高中化学解答题

近年来，以大豆素（化合物C）为主要成分的大豆异黄酮及其衍生物，因其具有优良的生理活性而备受关注．大豆素的合成及其衍生化的一种工艺路线如下：

回答下列问题：

（1）A的化学名称为_______。

（2） $1\mathit{mol\; D}$ 反应生成E至少需要______ $\mathit{mol}$ 氢气。

（3）写出E中任意两种含氧官能团的名称_______。

（4）由E生成F的化学方程式为_________。

（5）由G生成H分两步进行：反应1）是在酸催化下水与环氧化合物的加成反应，则反应2）的反应类型为________。

（6）化合物B的同分异构体中能同时满足下列条件的有_______（填标号）。

a．含苯环的醛、酮

b．不含过氧键（ $-O-O-$ ）

c．核磁共振氢谱显示四组峰，且峰面积比为3∶2∶2∶1

A．

2个

B．

3个

C．

4个

D．

5个

（7）根据上述路线中的相关知识，以丙烯为主要原料用不超过三步的反应设计合成：

我国科学家研发的全球首套千吨级太阳能燃料合成项目被形象地称为"液态阳光"计划。该项目通过太阳能发电电解水制氢，再采用高选择性催化剂将二氧化碳加氢合成甲醇。回答下列问题：

（1）太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。Si的价电子层的电子排布式为______；单晶硅的晶体类型为_______。SiCl ₄是生产高纯硅的前驱体，其中Si采取的杂化类型为______。SiCl ₄可发生水解反应，机理如下：

含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp ²、②sp ³d、③sp ³d ²，中间体SiCl ₄(H ₂O)中Si采取的杂化类型为_______ (填标号)。

（2）CO ₂分子中存在________个σ键和________个π键。

（3）甲醇的沸点(64.7℃)介于水(100℃)和甲硫醇(CH ₃SH，7.6℃)之间，其原因是_____________。

（4）我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其组成为ZnO/ZrO ₂固溶体。四方ZrO ₂晶胞如图所示。Zr ⁴⁺离子在晶胞中的配位数是____________，晶胞参数为 apm、 apm、 cpm，该晶体密度为____________g·cm ^-3(写出表达式)。在ZrO ₂中掺杂少量ZrO后形成的催化剂，化学式可表示为Zn _xZr _{1- x}O _y，则 y=____________(用 x表达)。

二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题：

（1）二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：

$\text{C}{\text{O}}_2\left(g\right)+3H_2\left(g\right)=\text{C}{\text{H}}_3\text{OH}\left(g\right)+H_{2}O\left(g\right)$

该反应一般认为通过如下步骤来实现：

① $\text{C}{\text{O}}_2\left(g\right)+H_2\left(g\right)=\text{CO}\left(g\right)+H_{2}O\left(g\right)\mathit{\hspace{0.33em}\hspace{0.33em}\hspace{0.33em}}\Delta H_1=+41\text{kJ}\cdot \text{mo}{\text{l}}^{-1}$

② $\text{CO}\left(g\right)+2H_2\left(g\right)=\text{C}{\text{H}}_3\text{OH}\left(g\right)\mathit{\hspace{0.33em}\hspace{0.33em}\hspace{0.33em}}\Delta H_2=-90\text{kJ}\cdot \text{mol}$

总反应的 $\mathit{\Delta H}=$ _______ $\mathit{kJ}\cdot \mathit{mo}{l}^{-1}$ ；若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是________（填标号），判断的理由是_______。

（2）合成总反应在起始物 $n\left(H_2\right)/n\left(C{O}_2\right)=3$ 时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为 $x\left(C{H}_3\mathit{OH}\right)$ ，在 $t=250$ ℃下的 $x\left(C{H}_3\mathit{OH}\right)\sim p$ 、在 $p=5\times 10^5\mathit{Pa}$ 下的 $x\left(C{H}_3\mathit{OH}\right)~t$ 如图所示。

