硼及其化合物在材料制造、有机合成等方面用途非常广泛。回答下列问题:
(1) VB2是一种导电陶瓷材料,基态钒原子的价电子排布图为_______。
(2)B、C、N三种元素第一电离能由小到大的顺序为________。
(3)硼的卤化物在工业中有重要作用,硼的四种卤化物的沸点如下表所示。
BF3 | BCl3 | BBr3 | BI3 | |
沸点/K | 172 | 285 | 364 | 483 |
①四种卤化物沸点依次升高的原因是__________________。
②用BF3分子结构解释反应BF3(g)+NH4F(s)==NH4[BF4] (s)能够发生的原因:____________。
制备环硼氨烷的方法如下:
BCl3、LiBH4中硼原子的杂化轨道类型依次为_________;与B3N3H6互为等电子体的分子的结构简式为________________。
(4)立方氮化硼的熔点为3000℃,其晶胞结构如图所示,晶胞参数a=361.5pm。
①立方氮化硼的晶体类型为_______________。
②紧邻的两个硼原子间的距离为_______(列出计算式即可) pm。
③立方氮化硼的密度为_____(列出计算式即可)g•㎝-3。
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铅及并化合物在工业生产中具有非常广泛的用途,根据以下流程回答相关问题。
(1)铅是碳的同族元素,且比碳多4个电子层,则铅位于元素周期表第___周期__族。
(2)反位条件的控制在工业生产中有着极其重要的作用。把铅块制成铅花的目的是_______。途径I中不用14 mol·L-1的浓硝酸制备硝酸铅的原因是______________________。
⑶写出(CH3COO)2Pb溶液[(CH3COO)2Pb 为弱电解质]与KI溶液反应的离子方程式:_________。
(4)取75.8 g (CH3COO)2Pb • nH2O样品在N2气氛中加热,测得剩余固体质量随温度的变化如图所示(样品在75℃时已完全失去结晶水)。
①(CH3COO)2Pb • nH2O中n=______。
②150~200℃间分解产物为PbO和一种有机物M,M能与水反应生成乙酸,则该温度区间内分解反应的化学方程式为________________________________。
(5)T℃时,取一定量的PbI2固体,用蒸馏水配制成饱和溶液。准确移取25.00mL PbI2饱和溶液,分次加入阳离子交换树脂RH(发生反应:2RH+Pb2+==R2Pb+2H+)中,用250 mL洁净的锥形瓶接受流出液,用蒸馏水淋洗树脂至流出液呈中性。将洗涤液一并盛放到锥形瓶中,加入酚酞,用0.0025 mol·L-1的NaOH溶液滴定,重复上述操作2次,当达到滴定终点时,平均消耗氢氧化钠溶液20.00 mL。则T℃时PbI2的Ksp=_______________________。
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甲醇、乙醇是生活中常见且用途广泛的物质,其合成方法和性质均具有研究价值。
(1)已知下表中键能数据,则气态乙醇完全燃烧生成CO2和水蒸气的热化学方程式为__________。
化学键 | C-C | C-H | O-O | H-O | C-O | C-O |
键能/(kJ·mol-1) | 348 | 413 | 498 | 463 | 351 | 799 |
(2)向一容积可变的密闭容器中充入1mol CO与2 molH2,发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1<0。CO在不同温度下的平衡转化率(a)与压强的关系如图所示。
①a、b两点的反位速率:v(b)_____v(a)(填“>”“<”或“=”,下同)。
②T1____T2。
③该合成反应的温度一般控制在240~270℃,选择此范围的原因:此温度范围下的催化剂活性高;__________________________。
④图中a、b、c三点对应的化学平衡常教K(a)、K(b)、K(c)的大小关系为_________。
(3)利用合成气(主要成分为CO和H2)合成甲醇,主要发生如下反应:
CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1;
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2;
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H3。
上述反应对应的平衡常数分别为K1、K2、K3,其中K1、K2随温度的变化如图所示。
