污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要课题。某研究小组利用软锰矿(主要成分为MnO2,另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物)作脱硫剂,通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO2,又制得电池材料 MnO2(反应条件已省略)。
请回答下列问题:
(1)上述流程脱硫实现了____________(选填下列字母编号)。
a.废弃物的综合利用 b.白色污染的减少 c.酸雨的减少
(2)KMnO4+MnSO4→MnO2的反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为____________。
(3)已知:25℃、101kPa 时,Mn(s)+O2(g)=MnO2(s) △H=-520kJ·mol-1
S(s)+O2(g)=SO2(g) △H=-297 kJ·mol-1
Mn(s)+S(s)+2O2(g)= MnSO4(s) △H=-1065 kJ·mol-1
SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式为:_______________________________。
(4)MnO2可作超级电容器材料。用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2其阳极的电极反应式是__________________________________________________。
(5)MnO2是碱性锌锰电池的正极材料。碱性锌锰电池放电时,正极的电极反应式为:____________________________________________________。若以该电池为电源,以石墨作电极电解CuSO4溶液,阴极析出铜,阳极产物是___________________。
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某班同学用如下实验探究Fe2+、Fe3+的性质。
请回答下列问题:
(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体,均配制成0.1mol·L-1的溶液.在FeCl2溶液中需加入少量铁屑,其目的是________________________________________。
(2)甲组同学取2mL FeCl2溶液,加入几滴氯水,再加入1滴KSCN溶液,溶液变红, 说明Cl2可将Fe2+氧化。 FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为:_________________________________________。
(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨,该组同学在2mLFeCl2溶液中先加入0.5mL煤油,再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液,溶液变红,煤油的作用是_____________________。
(4)丙组同学取l0mL0.l mol·L-1KI溶液,加入6 mL0.l mol·L-1 FeCl3溶液混合。分别取2 mL此溶液于3支试管中进行如下实验:
①第一支试管中加入lmLCCl4充分振荡、静置, CCl4层显紫色;
②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀:
③第三支试行中加入1滴KSCN溶液,溶液变红。
实验②检验的离子是(填离子符号) ______________;实验①和③说明:在I-过量的情况下,溶液中仍含有(填离子符号)_______________,由此可以证明该氧化还原反应为_________________________。
(5)丁组同学向盛有H2O2溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl2溶液,溶液变成棕黄色,发生反应的离子方程式为____________________________;一段时间后,溶液中有气泡出现,并放热,随后有红褐色沉淀生成。产生气泡的原因是__________________________________;生成沉淀的原因是(用平衡移动原理解释)_________________________________________________。
(6)戊组同学模拟工业上用NaClO3氧化酸性FeCl2废液制备FeCl3。
①若酸性FeCl2 废液中:c(Fe2+)=2.0×10-2 mol·L-1,c(Fe3+)=1.0×10-3 mol·L-1,c(Cl-)=5.3×10-2 mol·L-1,则该溶液的pH约为_____________。
②完成NaClO3氧化FeCl2的离子方程式:
□ClO3-+□Fe2++□________=□Cl-+□Fe3++□
③FeCl3具有净水作用,其原理是_________________________________。
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亚硝酸钙[Ca(NO2)2]是水泥混凝土外加剂的主要原料,某学习小组设计实验制备亚硝酸钙,实验装置如图所示(夹持装置略去)。
已知:2NO+CaO2=Ca(NO2)2;2NO2+CaO2 =Ca(NO3)2。
请回答下列问题:
a.向装置中通入N2;b.向三颈烧瓶中滴加稀硝酸;c.点燃酒精灯;d.熄灭酒精灯;e.停止通入氮气;f.关闭分液漏斗旋塞
(1)上述操作的正确排序为____、c、____ f、____、______。
(2)B中盛放的试剂是_____________,作用是除去________(填化学式)。
(3)装置E中,酸性K2Cr2O7溶液的作用:可将刺余的NO氧化成NO3-,溶液由橙色变为绿色(Cr3+),反应的离子方程式是_____________________________________。
(4)已知Ca(NO2)2溶液需保持弱碱性,因为其遇酸会发生反应,产生NO气体。设计实验证明D中有亚硝酸钙生成__________________________________________________。
(5)整个过程持续通入氮气的作用______________________________________。
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(8分)威斯迈尔反应是在富电子芳环上引入甲酰基的有效方法。其过程首先是N,N-二甲基甲酰胺与POCl3反应生成威斯迈尔试剂:
接着威斯迈尔试剂与富电子芳环反应,经水解后在芳环上引入甲酰基。例如:
10-1用共振式表示威斯迈尔试剂正离子。
10-2由甲氧基苯转化为对甲氧基苯甲醛的过程中,需经历以下步骤:⑴芳香亲电取代 ⑵分子内亲核取代 ⑶亲核加成 ⑷质子转移 ⑸消除。画出所有中间体的结构简式。
10-3完成下列反应:
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(10分)化合物A、B和C的分子式均为C7H8O2。它们分别在催化剂作用和一定反应条件下加足量的氢,均生成化合物D(C7H12O2)。D在NaOH溶液中加热反应后在酸化生成E(C6H10O2)和F(CH4O)。
A能发生如下转化:
生成物N分子中只有3种不同化学环境的氢,它们的数目比为1∶1∶3。
9-1 画出化合物A、B、C、D、E、M和N的结构简式。
9-2 A、B和C互为哪种异构体?(在正确选项的标号前打钩)
①碳架异构体 ②位置异构体 ③官能团异构体 ④顺反异构体
9-3 A能自发转化为B和C,为什么?