①用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式 $K_p=$ ________；

②图中对应等压过程的曲线是________，判断的理由是_________；

③当 $x\left(C{H}_3\mathit{OH}\right)=0.10$ 时， $C{O}_2$ 的平衡转化率 $\alpha =$ __________，反应条件可能为________或_______。

胆矾（ $\mathit{CuS}{O}_4\cdot 5H_{2}O$ ）易溶于水，难溶于乙醇。某小组用工业废铜焙烧得到的 $\mathit{CuO}$ （杂质为氧化铁及泥沙）为原料与稀硫酸反应制备胆矾，并测定其结晶水的含量。回答下列问题：

（1）制备胆矾时，用到的实验仪器除量筒、酒精灯、玻璃棒、漏斗外，还必须使用的仪器有________（填标号）。

A．

烧杯

B．

容量瓶

C．

蒸发皿

D．

移液管

（2）将 $\mathit{CuO}$ 加入到适量的稀硫酸中，加热，其主要反应的化学方程式为___________，与直接用废铜和浓硫酸反应相比，该方法的优点是_________。

（3）待 $\mathit{CuO}$ 完全反应后停止加热，边搅拌边加入适量 $H_2{O}_2$ ，冷却后用 $N{H}_3\cdot H_{2}O$ 调 $\mathit{pH}$ 为3.5～4，再煮沸 $10\mathit{min}$ ，冷却后过滤。滤液经如下实验操作：加热蒸发、冷却结晶、________、乙醇洗涤、________，得到胆矾。其中，控制溶液 $\mathit{pH}$ 为3.5～4的目的是_________，煮沸 $10\mathit{min}$ 的作用是_________。

（4）结晶水测定：称量干燥坩埚的质量为 $m_1$ ，加入胆矾后总质量为 $m_2$ ，将坩埚加热至胆矾全部变为白色，置于干燥器中冷至室温后称量，重复上述操作，最终总质量恒定为 $m_3$ 。根据实验数据，胆矾分子中结晶水的个数为_________（写表达式）。

（5）下列操作中，会导致结晶水数目测定值偏高的是________（填标号）。

A．	①胆矾未充分干燥
B．	②坩埚未置于干燥器中冷却
C．	③加热时有少胆矾迸溅出来

碘（紫黑色固体，微溶于水）及其化合物广泛用于医药、染料等方面。回答下列问题：

（1） $I_2$ 的一种制备方法如下图所示：

$\mathit{净化除氯后含}I\mathit{海水}\stackrel{\mathit{\hspace{1em}\hspace{1em}}}{\to }\stackrel{\underset{\downarrow }{\mathit{AgN}{O}_3}}{\overline{)\mathit{富集}}}\stackrel{\mathit{\hspace{1em}\hspace{1em}}}{\to }\mathit{悬浊液}\stackrel{\mathit{\hspace{1em}\hspace{1em}}}{\to }\stackrel{\underset{\underset{\downarrow }{\mathit{Fe}粉}}{\stackrel{\downarrow }{\mathit{沉淀}}}}{\overline{)\mathit{转化}}}\stackrel{\mathit{\hspace{1em}\hspace{1em}}}{\to }\stackrel{\underset{\downarrow }{C{l}_2}}{\overline{)\mathit{氧化}}}\stackrel{\mathit{\hspace{1em}\hspace{1em}}}{\to }{I}_2$

①加入 $\mathit{Fe}$ 粉进行转化反应的离子方程式为_________，生成的沉淀与硝酸反应，生成________后可循环使用。

②通入 $C{l}_2$ 的过程中，若氧化产物只有一种，反应的化学方程式为__________；若反应物用量比 $n\left(C{l}_2\right)/n\left(\mathit{Fe}{I}_2\right)=1.5$ 时，氧化产物为_________；当 $n\left(C{l}_2\right)/n\left(\mathit{Fe}{I}_2\right)>1.5$ ，单质碘的收率会降低，原因是___________。

