高考化学压轴题汇总及答案解析
1.亚硝酸钠(NaNO2)外观酷似食盐且有咸味,是一种常用的发色剂和防腐剂,使用过量会使人中毒,国际上对食品中亚硝酸钠的用量控制在很低的水平上。某学习小组针对亚硝酸钠设计了如下实验:
【实验Ⅰ】制备NaNO2
该小组查阅资料知:2NO+Na2O2===2NaNO2;2NO2+Na2O2===2NaNO3。
制备装置如图所示(夹持装置略去):
(1)装置D可将剩余的NO氧化成NO3(-),发生反应的离子方程式为____________。
(2)如果没有B装置,C中发生的副反应有_____________、____________。
(3)甲同学检查完装置气密性良好后进行实验,发现制得的NaNO2中混有较多的NaNO3杂质。于是进行了适当的改进,改进后提高了NaNO2的纯度,则其改进措施是________________________________。
【实验Ⅱ】测定制取的样品中NaNO2的含量
步骤:
a.在5个有编号的带刻度试管(比色管)中分别加入不同量的NaNO2溶液,各加入1 mL的M溶液(M遇NaNO2呈紫红色,NaNO2浓度越大颜色越深),再加蒸馏水至总体积均为10 mL并振荡,制成标准色阶:
试管编号 |
① |
② |
③ |
④ |
⑤ |
NaNO2含量/(mg·L-1) |
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
b.称量0.10 g制得的样品,溶于水配成500 mL溶液。取5 mL待测液,加入1 mL M溶液,再加蒸馏水至10 mL并振荡,与标准色阶比较。
(4)步骤b中比较结果是:待测液颜色与③标准色阶相同,则甲同学制得的样品中NaNO2的质量分数是________。
(5)用目视比色法证明维生素C可以有效降低NaNO2的含量。设计并完成下列实验报告。
实验方案 |
实验现象 |
实验结论 |
取5 mL待测液,加入______________,振荡,再加入1 mL M溶液,_________ ___________________________,再振荡,与③标准色阶对比 |
________________________________ |
维生素C可以有效降低NaNO2的含量 |
答案 (1)5NO+3MnO4(-)+4H+===5NO3(-)+3Mn2++2H2O
(2)2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑ 2NO+O2===2NO2 2NO2+Na2O2===2NaNO3
(3)在A、B之间增加装有水的洗气瓶
(4)40%
(5)维生素C 加入蒸馏水至总体积为10 mL 紫红色比③标准色阶浅
解析 (1)酸性KMnO4溶液具有强氧化性,能将NO氧化为NO3(-),反应的离子方程式为5NO+3MnO4(-)+4H+===5NO3(-)+3Mn2++2H2O。
(2)铜和稀硝酸反应制得的NO中含有杂质水蒸气。
(3)制得的NaNO2中混有较多的NaNO3杂质,说明制得的NO中混有NO2,故应在装置A、B之间增加装有水的洗气瓶,以除去杂质NO2。
(4)待测液颜色与③标准色阶相同,则甲同学制得的样品中NaNO2的质量是40 mg·L-1 ×0.01 L×5 mL(500 mL)=40 mg=0.04 g,故样品中NaNO2的质量分数=0.10 g(0.04 g)×100%=40%。
(5)取5 mL待测液,然后加入维生素C,再加入1 mL M溶液,最后加入蒸馏水至总体积为10 mL,若紫红色比③标准色阶浅,说明NaNO2的含量低,则可以证明维生素C可以有效降低NaNO2的含量。
2.碲(Te)位于元素周期表第ⅥA族,由该元素组成的物质可用作石油裂化的催化剂,电镀液的光亮剂,玻璃的着色材料,合金材料的添加剂等。碲化铜渣是电解精炼铜时产生的一种矿渣,其主要含Cu2Te、Au、Ag等,利用下列工艺流程可回收碲:
已知:TeO2的熔点为733 ℃,微溶于水,可溶于强酸和强碱。
回答下列问题:
(1)Te与S的最高价氧化物对应的水化物的酸性强弱顺序为________(用化学式表示)。
(2)“酸浸1”需加热,加热的目的是______________________,“酸浸1”发生反应的氧化产物是______________(写化学式)。
(3)“水浸”后“滤液1”的颜色是________。
(4)“滤渣1”进行“碱浸”的离子方程式是_____________________。
(5)“滤液2”加双氧水的目的是__________________________________,“操作1”的名称是____________________。
(6)“还原”制备碲粉的离子方程式为_______________________。
(7)从可持续发展意识和绿色化学观念来看,“滤渣2”进行酸浸的意义是________________________________。
答案 (1)H2SO4>H2TeO4
(2)加快浸出速率 CuSO4、TeO2
