高中化学简答题

(14分)铬(Cr)是周期表中VIB族元素,化合价可以是 0 ~+6 的整数价态。回答下列问题：
（1）某铬化合物的化学式为 Na₃CrO₈，其阴离子结构可表示为,则Cr的化合价为       。
（2）在如图装置中,观察到Cu电极上产生大量的无色气泡,Cr电极周围出现天蓝色(Cr²⁺) ,而后又变成绿色 (Cr³⁺)。该电池总反应的过程表示为：        ，2Cr²⁺+2H⁺＝ 2Cr³⁺+ H₂。左侧烧杯溶液中c(Cl^－)      (填“增大”，“减小”或“不变”)。

（3）已知K_sp(BaCrO₄)=1．2×10^－10, K_sp(PbCrO₄)= 2．8×10^－13, K_sp(Ag₂CrO₄)= 2．0×10^－12。某溶液中含有Ba²⁺、Pb²⁺、Ag⁺，浓度均为0．01 mol/L ，向该溶液中逐滴入 0．01 mol/L Na₂CrO₄溶液时，三种阳离子产生沉淀的先后顺序为                    。
（4）在溶液中存在如下平衡：

则反应的平衡常数K=                  。
（5）CrO2－4呈四面体构型，结构为。CrO2－7由两个CrO2－4四面体组成，这两个CrO2－4四面体通过共用一个顶角氧原子彼连，结构为。则由n(n＞1)个CrO2－4通过角顶氧原子连续的链式结构的化学式为      。
（6）CrO₃是H₂CrO₄的酸酐，受热易分解。把一定量的 CrO₃加热至790K时，残留固体的质量为原固体质量 76％。写出 CrO₃受热分解化学方程式：                     。

目前“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。请回答下列问题：
I．甲烷自热重整是一种先进的制氢方法，其反应方程式为：
CH₄(g) + H₂O(g) CO(g) + 3H₂(g)
（1）阅读下图，计算该反应的反应热ΔH = __________kJ/mol。

II．用CH₄或其他有机物、O₂为原料可设计成燃料电池。
（2）以C_nH_2nO_n、O₂为原料，H₂SO₄溶液为电解质设计成燃料电池，则负极的电极反应式为______________________________________________________________________。
（3）以CH₄、O₂为原料，100 mL 0.15 mol/L NaOH溶液为电解质设计成燃料电池，若放电时参与反应的氧气体积为448 mL（标准状况），产生的气体全部被溶液吸收，则所得溶液中溶质的成分及物质的量之比为____________________，各离子浓度由大到小的顺序为______________________________。
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 mol CO，测得CO₂的体积分数随时间t变化曲线如图。请回答：

（4）T₂时，0 ~ 0.5 min内的反应速率v(CO) = ____________________。
（5）T₁时化学平衡常数K = ____________________。
（6）下列说法不正确的是___________（填字母序号）。

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，增大体系压强，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

硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：
（1）1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。这种“金属”可能是           。
（2）陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中生产普通玻璃的主要原料有                 。
（3）高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：

	发生的主要反应
电弧炉	SiO2＋2CSi＋2CO↑
流化床反应器	Si＋3HClSiHCl3＋H2
还原炉	SiHCl3＋H2Si＋3HCl

①用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为                          ；碳化硅又称       ，其晶体结构与       相似。
②在流化床反应的产物中，SiHCl₃大约占85%，还有SiCl₄、SiH₂Cl₂、SiH₃Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl₃的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和       。

物质	Si	SiCl4	SiHCl3	SiH2Cl2	SiH3Cl	HCl	SiH4
沸点/℃	2355	57.6	31.8	8.2	-30.4	-84.9	-111.9

③SiHCl₃极易水解，其完全水解的产物为                         。
（4）氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是              。

(14分)工业上以软锰矿（主要成分MnO₂）为原料，通过液相法生产KMnO₄。即在碱性条件下用氧气氧化MnO₂得到K₂MnO₄，分离后得到的K₂MnO₄，再用惰性材料为电极电解K₂MnO₄溶液得到KMnO₄，其生产工艺简略如下：

