化学兴趣小组以黄铜矿非选择题增分练

第一周非选择题增分练26、某化学兴趣小组以黄铜矿(主要成分CuFeS2)为原料进行如下实验探究.为测定黄铜矿中硫元素的质量分数,将m1g该黄铜矿样品放入如图所示装置中,从a处不断地缓缓通入空气,高温灼烧石英管中的黄铜矿样品.(1)锥形瓶A内所盛试剂是________溶液；装置B的作用是__________________；锥形瓶D内发生反应的离子方程式为______________________________________________.(2)反应结束后将锥形瓶D中的溶液进行如下处理:则向锥形瓶D中加入过量H2O2溶液反应的离子方程式为_________________________；操作Ⅱ是洗涤、烘干、称重,其中洗涤的具体方法_____________________________；该黄铜矿中硫元素的质量分数为__________________(用含m1、m2的代数式表示).(3)反应后固体经熔炼、煅烧后得到泡铜(Cu、Cu2O)和熔渣(Fe2O3、FeO),要验证熔渣中存在FeO,应选用的最佳试剂是____________.A、KSCN溶液、氯水 B、稀盐酸、KMnO4溶液C、稀硫酸、KMnO4溶液 D、NaOH溶液(4)已知:Cu＋在强酸性环境中会发生反应生成Cu和Cu2＋,设计实验方案验证泡铜中是否含有Cu2O.________________________________________________________________________________________________________________________________________________.解析:(1)为防止二氧化碳的干扰,应将空气中的二氧化碳用碱液除掉,锥形瓶A内所盛试剂是氢氧化钠溶液,通过碱石灰干燥吸收水蒸气,生成的二氧化硫能和过量氢氧化钠反应生成亚硫酸钠盐和水,反应的离子方程式为SO2＋2OH－=SO2eq\o\al(－,3)＋H2O；(2)亚硫酸根离子具有还原性能被过氧化氢氧化生成硫酸根离子,反应的离子方程式为H2O2＋SO2eq\o\al(－,3)=SO2eq\o\al(－,4)＋H2O,洗涤固体在过滤器中进行,加水至浸没固体使水自然流下,重复几次洗涤干净；m2g固体为硫酸钡的质量,结合硫原子守恒计算得到硫元素的质量分数＝eq\f(\f(m2g,233g·mol－1)×32g·mol－1,m1g)×100%＝eq\f(32m2,233m1)×100%；(3)反应后固体经熔炼、煅烧后得到泡铜(Cu、Cu2O)和熔渣(Fe2O3、FeO),要验证熔渣中存在FeO,应选用的最佳方案是加入硫酸溶解后加入高锰酸钾溶液观察高锰酸钾溶液是否褪色；(4)泡铜成分为Cu、Cu2O,Cu＋在强酸性环境中会发生反应生成Cu和Cu2＋.据此设计实验验证是否含有氧化亚铜:取少量泡铜于试管中加入适量稀硫酸,若溶液呈蓝色说明泡铜中含有Cu2O,否则不含有.答案:(1)氢氧化钠干燥气体SO2＋2OH－=SOeq\o\al(2－,3)＋H2O(2)H2O2＋SOeq\o\al(2－,3)=SOeq\o\al(2－,4)＋H2O固体放入过滤器中,用玻璃棒引流向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀,待滤液自然流下后,重复上述操作2～3次eq\f(32m2,233m1)×100%(3)C(4)取少量泡铜于试管中加入适量稀硫酸,若溶液呈蓝色说明泡铜中含有Cu2O,否则不含有27、氨在工农业生产中应用广泛,可由N2、H2合成NH3.(1)天然气蒸汽转化法是目前获取原料气中H2的主流方法.CH4经过两步反应完全转化为H2和CO2,其能量变化示意图如下:结合图像,写出CH4通过蒸汽转化为CO2和H2的热化学方程式:________________________________________________________________________.(2)利用透氧膜,一步即获得N2、H2,工作原理如图所示(空气中N2与O2的物质的量之比按4∶1计).①起还原作用的物质是________.