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[化学——选修3:物质结构与性质] 氮化硼( BN)是一种重要的功能陶瓷材料。以...

[化学——选修3:物质结构与性质]

氮化硼( BN)是一种重要的功能陶瓷材料。以天然硼砂(主要成分Na2B4O7)为起始物,经过一系列反应可以得到BN和火箭高能燃料及有机合成催化剂BF3的过程如下:

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(1)写出由B2O3制备BF3的化学方程式                               ,BF3中B原子的杂化轨道类型为____      ,BF3分子空间构型为____     

(2)在硼、氧、氟、氮中第一电离能由大到小的顺序是(用元素符号表示)____     

(3)已知:硼酸的电离方程式为H3BO3 +H2O 满分5 manfen5.com[B(OH)4] - +H+,试依据上述反应写出[ Al( OH)4] -的结构式____      ,并推测1mol NH4BF4(氟硼酸铵)中含有____个配位键。

(4)由12个硼原子构成如图1的结构单元,硼晶体的熔点为1873℃,则硼晶体的1个结构单元中含有____  个B-B键。

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(5)氮化硼(BN)晶体有多种相结构。六方相氮化硼(晶体结构如图2)是通常存在的稳定相可作高温润滑剂。立方相氮化硼(晶体结构如图3)是超硬材料,有优异的耐磨性。

①关于这两种晶体的说法,不正确的是____(填字母)。

a.两种晶体均为分子晶体

b.两种晶体中的B-N键均为共价键

c.六方相氮化硼层间作用力小,所以质地软

d.立方相氮化硼含有σ键和π键,所以硬度大

②六方相氮化硼晶体内B-N键数与硼原子数之比为__         __,其结构与石墨相似却不导电,原因是____                        

③立方相氮化硼晶体中,每个硼原子连接____个六元环。该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300 km的古地壳中被发现。根据这一矿物形成事实,推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是                            

 

(1)B2O3+3CaF2+2H2SO42BF3+3CaSO4+2H2O;sp2 ;平面正三角形 (2)F>N>O>B (3);2NA或1.204×1024。(4)30 (5)①ad;②3:1;立方氮化硼晶体内无自由移动的电子;③12;高温、高压 【解析】 试题分析:(1)根据题给工艺流程图知B2O3在加热条件下与CaF2、H2SO4反应生成BF3、硫酸钙和水,化学方程式为B2O3+3CaF2+2H2SO42BF3+3CaSO4+2H2O,BF3中B原子形成3个键,没有孤对电子,B原子的杂化轨道类型为sp2杂化,BF3分子空间构型为平面三角形。 (2)同周期由左向右元素原子的第一电离能呈递增趋势,但氧原子的价电子排布为2s22p4,氮原子的价电子排布为2s22p3,p轨道为半充满状态,较稳定,故在硼、氧、氟、氮中第一电离能由大到小的顺序是F>N>O>B。 (3)B和Al位于同一主族,形成化合物的结构具有相似性,[ Al( OH)4] -的结构式 ;NH4BF4(氟硼酸铵)中铵离子中氮原子和氢原子间有1个配位键,根据题给信息结合B原子的结构判断BF4—中氟原子和硼原子形成1个配位键,故1mol NH4BF4(氟硼酸铵)中含有2NA个配位键。 (4)根据图1利用分摊法分析1个B原子形成5个B—B键,每个B—B键为2个B原子共有,则每个B原子平均形成5/2个B—B键,故由12个硼原子构成1个结构单元中含有30个B-B键。 (5)①结合图2、图3迁移石墨和金刚石的结构与性质作答。a.六方相氮化硼为混合型晶体,立方相氮化硼为原子晶体,错误;b.两种晶体中的B-N键均为共价键,正确;c.六方相氮化硼层间为范德华力,作用力小,所以质地软,正确;d.立方相氮化硼只含有σ键,不含π键,错误,选ad。②根据图2知六方相氮化硼晶体内每个硼原子形成3个B—N,B-N键数与硼原子数之比为3:1,B原子最外层有3个电子,形成3个共价键,立方氮化硼晶体内无自由移动的电子,虽然其结构与石墨相似却不导电。③由图3知立方相氮化硼晶体中,每个硼原子连接12个六元环;根据题给信息知该晶体的天然矿物在青藏高原地下约300 km的古地壳中被发现(温度和压强很高),推断实验室由六方相氮化硼合成立方相氮化硼需要的条件应是高温、高压。 考点:考查物质结构与性质,涉及元素推断、原子结构与元素的性质、分子结构和晶体结构。  
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考点分析:
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【化学—选修2:化学与技术】

I、污水经过一级、二级处理后,还含有少量Cu2+、Hg2+、Pb2+等重金属离子,可加入沉淀剂使其沉淀。下列物质不能作为沉淀剂的是(    )

A.氨水      B.硫化氢气体     C.硫酸钠溶液        D.纯碱溶液

II、合成氨的流程示意图如右图:

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回答下列问题:

(1)工业合成氨的原料是氮气和氢气。氮气是从空气中分离出来的,通常使用的两种分离方法是                          ;氢气的来源是水和碳氢化合物,写出分别采用煤和天然气为原料制取氢气的化学反应方程式                           

(2)设备A中含有电加热器、触煤和热交换器,设备A的名称           ,其中发生的化学反应方程式为                                  

(3)设备B的名称               ,其中m和n是两个通水口,入水口是     (填“m”或“n”)。不宜从相反方向通水的原因                                            

(4)设备C的作用                                     

(5)在原料气制备过程中混有CO对催化剂有毒害作用,欲除去原料气中的CO,可通过如下反应来实现:CO(g)+H2O(g)满分5 manfen5.comCO2 (g)+ H2 (g),已知1000K时该反应的平衡常数K=0.627,若要使CO的转化超过90%,则起始物中c(H2O):c(CO)不低于         