（1）反应器中反应的化学方程式为                                          。
（2）生产过程中最好使用含MnO₂80%以上的富矿，因为MnO₂含量最低的贫矿中Al、Si的氧化物含量较高，会导致KOH消耗量      (填“偏高”或“偏低”)。
（3）电解槽中阳极的电极反应方程式为                          。
（4）在传统工艺中得到K₂MnO₄后，向其中通入CO₂反应生成黑色固体、KMnO₄等，反应的化学反应方程式为               。根据上述反应，从Mn元素的角度考虑KMnO₄的产率最高为        。与该传统工艺相比，电解法的优势是                             。
（5）用高锰酸钾测定某草酸结晶水合物的纯度：称量草酸晶体样品0.250g溶于水，用0.0500mol·L^－1的酸性KMnO₄溶液滴定（杂质不反应），至溶液呈浅粉红色且半分钟内不褪去，消耗KMnO₄溶液15.00 mL，则该草酸晶体的纯度为________。（已知该草酸结晶水合物H₂C₂O₄·2H₂O的式量为126）

(14分)甲醇作为基本的有机化工产品和环保动力燃料具有广阔的应用前景，CO₂加氢合成甲醇是合理利用CO₂的有效途径。由CO₂制备甲醇过程可能涉及反应如下：
反应Ⅰ：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g)   △H ₁=－49.58kJ•mol^-1
反应Ⅱ：CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)     △H₂
反应Ⅲ：CO(g)+2 H₂(g)CH₃OH(g)         △H ₃=－90.77 kJ•mol^-1
回答下列问题：
（1）反应Ⅱ的△H₂=         ，反应I自发进行条件是        （填“较低温”、“较高温”或“任何温度”）。
（2）在一定条件下3L恒容密闭容器中,充入一定量的H₂和CO₂仅发生反应Ⅰ，实验测得反应物在不同起始投入量下，反应体系中CO₂的平衡转化率与温度的关系曲线，如图1所示。

①H₂和CO₂的起始的投入量以A和B两种方式投入
A：n(H₂)=3mol，n(CO₂)=1.5mol
B：n(H₂)=3mol，n(CO₂)=2mol，曲线I代表哪种投入方式     （用A、B表示）
②在温度为500K的条件下，按照A方式充入3mol H₂和1.5mol CO₂，该反应10min时达到平衡：
a．此温度下的平衡常数为      ；500K时，若在此容器中开始充入0.3molH₂和0.9mol CO₂、0.6molCH₃OH、ｘmolH₂O，若使反应在开始时正向进行，则ｘ应满足的条件是
b．在此条件下，系统中CH₃OH的浓度随反应时间的变化趋势如图2所示，当反应时间达到3min时，迅速将体系温度升至600K，请在图2中画出3～10min内容器中CH₃OH浓度的变化趋势曲线。
（3）固体氧化物燃料电池是一种新型的燃料电池，它是以固体氧化锆、氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（O ^2-）在其间通过，该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极均不参与电极反应，下图是甲醇燃料电池的模型。

①出该燃料电池的负极反应式        
②如果用该电池作为电解装置，当有16g甲醇发生反应时，则理论上提供的电量最多为       （法拉第常数为9.65×10⁴C·mol^-1）

减少二氧化碳的排放，氮氧化物、二氧化硫的处理与利用是一项重要的热点课题。
Ⅰ.（1）CO₂经催化加氢可合成低碳烯烃：2CO₂(g) + 6H₂(g)C₂H₄(g) + 4H₂O(g)    
在0.1 MPa时，按＝1:3投料，图1所示不同温度（T）下，平衡时的四种气态物质的物质的量（n）的关系。

①该反应的△H__________0（填“>”、“＝”或“<”）。
②曲线b表示的物质为__________。
③为提高CO₂的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是__________。
（2）在强酸性的电解质水溶液中，惰性材料做电极，电解CO₂可得到多种燃料，其原理如图2所示。
b为电源的__________极，电解时，生成乙烯的电极反应式是                       。
Ⅱ.（3）用活性炭还原法可以处理氮氧化物。
如反应：C(s)＋2NO(g)N₂(g)＋CO₂(g) △H＝Q kJ·mol^－1。
在T₁℃时，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

