天津市河西区2020届高三化学下学期居家学习学情调查试题（Word版附解析）

河西区高三年级疫情期间居家学习学情调查 化 学 试 卷 化学试卷共 100 分，考试用时 60 分钟。试卷分为第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷两 部分， 第Ⅰ卷 1 至 4 页，第Ⅱ卷 5 至 8 页。 可能用到的相对原子质量：H 1 C 12 N 14 O 16 祝各位考生考试顺利！ 第Ⅰ卷 注意事项： 1．每题选出答案后，请将答案填写在答题纸上，否则无效。 2．本卷共 12 题，每题 3 分，共 36 分。在每题给出的四个选项中，只有一项是 最符 合题目要求的。 1.化学与生活密切相关，下列过程没有发生氧化还原反应的是 A. 酸性重铬酸钾检测酒精含量 B. 内服小苏打药片治疗胃酸过多 C. 植物油开封久置变质 D. 即热饭盒自热包中 镁粉、铁粉遇食盐水迅速放热 【答案】B 【解析】 【详解】A．酸性重铬酸钾有强氧化性，将酒精氧化，生成了硫酸铬，发生了氧化还原反应， A 不符合题意； B．小苏打药片中的成分碳酸氢钠，胃酸的成分是盐酸，碳酸氢钠与盐酸发生复分解反应，而 没有发生氧化还原反应，B 符合题意； C．植物油中含有不饱和键，久置会被空气中的氧气氧化，发生氧化还原反应，C 不符合题意； D．镁粉、铁粉与食盐水构成原电池，Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑,该反应为氧化还原反应，D 不符 合题意； 答案选 B。 2.下列关于氢化物的叙述正确的是 A. 乙烯的结构简式：CH2CH2 的B. HCl 的电子式： C. 热稳定性：H2S ＞ HF D. 沸点：H2O ＞ H2S 【答案】D 【解析】 【详解】A．乙烯的结构简式：H2C=CH2，官能团碳碳双键不能省略，A 错误； B．HCl 分子中 H 原子与 Cl 原子之间形成共价键，而不是离子键，故 HCl 的电子式： ， B 错误； C．F 的非金属性比 S 的非金属性强，故热稳定性 HF＞H2S，C 错误； D．H2O 分子间能形成氢键，而 H2S 分子间不能形成氢键，故沸点：H2O＞H2S，D 正确； 答案选 D。 3.乳酸亚铁即[CH3CH(OH)COO]2Fe 是一种食品铁强化剂。某同学为检验其水溶液中有 Fe2+， 设计了如下方案。其中方案合理且现象叙述正确的是 A. 向乳酸亚铁溶液中滴加 K3[Fe(CN)6]溶液，出现蓝色沉淀 B. 向乳酸亚铁溶液中滴加 NaOH 溶液，立即出现红褐色沉淀 C. 向乳酸亚铁溶液中滴加酸性 KMnO4 溶液，振荡后紫色褪去 D. 向乳酸亚铁溶液中依次滴加氯水、KSCN 溶液，溶液变红 【答案】A 【解析】 【详解】A．3Fe2++2[Fe(CN)6]3+= Fe3[Fe(CN)6]2↓，Fe3[Fe(CN)6]2 是蓝色不溶于水的物质，能 检验出溶液中有 Fe2+，A 正确； B．向乳酸亚铁溶液中滴加 NaOH 溶液，先生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色， B 错误； C．CH3CH(OH)COO-中含有羟基，可以是酸性高锰酸钾溶液褪色，C 错误； D．向乳酸亚铁溶液中依次滴加 KSCN 溶液，无明显现象，再滴加氯水，溶液变红，证明乳酸 亚铁溶液中有 Fe2+，如果向乳酸亚铁溶液中依次滴加氯水、KSCN 溶液，溶液变红，则不能证 明溶液中有 Fe2+，D 错误； 答案选 A。 4.下列有关用标准盐酸滴定未知浓度氨水的实验操作叙述正确的是A. 锥形瓶用待测液润洗 B. 酸式滴定管用标准液润洗 C. 临近滴定终点时眼睛须注视酸式滴定管刻度线 D. 记录一次滴定实验结果即可处理数据 【答案】B 【解析】 【详解】A．锥形瓶不能用待测液润洗，如果用待测液润洗，造成待测液的量增多，会造成误 差偏大，A 错误； B．装标准盐酸应使用酸式滴定管，在装标准盐酸前，酸式滴定管应用标准盐酸润洗，B 正确； C．在酸碱中和滴定的过程中，眼睛注视着锥形瓶内溶液颜色的变化，而不是眼睛须注视酸式 滴定管刻度线，C 错误； D．为了减小误差，应该平行滴定三次，D 错误； 答案选 B。 5.化学家们合成了如下图所示的一系列的星烷，如三星烷、四星烷、五星烷等。