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大题突破练(二)
1.(16分)(2025·广东肇庆二模)贵金属在电子工业领域有着重要应用。一种从废旧电路板富集回收的金属粉末(含金、银、锑、铅等)中回收金、银及制备锑钾合金的工艺流程如图所示。
已知:①金属元素“酸溶”主要转化为[AuCl4]-、[AgCl2]-、[PbCl4]2-、Sb3+等;
②[PbCl4]2-(aq)PbCl2(s)+2Cl-(aq),PbCl2(s)Pb2+(aq)+2Cl-(aq);
③常温下,Ksp(PbCl2)=1.6×10-5,Ksp(PbSO4)=1.6×10-8,Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5;
④金属离子完全沉淀时,其离子浓度为1.0×10-5 mol·L-1。
(1)“酸溶”过程中,先将金属进行粉碎的目的为　　　　　　　　　　　　;
溶解后得到含+3价金属元素的配离子为　　　　　　。
(2)“水解”过程中,Sb3+水解生成SbOCl的离子方程式为　　　　　　　　　　　　。
(3)“溶银”过程中,常温下当溶液pH=4时,溶液中c(NH3·H2O)　　　　　(填“>”“<”或“=”)c(N)。
(4)“还原”过程中,加入的绿色还原剂N2H4是二元弱碱,其在水中第一步电离的电离方程式为N2H4+H2ON2+OH-,则第二步电离的电离方程式为　　　　　　　。
(5)“沉铅”过程中,从平衡移动的角度分析加入硫酸的作用: 　　　　　　　　;
若“沉铅”时Pb2+完全转化为PbSO4,则此时溶液中c(S)不低于　　　　　　 mol·L-1。
(6)该锑钾(Sb-K)合金的晶胞结构如图甲,图乙表示晶胞的一部分,设NA为阿伏加德罗常数的值。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置,称为原子分数坐标。1号原子的坐标为(0,0,0),3号原子的坐标为(1,1,1)。
①与Sb最邻近的K原子数为　　　　　。
②图甲中Sb原子与K原子的个数比为　　　　。
③2号原子的坐标为　　　　　。
④若该晶胞的晶胞参数为a pm,则该晶体的密度为　　　　　 g·cm-3,K与Sb之间的最短距离为　　　 pm。
2.(12分)(2025·湖南新高考教研联盟联考)贝诺酯(分子式为C17H15NO5,相对分子质量为313)是白色结晶性粉末,无味,熔点为175~176 ℃,不溶于水,在沸乙醇中易溶,在冷乙醇中微溶。某化学兴趣小组根据以下实验流程制备贝诺酯。
已知:根据路易斯酸碱理论,吡啶()是一种有机碱。
部分实验装置(加热和夹持装置省略)如下图所示。
步骤Ⅰ:制备乙酰水杨酰氯。
将9 g阿司匹林(0.05 mol,沸点为321 ℃)、5 mL氯化亚砜(SOCl2)(0.05 mol,沸点为78.8 ℃)、3滴吡啶加入干燥的三颈烧瓶中,接上仪器a,控制温度70~75 ℃,反应回流一段时间,反应结束后,减压蒸馏,冷却,得到乙酰水杨酰氯(沸点为108 ℃)。
步骤Ⅱ:合成贝诺酯。
在装有搅拌器及温度计的150 mL三颈烧瓶中加入50 mL水和10.6 g(0.07 mol)对乙酰氨基酚()。在10~15 ℃和搅拌下滴加NaOH溶液。滴加完毕,慢慢滴加步骤Ⅰ制得的乙酰水杨酰氯的溶液。滴加完毕,调pH至9~10,继续搅拌反应1.5~2 h,抽滤,水洗至中性,得粗品。
步骤Ⅲ:纯化与分析。
回答下列问题:
(1)仪器a的名称为　　　　,滴液漏斗相比于普通分液漏斗的优势是　 　。
(2)实验步骤Ⅰ所用仪器均需干燥,是因为SOCl2遇水剧烈反应生成两种气体,请写出该反应的化学方程式: 　　　　　　　　　　　　。
(3)加入吡啶的作用除了作为催化剂外还可以　　　　　　　　　　　　。
