B.草酸二乙酯可用于苯巴比妥等药物的中间体,实验室以草酸(HOOC—COOH)和乙醇为原料制备草酸二乙酯的实验步骤如下:
步骤1:在上图所示装置中,加入无水草酸45g,无水乙醇81g,苯200mL,浓硫酸10mL,搅拌下加热6870℃回流共沸脱水。
步骤2:待水基本蒸完后,分离出乙醇和苯。
步骤3:所得混合液冷却后依次用水、饱和碳酸氢钠溶液洗涤,再用无水硫酸钠干燥。
步骤4:常压蒸馏,收集182-184℃的馏分,得草酸二乙酯57g。
(1)步骤1中发生反应的化学方程式是 ,反应过程中冷凝水应从 (填“a”或“b”)端进入。
(2)步骤2操作为 。
(3)步骤3用饱和碳酸氢钠溶液洗涤的目的是 。
(4)步骤4除抽气减压装置外所用玻璃仪器有蒸馏烧瓶、冷凝管、接液管、锥形瓶和 。
(5)本实验中,草酸二乙酯的产率为 。
(12分)本题包括A、B两小题,分别对应于“物质结构与性质”和“实验化学”两个选修模块的内容。请选定其中一题,并在相应的答题区域内作答。若两题都做,则按A题评分。
A.钛及其化合物被广泛应用于飞机、火箭、卫星、舰艇、医疗以及石油化工等领域。下面是用金红石(主要成分为TiO2)制备金属钛和钛酸钡的流程。
(1)Ti基态的电子排布式为 。
(2)TiCl4熔点为-24℃,沸点为136.4℃,室温下为无色液体,可溶于甲苯和氯代烃。固态TiCl4属于 晶体。
(3)BaCO3为离子化合物。CO32-中C原子的杂化类型为 ,写出一种与CO32-互为等电子体的阴离子: (填化学式)。
(4)钛酸钡的晶胞如图所示,其化学式为 。
(5)用锌还原TiCl4的盐酸溶液,经后续处理可制得绿色的配合物[TiCl(H2O)5]Cl2·H2O。1mol该配合物中含有δ键的数目为 。
(14分)质子交换膜燃料电池广受关注。
(1)质子交换膜燃料电池中作为燃料的H2通常来自水煤气。
已知:C(s)+O2(g)CO(g) ΔH1=-110.35kJ·mol-1
2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH2=+571.6kJ·mol-1
H2O(l)H2O(g) ΔH3=+44.0kJ·mol-1
则C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH4= 。
(2)燃料气(流速为1800mL·h-1;体积分数为50% H2,0.98% CO,1.64% O2,47.38% N2)中的CO会使电极催化剂中毒,使用CuO/CeO2催化剂可使CO优先氧化而脱除。
①160 ℃、CuO/CeO2作催化剂时,CO优先氧化反应的化学方程式为 。
②灼烧草酸铈[ Ce2(C2O4)3]制得CeO2的化学方程式为 。
③在CuO/CeO2催化剂中加入不同的酸(HIO3或H3PO4),测得燃料气中CO优先氧化的转化率随温度变化如图1所示。
加入 (填酸的化学式)的CuO/CeO2催化剂催化性能最好。催化剂为CuO/CeO2—HIO3,120℃时,反应1h后CO的体积为 mL。
(3)图2为甲酸质子交换膜燃料电池的结构示意图。该装置中 (填“a”或“b”)为电池的负极,负极的电极反应式为 。
(15分)草酸镍晶体(NiC2O4·2H2O)可用于制镍催化剂,硫酸镍晶体(NiSO4·7H2O)主要用于电镀工业。某小组用废镍催化剂(成分为Al2O3、Ni、Fe、SiO2、CaO等)制备草酸镍晶体的部分实验流程如下:
已知:①相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol·L-1计算)。
金属离子 | 开始沉淀的pH | 沉淀完全的pH |
Fe3+ | 1.1 | 3.2 |
Fe2+ | 5.8 | 8.8 |
Al3+ | 3.0 | 5.0 |
Ni2+ | 6.7 | 9.5 |
②Ksp(CaF2)=1.46×10-10,Ksp(CaC2O4)=2.34×10-9。
(1)“粉碎”的目的是 。
(2)保持其他条件相同,在不同温度下对废镍催化剂进行“酸浸”,镍浸出率随时间变化如右图。“酸浸”的适宜温度与时间分别为 (填字母)。
a.30℃、30min
b.90℃、150min
c.70℃、120min
d.90℃、120min
(3)证明“沉镍”工序中Ni2+已经沉淀完全的实验步骤及现象是 。
(4)将“沉镍”工序得到的混合物过滤,所得固体用乙醇洗涤、110 ℃下烘干,得草酸镍晶体。
①用乙醇洗涤的目的是 。
②烘干温度不超过110℃的原因是 。
(5)由流程中的“浸出液”制备硫酸镍晶体的相关实验步骤如下:
第1步:取“浸出液”, ,充分反应后过滤,以除去铁、铝元素;
第2步:向所得滤液中加入适量NH4F溶液,充分反应后过滤,得“溶液X”;
第3步: ,充分反应后过滤;
第4步:滤渣用稍过量硫酸充分溶解后,蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,得硫酸镍晶体。
①请补充完整相关实验步骤(可选试剂:H2SO4溶液、NaOH溶液、HNO3溶液、H2O2溶液)。
②第2步中加入适量NH4F溶液的作用是 。
(12分)某科研小组在900℃的空气中合成出化学式为La2Ca2MnOx的超导体材料,其中La以+3价存在。为确定x的值,进行如下分析:
步骤1:准确称取0.5250g超导体材料样品,放入锥形瓶中,加25.00mL0.06000mol·L-1 Na2C2O4溶液(过量)和25mL 6mol·L-1 HNO3溶液,在6070℃下充分摇动,约半小时后得到无色透明溶液A(该条件下,只有Mn元素被还原为Mn2+,Na2C2O4被氧化为CO2)。
步骤2:用0.02000mol·L-1 KMnO4溶液滴定溶液A至终点,消耗10.00mL KMnO4溶液。
(1)步骤1反应后溶液中Mn2+的物质的量浓度为0.02000mol·L-1。常温下,为防止Mn2+形成Mn(OH)2沉淀,溶液的pH的范围为 [已知Mn(OH)2的Ksp=2.0×10-13]。
(2)步骤2滴定终点的现象是 。
(3)步骤2滴定终点读数时俯视刻度,其他操作都正确,则所测x的值将 (填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
(4)求x的值(写出计算过程)。
(15分)葛根大豆苷元(F)用于治疗高血压引起的头疼、突发性耳聋等症,其合成路线如下:
(1)化合物C中的含氧官能团有 、 (填官能团名称)。
(2)已知:CD为取代反应,其另一产物为H2O,写出X的结构简式: 。
(3)反应EF的反应类型是 。
(4)写出同时满足下列条件的B的两种同分异构体的结构简式: 。
Ⅰ.属于芳香族化合物,分子中有4种不同化学环境的氢
Ⅱ.能与FeCl3溶液发生显色反应
Ⅲ.不能发生水解反应,能发生银镜反应
(5)根据已有知识并结合相关信息,写出以和(CH3CO)2O为原料制备药物中间体的合成路线流程图(无机试剂任用)。合成路线流程图示例如下:
H2CCH2CH3CH2BrCH3CH2OH