下列说法正确 的是 A. 它们都属于芳香烃 B. 三星烷与甲苯互为同分异构体 C. 四星烷的一氯代物有两种 D. 预测六星烷的所有碳原子共平面 【答案】C 【解析】 【详解】A．分子中含有苯环的烃属于芳香烃，而它们分子中都不含有苯环，故它们都不是芳 香烃，A 错误； B．三星烷的分子式：C9H12，而甲苯的分子式：C7H8，故它们不互为同分异构体，B 错误； C．四星烷分子中有两种不同环境的氢，故其一氯代物有两种，C 正确； D．六星烷分子中有 18 个 C 原子，有 12 个 C 原子连接 3 个碳原子，并且 C 原子 杂化类型为的sp3 杂化，故所有碳原子不可能共平面，D 错误； 答案选 C。 6.用 NA 表示阿伏加德罗常数，下列说法中正确的是 A. 1 L 1 mol·L-1 的醋酸溶液中 H+的数目为 NA B. 4 mol NaCl 晶体中含有右图所示的结构单元的数目为 NA C. 71 g Cl2 通入水中，HClO、Cl-两种粒子数目总和为 2NA D. 标准状况下，22.4 L CHCl3 和 CCl4 的混合物所含有分子数目为 NA 【答案】B 【解析】 【详解】A．醋酸是弱酸，电离方程式为：CH3COOH CH3COO-+H+，故 1 L 1 mol·L-1 的醋 酸溶液中 H+的数目小于 NA，A 错误； B．从结构单元图上可知，8 个 Cl-在顶点，6 个 Cl-在面心，12 个 Na+在棱上，1 个 Na+在体心， 故该结构单元中 Cl-的数目： ,该结构单元中 Cl-的数目： ，即 4mol NaCl 晶体中含有该结构单元的数目为 NA，B 正确； C．71 g Cl2 的物质的量是 1mol，Cl2+H2O HCl+HClO，溶液中含有氯元素的微粒：Cl2、 HClO、Cl-，所以 HClO、Cl-两种粒子数目总和小于 2NA，C 错误； D．标准状况下，CHCl3 和 CCl4 是液体，不能运用气体摩尔体积计算该混合物的物质的量，D 错误； 答案选 B。 7.同周期两种主族元素 X、Y 的逐级电离能（I）数据如下表所示： 电离能（kJ/mol） I1 I2 I3 I4 I5 …… X 738 1451 7733 10540 13630 …… Y 578 1817 2745 11575 14830 …… 1 18 6 48 2 × + × = 112 1 44 × + =下列有关说法正确的是 A. 电负性：X＜Y B. 与水反应剧烈程度: X＜Y C. X 的最外层电子数为 1 D. Y 的最高化合价为+2 【答案】A 【解析】 【分析】 从表中电离能的数据，可知 X 为第ⅡA 族元素，Y 为ⅢA 族元素，原子序数 X＜Y。 【详解】A．同周期主族元素从左到右，随着核电荷数的增加电负性逐渐增强，电负性：X＜ Y，A 正确； B．同周期主族元素从左到右，随着核电荷数的增加金属性逐渐减弱，与水反应剧烈程度: X＞ Y，B 错误； C．X 为第ⅡA 族元素，最外层电子数为 2，C 错误； D．Y 为ⅢA 族元素，Y 的最高化合价为+3，D 错误； 答案选 A。 8.下图所示为海水综合利用的部分流程，下列有关说法正确的是 A. 实验室进行步骤①需要坩埚、玻璃棒等仪器 B. 步骤②是一个将化学能转化为电能的过程 C. 步骤③、⑤涉及的化学反应均为氧化还原反应 D. 步骤④中的离子方程式为 SO2＋Br2＋2H2O=4H＋＋SO32-＋2Br- 【答案】C 【解析】 【详解】A．实验室进行步骤①操作名称为过滤，用到的仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒、滤纸， 不用坩埚，A 错误； B．步骤②是电解，是一个将电能转化为化学能的过程，B 错误； C．步骤③、⑤发生的反应方程式为：2Br-＋Cl2=2Cl-+ Br2，该反应为氧化还原反应，C 正确； D．步骤④中的离子方程式为 SO2＋Br2＋2H2O=4H＋＋SO42-＋2Br-，D 错误； 答案选 C。9.我国科学家研制出以石墨烯为载体的催化剂，能在 25℃下，将 CH4 与 H2O2 反应直接转化 为含氧有机物，其主要原理如下图所示： 下列说法正确的是 A. 步骤 i 中有 π 键断开 B. 上图中 代表甲醇 C. 步骤 ii 中产生的 H2O 分子中的 H 原子都源于 H2O2 分子 D. 