[化学—选修3:物质结构与性质] 化学作为一门基础自然科学,在材料科学、生命科学、能源科学等诸多领域发挥着重要作用。
(1)高温超导材料钇钡铜氧的化学式为YBaCu3O7,其中1/3的Cu以罕见的Cu3+形式存在。Cu在元素周期表中的位置为____ ,基态Cu3+的核外电子排布式为_ _______。
(2)磁性材料在生活和科学技术中应用广泛。研究表明,若构成化合物的阳离子有未成对电子时,则该化合物具有磁性。下列物质适合作录音磁带磁粉原料的为____(填选项字母)。
A. V2O5 B.CrO2 C.PbO D.ZnO
(3)屠呦呦因在抗疟药——青蒿素研究中的杰出贡献,成为首获科学类诺贝尔奖的中国人。青蒿素的结构简式如图l所示,其组成元素的电负性由大到小的顺序为 ;碳原子的杂化方式有____ 。
(4)“可燃冰”因储量大、污染小被视为未来石油的替代能源,由甲烷和水形成的“可燃冰”结构如图2所示。
①“可燃冰”中分子间存在的2种作用力为 。
②H2O的VSEPR模型为 ,比较键角的大小:H2O CH4(填“>”“<”或“=”),原因为 。
(5)锂离子电池在便携式电子设备以及电动汽车、卫星等领域显示出广阔的应用前景,该电池负极材料为石墨,石墨为层状结构(如图3),其晶胞结构如图4所示,该晶胞中有 个碳原子。已知石墨的层间距为apm,C-C键长为b pm,阿伏伽德罗常数的值为NA,则石墨晶体的密度为 g·cm-3(列出计算式)。
[化学—选修2:化学与技术] 工业上可用食盐和石灰石为主要原料,经不同的方法生产纯碱。请回答下列问题:
(1)卢布兰法是以食盐、石灰石、浓硫酸、焦炭为原料,在高温下进行煅烧,再浸取,结晶而制得纯碱。
①食盐和浓硫酸反应的化学方程式为: ;
②硫酸钠和焦炭、石灰石反应的化学方程式为: (已知硫酸钠做氧化剂,生成物中气体只有一种)。
(2)氨碱法的工艺如图所示,得到的碳酸氢钠经煅烧生成纯碱。
①图中的中间产物C是_______,(填化学式,下同)D是_______;
②装置乙中发生反应的化学方程式为 。
(3)联合制碱法是对氨碱法的改进,其优点是除了副产物氯化铵可用作化肥外还有______________。
(4)有人认为碳酸氢钾与碳酸氢钠的化学性质相似,故也可用氨碱法以氯化钾和石灰石为原料制碳酸钾。请结合下图的溶解度(S)随温度变化曲线,分析说明是否可行?__________。
为治理环境,减少雾霾,应采取措施减少二氧化硫、氮氧化物(NOx)等的排放量。
Ⅰ.处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx。
①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H1=-574 kJ/mol
②CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H2=-586.7kJ/mol
(1)若用4.48LCH4还原NO生成N2,则放出的热量为______kJ。(气体体积已折算为标准状况下)
Ⅱ.(2)NOx可用强碱溶液吸收产生硝酸盐。在酸性条件下,FeSO4溶液能将NO3-还原为NO,NO能与多余的FeSO4溶液作用生成棕色物质,这是检验NO3-的特征反应。写出该过程中产生NO的离子方程式: 。
(3)用电化学处理含NO3-的废水,电解的原理如图1所示。则电解时阴极的电极反应式为 ;当电路中转移20 mol电子时,交换膜左侧溶液质量减少________g。
图1 图2 图3
Ⅲ.利用I2O5消除CO污染的反应为:5CO(g)+I2O5(s)5CO2(g)+I2(s)。不同温度下,向装有足量I2O5固体的2L恒容密闭容器中通入4 molCO,测得CO2的体积分数(φ)随时间(t)变化曲线如图2所示。
(4)T1时,该反应的化学平衡常数的数值为 。
(5)下列说法不正确的是_______(填字母)。
A.容器内气体密度不变,表明反应达到平衡状态
B.两种温度下,c点时体系中混合气体的压强相等
C.d点时,在原容器中充入一定量氦气,CO的转化率不变
D.b点和d点时化学平衡常数的大小关系:Kb<Kd
Ⅳ.以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4通过反应CO2(g)+CH4(g)
CH3COOH(g) △H<0直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图3所示。
(6)①250~300℃时,乙酸的生成速率减小的主要原因是 。
②工业生产中该反应的温度常选择250℃、不选择400℃,从综合经济效益考虑,其原因是 。
钛铁矿的主要成分为FeTiO3(可表示为FeO·TiO2),含有少量MgO、CaO、SiO2等杂质。利用钛铁矿制备锂离子电池电极材料(钛酸锂Li4Ti5O12和磷酸亚铁锂LiFePO4)的工艺流程如下图所示:
已知:FeTiO3与盐酸反应的离子方程式为:FeTiO3+4H++4Cl-===Fe2++TiOCl42-+2H2O。
(1)化合物FeTiO3中铁元素的化合价是 。
(2)滤渣A的成分是 。
(3)滤液B中TiOCl42-转化生成TiO2的离子方程式为 。
(4)反应②中固体TiO2转化成(NH4)2Ti5O15溶液时,Ti元素的浸出率与反应温度的关系如图所示。反应温度过高时,Ti元素浸出率下降的原因是 。
(5)写出由滤液D生成FePO4的离子方程式 。
(6)由滤液D制备LiFePO4的过程中,所需17%双氧水与H2C2O4的质量比是 。
亚氯酸钠(NaClO2)是重要漂白剂。某化学兴趣小组同学展开对亚氯酸钠(NaClO2)的研究。
实验Ⅰ:制取NaClO2晶体
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(ClO2)2可溶于水。
利用下图所示装置进行实验。
(1)装置②中产生ClO2气体的化学方程式为 。
(2)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。过滤用到的玻璃仪器有 。
(3)设计实验检验所得NaClO2晶体是否含有杂质Na2SO4,操作是: 。
(4)反应结束后,关闭K2、打开K1,装置①的作用是 ;如果撤去D中的冷水浴,可能导致产品中混有的杂质是 。
实验Ⅱ:测定某亚氯酸钠样品的纯度。
设计如下实验方案,并进行实验:
①准确称取所得亚氯酸钠样品m g于烧杯中,加入适量蒸馏水和过量的碘化钾晶体,再滴入适量的稀硫酸,充分反应(已知:ClO2-+ 4I-+4H+ =2H2O+2I2+Cl-)。将所得混合液配成100mL待测溶液。
②移取25.00mL待测溶液于锥形瓶中,用c mol•L-1 Na2S2O3标准液滴定,至滴定终点。重复2次,测得消耗标准溶液的体积的平均值为V mL(已知:I2 +2S2O32-=2I-+S4O62-)。
(5)滴定中使用的指示剂是 ,达到滴定终点时的现象为 。
(6)样品中NaClO2的质量分数为 (用含m、c、V的代数式表示,式量:NaClO2 90.5)。
常温下,向10mL 0.1 mol·L-1的HR溶液中逐滴滴入0.1 mol·L-1的氨水,所得溶液pH及导电性变化如图。下列分析不正确的是
A.b点溶液pH=5,此时酸碱恰好中和
B.a~b点导电能力增强,说明HR为弱酸
C.c点溶液存在c(NH4+)>c(R-)、c(OH-)>c(H+)
D.b~c任意点溶液均有c(H+)·c(OH-)=KW=1.0×10-14