X、Y、Z、W、R、M为元素周期表中前四周期的元素,其原子序数依次增大。X与W、Z与R是分别同族元素;X原子的第一电离能小于同周期前一族元素的原子;Z元素基态原子的核外有3个未成对电子;M元素的单质化学性质稳定,耐腐蚀,其单质及合金是一种优良的航天、航空材料,M的基态原子核外有2个未成对电子。请回答下列问题:
⑴NaZ3可应用于汽车安全气囊,当汽车发生碰撞时,气囊中的NaZ3迅速分解产生大量Z 的单质气体,从而使安全气囊瞬间充气弹出,减轻了乘员受到的伤害。基态Z原子价电子的电子排布图为_____________。与Z3-互为等电子体的分子的化学式为______________(写一个即可),Z3-的空间构型是__________。
⑵W元素可形成[WF6]3-、[WCl4]-配离子,而X只能形成[XF4]-配离子,由此可知决定配合物中配位数多少的因素之一是________________;
⑶已知Y的最高价含氧酸根离子与Na+、K+、NH4+形成的酸式盐溶解度都小于其正盐的溶解度,原因是HCO3-之间以________(填作用力)作用形成长链,减小了HCO3-与水分子之间的作用导致溶解度降低;
⑷R元素通常有白、红、黑三种颜色的单质,其中最稳定的同素异形体G在通常状态下是一种黑色有金属光泽的晶体,G在储能、电子和光伏发电等领域有着广泛的应用前景,是一种比石墨烯更优秀的新型材料。晶体G具有与石墨类似的层状结构,如图一所示。下列有关G的说法正确的是_______________;
A.G中R原子杂化方式为sp3杂化
B.G中层与层之间的作用力是配位健
C.与石墨类似,G的每一层中R原子都在同一平面上
D.R元素三种常见的单质中,G的熔沸点最高
⑸M与O形成的离子晶体在自然界中存在三种形态,其中金红石型是三种形态中最稳定的一种,其晶胞如图二所示,则M、O配位数之比为________;影响离子晶体结构类型的因素有_____________、____________、键性因素。
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【化学——选修5:有机化学基础】(15分)6-羰基庚酸是一种重要的化工中间体,其合成路线如下:
已知:
(1)反应①的条件是 ,C→D的反应类型是 ,C中官能团的名称是 。
(2)下列说法中正确的是( )
a.C能被催化氧化成酮
b.D不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
c.Ni催化下1mol E最多可与2molH2加成
d.G既能发生取代反应,又能发生加成反应
(3)E与新制Cu(OH)2反应的化学方程式为 。
(4)G的同分异构体有多种,满足以下条件的同分异构体有 种。
A.分子中含有环己烷的结构
B.能与NaHCO3溶液反应,放出气体
C.1mol该物质能与2molNa完全反应
(5)已知“Diels-Alder反应”为:。物质D与呋喃()也可以发生“Diels-Alder反应”,该化学反应方程为: 。
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【化学——选修3:物质结构与性质】(15分)铜单质及其化合物在很多领域中都有重要的用途。请回答以下问题:
(1)超细铜粉可用作导电材料、催化剂等,其制备方法如下:
①NH4CuSO3中金属阳离子的核外电子排布式为 。N、O、S三种元素的第一电离能由大到小的顺序
为 (填元素符号)。
②Cu(NH3)4SO4中所含的化学键有 。
(2)铜锰氧化物(CuMn2O4)能在常温下催化氧化空气中的一氧化碳和甲醛(HCHO)。根据等电子体原理,CO分子的结构式为 。
(3)氯和钾与不同价态的铜可生成两种化合物,其阴离子均为无限长链结构(如图1所示),a位置上Cl原子的杂化轨道类型为 。已知其中一种化合物的化学式为KCuCl3,则另一种化合物的化学式为 。
(4)Cu2O晶胞结构如图2所示,该晶胞的边长为a cm,则Cu2O的密度为 g·cm-3(用NA表示阿伏加德罗常数的数值)。
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【化学——选修2:化学与技术】(15分)目前,回收溴单质的方法主要有水蒸气蒸馏法和萃取法等。某兴趣小组通过查阅相关资料拟采用如下方案从富马酸废液(含溴0.27%)中回收易挥发的Br2:
(1)操作X所需要的主要玻璃仪器为 ;反萃取时加入20%的NaOH溶液,其离子方程式为 。
(2)反萃取所得水相酸化时,需缓慢加入浓硫酸,并采用冰水浴冷却的原因是 。
(3)溴的传统生产流程为先采用氯气氧化,再用空气水蒸气将Br2吹出。与传统工艺相比,萃取法的优点是 。