（2）以 $\mathit{NaI}{O}_3$ 为原料制备 $I_2$ 的方法是：先向 $\mathit{NaI}{O}_3$ 溶液中加入计量的 $\mathit{NaHS}{O}_3$ ，生成碘化物；再向混合溶液中加入 $\mathit{NaI}{O}_3$ 溶液，反应得到 $I_2$ ，上述制备 $I_2$ 的总反应的离子方程式为__________。

（3） $\mathit{KI}$ 溶液和 $\mathit{CuS}{O}_4$ 溶液混合可生成 $\mathit{CuI}$ 沉淀和 $I_2$ ，若生成 $1\mathit{mol}{\text{I}}_2$ ，消耗的 $\mathit{KI}$ 至少为_______ $\mathit{mol}$ 。 $I_2$ 在 $\mathit{KI}$ 溶液中可发生反应： $I_2+I^{-}\stackrel{\mathit{\hspace{1em}\hspace{1em}}}{\leftleftarrows }{I^{-}}_3$ 。实验室中使用过量的 $\mathit{KI}$ 与 $\mathit{CuS}{O}_4$ 溶液反应后，过滤，滤液经水蒸气蒸馏可制得高纯碘。反应中加入过量 $\mathit{KI}$ 的原因是________。

某同学利用Cl₂氧化K₂MnO₄制备KMnO₄的装置如图所示（夹持装置略）：

已知：锰酸钾（K₂MnO₄）在浓强碱溶液中可稳定存在，碱性减弱时易发生反应：3MnO₄^2﹣+2H₂O═2MnO₄^﹣+MnO₂↓+4OH^﹣

回答下列问题：

（1）装置A中a的作用是　　；装置C中的试剂为　　；装置A中制备Cl₂的化学方程式为　　。

（2）上述装置存在一处缺陷，会导致KMnO₄产率降低，改进的方法是　　。

（3）KMnO₄常作氧化还原滴定的氧化剂，滴定时应将KMnO₄溶液加入　酸式　（填“酸式”或“碱式”）滴定管中；在规格为50.00 mL的滴定管中，若KMnO₄溶液起始读数为15.00 mL，此时滴定管中KMnO₄溶液的实际体积为　　（填标号）。

A．15.00 mL B．35.00 mL C．大于35.00 mL D．小于15.00 mL

（4）某FeC₂O₄•2H₂O样品中可能含有的杂质为Fe₂（C₂O₄）₃、H₂C₂O₄•2H₂O，采用KMnO₄滴定法测定该样品的组成，实验步骤如下：

Ⅰ．称取mg样品于锥形瓶中，加入稀H₂SO₄溶解，水浴加热至75℃．用c mol•L^﹣1的KMnO₄溶液趁热滴定至溶液出现粉红色且30s内不褪色，消耗KMnO₄溶液V₁mL。

Ⅱ．向上述溶液中加入适量还原剂将Fe³⁺完全还原为Fe²⁺，加入稀H₂SO₄酸化后，在75℃继续用KMnO₄溶液滴定至溶液出现粉红色且30s内不褪色，又消耗KMnO₄溶液V₂ mL。

