高中化学实验题

Goodenough等人因在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献而获得2019年诺贝尔化学奖。回答下列问题：

（1）基态Fe ²⁺与Fe ³⁺离子中未成对的电子数之比为 　 　。

（2）Li及其周期表中相邻元素的第一电离能（I ₁）如表所示。I ₁（Li）＞I ₁（Na），原因是 　 　。 I ₁（Be）＞I ₁（B）＞I ₁（Li），原因是 　。

I 1/（kJ•mol ^﹣ ^1）
Li 520	Be 900	B 801
Na 496	Mg 738	Al 578

（3）磷酸根离子的空间构型为 　 　，其中P的价层电子对数为 　 　、杂化轨道类型为 　 　。

（4）LiFePO ₄的晶胞结构示意图如（a）所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。每个晶胞中含有LiFePO ₄的单元数有 　 　个。

电池充电时，LiFePO ₄脱出部分Li ⁺，形成Li _{1 ﹣ x}FePO ₄，结构示意图如（b）所示，则x＝ 　　，n（Fe ²⁺）：n（Fe ³⁺）＝ 　 　。

硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO ₂的催化氧化：SO ₂（g） $+\frac{1}{2}$ O ₂（g） $\stackrel{\mathit{钒催化剂}}{\to }$ SO ₃（g）△H＝﹣98kJ•mol ^{﹣ 1}．回答下列问题：

（1）钒催化剂参与反应的能量变化如图（a）所示，V ₂O ₅（s）与SO ₂（g）反应生成VOSO ₄（s）和V ₂O ₄（s）的热化学方程式为： 　　。

（2）当SO ₂（g）、O ₂（g）和N ₂（g）起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下，SO ₂平衡转化率α随温度的变化如图（b）所示。反应在5.0MPa、550℃时的α＝ 　　，判断的依据是 　　。影响α的因素有 　　。

（3）将组成（物质的量分数）为2m% SO ₂（g）、m% O ₂（g）和q% N ₂（g）的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO ₂转化率为α，则SO ₃压强为 　　，平衡常数K _p＝ 　　（以分压表示，分压＝总压×物质的量分数）。

（4）研究表明，SO ₂催化氧化的反应速率方程为：v＝k（ $\frac{\alpha }{\alpha \prime }-$ 1） ^0.8（1﹣nα′）式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO ₂平衡转化率，α′为某时刻SO ₂转化率，n为常数。在α′＝0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲线，如图（c）所示。

曲线上v最大值所对应温度称为该α′下反应的最适宜温度t _m．t＜t _m时，v逐渐提高；t＞t _m后，v逐渐下降。原因是 　　。

为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。

回答下列问题：

（1）由FeSO ₄•7H ₂O固体配制0.10mol•L ^{﹣ 1}FeSO ₄溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、 　　（从下列图中选择，写出名称）。

（2）电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率（u ^∞）应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择 　　作为电解质。

阳离子	u ^∞×10 ^8/（m ^2•s ^﹣ ^1•V ^﹣ ^1）	阴离子	u ^∞×10 ^8/（m ^2•s ^﹣ ^1•V ^﹣ ^1）
Li ^+	4.07	HCO 3 ^﹣	4.61
Na ^+	5.19	NO 3 ^﹣	7.40
Ca ^2+	6.59	Cl ^﹣	7.91
K ^+	7.62	SO 4 ^2 ^﹣	8.27

（3）电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入 　　电极溶液中。

（4）电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe ²⁺）增加了0.02mol•L ^{﹣ 1}．石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c（Fe ²⁺）＝ 　　。

（5）根据（3）、（4）实验结果，可知石墨电极的电极反应式为 　　，铁电极反应式为 　　。因此，验证了Fe ²⁺氧化性小于 　　，还原性小于 　　。

（6）实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO ₄溶液中加入几滴Fe ₂（SO ₄） ₃溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是 　　。

以铁、硫酸、柠檬酸、双氧水、氨水等为原料可制备柠檬酸铁铵[（NH₄）₃Fe（C₆H₅O₇）₂]．

（1）Fe基态核外电子排布式为　　；[Fe（H₂O）₆]²⁺中与Fe²⁺配位的原子是　　（填元素符号）．

（2）NH₃分子中氮原子的轨道杂化类型是　　；C、N、O元素的第一电离能由大到小的顺序为　　．

（3）与NH₄⁺互为等电子体的一种分子为　　（填化学式）．

（4）柠檬酸的结构简式如图．1mol柠檬酸分子中碳原子与氧原子形成的σ键的数目为　　mol．

CO₂/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。

（1）CO₂催化加氢。在密闭容器中，向含有催化剂的KHCO₃溶液（CO₂与KOH溶液反应制得）中通入H₂生成HCOO^﹣，其离子方程式为　　；其他条件不变，HCO₃^﹣转化为HCOO^﹣的转化率随温度的变化如图1所示。反应温度在40℃～80℃范围内，HCO₃^﹣催化加氢的转化率迅速上升，其主要原因是　　。

