【题目】甲醇(CH3OH)是重要的有机化工原料,可用于制取氢气、甲酸甲酯(HCOOCH3)。(1) 在一定条件下用氧气催化氧化甲醇制氢气,原料气中n(O2)/n(CH3OH)对反应的选择性影响如图所示(选择性越大表示生成的该物质越多)。当n(O2)/n(CH3OH)=0.25 时,主要反应的化学方程式为____________,制备H2 时最好控制n(O2)/n(CH3OH)=___________。
(2)甲醇催化脱氢制甲酸甲酯的反应为:2CH3OH(g)HCOOCH3(g)+2H2(g) △H =a kJ·mol-1
①已知 :CO(g)+ l/2O2(g)=CO2(g) △H1 =-283kJ·mol-1
2CH3OH(g)+O2(g)=2CO2(g)+4 H2(g) △H2 =-386kJ·mol-1
2CO(g)+2 H2(g)=HCOOCH3(g ) △H3 =-134kJ·mol-1
a=_________________。
②在310℃下,将2mol 甲醇置于VL恒容密闭容器中,反应20 分钟后到达平衡,平衡时甲醇和氢气的分压相等。从开始到平衡时甲醇的平均反应速率为____ mol·L-1·min-1,若平衡时气体总压为P总=5×104Pa,Kp=_______。(已知: Kp是用平衡气体分压代替平衡浓度求得的平衡常数。气体分压=气体总压×气体的物质的量分数)。若在310℃下,将2mol 甲醇置于VL恒压密闭容器中,反应到达平衡时甲醇的分压______氢气的分压(填“>”,“=”或“<”)。
(3) 电解法可消除甲醇对水质造成的污染,原理是: 通电将Co2+ 氧化成Co3+,然后Co3+将甲醇氧化成CO2和H+(用石墨烯吸附除去Co2+)。现用如图所示装置模拟上述过程,请写出:
①阴极的电极反应式_______________________________________。
②除去甲醇的离子方程式为_________________________。
【答案】 2CH3OH+O22HCHO+2H2O 0.5 46 1/(20V)(或0.05/V) 1×104(或1×104Pa) < 2H++2e-=H2↑ 6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6H++6Co2+
【解析】(1)由图可知当n(O2)/n(CH3OH) =0.25时得到的产物是甲醛,CH3OH与O2发生的主要反应方程式为2CH3OH+O22HCHO+2H2O;在制备H2时由于在n(O2)/n(CH3OH) =0.5时选择性最高,所以最好控制n(O2)/n(CH3OH)= 0.5;(2) ①已知:CO(g)+l/2O2(g)=CO2(g) △H1 =-283kJ·mol-1 ;2CH3OH(g)+O2(g)=2CO2(g)+4 H2(g) △H2 =-386kJ·mol-1 ;2CO(g)+2 H2(g)=HCOOCH3(g) △H3 =-134kJ·mol-1 ;根据盖斯定律,由②+③-①得反应2CH3OH(g)HCOOCH3(g)+2H2(g) △H =△H2+ △H3 - △H1 =-386kJ·mol-1 -134kJ·mol-1 +283kJ·mol-1 =+46 kJ·mol-1 ,故a=46;
②设平衡时甲醇消耗的物质的量为x,则2CH3OH(g)HCOOCH3(g)+2H2(g)
开始时的物质的量(mol) 2 0 0
改变的物质的量(mol) x 0.5x x
平衡时的物质的量(mol) 2-x 0.5x x
故2-x=x,x=1mol,从开始到平衡时甲醇的平均反应速率为=mol·L-1·min-1;平衡时CH3OH、HCOOCH3、H2的物质的量分别为1mol、0.5mol、1mol,Kp==1×104Pa;(3) 通电后,电解池中水电离产生的氢离子得电子产生氢气,阴极电极反应式为2H++2e-=H2↑;将Co2+氧化成Co3+,电解池中阳极失电子发生氧化反应,电极反应为Co2+-e-=Co3+;以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化,自身被还原为Co2+,结合原子守恒与电荷守恒可知,还原生成H+,配平书写离子方程式为:6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+。
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【题目】金属铬与铁具有相似的化学性质。醋酸亚铬水合物[Cr(CH3COO)2]2·2H2O(摩尔质量376g/mol)是一种氧气吸收剂,红棕色晶体,易被氧化;易溶于盐酸,微溶于乙醇,难溶于水和乙醚。其制备装置(已省略加热及支持装置)和步骤如下:
I.组装实验仪器后,首先进行必要的操作A。
II.往三颈烧瓶中依次加入过量锌粒、适量CrCl3溶液,再往其它仪器中加入相应的药品。
III.关闭K2,打开K1,旋开分液漏斗的旋塞并控制好滴速。
IV.待三颈烧瓶内的溶液由深绿色(Cr3+)变为亮蓝色(Cr2+)时,把溶液自动转移到装置乙中,当出现大量红棕色晶体时,关闭分液漏斗旋塞。
V.将装置乙中混合物快速过滤、洗涤和干燥,称量。
回答下列问题:
(1)步骤I中“操作A”为_____________;装置丙中导管口水封的目的主要是_________________________________。
(2)三颈烧瓶中的锌除与盐酸反应外,另发生的一个反应的化学方程式为_______________。
(3)步骤IV中溶液自动转移至装置乙中的实验操作为_______________;生成红棕色晶体的离子反应方程式____________________________。
(4)为得到纯净干燥的产品,洗涤时按使用的先后顺序选用下列洗涤剂__________(填序号)。
①乙醚②蒸馏水(煮沸冷却) ③无水乙醇 ④盐酸
(5)一定条件下[Cr(CH3COO)2]2·2H2O受热反应得到的气态产物含CO、CO2。请从丁、戊、己装置中选取必要装置检验这两种气体(不考虑尾气处理):
气态产物→_______________________→a(填接口字母序号)。
(6已知实验所用到的试剂中,CrCl3溶液中含溶质19.02g,0.1mol/L醋酸钠溶液为1.6L,其它反应物足量。实验后得到纯净干燥的[Cr(CH3COO)2]2·2H2O晶体11.28g,则该实验所得产品的产率为________(结果保留2位有效数字)。
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【题目】某新型中温全瓷铁一空气二次电池,其结构如图所示。下列有关该电池的说法正确的是
A. 放电时O2-从a移向b B. 放电时负极的电极反应为O2+4e-=2O2-
C. 充电时1molFe 氧化为FeOx,转移2xmole- D. 充电时a 与电源的负极相连。
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【题目】二氧化氯(ClO2) 作为一种高效强氧化剂,已被联合国世界卫生组织(WHO)列为AI级安全消毒剂。某研究小组设计如图所示装置制备ClO2和NaClO2。已知: ClO2熔点一59℃、沸点11℃,常温下ClO2为黄绿色或橘黄色气体,ClO2浓度过高或受热易分解,甚至会爆炸。NaClO2 高于60℃时分解生成NaClO3和NaCl。
(1)装置连接好后,加入药品前需进行的操作是____________________________________。
(2)使用恒压分液漏斗的目的是_________________;仪器B 的作用是_________________。
(3)A 中反应为2NaClO3+H2O2+H2SO4=2C1O2↑+O2↑+Na2SO4+2H2O。
C 中反应的化学方程式是_______________, 冷水浴的目的是_________________________。
(4) 实验中持续通入空气能稀释生成的ClO2并将其排到C处。若空气的流速太慢可能造成的后果是_______________________________________。
(5)已知: ClO2被I-还原为ClO2-、Cl-的转化率与溶液pH 的关系如图所示。当pH≤2.0 时,ClO2-也能被I- 完全还原为Cl-。反应生成的I2与Na2S2O3 反应的方程式: 2Na2S2O3+ I2= Na2S4O6 + 2NaI。
用ClO2消毒的饮用水中含有ClO2、ClO2-。测定饮用水中ClO2、ClO2-的含量,分两步进行:
①用紫外分光光度法测得水样中ClO2的含量为amol/L。
②用滴定法测量ClO2-的含量。请完成相应的实验步骤:
步骤1: 准确量取VmL 上述水样加入锥形瓶中。
步骤2: 调节水样的pH________。
步骤3: 加入足量的KI 晶体,充分反应。
步骤4: 加入少量淀粉溶液,用cmol/L Na2S2O3 溶液滴定至终点,消耗Na2S2O3 溶液V1mL。
根据上述分析数据,测得该饮用水中ClO2-的浓度为____mol/L( 用含字母的代数式表示)。
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【题目】N 是一种重要的元素,其单质及化合物在诸多领域中都有广泛的应用。