(4)我国废水三级排放标准规定:废水中苯酚的含量不得超过1.00mg/L。实验室可用一定浓度的溴水测定某废水中苯酚的含量,其原理如下:
①请完成相应的实验步骤:
步骤1:准确量取25.00mL待测废水于250mL锥形瓶中。
步骤2:将4.5 mL 0.02mol/L溴水迅速加入到锥形瓶中,塞紧瓶塞,振荡。
步骤3:打开瓶塞,向锥形瓶中加入过量的0.1mol/L KI溶液,振荡。
步骤4: ,再用0.01 mol/L Na2S2O3标准溶液滴定至终点,消耗 Na2S2O3溶液15 mL。(反应原理:I2 + 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6)
步骤5:将实验步骤1~4重复2次。
②该废水中苯酚的含量为 mg/L。
③步骤3若持续时间较长,则测得的废水中苯酚的含量 (填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。
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(13分)运用化学反应原理研究碳、氮的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。
(1)用活性炭还原法可以处理氮氧化物。某研究小组向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO,发生反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) △H=Q kJ/mol。在T1℃时,反应进行到不同时间(min)测得各物质的浓度(mol/L)如下:
时间 浓度 | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
NO | 1.00 | 0.68 | 0.50 | 0.50 | 0.60 | 0.60 |
N2 | 0 | 0.16 | 0.25 | 0.25 | 0.30 | 0.30 |
CO2 | 0 | 0.16 | 0.25 | 0.25 | 0.30 | 0.30 |
①0~10min内,NO的平均反应速率v(NO)=______,T1℃时,该反应的平衡常数K= ;
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡,根据上表中的数据判断改变的条件可能是______(填字母编号)。
a.通入一定量的NO b.加入一定量的活性炭
c.加入合适的催化剂 d.适当缩小容器的体积
③若30min后升高温度至T2℃,达到平衡时,容器中NO、N2、CO2的浓度之比为3:1:1,则Q______0(填“>”或“<”)。
④在恒容条件下,能判断该反应一定达到化学平衡状态的依据是______(填选项编号)。
a.单位时间内生成2nmol NO(g)的同时消耗nmol CO2(g)
b.混合气体的平均相对分子质量不再发生改变
c.混合气体的密度不再发生改变
d.反应体系的压强不再发生改变
(2)某研究小组在实验室用某新型催化剂对CO、NO催化转化进行研究,测得NO转化为N2的转化率随温度、CO混存量的变化情况如下图所示,利用以下反应:
NO+CON2+CO2(有CO) 2NON2+O2(无CO)
①若不使用CO,温度超过775 ℃,发现NO的分解率降低,其可能的原因为 ;在n(NO)/n(CO)=1的条件下,应控制最佳温度在 左右。
②用CxHy(烃)催化还原NOx也可消除氮氧化物的污染。写出C2H6与NO2发生反应的化学方程式 。
(3)以NO2、O2、熔融NaNO3组成的燃料电池装置如下图所示,在使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y,则该电极反应式为 。
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(14分)铜及其化合物在工业、农业、科技和日常生活中有广泛应用。
(1)工业上利用辉铜矿(主要成分是Cu2S)冶炼铜。为了测定辉铜矿样品的纯度,用酸性高锰酸钾溶液反应,所得溶液加入Ba(NO3)2有白色沉淀生成。写出辉铜矿与高锰酸钾反应的离子方程式 。
(2)工业上利用废铜屑、废酸(含硝酸、硫酸)为主要原料制备硫酸铜晶体。某含有c(HNO3)=2 mol/L,c(H2SO4)=4 mol/L的废酸混合液100 mL(不使用其它酸或氧化剂),最多能制备硫酸铜晶体(CuSO4·5H2O)的质量为 〔M(CuSO4·5H2O)=250〕.