（2）HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图2所示，两电极区间用允许K⁺、H⁺通过的半透膜隔开。

①电池负极电极反应式为　　；放电过程中需补充的物质A为　　（填化学式）。

②如图2所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O₂的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为　　。

（3）HCOOH催化释氢。在催化剂作用下，HCOOH分解生成CO₂和H₂可能的反应机理如图3所示。

①HCOOD催化释氢反应除生成CO₂外，还生成　　（填化学式）。

②研究发现：其他条件不变时，以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢的效果更佳，其具体优点是　　。

实验室由炼钢污泥（简称铁泥，主要成分为铁的氧化物）制备软磁性材料α﹣Fe₂O₃．其主要实验流程如图。

（1）酸浸。用一定浓度的H₂SO₄溶液浸取铁泥中的铁元素。若其他条件不变，实验中采取下列措施能提高铁元素浸出率的有　　 （填序号）。

A．适当升高酸浸温度

B．适当加快搅拌速度

C．适当缩短酸浸时间

（2）还原。向“酸浸”后的滤液中加入过量铁粉，使Fe³⁺完全转化为Fe²⁺．“还原”过程中除生成Fe²⁺外，还会生成　　（填化学式）；检验Fe³⁺是否还原完全的实验操作是　　。

（3）除杂。向“还原”后的滤液中加入NH₄F溶液，使Ca²⁺转化为CaF₂沉淀除去。若溶液的pH偏低，将会导致CaF₂沉淀不完全，其原因是　　[K_sp（CaF₂）＝5.3×10^﹣9，K_a（HF）＝6.3×10^﹣4]。

（4）沉铁。将提纯后的FeSO₄溶液与氨水﹣NH₄HCO₃混合溶液反应。生成FeCO₃沉淀。

①生成FeCO₃沉淀的离子方程式为　　。

②设计以FeSO₄溶液、氨水﹣NH₄HCO₃混合溶液为原料，制备FeCO₃的实验方案：　　[FeCO₃沉淀需“洗涤完全”，Fe（OH）₂开始沉淀的pH＝6.5]。

苯佐卡因是临床常用的一种手术用药。以甲苯为起始原料的合成路线如图。

回答问题：

（1）甲苯分子内共面的H原子数最多为 　 　个。

（2）A的名称是 　 　。

（3）在A的同分异构体中，符合下列条件的是 　　（ 写出一种结构简式）。

①与A具有相同官能团

②属于芳香化合物

③核磁共振氢谱有5组峰

（4）B中官能团名称为 　　。

（5）B→C的反应方程式为 　　。

（6）反应过程中产出的铁泥属于危化品，处理方式为 　　（ 填编号）。

a．高温炉焚烧

b．填埋

c．交有资质单位处理

（7）设计以甲苯和丙三醇为原料合成3﹣苄氧基﹣1，2﹣丙二醇（ ）的路线 　　（其他试剂任选）。

已知：在于HCl催化下丙酮与醇ROH反应生成缩酮。缩酮在碱性条件下稳定。在酸中水解为丙酮和醇ROH。

聚异丁烯是一种性能优异的功能高分子材料。某科研小组研究了使用特定引发剂、正己烷为溶剂、无水条件下异丁烯的聚合工艺。已知：异丁烯沸点266K。反应方程式及主要装置示意图如下：

回答问题：

（1）仪器A的名称是 　　，P ₄O ₁₀作用是 　　。

（2）将钠块加入正己烷中，除去微量的水，反应方程式为 　　.。

（3）浴槽中可选用的适宜冷却剂是 　　（填序号）。

序号	冷却剂	最低温度/℃
甲	NaCl﹣冰（质量比1：3）	﹣21
乙	CaCl 2•6H 2O﹣冰（质量比1.43：1）	﹣55
丙	液氨	﹣33

（4）补齐操作步骤

选项为：a．向三口瓶中通入一定量异丁烯

b．向三口瓶中加入一定量正己烷

① 　     　（填编号）；

②待反应体系温度下降至既定温度；

③ 　　（填编号）；

④搅拌下滴加引发剂，一定时间后加入反应终止剂停止反应。经后续处理得成品。

（5）测得成品平均相对分子质量为2.8×10 ⁶，平均聚合度为 　　。

某校学生课外活动小组为测定Na元素的相对原子质量，甲同学设计的装置如右图，该装置（包括仪器、水和干燥剂）的总质量为ag，从实验室取出b g的钠（不足量，不含煤油）放入水中，塞紧瓶塞，完全反应后再称量此装置的总质量为cg。试回答：

