硅在地壳中的含量较高,硅及其化合物的开发由来已久,在现代生活中有广泛应用。回答下列问题:
(1)陶瓷、水泥和玻璃是常用的传统的无机非金属材料,其中生产普通玻璃的主要原料有 。
(2)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线,其中一种工艺流程示意图及主要反应如下:
①工业上用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热到1600℃-1800℃除生成粗硅外,也可以生产碳化硅,则在电弧炉内可能发生的反应的化学方程式为 。
②在流化床反应的产物中,SiHCl3大约占85%,还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等,粗硅生成SiHCl3的化学反应方程式 。
(3)有关物质的沸点数据如下表,提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和 ;SiHCl3极易水解,其完全水解的产物为 。
物质 | Si | SiCl4 | SiHCl3 | SiH2Cl2 | SiH3Cl | HCl | SiH4 |
沸点/℃ | 2355 | 57.6 | 31.8 | 8.2 | -30.4 | -84.9 | -111.9 |
(4)还原炉中发生的化学反应为: 。
(5)氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料,这些原料是 。
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(B)有机化学基础
(1)有机物所含官能团对其性质影响显著
① 下列有机物能使酸性KMnO4褪色的是 (填字母)。
a.甲烷 b.乙烯 c.苯
② 区分甲苯和苯酚,不可用的试剂是 (填字母)。
a.FeCl3 溶液 b.酸性KMnO4溶液 c.溴水
③ 除去乙酸乙酯中的乙酸,可用的试剂是 (填字母)。
a.NaOH溶液 b.饱和Na2CO3溶液 c.NaCl溶液
④ 下列物质能发生银镜反应的是 (填字母)。
a.乙醇 b.乙醛 c.乙酸
⑤ 下列物质不能发生水解反应的是 (填字母)。
a.葡萄糖 b.纤维素 c.蔗糖
(2)金银花的有效成分为绿原酸,具有广泛的杀菌、消炎功能,其结构简式见右图。
① 绿原酸分子式为 。
② 绿原酸分子中有 个手性碳原子。
③ 绿原酸含有羟基、 、 (填含氧官能团名称)。
④ 每摩尔绿原酸最多与 mol NaOH反应。
(3)非诺洛芬是一种治疗类风湿性关节炎的药物,可通过以下方法合成:
① 反应中加入的试剂X的分子式为C8H8O2,X的结构简式为 。
② 上述反应中,属于取代反应的是 ,属于还原反应的是 。(填字母)
③ 非诺洛芬的一种同分异构体满足下列条件,写出该异构体的结构简式: 。
Ⅰ.不能与FeCl3发生显色反应,但其一种水解产物能与FeCl3发生显色反应。
Ⅱ.分子中有3种不同化学环境的氢,且分子中含有两个苯环。
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(A)化学与生活
(1)2015年为加强南海建设,我国对南海多个岛屿进行了“吹埋扩建”。
① 海岛生态环境十分脆弱,下列做法不利于海岛环境保护的是 (填字母)。
a.在海岛上植树造林,加强绿化
b.建设海水淡化厂,减少对海岛地下水的开采
c.在海岛上开展风力发电,减少燃油发电机的使用
d.将生活垃圾运离海岛,就近抛入大海
② 建设岛屿时需用大量水泥。水泥属于 (填字母)。
a.金属材料 b.无机非金属材料 c.有机高分子材料
③ 建设岛屿的工程机械易生锈受损,下列措施中不能减缓工程机械生锈受损的是 (填字母)。
a.对机械配件进行发蓝处理 b.机械停用后及时擦干涂油
c.在机械表面刷上油漆 d.在机械表面上附着多块铜板
④ 海岛上往往缺少新鲜蔬菜,建岛工人需服用含 (填字母)的营养剂以防止患上“坏血病”。
a.维生素A b.维生素B c.维生素C d.维生素D
⑤ 海岛上生存环境恶劣,工人需准备一些常用药物,可选用 (填字母)进行镇热解痛。
a.阿司匹林 b.青霉素 c.胃舒平 d.吗啡
(2)食物是人类赖以生存的物质基础。
① 食物中含有的蛋白质、油脂、淀粉都是人体所需的营养素。蛋白质在人体中完全水解产生 (填物质名称),油脂在人体中水解生成 (填物质名称)和甘油,淀粉在人体内水解的最终产物是葡萄糖,写出该过程的反应方程式: 。
② 市场上销售的食盐品种很多。下列食盐中,所添加的元素不属于人体必需微量元素的是 (填字母)。
a.加锌盐 b.加碘盐 c.加钙盐
③ 纤维素被称为“第七营养素”。从化学成分看,纤维素是一种 (填字母)。
a.多糖 b.蛋白质 c.脂肪
(3)受经济结构转型以及大气环保压力的抑制,2015年我国对煤炭需求明显减少。
① 煤炭直接燃烧引起多种环境问题。燃煤产生的SO2增加了 形成的可能;燃煤排放出大量CO2,CO2浓度增加会加剧 效应,引起地球表面温度上升。