 

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甲醇是结构最为简单的饱和一元醇,又称“木醇”或“木精”。甲醇是一碳化学基础的原料和优质的燃料,主要应用于精细化工、塑料、能源等领域。已知甲醇制备的有关化学反应如下:反应①:CO(g)+2H2(g) 满分5 manfen5.comCH3OH(g) △H1=-90.77kJ/mol 反应②:CO2(g)+H2(g) 满分5 manfen5.comCO(g)+H2O(g) △H2  反应③:CO2(g)+3H2(g) 满分5 manfen5.comCH3OH(g)+H2O(g) △H3=-49.58kJ/mol

(1)反应②的△H2=__________________

(2)若500℃时三个反应的平衡常数依次为K1、K2与K3,则K3=_________(用K1、K2表示)。已知500℃时K1、K2的值分别为2.5、1.0,并测得该温度下反应③在某时刻,H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol/L)分别为0.8、0.1、0.3、0.15,则此时V________V(填“>”、“=”或“<”)

(3)在3L容积可变的密闭容器中发生反应②,c(CO)随反应时间t变化如图中曲线I所示。若在t0时刻分别改变一个条件,曲线I变为曲线II和曲线III。当曲线I变为曲线II时,改变的条件是                   。当通过改变压强使曲线I变为曲线III时,曲线III达到平衡时容器的体积为_____________。

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(4)甲醇燃料电池可能成为未来便携电子产品应用的主流。某种甲醇燃料电池工作原理如图所示,则通入a气体的电极电极反应式为                  

(5)一定条件下甲醇与一氧化碳反应可以合成乙酸。常温条件下,将a mol/L的CH3COOH与b mol/L Ba(OH)2溶液等体积混合,反应平衡时,2c(Ba2+)=c(CH3COO),用含a和b的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数为________________

 

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为回收利用废镍催化剂(主要成分为NiO,另含Fe2O3、CaO、CuO、BaO等),科研人员研制了一种回收镍的新工艺。工艺流程如右图:

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已知常温下:①有关氢氧化物开始沉淀和沉淀完pH如右表   ②Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O

③常温时,Ksp(CaF2)=2.7×10-11

回答下列问题:

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(1)写出酸浸时Fe2O3和硫酸反应的化学方程式                   

(2)浸出渣主要成分为CaSO4·2H2O和          两种物质。

(3)操作B是除去滤液中的铁元素,某同学设计了如下方案:向操作A所得的滤液中加入NaOH溶液,调节溶液pH在3.7~7.7范围内,静置,过滤。请对该实验方案进行评价                          (若原方案正确,请说明理由;若原方案错误,请加以改正)。

(4)流程中的“副产品”为              (填化学式)。在空气中灼烧CuS可以得到铜的氧化物,向Cu、Cu2O、CuO组成的混合物中加入1L 0.6 mol·L-1HNO3溶液恰好使混合物溶解,同时收集到2240mLNO气体(标准状况),若该混合物中含0.1molCu,与稀硫酸充分反应至少消耗             mol H2SO4

(5)操作C是为了除去溶液中的Ca2+,若控制溶液中F浓度为3×10-3mol·L-1,则溶液中满分5 manfen5.com=    

(6)电解产生2NiOOH·H2O的原理分两步:

①碱性条件下,Cl-在阳极被氧化为ClO-,则阳极的电极反应为                                   ②Ni2+被ClO-氧化产生2NiOOH·H2O沉淀。则该步反应的离子方程式为                                 

 

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丙烯酸甲酯是一种重要的工业原料,某实验小组制取丙烯酸甲酯的装置如图所示:

①10.0 g丙烯酸和6.0g甲醇放置于三颈烧瓶中,连接好冷凝管,用搅拌棒搅拌,水浴加热。

②充分反应后,冷却,向混合液中加入5% Na2CO3溶液洗至中性。

③分液,取上层油状液体,再用无水Na2SO4干燥后蒸馏,收集70-90℃馏分。可能用到的信息:

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回答下列问题:

(1)仪器c的名称是           

(2)混合液用5%Na2CO3溶液洗涤的目的是                                      

(3)请写出配制100 g 5% Na2CO3溶液所使用的玻璃仪器           

(4)关于产品的蒸馏操作(夹持装置未画出),下图中有2处错误,请分别写                    

为检验产率,设计如下实验:

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①将油状物质提纯后平均分成5份,取出1份置于锥形瓶中,加入2.5 mol/L的KOH溶液10-00 mL,加热使之完全水解。

②用酚酞做指示剂,向冷却后的溶液中滴加0.5 mol/L的HCI溶液,中和过量的KOH,滴到终点时共消耗盐酸20.00 mL。

(5)计算本次酯化反应丙烯酸的转化率____。

(6)请列举2条本实验中需要采取的安全防护措施                                      

 

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室温条件下在醋酸、醋酸钠混合溶液中,当c(CH3COOH)+c(CH3COO-)=0.lmol.L-1时,c(CH3COOH)、c(CH3COO-)与pH的关系如图所示。下列有关叙述正确的是

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A.pH=5.5的溶液中:c(CH3COOH)>c(CH3COO)>c(H+)>c(OH-)

B.向W点所表示的1.0L溶液中通人0.05molHCl气体(溶液体积变化可忽略):c(H+)=c(CH3COOH)+c(OH-)

C.W点所表示的溶液中:c(Na+)+c(H+)=c(CH3COOH)+c(OH)-

D.pH=3.5的溶液中:c(Na+)+c(H+)+c(OH-)+c(CH3COOH)=0.1mol.L-l

 

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