用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO3-)已成为环境修复研究的热点之一。
(1)Fe还原水体中NO3-的反应原理如图所示。
①作负极的物质是________。
②正极的电极反应式是_________。
(2)将足量铁粉投入水体中,经24小时测定NO3—的去除率和pH,结果如下:
初始pH | pH=2.5 | pH=4.5 |
NO3—的去除率 | 接近100% | <50% |
24小时pH | 接近中性 | 接近中性 |
铁的最终物质形态 |
pH=4.5时,NO3—的去除率低。其原因是________。
(3)实验发现:在初始pH=4.5的水体中投入足量铁粉的同时,补充一定量的Fe2+可以明显提高NO3—的去除率。对Fe2+的作用提出两种假设:
Ⅰ. Fe2+直接还原NO3—;
Ⅱ. Fe2+破坏FeO(OH)氧化层。
①做对比实验,结果如图所示,可得到的结论是_______。
②同位素示踪法证实Fe2+能与FeO(OH)反应生成Fe3O4。结合该反应的离子方程式,解释加入Fe2+提高NO3—去除率的原因:______。
(4)其他条件与(2)相同,经1小时测定NO3—的去除率和pH,结果如下:
初始pH | pH=2.5 | pH=4.5 |
NO3—的去除率 | 约10% | 约3% |
1小时pH | 接近中性 | 接近中性 |
与(2)中数据对比,解释(2)中初始pH不同时,NO3—去除率和铁的最终物质形态不同的原因:__________。
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有机物F ()是合成某种药物的中间体,它的一种合成路线如图所示:
回答下列问题:
(1)A的结构简式为_________________。
(2)检验B中官能团的实验操作是____。
(3)D中官能团的名称是_______,①-④中属于加成反应的是________________(填序号)。
(4)反应③的化学方程式为_________。
(5)反应⑤的生成物有两种,除了 F以外,另一种产物为____________________________。
(6)满足下列条件的D的同分异构体有__________种。(不考虑立体异构)
①能与FeCl3溶液发生显色反应;②能发生银镜反应;③分子中有1个乙基。
(7)请仿照E的合成路线,设计由合成的路线:
___________________________。
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卤素化学丰富多彩,化合物类型多,如卤化物、卤素互化物、多卤化物等;还有拟卤素,形成的单质和化合物。
(1)溴元素在周期表中的位置为________________,碘原子的价层电子排布图为________________。
(2)气态氟化氢中存在二聚分子(HF)2。这是由于_______________________。
(3)I3+属于多卤素阳离子,其空间构型为_____________。中心原子的杂化轨道类型为______________。
(4)卤素互化物如IBr、ICl等与卤素单质结构和性质相似。Cl2、IBr、ICl沸点由高到低的顺序为__________。
(5)拟卤素(CN)2、(SCN)2等的性质也与卤素单质性质相似,其中(CN)2组成中电负性较大的元素是___________;写出与SCN-互为等电子体的微粒的化学式:______________(写两种),在硫酸铜溶液中加入过量KCN溶液生成的配离子[Cu(CN)4]2-的配位数为____________。
(6)请推测①HC1O4、②HIO4、③H5IO6[可写成(HO)5IO]三种物质的酸性由强到弱的顺序为______________(填序号)。
(7)由卤族元素F和K、Ni三种元素组成的一种化合物的晶胞如图所示,该晶体的密度为dg·cm-3,则阿伏加德罗常数为_______________(只要求列出算式)。
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铈是地壳中含量最高的稀土元素,二氧化铈(CeO2)是其重要的化合物。平板液晶显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末,其中含CeO2、SiO2、Fe2O3等物质,某实验小组以此粉末为原料回收铈,设计流程如图所示:
(1)步骤Ⅰ加入过量盐酸后,溶液a中的阳有离子___________________。
(2)步骤Ⅱ中反应的氧化剂和还原剂的物质的量之为___________。
(3)为了使步骤Ⅲ所得悬浊液中的Ce3+浓度为1×10-6mol·L-1,则加入NaOH调节溶液的pH应为____________[已知:Ce(OH)3的Ksp=8.0×10-21,lg2=0.3]。
(4)将NH4Cl固体与CeCl3·6H2O混合真空加热可得无水CeCl3,其中加入NH4Cl的作用是__________。
(5)第Ⅴ步反应的化学方程式是____________________;用反应得到的悬浊液制备纯净的Ce(OH)4需进行的实验操作为______________。
(6)对CeCl3样品纯度进行测定的方法:准确称取样品wg配成100mL溶液,取25.00mL置于锥形瓶中,加入稍过量的过二硫酸铵[(NH4)2S2O8]溶液将Ce3+氧化为Ce4+,然后用萃取剂[用(HT2)表示]萃取Ce4+,再用cmol·L-1(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点(其离子反应方程式为Ce4++Fe2+=Ce3++Fe3+),重复2~3次,平均消耗VmL标准溶液。