①T_l℃时，该反应的平衡常数K＝              。
②30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是_______（答一种即可）。
Ⅲ．（4）工业上可以用NaOH溶液或氨水吸收过量的SO₂，分别生成NaHSO₃、NH₄HSO₃，其水溶液均呈酸性。相同条件下，同浓度的两种酸式盐的水溶液中c(SO₃^2－)较小的是      ，用文字和化学用语解释原因                             。

不饱和酯类化合物在药物、涂料等领域应用广泛。由炔烃直接制备不饱和酯的一种新方法如下：反应①

（1）下列有关化合物Ⅰ～Ⅲ的叙述中，正确的是_          __。

A．化合物Ⅰ能使酸性高锰酸钾溶液和溴水褪色

B．化合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都能发生取代反应、加成反应、消去反应和加聚反应

C．化合物Ⅰ的所有碳原子可能都处于同一平面上

D．1mol化合物Ⅲ最多能与4molNaOH反应

（2）化合物Ⅲ的分子式为__________，1mol该化合物最多能与_____molH₂完全反应。
（3）化合物Ⅳ是化合物Ⅲ的同分异构体，且满足以下条件，写出化合物Ⅳ结构简式___         （任写其中一种）
①能发生银镜反应，该化合物与银氨溶液反应的物质的量之比为1:4
②该化合物在与NaOH乙醇溶液共热能发生消去反应
③该化合物的核磁共振氢谱有四组峰，其峰面积比为6:2:2:1
④该化合物遇到FeCl₃溶液显紫色
（4）化合物Ⅴ是用于制备高聚物涂料的单体，化合物Ⅴ单体结构简式为______             。该高聚物完全水解的化学方程式为               。利用类似反应①的方法，仅以丙炔和乙酸为有机物原料合成该单体，写出反应方程式                          。

新的研究表明二甲醚（DME）是符合中国能源结构特点的优良车用替代燃料，二甲醚催化重整制氢的反应过程，主要包括以下几个反应（以下数据为25℃、1.01×10⁵Pa测定）：
①CH₃OCH₃（g) + H₂O（l) 2 CH₃OH（l) △H＝＋24.52kJ/mol
②CH₃OH（l) + H₂O（l)  CO₂（g) + 3H₂（g) △H＝＋49.01kJ/mol
③CO（g) + H₂O（l)  CO₂（g) + H₂（g) △H＝－41.17kJ/mol
④CH₃OH（l)  CO （g) + 2H₂（g) △H＝＋90. 1kJ/mol
请回答下列问题：
（1）写出用二甲醚制H₂同时全部转化为CO₂时反应的热化学方程式                       。
（2）200℃时反应③的平衡常数表达式K=           。
（3）在一常温恒容的密闭容器中，放入一定量的甲醇如④式建立平衡，以下可以作为该反应达到平衡状态的判断依据为_______。
A．容器内气体密度保持不变        B．气体的平均相对分子质量保持不变
C．CO的体积分数保持不变          D．CO与H₂的物质的量之比保持1:2不变
（4）工业生产中测得不同温度下各组分体积分数及二甲醚转化率的关系如下图所示，
 
①你认为反应控制的最佳温度应为___________。
A．300～350℃     B．350～400℃
C．400～450℃     D．450～500℃
②在温度达到400℃以后，二甲醚与CO₂以几乎相同的变化趋势明显降低，而CO、H₂体积分数也以几乎相同的变化趋势升高，分析可能的原因是__________（用相应的化学方程式表示）。
（5）某一体积固定的密闭容器中进行反应②，200℃时达平衡。请在下图补充画出：t₁时刻升温，在t₁与t₂之间某时刻达到平衡；t₂时刻添加催化剂，CO₂的百分含量随时间变化图像。

（6）一定条件下，如图示装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物），则阴极的电极反应式为                  。

环境保护是现代的世界性课题，人类已在多方面取得了突破性进展。
（1）连续自动监测氮氧化物（NO_x）的仪器——动态库仑仪已获得实际应用。它的工作原理如下图所示。NiO电极上NO发生的电极反应式为                          。