(4)某同学采用薄层色谱(利用各组分在固定相和流动相之间的分配不同实现分离)跟踪反应进程,分别在反应开始、回流60 min、90 min、120 min和150 min时,用毛细管取样、点样,薄层色谱展开后的斑点如下图所示。该实验条件下比较合适的回流时间是　　　　(填字母)。
A.60 min B.90 min
C.120 min D.150 min
(5)步骤Ⅱ中维持10~15 ℃主要是为了　　　　　　　　　　　　。
(6)步骤Ⅲ得到的粗产品可以利用重结晶法进行提纯,请选择合适的操作补全实验　　　　(填字母)→过滤→洗涤→干燥。
a.加热水溶解→活性炭脱色→趁热过滤→冷却结晶
b.加热乙醇溶解→活性炭脱色→趁热过滤→水洗至中性
c.加热水溶解→趁热过滤→活性炭脱色→水洗至中性
d.加热乙醇溶解→趁热过滤→活性炭脱色→冷却结晶
该实验最终得到纯品9.39 g,则贝诺酯的产率为　　　　。
3.(12分)(2025·湖北十一校联考)某学习小组研究含氮化合物时做了如下探究。由于N2性质很不活泼,德国化学家哈伯经过反复实验研究后发现在500~600 ℃、17.5 MPa~20.0 MPa和锇为催化剂的条件下,合成氨具有了工业化生产的可能性。
(1)已知H2、NH3的燃烧热分别为a kJ·mol-1、b kJ·mol-1,写出合成氨的热化学方程式: 　　　　　　　　　　　　。
(2)锇催化的过程为H2、N2先吸附到锇表面,吸附后的分子才能发生反应生成NH3,然后NH3脱附得到产物。定义θ为催化剂的表面覆盖率,θ随压强的变化如图所示。θ值越大,催化效果越好。
合成氨条件需要控制在17.5 MPa~20.0 MPa的原因是　　　　　　　　　　　　。
(3)在500 K,容积为1 L的恒容容器中,对于合成氨反应,初始投料N2(g)为0.2 mol,H2(g)为0.05 mol,NH3(g)为0.15 mol,则以下哪些条件可以判断反应达到平衡　　　　　(填序号)。
①H2的体积分数不变　②气体总压不变　③NH3的分压不变　④体系密度不变
(4)NO2可以发生二聚反应2NO2(g)N2O4(g),该反应可自发进行。动力学实验证明,上述混合气体温度由289 K升至311 K,此过程几微秒即可达到化学平衡。则升温后的混合气体在室温下放置,气体颜色变化为　　　　　。
(5)对于可逆反应:eE(g)+fF(g)gG(g)+hH(g),,pθ=100 kPa。现有总压100 kPa下NO2和N2O4的混合气体,其密度为同状态下H2密度的34.5倍,求2NO2(g)N2O4(g)反应的平衡常数=　　　　　。
(6)NO2可以与许多金属发生氧化还原反应。在300 K,容积为V L的恒容容器中加入一定量的Ag(s)和NO2(g),发生如下三个反应:
①Ag(s)+NO2(g)AgNO2(s)
②Ag(s)+2NO2(g)AgNO3(s)+NO(g)
③2NO2(g)N2O4(g)
当体系中各物质的物质的量不再改变时,此时Ag(s)已被消耗完,AgNO2(s)、AgNO3(s)均有生成。现缩小容器容积,几种气体的摩尔分数x也将变化。则NO(g)的摩尔分数x(NO)随压强p的变化趋势为　　　　　(填“①”“②”或“③”)。[x(NO)=]。
4.(15分)(2025·福建龙岩一模)下图是抗炎镇痛药J的一种合成路线(部分反应条件已简化)。
已知:+
(1)A→B反应的试剂和条件是　　　　。
(2)化合物F的官能团名称是　　　　　　、　　　　　　。
(3)亚硫酰氯(SOCl2)分子中S原子的杂化轨道类型为　　　　,该分子的空间结构为　　　　　　　　　。
(4)化合物G的结构简式是　　　　　　　　　　　　。
(5)D+G→H的化学方程式是　　　　　　　　　　　　。
(6)比较酸性:　　　　(填“>”或“<”)。
(7)Y是C的同分异构体,遇FeCl3溶液显特征颜色且能发生银镜反应,则Y的结构有　　　　种。
参考答案
1.答案 (1)增大固液接触面积,加快反应速率,使其充分反应　　[AuCl4]-
(2)Sb3++Cl-+H2OSbOCl↓+2H+
(3)<
(4)N2+H2ON2+OH-