步骤 i 至 vi 总反应为 CH4+3H2O2 CO+5H2O 【答案】B 【解析】 【详解】A．CH4 与 H2O2 分子中只含有 σ 键，不含有 π 键，步骤 i 中有 σ 键断开，A 错误； B．由图中 H、C、O 的代表物质可知，图中 代表甲醇，B 正确； C．双氧水中 O-O 键断开，形成 2 个-OH 原子团，其中 1 个-OH 与碳结合，碳上断下来的 H 与另一个-OH 形成水，步骤 ii 中产生的 H2O 分子中的 H 原子来源于 CH4 和 H2O2 分子，C 错 误； D．步骤 vi 生成 HCOOH，故步骤 i 至 vi 总反应为 CH4+H2O2=HCOOH+2H2，D 错误； 答案选 B。 10.25°C 时，向 10 mL 0.10 mol·L-1 的 HA （Ka =1.0×10-4）中逐滴加入 0.10 mol·L-1NaOH 溶 液，溶液 pH 随滴入的 V[（NaOH）aq]变化如下图所示。下列说法正确的是 A. x 点，c（HA）> c（A-） B. y 点，c（HA）+c（A-）=c（Na+） =0.10 mol·L-1 →C. z 点，c（Na+） = c（A-） + c（OH-） D. 水的电离程度，x 点小于 y 点 【答案】D 【解析】 【详解】A．若 x 点对应所加入 NaOH 溶液的体积为 5mL，NaA、HA 的物质的量浓度相等， 由于溶液呈酸性，HA 的电离程度大于 NaA 的水解程度，c(HA)＜c(A-)，A 错误； B．若忽略体积变化，y 点加入 NaOH 溶液的体积为 10mL，溶液的总体积为 20mL，c(HA)+ c(A-)=c(Na+)=0.05 mol·L-1，B 错误； C．z 点时，由电荷守恒可知，c(H+)+ c(Na+)= c(A-)+c(OH-)，C 错误； D．x 点时溶液中的溶质是 NaA、HA；y 点时溶液中的溶质是 NaA，y 点时溶液中的 NaA 的 物质的量浓度比 x 点时溶液中的 NaA 的物质的量浓度大，能够水解的盐促进水电离，故水的 电离程度，x 点小于 y 点，D 正确； 答案选 D。 11.工业上电解 NaHSO4 溶液制备 Na2S2O8(其中阴离子结构为 ）。其中阴极材料 为 Pb；阳极材料为铂。下列说法不正确的是 A. SO42-向阳极迁移 B. 阳极可换为铜电极 C. 阳极反应中 S 的化合价不变 D. 阴极电极反应式：2H+＋2e-＝H2↑。 【答案】B 【解析】 【详解】A．电解过程中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，A 不符合题意； B．铜若作为阳极材料，铜在阳极失电子能力比 SO42-失电子能力强，故阳极不可换为铜电极， B 符合题意； C．由 S2O82-的结构 中可以判断 S 的化合价为+6 价，作标记的两个氧原子之间 形成过氧键，该氧原子的化合价为-1 价，阳极反应中 S 的化合价不变，C 不符合题意； D．电解过程中，阴极发生还原反应，溶液中 H+的得电子能力比 Na+得电子能力强，故阴极电 极反应式：2H+＋2e-＝H2↑，D 不符合题意；答案选 B。 【点睛】电解池中阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应，阳离子向阴极移动，阴离子向阳 极移动。 12.乙酸甲酯催化醇解反应可用于制备甲醇和乙酸己酯，该反应的化学方程式为： CH3COOCH3 （l） +C6H13OH （l） CH3COOC6H13（l） +CH3OH（l） 反应开始时，己醇和乙酸甲酯按物质的量之比 1:1 投料，测得 348 K、343 K 两个温度 下乙酸 甲酯转化率（α）随时间（t）的变化关系如下图所示： 下列说法不正确的是 A. 该醇解反应的 ΔH > 0 B. 反应速率：v(x)> v(y) C. 343K 时，以物质的量分数表示的化学平衡常数 Kx=2.25 D. 348K 时，初始投料 分别按 1:1 和 2:1 进行，Kx 相同 【答案】C 【解析】 【分析】 温度越高，反应速率越快，到达平衡所用时间越少，故含 x 点的曲线对应的温度为 348K，含 y 点的曲线对应的温度为 343K。温度为 348K，乙酸甲酯平衡时的转化率为 60%，温度为 343K，乙酸甲酯平衡时的转化率为 50%，温度越高，乙酸甲酯转化率越高，故该反应正反应为 吸热反应，ΔH > 0， 【详解】A．