（2）使用稀土催化剂有效消除汽车尾气中的NO_x、碳氢化合物也已逐渐成为成熟技术。压缩天然气汽车利用这一技术将NO_x、CH₄转化成无毒物质，相关反应为：
①CH₄（g）＋4NO₂（g）  4NO（g）＋CO₂（g）＋2H₂O（g）   △H₁＜0
②CH₄（g）＋4NO（g） 2N₂（g）＋CO₂（g）＋2H₂O（g）      △H₂＜0
③CH₄（g） ＋2NO₂（g） N₂（g） ＋CO₂（g） ＋2H₂O（g）   △H₃
则△H₃＝            （用△H₁和△H₂表示）。
（3）实验室在恒压下，将CH₄（g）和NO₂（g）置于密闭容器中发生反应③，测得在不同温度、不同投料比时，NO₂的平衡转化率如下表：

投料比[n（NO2） / n（CH4）]	400 K	500 K	600 K
1	60%	43%	28%
2	45%	33%	20%

①在NO₂与CH₄反应时，可提高NO₂转化率的措施有          （填编号）。
A．增加催化剂的表面积
B．改用高效催化剂  
C．降低温度
D．增大压强   
E．分离出H₂O（g）   
F．减小[n（NO₂）/n（CH₄）]
②400K时，将投料比为1的NO₂和CH₄的混合气体共0.40mol，充入容 积为2L的装有催化剂的密闭容器中，反应经过5min达到平衡，试计算反应在该温度时的平衡常数。（写出计算过程，计算结果保留三位有效数字）
③若温度不变，在反应进行到10min时将容器的容积快速压缩为1L，请在答题卷表格中画出0min～15min内，容器中CO₂物质的量浓度c随时间变化的曲线图。

（4）SNCR是一种新型的烟气脱氮环保技术。在有氧条件下，其脱氮原理是：
NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）4N₂（g）+6H₂O（g）  △H= -1627.2kJ·mol^-1
NO和NH₃在Ag₂O催化剂表面的反应随温度的变化曲线如右图所示。图中曲线表明，随着反应温度的升高，在有氧的条件下NO的转化率有一明显的下降过程，其原因可能是（回答两条）：     。

（1）人们常用催化剂来选择反应进行的方向。右图所示为一定条件下1mol CH₃OH与O₂发生反应时，生成CO、CO₂或HCHO的能量变化图[反应物O₂(g)和生成物H₂O(g)略去]。

①写出1 moL HCHO生成CO的热化学方程式：     。
②CH₃OH与O₂在有催化剂作用下反应，产物中HCHO比率大大提高的原因是     。
（2）①一定温度下，将N₂H₄与NO₂以体积比为1:1置于10 L定容容器中发生反应
2N₂H₄(g)+2NO₂(g) 3N₂(g)+4H₂O(l)  ΔH<0
下列能说明反应达到平衡状态的是   。
a．混合气体密度保持不变           b．3v_正(NO₂)=2v_逆(N₂)
c．N₂H₄与NO₂体积比保持不变        d．体系压强保持不变
②在某温度下，5L密闭容器中发生上述反应，容器内部分物质的物质的量变化如下表：

物质的量/mol 时间	n (N2H4)	n (NO2)	n (N2)
起始	2.0	3.0	0
第2min	1.5	a	0.75
第4min	1.2	b	1.2
第6min	1.0	c	1.5
第7min	1.0	c	1.5

请画出该反应中n(NO₂)随时间变化曲线,并画出在第7min分别升温、加压、加催化剂的情况下n(NO₂)随时间变化示意图。计算该温度下反应的平衡常数K(保留2位有效数字,写出计算过程)。
   
（3）纳米级Cu₂O具有优良的催化性能，制取Cu₂O的方法有：
①加热条件下用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu(OH)₂制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂。该制法的化学方程式为          。
②用阴离子交换膜控制电解液中OH^－的浓度制备纳米Cu₂O，反应为2Cu＋H₂OCu₂O＋H₂↑，如图所示。该电解池的阳极反应式为    。