(5)由题目已知信息可知,[PbCl4]2-在溶液中存在平衡:[PbCl4]2-(aq)Pb2+(aq)+4Cl-(aq),加入硫酸后,Pb2+与S形成更难溶的PbSO4,使c(Pb2+)减小,促进平衡正向移动,使[PbCl4]2-中的Pb2+转化为沉淀　1.6×10-3
(6)①8　②1∶3　③(1,)　④a
解析:金属粉末中含金、银、锑、铅等成分,金属元素“酸溶”主要转化为[AuCl4]-、[AgCl2]-、[PbCl4]2-、Sb3+等,然后加入去离子水水解并过滤得到含有AgCl、SbOCl的滤渣和含有[AuCl4]-和[PbCl4]2-的滤液,用氨水溶解AgCl,过滤后得到SbOCl固体和含[Ag(NH3)2]+的溶液,加入N2H4将[Ag(NH3)2]+还原为Ag,向含有[AuCl4]-和[PbCl4]2-的滤液中加入硫酸沉铅,过滤得到PbSO4固体,滤液中的[AuCl4]-经还原后可以得到Au。
(1)“酸溶”过程中,先将金属进行粉碎的目的是增大固液接触面积,加快反应速率,使其充分反应;已知金属元素“酸溶”主要转化为[AuCl4]-、[AgCl2]-、[PbCl4]2-、Sb3+等,则溶解后得到含+3价金属元素的配离子为[AuCl4]-。
(2)“水解”过程中,Sb3+水解生成SbOCl的离子方程式为Sb3++Cl-+H2OSbOCl↓+2H+。
(3)已知Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5,常温下当溶液pH=4时,c(OH-)=10-10 mol·L-1,=1.8×105>1,则c(NH3·H2O)(4)N2H4是二元弱碱,其在水中第一步电离的电离方程式为N2H4+H2ON2+OH-,则第二步电离的电离方程式为N2+H2ON2+OH-。
(5)“沉铅”过程中,由题目已知信息可知,[PbCl4]2-在溶液中存在平衡:[PbCl4]2-(aq)Pb2+(aq)+4Cl-(aq),加入硫酸后,Pb2+与S形成更难溶的PbSO4,使c(Pb2+)减小,促进平衡正向移动,使[PbCl4]2-中的Pb2+转化为沉淀。若“沉铅”时Pb2+完全转化为PbSO4,c(S)·c(Pb2+)>Ksp(PbSO4)=1.6×10-8,此时溶液中c(S)不低于 mol·L-1=1.6×10-3 mol·L-1。
(6)①根据图示可知,与Sb最邻近的K原子数为8。②根据均摊法,Sb原子数是8×+6×=4,K原子数是12×+1+8=12,Sb原子与K原子的个数比为1∶3。③根据1号原子的坐标为(0,0,0)、3号原子的坐标为(1,1,1),可知2号原子的坐标为(1,)。④该晶胞中Sb原子数是4、K原子数是12,若该晶胞的晶胞参数为a pm,则该晶体的密度ρ= g·cm-3= g·cm-3。由晶胞结构图可知,K与Sb之间的最短距离为体对角线的,即a pm。
2.答案 (1)球形冷凝管　保持恒压,便于液体顺利流下
(2)SOCl2+H2OSO2+2HCl
(3)中和反应生成的HCl,促进反应正向进行,提高转化率
(4)C
(5)防止温度过高,酰胺基在碱性条件下水解
(6)b　60%
解析:(1)根据装置图可知,仪器a的名称为球形冷凝管;和普通分液漏斗相比,恒压滴液漏斗上部和三颈烧瓶气压相通,可以保证恒压滴液漏斗中的液体顺利滴下。
(2)SOCl2遇水剧烈反应生成二氧化硫、氯化氢两种气体:SOCl2+H2OSO2+2HCl。
(3)阿司匹林和氯化亚砜反应生成乙酰水杨酰氯、二氧化硫和氯化氢,吡啶是一种有机碱,加入吡啶的作用除了作为催化剂外还可以中和反应生成的HCl,促进反应正向进行,提高转化率。
(4)对照图中斑点分析,可以看出,反应开始时图上的斑点为反应物,由此可推测,回流60 min、90 min时的图中,下面的斑点为反应物,上面的斑点为生成物,120 min时图上的斑点为生成物,而反应物基本无剩余。因此,该实验条件下比较合适的回流时间是120 min。