(3)蓝色(或浅蓝色)
(4)TeO2+2OH-===TeO3(2-)+H2O
(5)将Na2TeO3氧化为Na2TeO4 加热浓缩(或浓缩)
(6)TeO4(2-)+3SO3(2-)+2H+===3SO4(2-)+Te↓+H2O
(7)“滤渣2”经过酸浸可得到含CuSO4的滤液,并可达到回收Au、Ag的目的,符合可持续发展意识和绿色化学观念
解析 (1)S、Te同主族,同主族元素从上到下,非金属性逐渐减弱,故H2SO4的酸性比H2TeO4强。
(2)酸浸时加热的目的是提高浸出速率,结合流程图知,“酸浸1”发生反应的化学方程式为Cu2Te+2H2SO4+2O2△(=====)2CuSO4+TeO2+2H2O,故其氧化产物为CuSO4、TeO2。
(3)“滤液1”的溶质中含CuSO4,故“滤液1”的颜色为蓝色。
(4)“滤渣1”中含有TeO2,TeO2溶解于NaOH溶液生成亚碲酸盐,故反应的离子方程式为TeO2+2OH-===TeO3(2-)+H2O。
(5)“碱浸”后滤液2中的溶质的主要成分是Na2TeO3,该物质与Na2SO3类似,具有较强的还原性,加入双氧水可将其氧化为Na2TeO4。“操作1”的后续物质为“Na2TeO4浓溶液”,故该操作为加热浓缩。
(6)由流程图可知,“还原”的反应物为Na2TeO4、Na2SO3、H2SO4,生成物有单质Te,故发生的是酸性条件下Na2SO3还原Na2TeO4的反应,反应的离子方程式为TeO4(2-)+3SO3(2-)+2H+===3SO4(2-)+Te↓+H2O
(7)分析流程图并结合碲化铜渣中含Au、Ag等,知“滤渣2”经酸浸后可得到含CuSO4的滤液,并可回收Au、Ag,符合可持续发展意识和绿色化学观念。
3.为了改善环境,科学家投入了大量的精力研究碳、氮及其化合物的转化。请回答下列有关问题:
(1)利用N2与H2合成氨是重要的工业反应,下图为反应过程中的能量变化关系。
①反应中加入铁粉可以提高反应速率,其原因是____________________。
②已知某些化学键键能数据如下表:
化学键 |
H—H |
N≡N |
N—H |
E/(kJ/mol) |
436 |
946 |
391 |
反应2(1)N2(g)+2(3)H2(g) NH3(g)的活化能Ea=254 kJ/mol,则反应NH3(g) 2(1)N2(g)+2(3)H2(g)的活化能Eb=________ kJ/mol。
(2)汽车内燃机工作时会将N2转化为NO,反应式为N2(g)+O2(g)2NO(g),该反应在不同温度下的平衡常数K如下表:
温度 |
27 ℃ |
2000 ℃ |
K |
3.8×10-31 |
0.1 |
温度为2000 ℃,某时刻测得反应体系中各物质的浓度分别为c(N2)=0.2 mol/L,c(O2)=0.03 mol/L,c(NO)=0.03 mol/L,此时该反应的速率(v)应满足的关系为________(填字母序号)。
A.v正>v逆 B.v正=v逆
C.v正<v逆 D.无法确定
(3)工业上可将CO转化成甲醇,反应式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。若在一容积可变的密闭容器中充入1 mol CO和2 mol H2进行反应,初始体积为3 L,保持压强不变,反应后CO的平衡转化率随温度(T)的变化如图中曲线所示。
①若所加的CO和H2的量以及反应温度均不变,则达到平衡状态A、B时的压强pA________pB(填“>”“<”或“=”),其原因是__________________________。
②若达到化学平衡状态A时,CO的体积分数为25%,此时CO的转化率为__________;平衡常数KA=__________。
答案 (1)①降低了合成氨反应的活化能
②300 (2)C
(3)①< 该反应为气体分子数减小的反应,增大压强,有利于平衡正向移动,CO转化率升高,故pA<pB ②50% 4 L2/mol2
解析 (1)①通过图像可以看出,铁粉降低了合成氨反应的活化能,作催化剂,提高了反应速率。
②反应2(1)N2(g)+2(3)H2(g)NH3(g),反应热=反应物断键吸收的总能量-生成物成键放出的总能量=(436×1.5+946×0.5-3×391) kJ/mol=-46 kJ/mol。反应热=Ea-Eb=-46 kJ/mol,254 kJ/mol-Eb=-46 kJ/mol,Eb=300 kJ/mol,所以反应NH3(g)2(1)N2(g)+2(3)H2(g)的活化能Eb=300 kJ/mol。
(2)Q=0.2×0.03(0.032)=0.15>K=0.1,平衡逆向移动,v正<v逆。
(3)①该反应为气体分子数减小的反应,增大压强,平衡右移,CO转化率升高,所以根据图像可知,pA小于pB。
②设一氧化碳的变化量为x mol:
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始量/mol 1 2 0
变化量/mol x 2x x