9-4 B和C在室温下反应可得到一组旋光异构体L,每个旋光异构体中有________个不对称碳原子。
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(10分)化合物B是以β-紫罗兰酮为起始原料制备维生素A的中间体。
由β-紫罗兰酮生成B的过程如下所示:
8-1 维生素A分子的不饱和度为________。
8-2 芳香化合物C是β-紫罗兰酮的同分异构体,C经催化氢解生成芳香化合物D,D的1H NMR图谱中只有一个单峰。画出C的结构简式。
8-3 画出中间体B的结构简式。
8-4 以上由β-紫罗兰酮合成中间体B的过程中,⑵、⑶、⑷、⑹步反应分别属于什么反应类型(反应类型表述须具体,例如取代反应必须指明是亲电取代、亲核取代还是自由基取代)。
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(9分)12000年前,地球上发生过一次大灾变,气温骤降,导致猛犸灭绝,北美Clovis文化消亡。有一种假说认为,灾变缘起一颗碳质彗星撞击地球。2010年几个研究小组发现,在北美和格林兰该地质年代的地层中存在超乎寻常浓度的纳米六方金刚石,被认为是该假设的证据。
7-1 立方金刚石的晶胞如图7-1所示。画出以两个黑色碳原子为中心的C—C键及所连接的碳原子。
7-2 图7-2上、下分别是立方金刚石和六方金刚石的碳架结构。它们的碳环构型有何不同?
7-3 六方硫化锌的晶体结构如图7-3所示。用碳原子代替硫原子和锌原子,即为六方金刚石。请在该图内用粗线框出六方金刚石的一个晶胞,要求框线必须包含图中已有的一段粗线,且框出的晶胞体积最小。
7-4 立方金刚石中周期性重复的最小单位包含________个碳原子。
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(10分)NO2和N2O4混合气体的针管实验是高中化学的经典素材。理论估算和实测发现,混合气体体积由V压缩为V/2,温度由298K升至311K。已知这两个温度下N2O4(g) 2NO2(g)的压力平衡常数Kp分别为0.141和0.363。
6-1 通过计算回答,混合气体经上述压缩后,NO2的浓度比压缩前增加了多少倍。
6-2 动力学实验证明,上述混合气体几微秒内即可达成化学平衡。压缩后的混合气体在室温下放置,颜色如何变化?为什么?
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(10分)1965年合成了催化剂A,实现了温和条件下的烯烃加氢。
5-1 A是紫红色晶体,分子量925.23,抗磁性。它通过RhCl3·3H2O和过量三苯膦(PPh3)的乙醇溶液回流制得。画出A的立体结构。
5-2 A可能的催化机理如下图所示(图中16e表示中心原子周围总共有16个电子):
画出D的结构式。
5-3 确定图中所有配合物的中心原子的氧化态。
5-4 确定A、C、D和E的中心离子的杂化轨道类型。
5-5 用配合物的价键理论推测C和E显顺磁性还是抗磁性,说明理由。
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(8分)近年来,某些轻元素的含氢化合物及其复合体系作为氢源受到广泛关注。化合物A(XYH2)和B(XH)都是具有潜在应用价值的释氢材料。A受热分解生成固体化合物C并放出刺激性气体D,D可使湿润的pH试纸变蓝。A和B混合可优化放氢性能。研究发现,该混合体系的放氢反应分三步进行:
2A = C + D ⑴
D + B = A + H2 ⑵
C + B = E + H2 ⑶
将A和B按1∶2的摩尔(物质的量)比混合,在催化剂作用下,所含的氢全部以氢气放出,失重10.4%。
A、C、E均能水解生成F和D。G是由X和Y组成的二元化合物,其阴离子是二氧化碳的等电子体,G分解生成E和一种无色无味的气体I。写出A、B、C、D、E、F、G和I的化学式。
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