则△H1_____((填“>”“<”或“=”) △H3,理由是__________________。
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亚硫酸盐在工业生产中冇广泛的应用,某同学在实验中对亚硫酸盐的制备和性质进行探究。
(1)Cu2SO3·CuSO3•2H2O是一种深红色固体,不溶于水和乙醇,100℃时发生分解,其制备实验装置如图所示。
①仪器X的名称是________。常温下用装置A制取SO2时,用较浓的硫酸而不用稀硫酸,其原因是____________________。
②装置C的作用是________________________。
③装置B中发生反应的离子方程式为_____________________。
④从装置B中获得的固体需先用蒸馏水充分洗涤,再真空干燥,而不直接用烘干的方式得到产品,其原因是_________________________。
(2)向NaHSO3溶液中加入NaClO溶液时,反应有三种可能的情况:
I.NaHSO3和NaClO恰好反应;II.NaHSO3过量;III.NaClO过量。甲同学欲通过下列实验确定该反应属于哪一种情况,请完成下表:
实验操作 | 预期现象及结论 |
取上述反应后的混合溶液于试管 A中,滴加稀硫酸 | 若有气泡产生,则_①__(填“I”“II”或“III”,下同)成立,若没有气泡产生,则_②___成立 |
另取上述反应后的混合溶液于试管B中,滴加几滴淀粉KI溶液, 充分振荡 | ③___,则III成立 |
(3)请设计简单实验方案比较室温下NaHSO3浓液中HSO3-的电离平衡常数Ka与水解平衡常数Kb的相对大小:________________________。
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COS 、H2S是许多煤化工产品的原料气。已知
Ⅰ.COS(g)+H2(g)H2S(g)+CO(g) △H=X kJ·mol-1;
Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H =-42 kJ·mol-1;
(1)断裂1 mol分子中的化学键所需吸收的能量如下表所示:
分子 | COS(g) | H2(g) | CO(g) | H2S(g) | H2O(g) | CO2(g) |
能量/kJ·mol-1 | 1319 | 442 | 1076 | 678 | 930 | 1606 |
X=___________。
(2)向10 L容积不变的密闭容器中充入1 mol COS(g)、1 mol H2(g)和1 mol H2O(g),进行上述两个反应,在T10C时达到平衡,体系内CO的体积分数为5%(如下图M点)。
请回答下列问题:
①请在图中画出以M为起点,从T1℃开始升温过程中CO的平衡体积分数随温度变化的曲线。_____
②T1℃时,测得平衡时体系中COS的物质的量为0.80 mol,则平衡时H2O的转化率为_________。
(3)现有两个相同的2 L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器M、N,在M中充入1 mol CO和1 mol H2O,在N中充入1 mol CO2和1 mol H2,均在700 ℃下开始按Ⅱ进行反应。达到平衡时,下列说法正确的是_______。
A.容器M、N中正反应速率相同
B.容器M中CO的物质的量比容器N中的多
C.容器M、N中反应的平衡常数相同
D.容器M中CO的转化率与容器N中CO2的转化率之和小于1
(4)氢硫酸、碳酸均为二元弱酸,其常温下的电离常数如下表:
H2CO3 | H2S | |
Ka1 | 4.4×10-7 | 1.3×10-7 |
Ka2 | 4.7×10-11 | 7.1×10-15 |
煤的气化过程中产生的H2S可用足量的Na2CO3溶液吸收,该反应的离子方程式为
______________________________________;常温下,用100mL 0.1mol·L-1NaOH溶液吸收224mL(标况)H2S气体,反应后离子浓度从大到小顺序为_____________________。
(5)25℃时,用Na2S沉淀Cu2+、Sn2+两种金属离子(M2+),所需S2-最低浓度的对数值lgc(S2-)与lgc(M2+)的关系如图所示:
①25℃时Ksp(CuS)=__________________。
②25℃时向50.0mL Sn2+、Cu2+浓度均为0.01mol·L-1的混合溶液中逐滴加入Na2S溶液到50.0mL时开始生成SnS沉淀,此时溶液中Cu2+浓度为__________mol/L。
