H是合成有机光电材料的原料。H的一种合成路线如图:
已知:R属于芳香族化合物,与新制Cu(OH)2悬浊液共热产生红色固体。请回答下列问题:
(1)R的化学名称是___________;X中官能团的名称是___________。
(2)F→H的反应类型是___________。
(3)E→F的化学方程式为______________。
(4)检验Z中溴元素的试剂有NaOH溶液、AgNO3溶液和___________。
(5)在Y的同分异构体中,同时具备下列条件的同分异构体有________种(不包含立体异构)。
①能发生银镜反应;②遇氯化铁溶液发生显色反应;③能与溴的四氯化碳溶液发生加成反应。
其中核磁共振氢谱有6组峰且峰面积比为1:1:1:1:2:2的结构简式为_________。
(6)参照上述流程,请设计以一溴环已烷和2-丁炔为起始原料制备的合成路线:__________(无机试剂任选)。
甲醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便,是一种重要的化工原料,有着重要的用途和应用前景,可以用多种方法合成。
Ⅰ.用CO2生产甲醇
(1)已知:H2的燃烧热为-285.8 kJ/mol,CH3OH(l)的燃烧热为-725.8kJ/mol,CH3OH(g)= CH3OH(l)△H=-37.3 kJ/mol,则CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)△H=_______kJ/mol。
(2)将CO2和H2按物质的量之比1:3充入体积为2.0 L的恒容密闭容器中反应,如图两条曲线分别表示压强为0.1 M Pa和5.0 MPa下CO2转化率随温度的变化关系。
①其中a点的平衡常数表达式为:_________________。
②a,b两点化学反应速率分别用va、vb表示,则va________vb (填“大于”、“小于”或“等于”)。
(3)在1.0 L恒容密闭容器中投入1 mol CO2和2.75 mol H2发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),实验测得不同温度及压强下,平衡时甲醇的物质的量变化如图所示,下列说法正确的是___________。
A. 该反应的正反应为放热反应
B. 压强大小关系为p1<p2<p3
C. M点对应的平衡常数K的值约为1.04×10-2
D. 在p2及512K时,图中N点v(正)<v(逆)
Ⅱ.用生产甲醇
(4)已知:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),如图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。
①该反应的焓变△H ______0(填“>”、“<”或“=”)。
②T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1_________K2(填“>”“<”或“=”)。
Ⅲ.甲醇的应用
(5)以甲醇为主要原料,电化学合成碳酸二甲酯的工作原理如图所示。阳极的电极反应式为___________。
硫酸锌是制造锌钡白和锌盐的主要原料,也可用于湿法电解制锌,如图为由锌灰制ZnSO4·7H2O晶体的工艺流程:
已知:①锌灰的主要成分为ZnO,还含有CuO、PbO、MnO和FeO;
②“滤渣2”的主要成分为Fe(OH)3和MnO(OH)2。
请回答下列问题:
(1)MnO(OH)2中Mn元素的化合价为_____________。
(2)“滤渣1”的主要成分为_____________。
(3)“氧化”时,需控制溶液的pH=5.1,Fe2+被氧化的离子方程式为_____________。
(4)操作a为_________、过滤、洗涤、干燥。
(5)ZnSO4·7H2O产品的纯度可用配位滴定法测定。准确称取一定量的ZnSO4·7H2O晶体加入250 mL的锥形瓶中,加水约20 mL,再加入2~3滴5%的二甲酚橙作指示剂、约5 mL六亚甲基四胺缓冲溶液,摇匀。用已标定的0.0160 mol/LEDTA溶液滴定,滴定至溶液由红紫色变成亮黄色,即为终点(ZnSO4·7H2O与EDTA按物质的量之比1:1反应)。实验数据如下表:
m(ZnSO4·7H2O)/g | 起始滴定管读数/mL | 终点滴定管读数/mL |
0.1692 | 0.20 | 26.50 |
ZnSO4·7H2O产品的纯度为_____________(保留2位有效数字)。
(6)工业上采用惰性电极作阳极电解ZnSO4溶液可实现湿法炼锌,电解过程中的离子方程式为___________。
草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中,草酸的钠盐和钾盐易溶于水,而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色,熔点为101℃,易溶于水,受热易脱水、升华,175℃时分解。
Ⅰ.用硝酸氧化法制备草酸晶体并测定其纯度,制备装置如图所示(加热、固定等装置略去)。实验步骤如下
①糖化:先将淀粉水解为葡萄糖;
②氧化:在淀粉水解液中加入混酸(质量之比为3:2的65%HNO3与98%H2SO4的混合物),在55~60℃下水浴加热发生反应;
③结晶、蒸发、干燥:反应后溶液经冷却、减压过滤,即得草酸晶体粗产品。
(1)装混酸的仪器名称为__________;步骤②中,水浴加热的优点为___________。
(2)“②氧化”时发生的主要反应如下,完成下列化学方程式:_____C6H12O6+______HNO3______H2C2O4+9NO2↑+3NO↑+_________
(3)称取m g草酸晶体粗产品,配成100 mL溶液。取20.00 mL于锥形瓶中,用a mol/LKMnO4标准液滴定,只发生5H2C2O4+2MnO4-+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O反应,消耗KMnO4标准液体积为V mL,则所得草酸晶体(H2C2O4·2H2O)的纯度为_________。
Ⅱ.证明草酸晶体分解得到的产物
(4)甲同学选择右侧装置验证产物CO2,装置B的主要作用是_______________。
(5)乙同学认为草酸晶体分解的产物中除了CO2、H2O应该还有CO,为验证是否有CO,选用甲同学实验中的装置A、B和如图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。
①乙同学的实验装置中,依次连接的合理顺序为A、B、_________。其中装置H反应管中盛有的物质是_____________。(写化学式)
②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是______________。
25℃时,向500 mL0.2 mol/L NaOH溶液中通入SO2气体(忽略反应过程中溶液的体积变化),设反应过程中=x,已知H2SO3的电离平衡常数:Ka1=1.2×10-2,Ka2=5.6×10-8。下列说法正确的是( )
A. x=1时,c(SO32-)+c(HSO3-)=0.2 mol/L
B. x<1时,溶液可能为酸性
C. x=时,c(SO32-)+c(HSO3-)+c(OH-)=c(Na+)+c(H+)
D. x<时,随通入SO2量增大,逐渐减小
据报道,最近有科学家设计了一种在常压下运行的集成BaZrO3基质子陶瓷膜反应器( PCMR) ,将PCMR与质子陶瓷燃料电池相结合进行电化学法合成氨的原理如图所示,下列说法正确的是
A.阳极的电极反应式为CH4+2H2O+8e-=CO2 +8H+
B.阴极可能发生副反应2H+ +2e- =H2 ↑
C.质子(H+)通过交换膜由阴极区向阳极区移动
D.理论上电路中通过3 mol电子时阴极最多产生22.4 L NH3