由分析知，ΔH > 0，A 不符合题意； B．x 点、y 点对应的乙酸甲酯转化率转化率相同，但是 x 点温度比 y 点温度高，x 点所用时间 比 y 点所用时间少，故反应速率：v(x)> v(y)，B 不符合题意；  催化剂 加热 n( 己醇) n( 乙酸甲酯)C．由分析知，含 y 点的曲线对应的温度为 343K，平衡时的转化率为 50%，因为反应开始时， 己醇和乙酸甲酯按物质的量之比 1:1 投料，故平衡时：n(CH3COOCH3)=n(C6H13OH) =n(CH3COOC6H13)=n(CH3OH)，它们的物质的量分数 x(CH3COOCH3)=x(C6H13OH)=x(CH3COOC6H13)=x(CH3OH)，Kx= =1，C 的说法错误，C 符合题意； D．对应给定的化学反应方程式，平衡常数仅受温度的影响，不受起始反应物浓度变化的影响， 故 348K 时，初始投料 分别按 1:1 和 2:1 进行，Kx 相同，D 不符合题意； 答案选 C。 第 II 卷（非选择题 共 64 分） 注意事项：本卷包括 4 小题，共 64 分。请将答案填写在答题纸上，否则无效。 13.新型钙钛矿太阳能电池具备更加清洁、便于应用、制造成本低和效率高等显著优点。 一种 钙钛矿太阳能电池材料的晶胞如图所示。 请按要求回答下列有关问题： （1）构成 CH3NH3 的三种元素中电负性最小的是_____________； 写出碳原子的电子排布式 为__________。 （2）Pb 与 C 同主族，比 C 的周期序数大 4，写出 Pb 原子最外层电子的轨道表示式（即电 子排布图）__________________。 （3）有关 NH3 结构与性质探究 ① NH3 分子中所含化学键是____________（从“极性键”、“非极性键”、“配位键”、 “离子键”、 “σ 键”或“ π 键”中选填符合的名称）；N 原子的杂化形式为__________。 ② NH3 分子的 VSEPR 模型名称为_________，分子的空间结构（即立体构型） 为______。 的 3 3 6 13 3 3 6 13 ( ) ( ) ( ) ( ) x CH OH x CH COOC H x CH COOCH x C H OH × × n( ) n( ) 己醇 乙酸甲酯③如图所示，探究 NH3 的性质时，打开止水夹，挤压胶头滴管，可以观察到烧瓶中迅速产生 红色喷泉。请用必要的分子结构 与性质的知识和化学用语解释产生该现象的原因： _________、________。 （4）该钙钛矿太阳能电池材料的化学式为________________；该晶胞中，与 I- 紧邻的 I- 个 数为_____________； 测定其晶体结构特征最可靠的方法是____________实验。 【答案】 (1). H (2). 1s22s22p2 (3). (4). 极性键、σ 键 (5). sp3 (6). 四面体 (7). 三角锥形 (8). NH3 分子为极性分子，并且 NH3 分子与 H2O 分子间形成氢键，故氨气极易溶于水，使烧瓶内气压变小，形成喷泉 (9). NH3 与 H2O 反应 生成 NH3·H2O ，NH3·H2O NH4++OH-，氨水呈碱性，氨水能使酚酞试液变红，所以形成红 色喷泉 (10). PbCH3NH3I3 (11). 8 (12). X-射线衍射 【解析】 【分析】 （1）考查常见元素 H、C、N 电负性的大小；C 的核电荷数为 6，C 元素的核外电子排布式； （2）同主族元素，价电子数相同，价电子排布式相似，故 Pb 原子最外层电子排布式为 6s26p2，Pb 原子最外层电子的轨道式： ； （3）利用价层电子对数确定 NH3 分子的中心原子 N 的杂化方式，NH3 分子的 VSEPR 模型名 称为四面体形，根据是否含有孤电子对，含有几个孤电子对，确定分子的空间构型，NH3 分子 的价层电子对数是 4，N 原子的杂化形式为 sp3，VSEPR 模型名称为四面体形，又因为 N 原子 上有一对孤电子对，分子的空间结构(即立体构型)为三角锥形；NH3 分子为极性分子，并且 NH3 分子与 H2O 分子间形成氢键，氨气极易溶于水，使烧瓶内气压变小，形成喷泉，氨水呈碱 性，故酚酞试剂遇到氨水显红色； （4）根据晶胞结构图进行确认一个晶胞中含有多少个 A、B、X，测定晶体结构特征最可靠的 方法是 X-射线衍射实验。 