②膜Ⅰ侧所得气体中eq\f(nH2,nN2)＝2,CH4、H2O、O2反应的化学方程式是______________________________________.(3)甲小组模拟工业合成氨在一恒温恒容的密闭容器中发生反应:N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＜0.t1min时达到平衡,在t2min时改变某一条件,其反应过程如图所示,下列说法正确的是________.A、Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,平衡常数:KⅠ＜KⅡB、Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,NH3的体积分数:φ(Ⅰ)＜φ(Ⅱ)C、Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡的标志是混合气体的密度不再发生变化D、t2min时改变的条件可以是向密闭容器中加N2和H2的混合气(4)乙小组模拟不同条件下的合成氨反应,向容器中充入9.0molN2和23.0molH2,不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强(p)的关系如图.①T1、T2、T3由大到小的排序为________.②在T2、60MPa条件下,A点v正________(填“＞”“＜”或“＝”)v逆,理由是________________________________________.③计算T2、60MPa平衡体系的平衡常数Kp＝________.(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压＝总压×物质的量分数)解析:(1)结合图像可知,第一步反应的热化学方程式为①CH4(g)＋H2O(g)=CO(g)＋3H2(g)ΔH＝＋206.4kJ·mol－1,第二步反应的热化学方程式为②CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－41.0kJ·mol－1,根据盖斯定律,由①＋②得:CH4(g)＋2H2O(g)=CO2(g)＋4H2(g)ΔH＝＋165.4kJ·mol－1.(2)①结合工作原理图知,膜Ⅰ侧反应物为空气中的O2和H2O,得电子生成O2－和H2；膜Ⅱ侧反应物为CH4和O2－,失去电子生成CO和H2,起还原作用的是CH4.②设膜Ⅰ侧参加反应的空气中的n(N2)＝4mol、n(O2)＝1mol,则膜Ⅰ侧所得气体中n(N2)＝4mol、n(H2)＝8mol,膜Ⅰ侧的还原反应为O2＋4e－=2O2－和H2O＋2e－=H2↑＋O2－,则n(O2)反应＝1mol,n(H2O)反应＝8mol,膜Ⅱ侧的氧化反应为CH4＋O2－－2e－=2H2＋CO,根据得失电子守恒,膜Ⅱ侧n(CH4)反应＝10mol,故CH4、H2O、O2反应的化学方程式为10CH4＋8H2O＋O2=10CO＋28H2.(3)温度不变,平衡常数K不变,A项错误；若t2min时改变的条件是大量通入N2或H2,则平衡时NH3的体积分数:φ(Ⅱ)＜φ(Ⅰ),B项错误；容器恒容,且过程Ⅰ和Ⅱ中混合气体的质量不变,混合气体的密度为固定值,C项错误；t2min时改变条件,v逆瞬时不变后逐渐增大至不变,则平衡正向移动,所以改变的条件是向容器中加入反应物(可以是N2或H2或N2和H2的混合气),D项正确.(4)①合成氨反应的正反应为放热反应,温度越高平衡时NH3的体积分数越小,所以T3＞T2＞T1.②在T2、60MPa条件下,A点时NH3的体积分数小于平衡时NH3的体积分数,此时反应正向进行,所以v正＞v逆.③结合图像知,T2、60MPa平衡时NH3的体积分数为60%,则平衡时φ(N2)＝15%,φ(H2)＝25%,Kp＝eq\f(60MPa×60%2,60MPa×15%×60MPa×25%3)＝0.043(MPa)－2.