某温度时，在4L的容器中，X、Y、Z三种物质的量随时间的变化曲线如下图所示。

（1）由图中数据分析，该反应的化学方程式为：
（2）反应从开始至2min内X的平均反应速率是：
（3）反应过程中Y的转化率：
（4）2min后图像所表示的含义

水是重要的自然资源，与人类的发展密切相关。
（1）25℃时，水能按下列方式电离：
H₂O＋H₂OH₃O^＋＋OH^－  K₁＝1.0×10^－14
OH^－＋H₂OH₃O^＋＋O^2－  K₂＝1.0×10^－36
水中c(O^2－) ＝              mol·L^－1（填数值）。
（2）水广泛应用于化学反应。将干燥的碘粉与铝粉混合未见反应，滴加一滴水后升起紫色的碘蒸气，最后得到白色固体。有关该实验的解释合理的是        。

A．加水使碘和铝粉形成溶液	B．水作氧化剂
C．碘粉与铝粉反应是放热反应	D．水作催化剂

（3）铁酸铜（CuFe₂O₄）是很有前景的热化学循环分解水制氢的材料。
ⅰ.某课外小组制备铁酸铜（CuFe₂O₄）的流程如下：

搅拌Ⅰ所得溶液中Fe(NO₃)₃、Cu(NO₃)₂的物质的量浓度分别为2.6 mol·L^－1、 1.3 mol·L^－1。
①搅拌Ⅰ所得溶液中Fe元素的存在形式有Fe^3＋和            （填化学式）。
②搅拌Ⅱ要跟踪操作过程的pH变化。在滴加KOH溶液至pH＝4的过程中（假设溶液体积不变），小组同学绘制溶液中c(Fe^3＋)、c(Cu^2＋)随pH变化的曲线如下图，其中正确的是     （用“A”、“B”填空）。
（已知：K_sp[Fe(OH)₃]＝2.6×10^－39、K_sp[Cu(OH)₂]＝2.2×10^－20）

③操作Ⅲ为         、          。
ⅱ.在热化学循环分解水制氢的过程中，铁酸铜（CuFe₂O₄）先要煅烧成氧缺位体（CuFe₂O_4－a），氧缺位值（a）越大，活性越高，制氢越容易。
④氧缺位体与水反应制氢的化学方程式为                      。
⑤课外小组将铁酸铜样品在N₂的气氛中充分煅烧，得氧缺位体的质量为原质量的96.6%，则氧缺位值（a）＝     。

有机物对香豆酸（）主要用于配置香辛樱桃、杏、蜂蜜等香料。
（1）写出对香豆酸的分子式             。
（2）下列关于对香豆酸的说法不正确的是       。
a．能与NaOH溶液反应
b．能发生加成、取代、银镜反应
c．加金属钠，有氢气生成
d．加FeCl₃溶液，溶液显紫色
（3）对香豆酸的某种同分异构体丁，可用于除草剂苯嗪草酮的中间体，其可通过下图转化关系制得。

①乙→丙的反应类型              ；
②乙分子所含官能团是       （填名称）；
③丙→丁的反应化学方程式：                     ；
（4）有机物戊与丁互为同分异构体，且满足以下特点：
①是苯的对位取代物，   
②能与NaHCO₃反应放出气体，  
③能发生银镜反应。
请写出化合物戊的结构简式           （任写一个即可）。

松油醇是一种调香香精，是α、β、γ三种同分异构体组成的混合物，可由松节油分馏产品A（¹⁸O是氧原子的一种同位素）经下列反应制得：

（1）α－松油醇的分子式为              。
（2）写出α－松油醇中官能团的名称                  。
（3）α－松油醇能发生反应的类型有                   。

A．加成反应

B．消去反应

C．氧化反应

D．取代反应

（4）物质M是A的一种同分异构体，写出该物质在Cu作催化剂的条件下和氧气反应的化学方程式                                                                  。

（5）写出下列物质的结构简式：β－松油醇                     。

环己烷可制备1，4-环己二醇，下列七步有关反应（其中无机产物都已经略去）中，其中有两步属于取代反应，两步属于消去反应，三步属于加成反应，试回答：

（1）写出下列化合物的结构简式：
A：                     C：
（2）写出①、④的化学方程式：
①：                                                           ；
④：                                                           。