【详解】（1）H、C、N 三种元素电负性的大小顺序是：N>C>H，故三种元素中电负性最小的是 H；C 核电荷数是 6，碳原子的电子排布式为：1s22s22p2； （2）C 的周期序数是 2，Pb 的周期序数比 C 的周期序数大 4，故 Pb 的周期序数为 6，Pb 原 子最外层电子排布式为 6s26p2，Pb 原子最外层电子的轨道式： ； （3）① NH3 分子中 N 与 H 之间形成的化学键 N-H 是极性共价键、σ 键，1 个 NH3 分子中有 3 个 σ 键，1 对孤电子对，价层电子对数为 4，N 原子的杂化形式为 sp3； ② NH3 分子的 VSEPR 模型名称为四面体形，分子的空间结构(即立体构型)为三角锥形； ③NH3 分子为极性分子，并且 NH3 分子与 H2O 分子间形成氢键，故氨气极易溶于水，使烧瓶内 气压变小，形成喷泉，NH3 与 H2O 反应生成 NH3·H2O ，NH3·H2O NH4++OH-，氨水呈碱性， 氨水能使酚酞试液变红，所以形成红色喷泉； （4）8 个 A 在晶胞的顶点，1 个 B 在体心，6 个 X 在面心，故晶胞中含有 A 的个数是8× =1， 晶胞中含有 B 的个数是 1，晶胞中含有 X 的个数是 6× =3，该钙钛矿太阳能电池材料的化学 式为 PbCH3NH3I3；该晶胞中，与 I- 紧邻的 I-个数为 8；测定晶体结构特征最可靠的方法是 X-射 线衍射实验。 【点睛】本题考查元素的电负性、核外电子排布式、价电子轨道式、分子空间构型等基础知 识，同时也考查利用物质结构知识回答相关实验问题。 14.苯甲醛在碱性条件下可发生反应： 2C6H5CHO + NaOH→C6H5CH2OH+C6H5COONa。相关物 质的物理性质如下表： 苯甲醛 苯甲醇 苯甲酸 苯 温度 溶解度 17℃ 0.21 g 25℃ 0.34 g水中 微溶 微溶 100℃ 5.9 g 不溶 溶 解 性 有机溶剂中 易溶 易溶 易溶 易溶 密度（20℃）/g·cm-3 1.0 1.0 1.3 0.9 沸点/℃ 178 205 249 80 1 8 1 2熔点/℃ 26 -15 122 5.4 制备苯甲醇和苯甲酸 实验流程及涉及的主要实验装置（部分加热和固定装置已略）如下： （1）第①步所用装置（如图 1），用搅拌器的目的是______________。仪器 B 的作用是 _______________。 （2）第②步所用玻璃仪器有烧杯、_______________。 （3）第③步采用沸水浴加热蒸馏，收集到的馏分为_________；再进行第④步，操作如图 2 所示。图 2 中有一处明显错误，正确的应改为_________________________。 （4）第⑤步反应的离子方程式为________________________________________； 冷水洗涤沉 淀 X 的优点是_________________________；检验沉淀 X 洗涤干净与否的操 作： ______________。 （5）第⑥步经过滤、洗涤、干燥得苯甲酸产品，然后用电子天平准确称取 0.2440 g 苯甲酸样 品于锥形瓶中，加 100 mL 蒸馏水溶解，再用 0.1000 mol·L-1 的标准 NaOH 溶液 进行滴定， 经平行实验，测得消耗 NaOH 溶液的平均值为 19.20 mL，则苯甲酸样品的纯 度为_________ （质量百分数）。 【答案】 (1). 加快 NaOH 与苯甲醛反应速率 (2). 冷凝回流 (3). 分液漏斗 (4). 苯 (5). 温度计的水银球放在蒸馏烧瓶的支管口处 (6). C6H5COO-+H+→ C6H5COOH (7). 取最后一次洗涤液少许于试管中，向试管中滴加硝酸酸化的硝酸银溶液，若无明显现象， 则 沉 淀 洗 涤 干 净 ， 若 有 白 色 沉 淀 生 成 ， 则 沉 淀 没 有 洗 涤 干 净 (8). C6H5COOH+ NaOH=C6H5COONa+H2O (9). 96% 的【解析】 【分析】 本题以苯甲醛为原料制备苯甲醇和苯甲酸的实验：结合题中已知信息和相关数据，苯甲醛与 氢氧化钠溶液在加热条件下反应生成 C6H5CH2OH 和 C6H5COONa。