（1）该反应的离子方程式为               ；
（2）此干燥管的作用是                       ；若此钠块有少量被氧化，则测出的相对原子质量会比实际相对原子质量                （填“偏大”、“偏小”或“不变”）；
（3）乙同学认为此设计方案会使测定结果            （填“偏大”、“偏小”或“不变”），建议在图中干燥管上再连一个同样的干燥管且该干燥管不参与称质量，其目的是                  ，计算钠的相对原子质量的表达式为____________；
（4）丙同学为避免由于行动不够迅速产生偏差，又建议在广口瓶中再加入一定量煤油，其目的是_   ___。

某同学用中和滴定法去测定某烧碱的纯度，实验过程如下：
（1）配制待测液称取得 5.0g 固体烧碱样品(杂质不与酸反应)配制成 250 mL 溶液，
（2）用 0.2000 mol·L^－1标准盐酸滴定待测烧碱溶液，实验操作如下

A．用碱式滴定管取上述烧碱溶液10.00 mL，注入锥形瓶中，加入指示剂。

B．用待测定 的溶液润洗碱式滴定管。

C．用蒸馏水洗干净滴定管。

D．取下酸式滴定管用标准的盐酸 溶液润洗后，将标准液注入酸式滴定管刻度“0”以上2～ 3 cm处，再把酸式滴定管固定好， 调节液面至刻度“0”或“0”刻度以下。E．检查滴定管是否漏水。F．另取锥形瓶，再重复 操作一次。G．把锥形瓶放在滴定管下面，边滴边摇动锥形瓶直至滴定终点，记下滴定管液面的刻度。

①滴定操作的正确顺序是(用序号填写)：________________
②该滴定操作中应选用的指示剂是：________________
③在G操作中如何确定终点?________________
（3）数据处理

根据上述各数据，选取合适的三组，计算待测烧碱溶液的浓度为__________，烧碱的纯度为_________。
（4）下列操作，会导致实验结果偏低的是________(填序号)。
①碱式滴管用蒸馏水洗净后没有用待测液润洗 ②锥形瓶用蒸馏水洗净后没有用待测液润洗 ③终点读数时俯视(滴定前读数准确) ④酸式滴定管尖端气泡没有排除，滴定后消失 ⑤振荡时锥形瓶中液滴飞溅出来 ⑥酸式滴定管用蒸馏水洗净后没有用标准液润洗

铁、铜单质及其化合物应用范围很广。现有含氯化亚铁杂质的氯化铜晶体(CuCl₂·2H₂O)，为制取纯净的CuCl₂·2H₂O，首先将其制成水溶液，然后按如图步骤进行提纯：

已知Cu²⁺、Fe³⁺和Fe²⁺的氢氧化物开始沉淀和沉淀完全时的pH，见下表：

	Fe^3+	Fe^2+	Cu^2+
氢氧化物开始沉淀时的pH	1.9	7.0	4.7
氢氧化物完全沉淀时的pH	3.2	9.0	6.7

请回答下列问题：
（1）得到溶液II，需加入氧化剂X, 最适合作氧化剂X的是         （填编号，否则不给分）。
A．K₂Cr₂O₇     B．NaClO     C．H₂O₂    D．KMnO₄
（2）加入氧化剂X的目的是               。
（3）为了除去Fe³⁺，需加入物质Y调节溶液的PH值为                
（4）最后能不能直接蒸发结晶得到CuCl₂·2H₂O晶体?             (填“能”或“不能”)。若能，不用回答；若不能，回答该如何操作?                    。
（5）已知Fe(OH)₃的Ksp=1×10^-35mol⁴/L⁴；若Fe³⁺沉淀完全时，在溶液中Fe³⁺的浓度为1×10^-5mol/L，则此时溶液的pH最小为                .

硫酸厂的烧渣的主要成分为铁的氧化物（含少量FeS及SiO₂），可以利用此烧渣制备碱式硫酸铁[化学式为Fex（OH）y（SO₄）z•nH₂O]，主要流程如下：

（1）焙烧产生的二氧化硫会污染环境形成酸雨，该酸雨为          （填“硫酸”或“硝酸”）型酸雨．
下列措施不能防止或减少酸雨产生的是          （填字母）．
a．在已酸化的土壤中加石灰
b．对含硫化石燃料进行脱硫处理
c．对产生的二氧化硫进行吸收和利用
（2）酸溶时加入的试剂a是          （填化学式）．过滤操作所用的玻璃仪器主要有玻璃棒、烧杯、         ．
（3）反应l中加双氧水的目的是            ．
（4）为确定碱式硫酸铁的化学式，进行了如下实验：
①称取1.692g碱式硫酸铁样品溶于足量的稀盐酸中并充分混合；
②向①所得的混合物中加入足量的BaCl₂溶液，充分反应后，经过滤、洗涤、           、称重，得沉淀2.330g．若取此时的滤液少许，向其中滴加硫氰化钾溶液，可观察到的现象为           ，反应的离子方程式为             ．
③若向步骤②的滤液中加入过量的NaOH溶液，充分反应后，再将沉淀过滤、洗涤、灼烧、称重，得固体0.640g．则碱式硫酸铁[Fex（OH）y（SO₄）z•nH₂O]样品中的y：z=             ．