①“萃取”时存在反应:Ce4++n(HT)2Ce(H2n-4)+4H+,若要提高滴定的准确率,应使溶液呈______性(填“酸”“中”或“碱”)。
②经计算,CeCl3样品的纯度为________________。 [M(CeCl3)=246.5g·mol-1]
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CO是煤气的主要成分之一,H2S是许多煤化工产品的原料气。工业上,生产水煤气的主要反应如下:
Ⅰ.H2O(g)+C(s)=CO(g)+H2(g) △H=x kJ·mol-1
Ⅱ. CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H =-41.2kJ • mol-1
(1)已知:2C(8)+O2(g)=2CO(g) △H =-220kJ • mol-1;利用下表中几种共价键的键能可以确定氢气
燃烧生成气态水的热化学反应方程式。
化学键 | O=O | H-H | O-H |
键能(kJ/mol) | 496 | 436 | 462 |
则H2O(g)+C(s)=CO(g)+H2(s) △H=___________kJ·mol-1
(2)一定温度下,在1.0L密闭容器中放入1molC(s)、1molH2O(g)进行反应,反应时间(f)与容器内气体总压强(P)的数据如图:
回答下列问题:
①下列事实能够说明该反应达到平衡状态的是________(填序号)。
a.各反应物和生成物浓度相等 b.该反应的△H不变
c. v正(CO)=v逆(H2) d.混合气体的平均相对分子质量不变
②由图中数据计算,该反应的平衡常数K=___________(精确到小数点后第二位)。
(3)现有两个体积相同的2L恒容密闭容器M、N,在M中充入1mol CO和1mol H2O,在N中充入1molCO2和1molH2,均在700℃下开始按Ⅱ进行反应,达到平衡时,容器M中CO的转化率α1与容器N中CO2的转化率α2的关系为________ (写数学表达式)。
(4)氢硫酸、碳酸均为二元弱酸,其常温下的电离常数如下表:
电离平衡常数 | H2CO3 | H2S |
Ka1 | 4.4×l0-7 | 1.3×l0-7 |
Ka2 | 4.7×10-11 | 7. l×l0-15 |
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,反应后溶液中的离子浓度由大到小的顺序为____________________。
(5)硫化氢高温分解得到单质硫,钠硫电池以熔融金属钠、熔融硫和多硫化钠(Na2Sx)分别作为两个电极的反应物,固体Al2O3陶瓷(可传导Na+)为电解质,电池的总反应为2Na+xSNa2Sx(3,反应原理如图17所示;则电池放电时,正极反应式为:_____________________。
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实验室可用草酸(H2C2O4)在浓硫酸的作用下分解得一氧化碳,某研究小组利用如图所示装置探究温度对CO还原Fe2O3的影响(固定装置略):
(1)草酸(H2C2O4)在浓硫酸的作用下分解制取一氧化碳的化学方程式为_____________________。
(2)装置C的作用是_______________,加热D装置之前需进行的操作是___________________。
(3)将研究小组分为两组,按上图装置进行对比实验,甲组用酒精灯、乙组用酒精灯对装置D加热,反应产物均为黑色粉末(纯净物),两组分别用产物进行以下实验:
步骤 | 操作 | 甲组现象 | 乙组现象 |
1 | 取黑色粉末加入稀硫酸 | 溶解,无气泡 | 溶解,有气泡 |
2 | 取步骤1中溶液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液 | 蓝色沉淀 | 蓝色沉淀 |
3 | 取步骤1中溶液,滴加KSCN溶液 | 变红 | 无现象 |
4 | 向步骤3溶液中滴加新制氯水 | 红色褪去 | 先变红,后褪色 |
①甲组步骤1中反应的化学方程式为_________________________。
②甲组步骤3中,溶液变红的离子方程式为______________________。
③乙组得到的黑色粉末是_____________(填化学式)。
④乙组步骤4中,溶液褪色可能的原因及其验证方法为_______________________。
(4)该装置的改进措施除了在E装置后加尾气处理装置外还需_______________________。
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(10分)化合物A是尿路结石的主要成分,属于结晶水合物,可用X·nH2O表示。在一定条件下有如下图所示的转化关系:
已知:
①经分析,上图中的各字母代表的物质均由常见元素(原子序数≤20)组成,其中X由三种元素组成;A、D晶体中阴、阳离子个数比都是1∶1;D中的阳离子与C分子有相同的电子数,A中的阳离子与D中的阴离子的电子层结构相同。
② G、H是常见的气体单质,E、K、L是常见的气体化合物;E被人体吸入会与血红蛋白结合而使人中毒,K的大量排放是造成地球温室效应的一个主要原因。
③反应②、③是重要的化工反应,I是一种重要的化工原料。
④上图中的部分变化经定量测定,得到如右图所示的固体产物的质量m随温度[t (℃)]的变化曲线。回答下列问题:
(1)写出A的化学式: ,D中阴离子的结构示意图为 ;
(2)反应①的化学方程式为: 。
(3)K与G在一定条件下可生成多种物质,既可获得经济效益,也减少对环境的污染。
① 若O是一种易挥发的液态燃料,有毒,误饮5-10mL会导致双目失明。则O的分子式为: 。
② 若O是K与G按1∶3的比例反应而得,则O可能是 。(填编号)
A.烷烃 B.烯烃 C.炔烃 D.芳香烃
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汽车尾气中CO、氮氧化物(NOx)严重影响人们的生活和健康,化学工作者对氮氧化物的处理做了广泛而深人的研究。
I.利用甲烷还原NOx
①CH4(g)+4N02(g)=4NO(g)+C02(g)+2H2O(g) △H1=-574kJ/mol;
②CH4(g)+4N0(g)=2N2(g)+C02(g)+2H2O(g) △H2=-1160kJ/mol。
(1)甲烷直接将N02 还原为N2的热化学方程式为_________。
(2)在恒容(2L)密闭容器中充入lmolCH4和2molNO2进行(1)中反应,CH4的平衡转化率 (CH4)与温度和压强的关系如图甲所示。
①若容器中的压强为p2, y点:v正_____v逆(填“大于”“等于”或“小于”)。
②图中压强由大到小为______,理由是____________________。
③ x 点对应温度下反应的平衡常数K=________。
II.某研究小组以Ag—ZSM—5为催化剂模拟汽车尾气的处理,实现NO和CO反应转化为无毒气体,同时利用反应放出的热量预热NO和CO。实验测得NO的转化率随温度的变化如图乙所示。
(1)低于773K时,NO的转化率______(填“是”或者“不是”)对应温度下的平衡转化率,判断理由是_______,高于773K,NO的转化率降低的可能原因是______(填序号)。
A.平衡常数变大 B.催化剂的活性降低 C.反应活化能增大
(2)为提高汽车尾气中NO的转化率,除了改变温度、压强外,还可以采取的措施有____________。
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高纯度的氢氧化镁广泛应用于医药、电力等领域。镁硅酸盐矿石可用于生产氢氧化镁,简要工艺流程如图所示。
已知:①溶液I中除MgSO4外,还含有少量Fe3+、Al3+、Fe2+等离子;
②几种金属阳离子的氢氧化物沉淀时的pH如下表所示:
Fe3+ | A13+ | Fe2+ | Mg2+ | |
开始沉淀时 | 1.5 | 3.3 | 6.5 | 9.4 |
沉淀完全时 | 3.7 | 5.2 | 9.7 | 12.4 |
(1)镁硅酸盐矿石中有一种俗称茧青石,化学式为Mg2Al4Si5018,它的氧化物形式为________。
(2)如何检验溶液I中的Fe2+?____________。
(3)向溶液I中加入X试剂的作用是________,加入的两种试剂的先后顺序是_______(填化学式)。
(4)从溶液I中得到沉淀的合理pH为________(填序号)。
A. 3.3 B. 3.7 C. 5.8 D.9.5
(5)加入H2O2溶液反应的离子方程式是__________。
(6)如图是溶液II充分反应时,Mg2+的转化率随温度T的变化示意图。
①向溶液II中加入氨水反应的离子方程式是____________。
②T1前Mg2+转化率增大的原因是___________; T1后Mg2+转化率下降的原因是__________(用化学方程式和文字表示)。
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(1)写出醋酸在水溶液中的电离方程式 。若某温度下,CH3COOH(aq)与NaOH(aq)反应的△H=" -" 46.8kJ·mol-1,HCl(aq)与NaOH(aq)反应的△H=" -" 55.6 kJ·mol-1,则CH3COOH在水溶液中电离的△H= kJ·mol-1。
(2)某温度下,实验测得0.1mol·L-1醋酸电离度约为1.5%,则该温度下0.1mol·L-1CH3COOH的电离平衡常数K=________(列出计算式,已知电离度)
(3)近年来化学家研究开发出用乙烯和乙酸为原料、杂多酸作催化剂合成乙酸乙酯的新工艺,不必生产乙醇或乙醛做中间体,使产品成本降低,具有明显经济优势。其合成的基本反应如下:
下列描述能说明乙烯与乙酸合成乙酸乙酯的反应已达化学平衡的是 。
A.乙烯、乙酸、乙酸乙酯的浓度相同 |
B.酯化合成反应的速率与酯分解反应的速率相等 |
C.乙烯断开1mol碳碳双键的同时乙酸恰好消耗1mol |
D.体系中乙烯的百分含量一定 |
(4)在n(乙烯)与n(乙酸)物料比为1的条件下,某研究小组在不同压强下进行了在相同时间点乙酸乙酯的产率随温度的变化的测定实验,实验结果如图所示。回答下列问题:
① 温度在60~80℃范围内,乙烯与乙酸酯化合成反应速率由大到小的顺序是 [用(P1)、(P2)、(P3)分别表示不同压强下的反应速率],分析其原因为 。
②压强为P1MPa、温度60℃时,若乙酸乙酯的产率为30℅,则此时乙烯的转化率为 。
③在压强为P1MPa、温度超过80℃时,乙酸乙酯产率下降的原因可能是_________。
④根据测定实验结果分析,较适宜的生产条件是 (填出合适的压强和温度)。为提高乙酸乙酯的合成速率和产率,可以采取的措施有 (任写出一条)。
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