样品中所含H₂C₂O₄•2H₂O（M＝126g•mol^﹣1）的质量分数表达式为　　。

下列关于样品组成分析的说法，正确的是　　（填标号）。

A． $\frac{V_1}{V_2}=$3时，样品中一定不含杂质

B． $\frac{V_1}{V_2}$越大，样品中H₂C₂O₄•2H₂O含量一定越高

C．若步骤Ⅰ中滴入KMnO₄溶液不足，则测得样品中Fe元素含量偏低

D．若所用KMnO₄溶液实际浓度偏低，则测得样品中Fe元素含量偏高

化合物F是合成吲哚﹣2﹣酮类药物的一种中间体，其合成路线如图：

已知：Ⅰ．

Ⅱ．

Ⅲ．

Ar为芳基；X＝Cl，Br；Z或Z′＝COR，CONHR，COOR等。

回答下列问题：

（1 ）实验室制备A的化学方程式为　　，提高A产率的方法是　　； A的某同分异构体只有一种化学环境的碳原子，其结构简式为　　。

（2）C→D的反应类型为　　； E中含氧官能团的名称为　　。

（3）C的结构简式为　　，F的结构简式为　　。

（4）Br₂和的反应与Br₂和苯酚的反应类似，以和为原料合成，写出能获得更多目标产物的较优合成路线（其它试剂任选）。

探究CH₃OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH₃OH的产率。以CO₂、H₂为原料合成CH₃OH涉及的主要反应如下：

Ⅰ．CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁＝﹣49.5 kJ•mol^﹣1

Ⅱ．CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）△H₂＝﹣90.4 kJ•mol^﹣1

Ⅲ．CO₂（g）+H₂（g）⇌CO（g）+H₂O（g）△H₃

回答下列问题：

（1）△H₃＝　　kJ•mol^﹣1。

（2）一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1mol CO₂和3mol H₂发生上述反应，达到平衡时，容器中CH₃OH（g）为amol，CO为bmol，此时H₂O（g）的浓度为　 $\frac{a+b}{V}$　mol•L^﹣1（用含a、b、V的代数式表示，下同），反应Ⅲ的平衡常数为　　。

（3）不同压强下，按照n（CO₂）：n（H₂）＝1：3投料，实验测定CO₂的平衡转化率和CH₃OH的平衡产率随温度的变化关系如图所示。

已知：CO₂的平衡转化率 $=\frac{n{(\mathit{CO}}_2{)}_{\mathit{初始}}-n{(\mathit{CO}}_2{)}_{\mathit{平衡}}}{n{(\mathit{CO}}_2{)}_{\mathit{初始}}}\times$100%

CH₃OH的平衡产率 $=\frac{n{(\mathit{CH}}_3\mathit{OH}{)}_{\mathit{平衡}}}{n{(\mathit{CO}}_2{)}_{\mathit{初始}}}\times$100%

其中纵坐标表示CO₂平衡转化率的是图　　（填“甲”或“乙”）；压强p₁、p₂、p₃由大到小的顺序为　　；图乙中T₁温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是　　。

（4 ）为同时提高CO₂的平衡转化率和CH₃OH的平衡产率，应选择的反应条件为　　（填标号）。

A．低温、高压 B．高温、低压 C．低温、低压 D．高温、高压

CdSnAs₂是一种高迁移率的新型热电材料，回答下列问题：

（1）Sn为ⅣA族元素，单质Sn与干燥Cl₂反应生成SnCl₄．常温常压下SnCl₄为无色液体，SnCl₄空间构型为　 　，其固体的晶体类型为　 　。

（2）NH₃、PH₃、AsH₃的沸点由高到低的顺序为　 　 （ 填化学式，下同），还原性由强到弱的顺序为　 　，键角由大到小的顺序为　　。

（3）含有多个配位原子的配体与同一中心离子（或原子）通过螯合配位成环而形成的配合物为螯合物。一种Cd²⁺配合物的结构如图所示，1mol该配合物中通过螯合作用形成的配位键有　　 mol，该螯合物中N的杂化方式有　　种。

（4）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，称作原子的分数坐标。四方晶系CdSnAs₂的晶胞结构如图所示，晶胞棱边夹角均为90°，晶胞中部分原子的分数坐标如下表所示。

坐标 原子	x	y	z
Cd	0	0	0
Sn	0	0	0.5
As	0.25	0.25	0.125

一个晶胞中有　　 个Sn，找出距离Cd（0，0，0）最近的Sn　　（ 用分数坐标表示）。CdSnAs₂晶体中与单个Sn键合的As有　　个。

用软锰矿（主要成分为MnO₂，含少量Fe₃O₄、Al₂O₃ ）和BaS制备高纯MnCO₃的工艺流程如图：

已知：MnO₂是一种两性氧化物； 25℃时相关物质的K_sp见下表。

物质	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Al（OH）3	Mn（OH）2
Ksp	1×10^﹣^16.3	1×10^﹣^38.6	1×10^﹣^32.3	1×10^﹣^12.7