平衡量/mol 1-x 2-2x x
若达到化学平衡状态A时,CO的体积分数为25%,则1-x+2-2x+x(1-x)=0.25,x=0.5,此时CO的转化率为1(0.5)×100%=50%。根据同温同压下,气体的物质的量与气体体积成正比规律,反应前混合气体为3 mol,体积为3 L,反应后混合气体为2 mol,体积为2 L,平衡后各物质浓度为c(CH3OH)=2 L(0.5 mol)=0.25 mol/L,c(CO)=2 L(0.5 mol)=0.25 mol/L,c(H2)=2 L(1 mol)=0.5 mol/L,平衡常数KA=c(CO)c2(H2)(c(CH3OH))=0.25 mol/L×(0.5 mol/L)2(0.25 mol/L)=4 L2/mol2。
4.[化学——选修3:物质结构与性质]
氢化铝钠(NaAlH4)是一种新型轻质储氢材料。掺入少量Ti的NaAlH4在150 ℃时释氢,在170 ℃、15.2 MPa条件下又重复吸氢。NaAlH4可由AlCl3和NaH在适当条件下合成。NaAlH4的晶胞结构如图所示。
(1)基态Ti原子的价电子轨道表示式为_________________。
(2)NaH的熔点为800 ℃,不溶于有机溶剂。NaH属于________晶体,其电子式为________。
(3)AlCl3在178 ℃时升华,其蒸气的相对分子质量约为267,蒸气分子的结构式为________(标明配位键)。
(4)AlH4(-)中,Al的轨道杂化方式为________;列举与AlH4(-)空间构型相同的两种离子________(填化学式)。
(5)NaAlH4晶体中,与Na+紧邻且等距的AlH4(-)有________个;NaAlH4晶体的密度为________g·cm-3(用含a的代数式表示)。若NaAlH4晶胞底心处的Na+被Li+取代,得到的晶体为________(填化学式)。
(6)NaAlH4的释氢机理为:每3个AlH4(-)中,有2个分别释放出3个H原子和1个Al原子,同时与该Al原子最近邻的Na原子转移到被释放的Al原子留下的空位,形成新的结构。这种结构变化由表面层扩展到整个晶体,从而释放出氢气。该释氢过程可用化学方程式表示为___________________。
答案 (1)
(2)离子 Na+[·(·)H]-
(3)
(4)sp3 NH4(+)、BH4(-)(或SO4(2-)、PO4(3-)等其他合理答案)
(5)8 301a3(54)×1021(108) Na3Li(AlH4)4
(6)3NaAlH4===Na3AlH6+2Al+3H2↑
解析 (3)AlCl3的相对分子质量为133.5,蒸气的相对分子质量约为267,显然蒸气由两个AlCl3分子聚合而成,AlCl3中1个Al与3个Cl形成3个共价键,Al最外层电子全部参与成键,因此配位键只能是Cl提供孤对电子,Al提供空轨道,结构式为。
(5)根据图示,NaAlH4晶体中,与Na+紧邻且等距的AlH4(-)有8个(顶点4个、面心4个)。该晶胞中Na+个数为4×4(1)+6×2(1)=4,AlH4(-)个数为8×8(1)+4×2(1)+1=4,NaAlH4晶体的密度为NA(54×4) g÷(a×10-7 cm×a×10-7 cm×2a×10-7 cm)=NAa3(108)×1021 g·cm-3。
5.[化学——选修5:有机化学基础]
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 mol M与足量碳酸氢钠溶液反应生成2 mol CO2,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(无机试剂任选)。
答案 (1)加成反应 醛基
(2)14
(3)
(4)10
(5)
解析 A的相对分子质量是28,A是乙烯,与水加成生成B乙醇,催化氧化生成C乙醛。C与D发生醛基的加成反应生成E,E在浓硫酸的作用下发生消去反应生成的F为,F发生银镜反应并酸化后生成的G为。G发生水解反应生成H,H与乙醇发生取代反应生成咖啡酸乙酯。
(1)根据以上分析可知C+D→E的反应类型为加成反应。F中含氧官能团的名称是醛基。
(2)醛基和苯环均是平面形结构,则D分子中位于同一平面上的原子最多有14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 mol M与足量碳酸氢钠溶液反应生成2 mol CO2,说明含有2个羧基,如果苯环上有3个取代基,应该是2个羧基和1个甲基,有6种;如果是两个取代基,应该是—COOH和—CH2COOH,有3种;如果是一个取代基,应该是—CH(COOH)2,M的结构其有10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)根据已知信息结合逆推法可知以甲醛、C为原料合成C5H12O4的路线为CH3CHO足量甲醛
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