而 C6H5CH2OH 微溶于水， 易溶于苯等有机溶剂，第②步操作加入苯，苯作萃取剂，苯的密度比水的密度小，上层液体 是 C6H5CH2OH 的苯溶液，下层液体是 C6H5COONa 溶液，因为 C6H5CH2OH 与苯互溶，但是 沸点不同，故采取蒸馏的方式把它们分离，C6H5COONa 溶液中加入盐酸制取 C6H5COOH。 【详解】（1）第①步搅拌器的目的是为了增加 NaOH 与苯甲醛的接触面积，加快 NaOH 与苯 甲醛反应速率；仪器 B 是球形冷凝管，起到冷凝回流的作用； （2）第②步操作是萃取分液，用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯； （3）上层液体是 C6H5CH2OH 的苯溶液，第③步采用沸水浴加热蒸馏，水的沸点为 100℃，由 表中所给物质的沸点可知，苯的沸点 80℃，C6H5CH2OH 的沸点 205℃，故收集到的馏分为苯； 图 2 进行操作时，温度计的水银球插入液体中是错误的，蒸馏时，需要测量的蒸出的馏分蒸 汽的温度，所以温度计的水银球应该放在蒸馏烧瓶的支管口处； （4）第⑤步反应为强酸制弱酸，盐酸与 C6H5COONa 反应生成 C6H5COOH ，C6H5COO-+H+→ C6H5COOH；检验沉淀 X 洗涤干净，检验最后一次洗涤液中是否含有 Cl-，操作如下：取最后 一次洗涤液少许于试管中，向试管中滴加硝酸酸化的硝酸银溶液，若无明显现象，则沉淀洗 涤干净，若有白色沉淀生成，则沉淀没有洗涤干净； （5）C6H5COOH+ NaOH=C6H5COONa+H2O，n(C6H5COOH)=n(NaOH)= 0.1000×19.20×10-3=1.920×10-3 mol，则苯甲酸样品的纯度为 ×100%=96% 。 【点睛】本题是一个物质制备型的实验试题，考查仪器的名称、仪器的使用，检验沉淀是否 洗涤干净等基本操作，考生要储备好所学的基本知识，以及会利用题中所给的数据和相关信 息，处理问题并解决问题。 15.碳及其化合物在科研、工业生产中有着重要作用。请按要求回答下列问题。 （1）一定条件下，CH4 和 CO2 都能与 H2O 形成笼状结构 水合物晶体，CH4 与 H2O 形成的 水合物俗称“可燃冰”。已知：CO2（g）+nH2O（l）=CO2·nH2O（s）△H=-57.98 kJ·mol-1， CH4 （g）+nH2O（l）=CH4·nH2O（s） △H=-54.49 kJ·mol-1 。则反应： CO2（g）+CH4·nH2O 的 3 11.920 10 122 · 0.2440 mol g mol g − −× ×（s） = CH4（g） +CO2·nH2O（s）的△H=_______________；该反应能在一定 条件下自发进 行的理论依据是______________。 （2）固定和利用 CO2 能有效地利用资源并减少空气中的温室气体。工业上利用 CO2 生产甲 醇方法的反应原理：CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g） ΔH＜0。现将 6mol CO2 和 8 mol H2 充入一容积为 2 L 的密闭容器中（温度保持不变），测得 H2 的物质的量随时间变 化如下图实线所示。 ①该反应在 0～8 min 时，H2 的平均反应速率：_____________；v 正（a）_____________v 正 （d）（填“”“=”）；CO2 的平衡转化率：_____________。该温度下平衡常数的值 为 _____________。 ②若起始反应物投料量不变，重新进行两次实验（每次仅改变某一条件），所测得 H2 的物质 的量随时间变化如上图中两条虚线。则 b、c、d 三点平衡常数： K（b）______________K （c）______________K（d）（填“”“=”）。 ③在恒温恒容的条件下，再充入 3 mol CO2 和 4 mol H2，达新平衡时，H2O 的体积分数将 ______________（填“增大”“不变”或“减小”） （3）如图为甲醇燃料电池，其负极电极 方程式为______________。 【答案】 (1). -3.49 kJ·mol-1 (2). △G=△H- T·△S＜0 (3). 