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铁碳合金在现代建筑中占有十分重要的地位。
(1)基态Fe3+的M能层上电子排布式为_______,铁元素可形成多种配合物,如K3[Fe(CN)6]和Fe(CO)5,则这两种配合物所涉及的元素中,第一电离能由大到小的顺序为________,电负性最大的是_______。
(2)三聚氰胺()中六元环结构与苯环类似,它与硝基苯的相对分子质量之差为3,三聚氰胺的熔点为354 ℃,硝基苯的熔点是5.7 ℃。
①三聚氰胺中,环上与环外的氮原子杂化轨道类型分别为_______。
②导致三聚氰胺与硝基苯熔点相差很大的根本原因是____________________。
(3)已知常温下草酸(HOOC—COOH)的电离平衡常数Ka1=5.6×10-2、Ka2=1.5×10-4,试从结构上解释Ka1、Ka2数值上的差异__________________。
(4)一定条件下,碳、氮两种元素可形成一种化合物,该化合物可作耐磨材料,其熔点________(填“高于”、“低于”或“无法判断”)金刚石的熔点。
(5)铁镁合金是目前已发现的储氢密度最高的储氢材料之一,其晶胞结构如图所示。则铁镁合金的化学式为________,若该晶胞的参数为dnm,则该合金的密度为____________(不必化简,用NA表示阿伏加德罗常数)。
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氮是地球上含量丰富的一种元素,“固氮”在工农业生产中有着重要作用,是几百年来科学家一直研究的课题。下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值。
反应 | 大气固氮 N2(g)+O2(g) 2NO(g) | 工业固氮 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) | |||
温度/℃ | 27 | 2000 | 25 | 400 | 450 |
K | 3.84×10-31 | 0.1 | 5×10-8 | 2×104 | 7×103 |
(1)①分析数据可知:大气固氮反应属于___________(填“吸热”或“放热”)反应。
②在一定温度下,将一定足的N2和O2通入到体积为1L的密闭容器中,当“大气固氮”反应达到平衡后,改变下列条件,能使平衡向正反应方向移动且平衡常数不变的是_______。
a.增大压强 b.增大反应物的浓度 c.使用催化剂 d.升高温度
③ 从分子结构角度解释“大气固氮”和“工业固氮”反应的活化能都很高的原因:________。
(2)分析表格数据可知“大气固氮”的反应正向进行的程度小,不适合大规模生产,故世界各国均采用合成氨的方法进行工业固氮。
①从平衡移动角度考虑,工业固氮应该选择常温条件,但实际工业生产却选择500℃左右的高温,解释其原因_______________________。
②将0.1molN2和0.1molH2通入一容积可变的容器中进行工业固氮反应,则下图所示N2的平衡转化率在不同压强(P1,P2)下随温度变化的曲线正确的是____________(填“A” 或“B”);比较P1、P2的大小关系________;若300℃、压强P2时达到平衡,容器容积恰为100L,则此状态下反应的平衡常数K=______________ (计算结果保留2位有效数字)。
③合成氨反应达到平衡后,t1时刻氨气浓度欲发生图C变化可采取的措施是____________。
(3)近年近年,又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路,反应原理为:2N2(g)+6H2O(l)⇌4NH3(g)+3O2(g),则其反应热△H=____________。
(已知:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) △H1=-92.4kJ•mol-1;2H2(g)+O2(g)⇌2H2O(l) △H2=-571.6kJ•mol-1 )
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亚氯酸钠(NaClO2)是一种重要的含氯消毒剂,主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白与杀菌。某化学兴趣小组同学展开对漂白剂亚氯酸钠(NaClO2)的研究。
已知:NaClO2饱和溶液在温度低于38 ℃时析出的晶体是NaClO2·3H2O,高于38 ℃时析出的晶体是NaClO2,高于60 ℃时NaClO2分解成NaClO3和NaCl。Ba(ClO)2可溶于水。