回答下列问题：

（1）软锰矿预先粉碎的目的是　　，MnO₂ 与BaS溶液反应转化为MnO的化学方程式为　　。

（2）保持BaS投料量不变，随MnO₂与BaS投料比增大，S的量达到最大值后无明显变化，而Ba（OH）₂的量达到最大值后会减小，减小的原因是　　。

（3）滤液Ⅰ可循环使用，应当将其导入到　　操作中 （填操作单元的名称）。

（4）净化时需先加入的试剂X为　　（填化学式），再使用氨水调溶液的pH，则pH的理论最小值为　　（当溶液中某离子浓度c≤1.0×10^﹣5mol•L^﹣1时，可认为该离子沉淀完全）。

（5）碳化过程中发生反应的离子方程式为　　。

苯基环丁烯酮（ PCBO）是一种十分活泼的反应物，可利用它的开环反应合成一系列多官能团化合物。近期我国科学家报道用PCBO与醛或酮发生[4+2]环加成反应，合成了具有生物活性的多官能团化合物（E），部分合成路线如图：

已知如下信息：

回答下列问题：

（1）A的化学名称是 　 　。

（2）B的结构简式为 　　。

（3）由C生成D所用的试剂和反应条件为 　　；该步反应中，若反应温度过高，C易发生脱羧反应，生成分子式为C ₈H ₈O ₂的副产物，该副产物的结构简式为 　　。

（4）写出化合物E中含氧官能团的名称 　　；E中手性碳（注：连有四个不同的原子或基团的碳）的个数为 　　。

（5）M为C的一种同分异构体。已知：1mol M与饱和碳酸氢钠溶液充分反应能放出2mol二氧化碳；M与酸性高锰酸钾溶液反应生成对苯二甲酸。M的结构简式为 　　。

（6）对于 ，选用不同的取代基R'，在催化剂作用下与PCBO发生的[4+2]反应进行深入研究，R'对产率的影响见下表：

R'	﹣CH 3	﹣C 2H 5	﹣CH 2CH 2C 6H 5
产率/%	91	80	63

请找出规律，并解释原因 　　。

氨硼烷（NH ₃BH ₃）含氢量高、热稳定性好，是一种具有潜力的固体储氢材料。回答下列问题：

（1）H、B、N中，原子半径最大的是 　 　。根据对角线规则，B的一些化学性质与元素 　　的相似。

（2）NH ₃BH ₃分子中，N﹣B化学键称为 　　键，其电子对由 　 　提供。氨硼烷在催化剂作用下水解释放氢气：

3NH ₃BH ₃+6H ₂O═3NH ₄ ⁺+B ₃O ₆ ^{3 ﹣}+9H ₂

B ₃O ₆ ^{3 ﹣}的结构为 ．在该反应中，B原子的杂化轨道类型由 　　变为 　　。

（3）NH ₃BH ₃分子中，与N原子相连的H呈正电性（H ^{δ +}），与B原子相连的H呈负电性（H ^δ﹣），电负性大小顺序是 　　。与NH ₃BH ₃原子总数相等的等电子体是 　　（写分子式），其熔点比NH ₃BH ₃ 　　（填"高"或"低"），原因是在NH ₃BH ₃分子之间，存在 　   作用，也称"双氢键"。

（4）研究发现，氨硼烷在低温高压条件下为正交晶系结构，晶胞参数分别为apm、bpm、cpm，α＝β＝γ＝90°．氨硼烷的2×2×2超晶胞结构如图所示。氨硼烷晶体的密度ρ＝ 　　g•cm ^{﹣ 3}（列出计算式，设N _A为阿伏加德罗常数的值）。