答案:(1)CH4(g)＋2H2O(g)=CO2(g)＋4H2(g)ΔH＝＋165.4kJ·mol－1(2)①CH4②10CH4＋8H2O＋O2=10CO＋28H2(3)D(4)①T3＞T2＞T1②＞在T2、60MPa时A点未达到平衡时的体积分数,反应正向进行③0.043(MPa)－2或0.0427(MPa)－228、工业上常用水钴矿(主要成分为Co2O3,还含少量Fe2O3、Al2O3、MgO、CaO等杂质)制备钴的氧化物,其制备工艺流程如下:回答下列问题:(1)在加入盐酸进行“酸浸”时,能提高“酸浸”速率的方法有________(任写一种).(2)“酸浸”后加入Na2SO3,钴的存在形式为Co2＋,写出产生Co2＋反应的离子方程式:________________________________________________________________________.(3)溶液a中加入NaClO的作用为_________________________________________.(4)沉淀A的成分为___________________________________________________,操作2的名称是____________.(5)已知:Ksp(CaF2)＝5.3×10－9,Ksp(MgF2)＝5.2×10－12,若向溶液c中加入NaF溶液,当Mg2＋恰好沉淀完全即溶液中c(Mg2＋)＝1.0×10－5mol·L－1,此时溶液中c(Ca2＋)最大等于________mol·L－1.(6)在空气中煅烧CoC2O4生成钴的某种氧化物和CO2,测得充分煅烧后固体质量为12.05g,CO2的体积为6.72L(标准状况),则此反应的化学方程式为______________________________________________________________.解析:(1)根据影响化学反应速率的因素,水钴矿用盐酸酸浸,提高酸浸速率的方法有:将水钴矿石粉碎；充分搅拌；适当增加盐酸浓度；提高酸浸温度等.(2)酸浸时,Co2O3转化为Co3＋,酸浸后,加入Na2SO3,Co3＋转化为Co2＋,钴元素化合价降低,则S元素化合价升高,Na2SO3转化为Na2SO4,反应的离子方程式为2Co3＋＋SOeq\o\al(2－,3)＋H2O=2Co2＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2H＋.(3)NaClO具有强氧化性,因此溶液a中加入NaClO,可将溶液中Fe2＋氧化成Fe3＋.(4)溶液b中阳离子有Co2＋、Fe3＋、Al3＋、Mg2＋、Ca2＋,加入NaHCO3,Fe3＋、Al3＋与HCOeq\o\al(－,3)发生相互促进的水解反应,分别转化为Fe(OH)3、Al(OH)3,故沉淀A的成分为Fe(OH)3、Al(OH)3.溶液c经操作2得到沉淀B和溶液d,故操作2为过滤.(5)根据MgF2的Ksp(MgF2)＝c(Mg2＋)·c2(F－),当Mg2＋恰好沉淀完全时,c(F－)＝eq\r(\f(KspMgF2,cMg2＋))＝eq\r(\f(5.2×10－12,1.0×10－5))mol·L－1＝eq\r(52)×10－4mol·L－1,根据CaF2的Ksp(CaF2)＝c(Ca2＋)·c2(F－),c(Ca2＋)＝eq\f(KspCaF2,c2F－)＝eq\f(5.3×10－9,\r(52)×10－42)mol·L－1＝0.01mol·L－1.(6)根据CoC2O4的组成,n(Co)＝eq\f(1,2)n(CO2)＝eq\f(1,2)×eq\f(6.72L,22.4L·mol－1)＝0.15mol,充分煅烧后固体质量为12.05g,则固体中n(O)＝eq\f(12.05－0.15×59g,16g·mol－1)＝0.2mol,n(Co)∶n(O)＝0.15∶0.2＝3∶4,故钴的氧化物为Co3O4,故煅烧CoC2O4的化学方程式为3CoC2O4＋2O2eq\o(=,\s\up7(煅烧))Co3O4＋6CO2.