(5)对乙酰氨基酚含有酰胺基,碱性条件下加热促进其水解,步骤Ⅱ中维持10~15 ℃主要是为了防止对乙酰氨基酚水解。
(6)贝诺酯不溶于水,在沸乙醇中易溶,在冷乙醇中微溶。得到的粗产品可以利用重结晶法进行提纯,重结晶过程为加热乙醇溶解→活性炭脱色→趁热过滤→水洗至中性→过滤→洗涤→干燥,故选b。根据合成路线图,0.05 mol阿司匹林理论上生成0.05 mol贝诺酯,该实验最终得到纯品9.39 g,则贝诺酯的产率为×100%=60%。
3.答案 (1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-(3a-2b) kJ·mol-1
(2)压强太小,则θ小,催化效果差,且产率小;压强太大,对设备要求高,成本高且不安全
(3)①②③
(4)颜色变浅
(5)2
(6)②
解析:(1)氢气的燃烧热为a kJ·mol-1,则H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH1=-a kJ·mol-1,氨气的燃烧热为b kJ·mol-1,则NH3(g)+O2(g)N2(g)+H2O(l)　ΔH2=-b kJ·mol-1,根据盖斯定律,合成氨的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-(3a-2b) kJ·mol-1。
(2)合成氨条件需要控制在17.5 MPa~20.0 MPa的原因是压强太小,则θ小,催化效果差,且产率小;压强太大,对设备要求高,成本高且不安全。
(3)在恒容条件下H2的体积分数保持不变,说明正、逆反应速率相等,反应已达到平衡,①正确;恒容体系气体总压不变,化学反应一定达到平衡,②正确;恒容体系NH3的分压不变说明其浓度不再变化,NH3的分压不变能说明反应已达到平衡,③正确;恒容体系,由于该反应中所有物质均为气体,根据质量守恒定律,体系质量在反应中不发生变化,则体系密度在反应中不发生变化,因此体系密度不变不能作为判断反应达到平衡的标志,④错误。
(4)2NO2(g)N2O4(g),正反应为放热反应,降低温度平衡正向移动,混合气体颜色变浅。
(5)NO2和N2O4的混合气体总压强为100 kPa,密度为同状态下氢气密度的34.5倍,则混合气体的摩尔质量为34.5×2 g·mol-1=69 g·mol-1,则有
根据十字相乘法可知平衡后两种气体的物质的量之比n(NO2)∶n(N2O4)=23∶23=1∶1,因平衡后NO2和N2O4的混合气体总压强为100 kPa,则p(NO2)=p(N2O4)=50 kPa,平衡常数=pθ=2。
4.答案 (1)氯气、FeCl3
(2)(酮)羰基　酯基
(3)sp3　三角锥形
(4)
(5)++HCl
(6)>
(7)10
解析:由A、C的结构简式及B的分子式,可推出B的结构简式为;由C的结构简式及D的分子式,可推出D的结构简式为;由E、F的结构简式和G的分子式,再结合已知信息,可推出G的结构简式为;由已知信息及G、D的结构简式,可推出H的结构简式为;由已知信息可推出,I的结构简式为,I水解得到J。
(1)A()→B(),发生取代反应,反应的试剂和条件是氯气、FeCl3。
(2)化合物F的结构简式为CH3COCH2CH2COOCH3,其官能团名称是(酮)羰基、酯基。
(3)亚硫酰氯(SOCl2)分子中S原子的价层电子对数为=4,杂化轨道类型为sp3,由于S原子的最外层还有1个孤电子对,则该分子的空间结构为三角锥形。
(6)在中,氯原子是吸电子基,使羧基更容易电离出氢离子,酸性增强;在中,甲基是推电子基,使羧基电离出氢离子的能力减弱,酸性降低,故酸性:>。
(7)C为,Y是C的同分异构体,遇FeCl3溶液显特征颜色且能发生银镜反应,则Y分子中含有苯环,苯环上的取代基为—OH、—CHO、—Cl,3个取代基共有10种不同的位置关系,故Y的结构有10种。
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