② 治理被酸雨侵蚀过的酸性土壤,可以加入适量的 (填写母)。
a.Ca(OH)2 b.KNO3 c.SiO2 d.NaCl
③处理含CO、SO2烟道气污染的一种方法是将其在催化剂作用下转化为单质S,发生反应的化学方程式为: 。
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选考[化学---选修2:化学与技术](15分)银、铜均属于重金属,从银铜合金废料中回收银并制备含铜化合物产品的工艺如图所示:
(1)熔炼时被氧化的元素是 ,酸浸时反应的离子方程式为 。为提高酸浸时铜元素的浸出率及浸出速率,酸浸前应对渣料进行处理,其处理方法是 。
(2)操作a是 ,固体B转化为CuAlO2的过程中,存在如下反应,请填写空白处:
CuO+ Al2O3 + ↑。
(3)若残渣A中含有n mol Ag,将该残渣全部与足量的稀HNO3置于某容器中进行反应,写出反应的化学方程式 。为彻底消除污染,可将反应中产生的气体与V L(标准状况)空气混合通入水中,
则V至少为 L(设空气中氧气的体积分数为0.2)。
(4)已知2Cu+ Cu+Cu2+,试分析CuAlO2分别与足量盐酸、稀硝酸混合后,产生现象的异同点 。
(5)假设粗银中的杂质只有少量的铜,利用电化学方法对其进行精炼,则粗银应与电源的 极相连,当两个电极上质量变化值相差30.4g时,则两个电极上银质量的变化值相差 g。
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(14分)锰锌铁氧体可制备隐形飞机上吸收雷达波的涂料。以废旧锌锰电池为原料制备锰锌铁氧体(MnxZn1-xFe2O4)的主要流程如下,请回答下列问题:
(1)酸浸时,二氧化锰被双氧水还原的化学方程式为 。
(2)活性铁粉除汞时,铁粉的作用是 (填“氧化剂”或“还原剂”或“吸附剂”)。
(3)除汞是以氮气为载气吹入滤液中,带出汞蒸汽经KMnO4溶液进行吸收而实现的。下图是KMnO4溶液处于不同pH时对应Hg的单位时间去除率变化图,图中物质为Hg与 MnO4-在该pH范围内反应的主要产物。
①pH<6时反应的离子方程式为 。
②请根据该图给出pH对汞去除率影响的变化规律: 。
③试猜想在强酸性环境下汞的单位时间去除率高的原因: 。(不考虑KMnO4在酸性条件下氧化性增强的因素)
(4)当x=0.2时,所得到的锰锌铁氧体对雷达波的吸收能力特别强,试用氧化物的形式表示该锰锌铁氧体的组成 。
(5)经测定滤液成分后,需加入一定量的MnSO4和铁粉,其目的是 。
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(14分)氮的氢化物NH3、N2H4等在工农业生产、航空航天等领域有广泛应用。
(1)液氨作为一种潜在的清洁汽车燃料已越来越被研究人员重视。它在安全性、价格等方面较化石燃料和氢燃料有着较大的优势。氨的燃烧实验涉及下列两个相关的反应:
①4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(l) △H1
②4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(l) △H2
则反应 4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l) △H= 。(请用含有△H1、△H2的式子表示)
(2)合成氨实验中,在体积为3 L的恒容密闭容器中,投入4 mol N2和9 mol H2在一定条件下合成氨,平衡时仅改变温度测得的数据如下表所示:
温度(K) | 平衡时NH3的物质的量(mol) |
T1 | 2.4 |
T2 | 2.0 |
已知:破坏1 mol N2(g)和3 mol H2(g)中的化学键消耗的总能量小于破坏2 mol NH3(g)中的化学键消耗的能量。
①则T1 T2(填“>”、“<”或“=”)
②在T2 K下,经过10min达到化学平衡状态,则0~10min内H2的平均速率v(H2)= ,平衡时N2的转化率α(N2)= 。
③下列图像分别代表焓变(△H)、混合气体平均相对分子质量()、N2体积分数φ(N2)和气体密度(ρ)与反应时间的关系,其中正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的是 。
(3)某N2H4(肼或联氨)燃料电池(产生稳定、无污染的物质)原理如图1所示。
①M区发生的电极反应式为 。
②用上述电池做电源,用图2装置电解饱和氯化钾溶液(电极均为惰性电极),设饱和氯化钾溶液体积为500mL,当溶液的pH值变为13时(在常温下测定),若该燃料电池的能量利用率为80%,则需消耗N2H4的质量为 g(假设溶液电解前后体积不变)。
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硅是带来人类文明的重要元素之一,从传统材料到信息材料的发展过程中创造了一个有一个奇迹。