二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO ₂的热点研究领域。回答下列问题：

（1）CO ₂催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n（C ₂H ₄）：n（H ₂O）＝ 　　。当反应达到平衡时，若增大压强，则n（C ₂H ₄） 　　（填"变大""变小"或"不变"）。

（2）理论计算表明。原料初始组成n（CO ₂）：n（H ₂）＝1：3，在体系压强为0.1MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。图中，表示C ₂H ₄、CO ₂变化的曲线分别是 　　、 　　。 CO ₂催化加氢合成C ₂H ₄反应的△H 　　0 （填"大于"或"小于"）。

（3）根据图中点A（440K，0.39），计算该温度时反应的平衡常数K _p＝ 　 $\frac{2.5\times 10^8}{6591}$ 　（MPa） ^{﹣ 3}（列出计算式。以分压表示，分压＝总压×物质的量分数）。

（4）二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C ₃H ₆、C ₃H ₈、C ₄H ₈等低碳烃。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当 　　。

钒具有广泛用途。黏土钒矿中，钒以+3、+4、+5价的化合物存在，还包括钾、镁的铝硅酸盐，以及SiO ₂、Fe ₃O ₄。采用如图工艺流程可由黏土钒矿制备NH ₄VO ₃。

该工艺条件下，溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示。

金属离子	Fe ^3+	Fe ^2+	Al ^3+	Mn ^2+
开始沉淀pH	1.9	7.0	3.0	8.1
完全沉淀pH	3.2	9.0	4.7	10.1

回答下列问题：

（1）"酸浸氧化"需要加热，其原因是 　　。

（2）"酸浸氧化"中，VO ⁺和VO ²⁺被氧化成VO ₂ ⁺，同时还有 　　离子被氧化。写出VO ⁺转化为VO ₂ ⁺反应的离子方程式 　。

（3）"中和沉淀"中，钒水解并沉淀为V ₂O ₅•xH ₂O，随滤液②可除去金属离子K ⁺、Mg ²⁺、Na ⁺、 　　，以及部分的 　　。

（4）"沉淀转溶"中，V ₂O ₅•xH ₂O转化为钒酸盐溶解。滤渣③的主要成分是 　　。

（5）"调pH"中有沉淀生产，生成沉淀反应的化学方程式是 　　。

次氯酸钠溶液和二氯异氰尿酸钠（C₃N₃O₃Cl₂Na）都是常用的杀菌消毒剂。NaClO可用于制备二氯异氰尿酸钠。

（1）NaClO溶液可由低温下将Cl₂缓慢通入NaOH溶液中而制得。制备NaClO的离子方程式为　　；用于环境杀菌消毒的NaClO溶液须稀释并及时使用，若在空气中暴露时间过长且见光，将会导致消毒作用减弱，其原因是　　。

（2）二氯异氰尿酸钠优质品要求有效氯大于60%．通过下列实验检测二氯异氰尿酸钠样品是否达到优质品标准。实验检测原理为

C₃N₃O₃Cl₂^﹣+H⁺+2H₂O═C₃H₃N₃O₃+2HClO

HClO+2I^﹣+H⁺═I₂+Cl^﹣+H₂O   I₂+2S₂O₃^2﹣═S₄O₆^2﹣+2I^﹣

准确称取1.1200g样品，用容量瓶配成250.0mL溶液：取25.00mL上述溶液于碘量瓶中，加入适量稀硫酸和过量KI溶液，密封在暗处静置5min；用0.1000mol•L^﹣1Na₂S₂O₃标准溶液滴定至溶液呈微黄色，加入淀粉指示剂，继续滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液20.00mL。

①通过计算判断该样品是否为优质品。

（写出计算过程，该样品的有效氯 $=\frac{\mathit{测定中转化为HClO的氯元素质量}\times 2}{\mathit{样品质量}}\times$100% ）

②若在检测中加入稀硫酸的量过少，将导致样品的有效氯测定值　　（ 填“偏高”或“偏低”）。