0.375mol·L-1·min-1 (4). > (5). 33.3% (6). 0.5 (7). ＜ (8). = (9). 增大 (10). CH3OH-6e-+ H2O = CO2+6H+ 【解析】 【分析】 (1) 由 盖 斯 定 律 可 知 ， CO2(g)+nH2O(l)=CO2·nH2O(s)△H=-57.98 kJ·mol-1 ， CH4(g)+nH2O(s) =CH4·nH2O(s) △H=-54.49 kJ·mol-1 ， 以 上 两 个 式 子 相 减 得 CO2(g)+CH4·nH2O(s)=CH4(g) +CO2·nH2O(s) △H=(-57.98 kJ·mol -1)-(-54.49)=-3.49 kJ·mol-1 ；判断反应能否自发进行，依据 △G=△H- T·△S ，若△G＜0，反应能自发进行；△G＞0 反应不能自发进行，因为该反应的 △H=-3.49 kJ·mol-1＜0，所以一定条件下能自发进行； (2)①计算 0～8 min 时，H2 的物质的量的变化，求出 H2 的物质的量浓度的变化，依据反应中 反应物、生成物物质的量变化之比等于化学计量数之比，计算出△n(CO2)、△n(CH3OH)、△n(H2O)， 然后计算出平衡时的反应物、生成物的物质的量浓度； ②如图所示，以 d 点实线曲线为标准分析，b 点曲线反应速率增大，但转化的氢气的物质的量 少，应是升高温度，因该反应放热，升高温度平衡逆向移动；c 点曲线反应速率增大，转化的 氢气的物质的量多，平衡正向移动，应是增大压强；平衡常数只受温度的影响，该反应放热， 升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小； ③借助于等效平衡处理该题，达到平衡后在通入反应物物质的量之比与平衡前通入反应物的 物质的量之比相等，相当于增大压强，反应物生成物浓度同等倍数增加。 (3)甲醇燃料电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，图中的交换层为质子交换层，故 电解质为酸，负极的电极反应式：CH3OH-6e-+ H2O = CO2+6H+。 【详解】(1)由盖斯定律可知，CO2(g)+nH2O(l)=CO2·nH2O(s)△H=-57.98 kJ·mol-1， CH4(g)+nH2O(s)=CH4·nH2O(s) △H=-54.49 kJ·mol-1，以上两个式子相减得 CO2(g)+CH4·nH2O(s)= CH4(g) +CO2·nH2O(s) △H=(-57.98 kJ·mol-1)-( -54.49)=-3.49kJ·mol-1；根据体系自由能变化 △G=△H- T·△S，判断反应能否自发进行，若△G=△H-T·△S＜0，反应能自发进行； (2)①该反应在 0～8 min 时，△n(H2)=8mol-2mol=6mol，v(H2)= =0.375mol·L-1·min-1；由 a 到 d 的过程，反应物的浓度逐渐减小，正反应速率逐渐变慢，故 v 正(a)＞v 正(d)；反应中变化的物质的量之比等于化学计量数之比，因为△n(H2)=6mol，所以 △n(CO2)=2mol，△n(CH3OH)=△n(H2O)=2mol，CO2 的平衡转化率： ×100%=33.3%；平 衡时 n(H2)=8mol-6mol=2mol，n(CO2)=6mol-2mol=4mol，n(CH3OH)=n(H2O)=2mol，平衡时反 应物生成物的物质的量浓度为：c(H2)=c(CH3OH)=c(H2O)= =1mol·L-1，c(CO2) = =2 mol·L-1，该温度下平衡常数的值为： =0.5； ②根据图像，b 点曲线反应速率增大，但与 d 点所在的实线曲线相比，转化的氢气的物质的量 少，应是升高温度，因 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＜0，该反应正反应为放热 6mol 2L 8min× 2mol 6mol 2mol 2L 4mol 2L 3 1 1 2 1 × × 反应，升高温度平衡逆向移动，不利于氢气的转化，故 b 点曲线改变的条件是升高温度；c 点 曲线反应速率增大，但与 d 点所在的实线曲线相比，转化的氢气的物质的量多，因增大压强 平衡正向移动，故 c 