利用如图所示装置进行实验。
(1)仪器a的名称为____,装置①的作用是____,装置③的作用是______。
(2)装置②中产生ClO2,涉及反应的化学方程式为________________;装置④中反应生成NaClO2的化学方程式为_______________。
(3)从装置④反应后的溶液获得晶体NaClO2的操作步骤为:①减压,55 ℃蒸发结晶;②趁热过滤;③______;④低于60 ℃干燥,得到成品。如果撤去④中的冷水浴,可能导致产品中混有的杂质是________。
(4)设计实验检验所得NaClO2晶体是否含有杂质Na2SO4,操作与现象是:取少量晶体溶于蒸馏水,_____________________。
(5)为了测定NaClO2粗品的纯度,取上述粗产品10.0 g溶于水配成1 L溶液,取出10 mL溶液于锥形瓶中,再加入足量酸化的KI溶液,充分反应后(NaClO2被还原为Cl-,杂质不参加反应),加入2~3滴淀粉溶液,用0.20 mol·L-1Na2S2O3标准液滴定,达到滴定终点时用去标准液20.00 mL,试计算NaClO2粗品的纯度_____。(提示:2Na2S2O3+I2Na2S4O6+2NaI)
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工业废水中常含有一定量Cr2O72-和CrO42-,它们会对人类及生态系统产生很大伤害。
已知:i. 2CrO42-(黄色)+ 2H+ Cr2O72-(橙色)+ H2O
ii. Cr(OH)3(s) + H2O [Cr(OH)4]- (亮绿色) + H+
(1) 含铬工业废水的一种处理流程如下:
① i. 若在转化一步中调节溶液的pH=2,则溶液显_______色。
ii. 能说明转化一步反应达平衡状态的是_______(填字母序号)。
a.Cr2O72-和CrO42-的浓度相同 b.ν正(Cr2O72-) = 2ν逆(CrO42-)
c.溶液的颜色不变 d.溶液的pH不变
② 步骤②还原一步的离子方程式是___________________________;若还原l mol Cr2O72-离子,需要FeSO4·7H2O的物质的量是_______mol。
③ 沉淀一步中,向含Cr3+(紫色)溶液中,逐渐滴加NaOH溶液。当pH=4.6时,开始出现灰绿色沉淀,随着pH的升高,沉淀量增多。当pH≥13时,沉淀逐渐消失,溶液变为亮绿色。
i. 请解释溶液逐渐变为亮绿色的原因:_______。
ii. 若向0.05mol·L-1的Cr2(SO4)3溶液50mL中,一次性加入等体积0.6 mol·L-1的NaOH溶液,充分反应后,溶液中可观察到的现象是__________。
④ 在K[Cr(OH)4]和K2Cr2O7混合溶液中加入足量H2SO4酸化,铬元素以_______形式存在(填离子符号)。
(2) 用Fe做电极电解含Cr2O72-的酸性工业废水,可以直接除去铬。随着电解进行,在阴极附近溶液pH升高,产生Cr(OH)3沉淀。
① 结合上述工业流程分析用Fe做电极的原因:_______。
② 结合电极反应式解释在阴极附近溶液pH升高的原因:_______。
③ 溶液中同时生成的沉淀可能还有_______(填化学式)。
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【化学——选修2:化学与技术】(15分)将海水淡化与浓海水资源化结合起来是综合利用海水的重要途径之一。一般是先将海水淡化获得淡水,再从剩余的浓海水中通过一系列工艺流程提取其他产品。
回答下列问题:
(1)下列改进和优化海水综合利用工艺的设想和做法可行的是________(填序号)。
①用混凝法获取淡水 ②提高部分产品的质量
③优化提取产品的品种 ④改进钾、溴、镁等的提取工艺
(2)采用“空气吹出法”从浓海水吹出Br2,并用纯碱吸收。溴歧化为Br-和BrO3-并没有产生CO2则反应的离子反应方程式为 。
(3)海水提镁的一段工艺流程如下图:
浓海水的主要成分如下:
离子 | Na+ | Mg2+ | Cl- | SO42- |
浓度/(g·L-1) | 63.7 | 28.8 | 144.6 | 46.4 |
该工艺过程中,脱硫阶段主要反应的阳离子_______,获得产品2的离子反应方程式为 ,浓海水的利用率为90%,则1 L浓海水最多可得到产品2的质量为________g。
(4)由MgCl2·6H2O制备MgCl2时,往往在HCl的气体氛围中加热。其目的是 。
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