浅绿色的硫酸亚铁铵晶体[又名莫尔盐（NH₄）₂SO₄•FeSO₄•6H₂O]比绿矾（FeSO₄•7H₂O）更稳定，常用于定量分析．莫尔盐的一种实验室制法如下：
废铁屑溶液A莫尔盐
（1）向废铁屑中加入稀硫酸后，并不等铁屑完全溶解而是剩余少量时就进行过滤，其目的是          ；证明溶液A不含Fe³⁺离子的最佳试剂是          （填序号字母）．
a．酚酞溶液      b．KSCN溶液     c．烧碱溶液     d．KMnO₄溶液
操作I的步骤是：加热蒸发、           、过滤．
（2）将莫尔盐晶体放在托盘天平左盘进行称量时，天平指针向右偏转，说明           ．
（3）为了测定所得莫尔盐中Fe²⁺的含量，称取4.0g莫尔盐样品，溶于水配成溶液并加入稀硫酸，用0.2mol/L的KMnO₄溶液进行滴定，到滴定终点时，消耗了KMnO₄溶液10.00mL．则样品中Fe²⁺的质量分数为          （已知反应中MnO₄^﹣变为Mn²⁺）．
（4）从下列装置中选取必要的装置制取（NH₄）₂SO₄溶液，连接的顺序（用接口序号字母表示）是：a接          ；          接          ．将装置C中两种液体分离开的操作名称是          ．装置D的作用是            ．

硫酸亚铁晶体（FeSO₄•7H₂O）在医药上常作补血剂，某课外研究小组测定该补血剂中铁元素的含量，其实验步骤如下：

请回答下列问题：
（1）证明操作Ⅰ滤液中含有Fe²⁺的方法之一是向滤液中加入NaOH溶液，现象为           ，步骤Ⅱ中发生反应的离子方程式为            ．
（2）写出步骤Ⅳ中一系列处理的操作步骤：过滤、            、灼烧、           、称量．
（3）若实验无损耗，则每片补血剂中含铁元素          g．
（4）该小组有些同学认为用酸性KMnO₄溶液滴定也能进行铁元素含量的测定．
①该实验原理用离子方程式可表示为            ．
②实验前，首先要精确配制一定物质的量浓度的KMnO₄溶液250mL，配制时需要的仪器除天平、玻璃棒、烧杯、胶头滴管外，还需           ．
③该实验中的KMnO₄溶液需要酸化，用于酸化的酸是            ．
a．稀硝酸    b．稀硫酸    c．稀盐酸    d．浓硝酸
④若取m g该补血剂用0.1mol•L^﹣1的KMnO₄溶液进行滴定，在此实验过程中共用去KMnO₄溶液100mL，则该补血剂中铁元素的质量分数为           ．

已知：CH₃CH₂OH+NaBr+H₂SO₄（浓） CH₃CH₂Br+NaHSO₄+H₂O．
实验室制备溴乙烷（沸点为38.4℃）的装置和步骤如下：

①按图所示连接仪器，检查装置的气密性，然后向U形管和大烧杯里加入冰水；②在圆底烧瓶中加入10mL95%乙醇、28mL浓硫酸，然后加入研细的13g溴化钠和几粒碎瓷片；③小火加热，使其充分反应．
试回答下列问题：
（1）反应时若温度过高可看到有红棕色气体产生，该气体的化学式为                 ．
（2）为了更好的控制反应温度，除用图示的小火加热，更好的加热方式是                ．
（3）反应结束后，U形管中粗制的溴乙烷呈棕黄色．将U形管中的混合物倒入分液漏斗中，静置，待液体分层后，分液，取           （填“上层”或“下层”）液体．为了除去其中的杂质，可选择下列试剂中的      （填序号）．

A．Na2SO3溶液

B．H2O

C．NaOH溶液

D．CCl4

（4）要进一步制得纯净的C₂H₅Br，可再用水洗，然后加入无水CaCl₂干燥，再进行          （填操作名称）．
（5）下列几项实验步骤，可用于检验溴乙烷中的溴元素，其正确的操作顺序是：取少量溴乙烷，然后       （填序号）．
①加热   ②加入AgNO₃溶液   ③加入稀HNO₃酸化   ④加入NaOH溶液   ⑤冷却．