(3)现有一块含有铜绿〔Cu2(OH)2CO3〕的铜片(假设不含其它杂质)在空气中灼烧至完全反应,经测定,反应前后固体的质量相同。
①固态铜与适量氧气反应,能量变化如下图所示,写出固态铜与氧气反应生成1 mol固态氧化亚铜的热化学方程式 。
②上述铜片中铜的生锈率为 (金属生锈率=)。(结果保留到整数)
(4)自然界中各种原生铜的硫化物经氧化、淋滤作用后转化为硫酸铜溶液,并向深部渗透,遇到深层的闪锌矿(ZnS)和方铅矿(PbS),慢慢地转变为铜蓝(CuS)。
①硫化铜与氧气在淋滤作用下生成硫酸铜等,该过程的化学方程式为 。
②写出渗透到地下深层的硫酸铜溶液遇到闪锌矿发生反应的离子方程式 ,请用简短的语言解释该反应发生的原理 。
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NH3作为一种重要化工原料,被大量应用于工业生产,与其有关性质反应的催化剂研究曾被列入国家863计划。催化剂常具有较强的选择性,即专一性。已知:
反应I:4NH3(g) +5O2(g)4NO(g) +6H2O(g) △H=―905.0 kJ·molˉ1
反应 II:4NH3(g)+3O2(g)2N2(g) +6H2O(g) △H
(1)
化学键 | H—O | O=O | N≡N | N—H |
键能kJ·molˉ1 | 463 | 496 | 942 | 391 |
△H=__________________ 。
(2)在恒温恒容装置中充入一定量的NH3和O2,在某催化剂的作用下进行反应I,则下列有关叙述中正确的是__________________。
A.使用催化剂时,可降低该反应的活化能,加快其反应速率
B.若测得容器内4v正(NH3)=6v逆(H2O)时,说明反应已达平衡
C.当容器内=1时,说明反应已达平衡
(3)氨催化氧化时会发生上述两个竞争反应I、II。为分析某催化剂对该反应的选择性,在1L密闭容器中充入1 mol NH3和2mol O2,测得有关物质的量关系如下图:
①该催化剂在高温时选择反应____________ (填“ I ”或“ II”)。
② 520℃时,4NH3(g)+5O24NO(g) +6H2O(g)的平衡常数K=____________________________ (不要求得出计算结果,只需列出数字计算式)。
③有利于提高NH3转化为N2平衡转化率的措施有_______________
A.使用催化剂Pt/Ru
B.使用催化剂Cu/TiO2
C.增大NH3和O2的初始投料比
D.投料比不变,增加反应物的浓度
E.降低反应温度
(4)采用氨水吸收烟气中的SO2,
①若氨水与SO2恰好完全反应生成正盐,则此时溶液呈_____性(填“酸”或“碱”)常温下弱电解质的电离平衡常数如下:氨水:Kb=1.8×10ˉ5mol·Lˉ1;H2SO3 :Ka1=1.3×10ˉ2mol·Lˉ1,Ka2=6.3×10ˉ8mol·Lˉ1
②上述溶液中通入______气体可使溶液呈中性,(填“SO2”或NH3”)此时溶液离子浓度由大到小的顺序_________________________________。
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硼及其化合物广泛应用于高新材料领域,请回答下列有关问题:
(1)晶体硼的结构单元是正二十面体,每个单元中有12个硼原子(如图)。
①在基态11B原子中,核外存在______对自旋相反的电子。
②若每个单元中有两个原子为l0B,其余为11B,则该单元结构的类型有______种。
(2) NaBH4是一种重要的储氢载体,其中涉及元素的电负性由小到大的顺序为________,BH4-离子的空间构型是_____________,与BH4-互为等电子体的的分子有___________。
(3)硼酸(H3BO3)为白色片状晶体,有与石墨相似的层状结构,则硼酸晶体中存在的作用力有共价键、_____、_______。与H3BO3酸性最接近的是__________(填字母)。
A.H4SiO4 B.H3PO4 C.HNO2
(4)磷化硼是一种受到高度关注的耐磨涂料,它可用作金属的表面保护层。如图是磷化硼晶体的晶胞,B原子的杂化方式是___________。立方相氮化硼晶体的熔点要比磷化硼体高,其原因是______________。
(5)己知磷化硼的晶胞参数a=478 pm,请列式计算该晶体的密度p=______g.cm-3(用含NA的代数式表示即可, 不需要计算出结果)。晶胞中硼原子和磷原子最近的核间距为__________pm。
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减少氮的氧化物和碳的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一.