(1)新型陶瓷Si3N4的熔点高、硬度大、化学性质稳定。工业上可以采用化学气相沉积法,在H2的保护下,使SiCl4与N2反应生成Si3N4沉积在石墨表面,写出该反应的化学方程式 。
(2)一种用工业硅(含少量钾、钠、铁、铜的氧化物),已知硅的熔点是1420℃,高温下氧气及水蒸气能明显腐蚀氮化硅。一种合成氮化硅的工艺主要流程如下:
①净化N2和H2时,铜屑的作用是: ;硅胶的作用是 。
②在氮化炉中3SiO2(s)+2N2(g)=Si3N4(s) △H=-727.5kJ/mol,开始时为什么要严格控制氮气的流速以控制温度 ;体系中要通入适量的氢气是为了 。
③X可能是 (选填:“盐酸”、“硝酸”、“硫酸”、“氢氟酸”)。
(3)工业上可以通过如下图所示的流程制取纯硅:
①整个制备过程必须严格控制无水无氧。SiHCl3遇水剧烈反应,写出该反应的化学方程式 。
②假设每一轮次制备1mol纯硅,且生产过程中硅元素没有损失,反应I中HCl的利用率为90%,反应II中H2的利用率为93.75%。则在第二轮次的生产中,补充投入HCl 和H2的物质的量之比是 。
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现有六种元素,其中A、B、C、D为短周期主族元素,E、F为第四周期元素,它们的原子序数依次增大。请根据下列相关信息,回答问题。
A原子核外电子分占3个不同能级,且每个能级上排布的电子数相同
B元素原子的核外p电子总数比s电子总数少1
C原子p轨道上成对电子数等于未成对电子数,且与A同周期
D元素的族序数与周期数的差为4,且不与A元素在同一周期
E位于周期表中第七列
F元素基态原子的M层全充满,N层没有成对电子,只有一个未成对电子
(1)A的基态原子最外层有______种不同运动状态的电子。
(2)E2+的基态核外电子排布式为____________________。
(3)A、B、C三种元素的最简单氢化物的熔点由低到高的顺序是________。A、B、C三种元素组成的分子中与AC2互为等电子体的分子为________________(用元素符号表示)。
(4)BD3中心原子的杂化方式为________,其分子空间构型为____________。
(5)用晶体的X射线衍射法对F的测定得到以下结果:F的晶胞为面心立方最密堆积(如下图),又知该晶体的密度为ρ g·cm-3,晶胞中该原子的配位数为______________;F的原子半径是________ cm(阿伏加德罗常数为NA)。
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高铁酸钾(K2FeO4)是一种集氧化、吸附、絮凝于一体的新型多功能水处理剂。其生产工艺如下:
(1)反应①应在温度较低的情况下进行。因在温度较高时KOH 与Cl2 反应生成的是KClO3。写出在温度较高时KOH 与Cl2反应的化学方程式 ,当反应中转移5 mol电子时,消耗的氯气是 mol。
(2)在反应液I中加入KOH固体的目的是 (填编号)。
A.与反应液I中过量的Cl2继续反应,生成更多的KClO
B.KOH固体溶解时会放出较多的热量,有利于提高反应速率
C.为下一步反应提供碱性的环境
D.使KClO3转化为 KClO
(3)从溶液II中分离出K2FeO4后,还会有副产品KNO3 、KCl,则反应③中发生的离子反应方程式为 。
(4)如何判断K2FeO4晶体已经洗涤干净 。
(5)高铁酸钾(K2FeO4)作为水处理剂的一个优点是能与水反应生成胶体吸附杂质,其离子反应是: FeO42¯ + H2O = Fe(OH)3(胶体) + O2↑ + ,完成并配平上述反应的离子方程式。
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氧氮杂是新药研制过程中发现的一类重要活性物质,具有抗惊厥、抗肿瘤、改善脑缺血等性质。下面是某研究小组提出的一种氧氮杂类化合物H的合成路线:
(1)原料A的同分异构体中,含有苯环、且核磁共振氢谱中有4个峰的是________(写出其结构简式)。
(2)反应②的化学方程式是_________________。
(3)③的反应类型是___________。原料D中含有的官能团名称是_________、_________。
(4)原料B俗名“马莱酐”,它是马莱酸(顺丁烯二酸:)的酸酐,
它可以经下列变化分别得到苹果酸()和聚合物Q:
写出反应I和反应II的化学方程式:___________________、_____________________。
(5)符合下列条件的中间产物F的同分异构体数目是________(不考虑手性异构),写出其中任意一种的结构简式___________。
(i) 能发生银镜反应;
(ii) 分子中含有三取代的苯环结构,其中两个取代基是:—COOCH3和,且二者处于对位。
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