0.1775g
Na2SO3%=
=11.68%
10.
(1)把绿色沉淀X用蒸馏水多次洗涤,至洗涤液中用BaCl2溶液检验不出SO42-后(1分),用稀盐酸溶解绿色沉淀(1分),此时再用BaCl2溶液检验,溶解液中有大量白色BaSO4生成,说明沉淀X中有SO42-(1分)
(2)因为Cu2O︰Cu=0.316︰0.141(1分)可判断Y为Cu2O(1分)
根据硫酸铜溶液跟氢氧化钠溶液混合生成沉淀,可设沉淀组成为mCu(OH)2·nCuSO4,有:
(97.55m+159.62n)︰
(m+n)=0.499︰0.316(1分)
即m︰n=3︰1(1分)所以X为3Cu(OH)2·CuSO4或Cu4(OH)6SO4(1分)
(3)4︰3(1分)
Cu4(OH)6SO4
2Cu2O+3H2O↑+SO3↑+O2↑(2分)(将SO3写成SO2、O2也可)
11.⑴①阳离子交换②4AgNO3+2H2O
4Ag+O2↑+4HNO3
⑵①原子种类不同、中子数目不同②H2S+HDO=HDS+H2O③H2S
1、钨是我国丰产元素,是熔点最高的金属,广泛用于拉制灯泡的灯丝,有“光明使者”的美誉。
钨在自然界主要以钨(+6价)酸盐的形式存在。
有开采价值的钨矿石是白钨矿和黑钨矿。
白钨矿的主要成分是钨酸钙(CaWO4);黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐,化学式常写成(Fe,Mn)WO4。
黑钨矿传统冶炼工艺的第一阶段是碱熔法:
其中A、B、C都是钨的化合物。
(1)写出上述流程中A、B、C的化学式。
A_________________B_________________C__________________
(2)钨冶炼工艺的第二阶段则是用碳、氢等还原剂把氧化钨还原为金属钨。
对钨的纯度要求不高时,可用碳作还原剂。
写出用碳还原氧化钨制取金属钨的化学方程式____________________________
为了获得可以拉制灯丝的高纯度金制灯丝的高纯度金属钨,不宜用碳而必须用氢气作还原剂,为什么?
____________________________________________________
(3)仲钨酸盐在热分解时会发生内在氧化还原反应,我国钨化学研究的奠基人顾冀东先生采用这一反应制得了蓝色的、非整比的钨氧化物WO3-x。
这种蓝色氧化钨具有比表面大、易还原的优点,在制钨粉时温度容易控制,目前冶炼拉制钨丝的金属钨都用蓝色氧化钨为原料。
经分析,得知蓝色氧化钨中钨的质量分数为0.7985。
①计算WO3-x中的x值。
X=__________________
②一般认为,蓝色氧化钨的颜色和非整比暗示了在化合物中存在五价和六价两种价态的钨。
则蓝色氧化钨中这两种价态的钨原子数比。
________∶______(相对原子质量:
W:
183.84O:
16.00)
(1)A:
Na2WO4;B:
H2WO4C:
WO3
(2)2WO3(s)+3C(s,石墨)==2W(s)+3CO2(g)因为钨的熔点很高,不容易转变为液态,如果用碳做还原剂,混杂在金属中的碳不易除去,而且碳会在高温下和金属钨反应形成碳化钨,不容易获得纯的金属钨。
用氢气作还原剂就不存在这些问题。
(3)①X=0.10②n(W)(V):
n(W)(VI)=1∶4
(每空2分,共12分)
B.摩尔盐
在空气中比一般亚铁盐稳定,是分析化学中常见的还原剂。
摩尔盐晶体为浅绿色,易溶于水,不溶于乙醇,在水中溶解度比
或
都小。
某化学研究小组设计如下买验装置和实验步骤来制备摩尔盐。
【实验装置】如右图所示。
【实验步骤】
①把1mol/LNa2CO3溶液和废铁屑混合、浸泡数分钟后,倾析法分离、洗涤铁屑,晾干,将Na2CO3溶液装入C瓶中。
②用处理过的铁屑与3mol/LH2SO4溶液在B中反应制取FeS04。
③将硫酸铵配成饱和溶液倒人A中,与硫酸亚铁溶液混合,经结晶、过滤并用少量酒精洗涤得摩尔盐。
请回答下列问题:
(1)把Na2CO3溶液和废铁屑混合、浸泡数分钟的目的是。
(2)B中铁屑和和稀硫酸反应产生的氢气的一个作用是赶走装置中的氧气及硫酸铵溶液中的溶解氧,要达成氢气的这一作用的操作方法是。
氢气的另外一个作用是。
(3)实验过程中,用少量酒精洗涤晶体的优点是。
(4)实验时,使摩尔盐结晶可以采取的方法是。
(填序号)
A.蒸发浓缩溶液、再自然冷却结晶B、不蒸发溶液、直接自然冷却结晶
C.加热、蒸发、浓缩至晶体完全析出
(5)要加快过滤速度,一般采取减压过滤的方法,减压过滤也称抽滤。
抽滤操作所需的主要玻璃仪器有。
(6)检验硫酸亚铗中是否含有NH4+的方法是.
(7)请写此实验中能体现绿色化学思想的具体做法(至少写出两点)
B.
(1)除油污
(2)关闭止水夹a、d,打开止水夹b、C将B中产生的FeS04溶液压入A中
(3)既除去晶体表面的杂质,又减少晶体的损失
(4)A
(5)吸(抽)滤瓶(多答安全瓶的不扣分)
(6)(略)
(7)用废屑作原料,变废为宝;将碳酸钠溶液重复使用;用氢气驱赶其中的氧气,防止亚铁盐被氧化;对尾气处理,减少污染;等等
22.(A)(10分)HN3称为叠氮酸,常温下为无色有刺激性气味的液体。
N3—也被称为类卤离子。
用酸与
叠氮化钠反应可制得叠氮酸。
而叠氮化钠可从下列反应制得:
NaNH2+N2O=NaN3+H2O。
HN3、浓盐酸混合液可溶解铜、铂、金等不活泼
金属,如溶解铜生成CuCl2—。
铜和铂的化合物在超导和医药上有重要应用,
Cu的化合物A(晶胞如图)即为超导氧化物之一,而化学式为Pt(NH3)2Cl2
的化合物有两种异构体,其中B异构体具有可溶性,可用于治疗癌症。
试
回答下列问题:
(1)基态氮原子核外电子排布的轨道表示式为。
(2)元素N、S、P的第一电离能(I1)由大到小的顺序为。
(3)HN3属于晶体,N3—的空间构型是_____,与N3—互为等电子体的分子的化学式为(写1种)。
NH2—的电子式为,其中心原子的杂化类型是。
(4)CuCl2—中的键型为,超导氧化物A的化学式为
(5)治癌药物B的结构简式为
22.(A)(每个1分,共10分)
(1)
(2)N>P>S
(3)分子,直线,CO2(N2O、CS2,写1个即可),sp3
(4)配位键(写共价键也可)YBa2Cu3O7(5)
22.(13分)某中学化学实验室要求学生在实验室条件下,用标准卷尺、中学化学实验室常用的托盘天平和如图所示的仪器,再用稀硫酸和宽度、厚度均匀的纯镁带(假设该镁带每米质量为2.5g)测定气体摩尔体积。
假如实验是在标准状况下进行,试回答下列问题
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