(1)己知:N2 (g) +O2 (g) =2NO (g)△H=+180.5kJ·mol-1
C (s) +O2 (g) =CO2 (g)△H=-393.5 kJ·mol-1
2C (s) +O2(g) =2CO (g)△H=-221 kJ·mol-1
若某反应的平衡常数表达式为:
请写出此反应的热化学方程式___________________。
(2)用CH4催化还原NOx可以消除污染,若将反应CH4+2NO2=CO2+2H2O+N2设计为原电池,电池内部是掺杂氧化钇的氧化锆晶体,可以传导O2-,则电池的正极反应式为______________。
(3)利用H2和CO2在一定条件下可以合成乙烯:6H2(g)+2CO2(g) CH2=CH2(g)+4H2O(g)己知不同温度对CO2的转化率及催化剂的效率影响如图所示,下列有关说法不正确的是_______(填序号)。
①不同条件下反应,N点的速率最大
②M点时平衡常数比N点时平衡常数大
③温度低于250℃时,随温度升高乙烯的产率增大
④实际反应应尽可能在较低的温度下进行,以提高CO2的转化率
(4)在密闭容器中充入5mol CO和4mol NO,发生上述(1)中某反应,如图为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。
回答下列问题:
①温度:T1______ T2(填“<”或“>”)。
②某温度下,若反应进行到10分钟达到平衡状态D点时,容器的体积为2L,则此时的平衡常数K=______(结果精确到两位小数);用CO的浓度变化表示的平均反应速率V(CO)=________。
③若在D虑对反应容器升温的同时扩大体积至体系压强减小,重新达到的平衡状态可能是图中A~G点中的_______点。
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以铬铁矿(主要成分为FeO·Cr2O3,还含有SiO2、Al2O3等杂质)为原料制备重铬酸钾(K2Cr2O7)的过程如下图所示。
已知:①某些金属氧化物跟熔融烧碱反映可生成盐。
②NaFeO2遇水发生强烈水解。
回答下列问题:
(1)氧化焙烧时将铬铁矿粉碎的目的是__________。写出焙烧铬铁矿生成Na2CrO4和NaFeO2的化学反应方程式_______________。
(2)滤液l的溶质除Na2CrO4和NaOH外,还含有______________。(填化学式)
(3)滤渣2经酸化处理后(调节pH约为3)可形成一种胶冻状凝胶其主要用途是______。(写一种)
(4)由Na2Cr2O7溶液(己除去Na2SO4)和KC1固体得到K2Cr2O7晶体的转化过程是________(填基本反应类型)。获得K2Cr2O7晶体的操作依次是:加热浓缩、_______、过滤、洗涤、干燥。
(5)欲降低废水中重金属元素铬的毒性,可将Cr2O72-转化为Cr(OH)3沉淀除去。室温时,Cr(OH)3Cr3+(aq)+3OH-(aq) Ksp=a.若c(Cr3+)=bmol/L,则溶液的pH=______用(含a和b的代数式表示,需化简)。
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