答案:(1)将水钴矿石粉碎；充分搅拌；适当增加盐酸浓度；提高酸浸温度等(2)2Co3＋＋SOeq\o\al(2－,3)＋H2O=2Co2＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2H＋(3)将溶液中Fe2＋氧化成Fe3＋(4)Fe(OH)3、Al(OH)3过滤(5)0.01(或0.0102)(6)3CoC2O4＋2O2eq\o(=,\s\up7(煅烧))Co3O4＋6CO235、[选修3:物质结构与性质]氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,开发新型储氢材料是氢能利用的重要研究方向.Ⅰ.化合物A(H3BNH3)是一种潜在的储氢材料,可由六元环状物质(HB=NH)3通过如下反应制得:3CH4＋2(HB=NH)3＋6H2O=3CO2＋6H3BNH3请回答下列问题:(1)基态B原子的价电子排布式为________,B、C、N、O第一电离能由大到小的顺序为________,CH4、H2O、CO2的键角按照由大到小的顺序排列为________.(2)与(HB=NH)3互为等电子体的有机分子为____(填分子式).Ⅱ.氢气的安全贮存和运输是氢能应用的关键.(1)印度尼赫鲁先进科学研究中心的Datta和Pati等人借助ADF软件对一种新型环烯类储氢材料(C16S8)进行研究,从理论角度证明这种材料的分子呈平面结构(如图1),每个杂环平面上下两侧最多可吸附10个H2分子.①C16S8分子中C原子和S原子的杂化轨道类型分别为________.②相关键长数据如表所示:化学键C—SC=SC16S8中碳硫键键长/pm181155176从表中数据可以看出,C16S8中碳硫键键长介于C—S键与C=S键之间,原因可能是________________________________________________________________________.③C16S8与H2微粒间的作用力是________.(2)具有储氢功能的铜合金晶体具有立方最密堆积的结构,晶胞中Cu原子位于面心,Ag原子位于顶点,氢原子可进入到由Cu原子与Ag原子构成的四面体空隙中.若将Cu原子与Ag原子等同看待,该晶体储氢后的晶胞结构与CaF2(晶胞结构如图2)相似,该晶体储氢后的化学式为________.(3)MgH2是金属氢化物储氢材料,其晶胞如图3所示,已知该晶体的密度为ag·cm－3,则晶胞的体积为________cm3(用含a、NA的代数式表示,NA表示阿伏加德罗常数的值).解析:Ⅰ.(1)基态B原子的价电子排布式为2s22p1；一般情况下,同周期主族元素从左到右元素的第一电离能呈增大趋势,但是由于N原子的2p轨道上的电子处于半充满的稳定状态,所以其第一电离能比O原子的大,因此,元素第一电离能由大到小的顺序为N＞O＞C＞B；CH4是正四面体形分子,键角为109°28′,H2O是V形分子,键角为105°,CO2是直线形分子,键角为180°,因此三者键角按照由大到小的顺序排列为CO2＞CH4＞H2O.(2)与(HB=NH)3互为等电子体的有机分子为C6H6.Ⅱ.(1)①根据图1可知,C原子采取sp2杂化,S原子采取sp3杂化.②C16S8分子中的碳硫键具有一定程度的双键性质,从而导致C16S8中碳硫键键长介于C—S键与C=S键之间.③C16S8与H2微粒间的作用力为范德华力.(2)根据题意知,该晶胞中铜原子数＝6×eq\f(1,2)＝3,银原子数＝8×eq\f(1,8)＝1,氢原子可进入到由Cu原子与Ag原子构成的四面体空隙中,则H原子位于该晶胞内部,储氢后该晶胞中含有8个H,则该晶体储氢后的化学式为Cu3AgH8.(3)该晶胞中Mg原子数＝8×eq\f(1,8)＋1＝2,H原子数＝2＋4×eq\f(1,2)＝4,则该晶胞中含2个MgH2,该晶胞的体积V＝eq\f(52,aNA)cm3.答案:Ⅰ.(1)2s22p1N＞O＞C＞BCO2＞CH4＞H2O(2)C6H6Ⅱ.(1)①sp2、sp3②C16S8分子中的碳硫键具有一定程度的双键性质③范德华力(2)Cu3AgH8(3)eq\f(52,aNA)36、[选修5:有机化学基础]化合物H是一种有机材料中间体.实验室由芳香化合物A制备H的一种合成路线如下:已知:①eq\o(→,\s\up7(①O3),\s\do5(②H2O/Zn))RCHO＋R′CHO请回答下列问题:(1)芳香化合物B的名称为________,C的同系物中相对分子质量最小的结构