(1)基态N 原子的核外电子排布式是_____________;最高能级的电子云轮廓图形状为_____________;N原子的第一电离能比O原子的大,其原因是_________________________。
(2)在高压下氮气会发生聚合得到高聚氮,晶体结构如图所示。晶体中每个氮原子与另外三个氮原子结合形成空间网状结构。氮原子的杂化轨道类型为_________。这种高聚氮N-N 键的键能为160kJ/mol,而N2 的键能为942kJ/mol,其可能潜在的应用是______________________。
(3)南京理工大学团队成功合成了能在室温稳定存在的五氮阴离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl,经X射线衍射测得晶体结构,其局部结构如图所示(其中N5-的立体结构是平面五元环)。下列说法正确的是________。
A.所有N 原子的价电子层均有孤对电子 B.两种阳离子均含有配位键
C.两种阳离子不是等电子体 D.阴阳离子之间只存在离子键
(4)NH3 与F2 反应生成NF3 和NH4F,这四种物质中,沸点由高到低的顺序是______;NF3中氮元素显_______价;属极性分子的有_________________。
(5)立方氮化硼称为超硬材料。晶胞结构如图所示:
硼原子的配位数是__________。若晶胞参数为anm,则晶体的密度为____g·cm3 (用NA 表示阿伏伽德罗常数的值,列出代数式)。
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【题目】某学习小组用如图所示装置测定铝镁合金中铝的质量分数和铝的相对原子质量。
(1)A中试剂为____________________。
(2)实验前,先将铝镁合金在稀酸中浸泡片刻,其目的是____________________。
(3)检查气密性,将药品和水装入各仪器中,连接好装置后,需进行的操作还有:
①记录C的液面位置;②由A向B中滴加足量试剂;
③将B中剩余固体过滤,洗涤,干燥,称重;
④待B中不 再有气体产生并恢复至室温后,记录C的液面位置;
上述操作的顺序是_________(填序号);记录C的液面位置时,应________________ ,读数时视线_______。
(4)B中发生反应的离子方程式为____________________________________ 。
(5)若实验用铝镁合金的质量为m g,测得氢气体积为a mL(已换算为标准状况), B中剩余固体的质量为n g,则铝的相对原子质量为_____
(6)实验过程中,若未洗涤过滤所得的不溶物,则测得铝的质量分数将________。(填“偏大”、“偏小”或“不受影响”)
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【题目】咖啡酸乙酯具有抗炎作用且有治疗自身免疫性疾病的潜力,其合成路线如图所示:
回答下列问题:
(1)C+D→E反应类型为______。F中含氧官能团的名称是______。
(2)D分子中位于同一平面上的原子最多有______个。G的结构简式为______。
(3)H→咖啡酸乙酯的化学方程式为______。
(4)芳香族化合物M是H的同分异构体,1 molM与足量碳酸氢钠溶液反应生成2 molCO2,M的结构有______种;其中核磁共振氢谱为5组峰,峰面积比为1∶2∶2∶2∶1的结构简式为______。
(5)以上图中的C和甲醛为原料,设计合成C5H12O4()的路线(无机试剂任任选)。________________________
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【题目】下图表示细胞内某些有机物的元素组成和功能关系,其中A、B代表元素,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是生物大分子,图中X、Y、Z、P分别为构成生物大分子的基本单位。请回答下列问题:
(1)图中X是________,Ⅰ在小麦种子中主要是指__________,在动物细胞是指_________。
(2)图中A是指________,Y为__________ ,由它合成的Ⅱ是__________。
(3)图中________是大肠杆菌的遗传物质,图中_______是HIV的遗传物质。
(4)图中P生成Ⅳ反应场所是________。
(5)构成细胞的化合物中,随着年龄增长会明显减少的主要是_________。
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