点曲线改变的条件是增大压强；平衡常数只受温度的影响，该反应放热， 升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，故温度越高平衡常数越小，b 点曲线温度最高，d 点 实线曲线和 c 点曲线温度相同，即 T(b)＞T(c)=T(d)故 K(b)＜K(c)=K(d)； ③在恒温恒容的条件下，再充入 3mol CO2 和 4 molH2，相当于同等倍数的增大反应物的物质 的量浓度，压强增大，平衡向着气体分子数减小的方向(正反应方向)移动，H2O 的体积分数将 增大； (3)甲醇燃料电池，负极发生氧化反应，图中的交换层为质子交换层，故电解质为酸，负极的 电极反应式：CH3OH-6e-+ H2O = CO2+6H+。 【点睛】平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，(2)②中需要根据图像分析判断 影响平衡移动的因素。 16.托特罗定（G）是毒蕈碱受体拮抗剂，其一种合成路线流程图如下： 请按要求回答下列问题： （1）A 的名称：_____；最多共平面的原子数目为_____。C 中含氧官能团名称为_________。 （2）D→E 的反应类型为_____。 （3）B 与 NaOH 溶液加热条件下反应的化学方程式：____________。 （4）C→D 反应过程使用的液态 SOCl2（ ）沸点为 77℃，遇水剧烈反应，产生酸雾和 刺激性气味的气体。写出 SOCl2 与水的化学方程式：____________。 （5）同时满足下列条件的 C 的同分异构体共有______________种。写出其中一种结构简式 ______________。a.在酸性条件下完全水解，得到两种产物：有机物 M 和碳酸（ ） b.M 分子中有 4 种不同化学环境的氢，且能与 FeCl3 溶液发生显色反应。 （6）已知：R'-CHO R'-CH=CCHO （R1、R2 代表烃基或 H），请结合上述信息， 写出以 和乙醛为主要原料制备 的合成路线流程图 _____________（无机试剂任选）： 【答案】 (1). 4-甲基苯酚或对甲基苯酚 (2). 14 (3). 醚键、羧基 (4). 取代反应 (5). +2 NaOH +H2O (6). SOCl2+H2O=SO2+2HCl (7). 2 (8). 、 (9). 【解析】 【分析】 （1）有机物命名，A( )以苯酚为母体，苯环上的甲基与羟基对位关系，名称为 4-甲基苯 酚或对甲基苯酚；共面问题，苯环上的原子在同一个平面上，另外甲基上的 C 原子采用的 sp3 杂化，单键可以旋转，故甲基上的有一个氢原子可能在苯环所构成的这个平面上； （2）从反应物和生成物的结构简式上可以看出 D 中的 Cl 原子被 所取代，故 D→E 的 反应类型为取代反应； （3）酯的水解反应，注意这个酯与其他的酯的不同之处，它水解生成的酚羟基也可以与氢氧 化钠反应，故 1molB 与 NaOH 溶液加热条件下反应，消耗 2mol NaOH，反应方程式为+2 NaOH +H2O； （4）结合题中的已知信息，推测生成物为 SO2、HCl，然后写出相应的化学反应方程式； （5）满足下列条件的 C 的同分异构体 a.在酸性条件下完全水解，得到两种产物：有机物 M 和碳酸（ ）；b.M 分子中有 4 种不同化学环境的氢，且能与 FeCl3 溶液发生显色反 应，M 分子中含有酚羟基，满足条件的 M 的结构简式有： 、 ，符合 条件的 C 的同分异构体共 2 种； （6）结合已知提示信息和托特罗定一种合成路线流程图中的信息，进行新的流程图设计， 与 O2 在 Cu 作催化剂的条件下催化氧化生成 ，结合题中所给已知信息， 与乙醛在稀的氢氧化钠溶液加热的条件下反应生成 ，再结合流程图中的信息， 在 BBr3 作用下生成 。 【详解】（1）A( )以苯酚为母体，名称为 4-甲基苯酚或对甲基苯酚；甲基中的碳原子与苯 环共面，单键可以旋转，甲基中只能再有一个氢原子与苯环共面，故 A 分子中最多有 14 个原 子共面；C 中含氧官能团名称为醚键、羧基； （2）D 中的 Cl 原子被 所取代，故 D→E 的反应类型为取代反应； （3）B 分子中含有酯基，在 NaOH 溶液中发生水解反应， +2 NaOH +H2O；（4）液态 SOCl2( )沸点为 77℃，遇水剧烈反应，产生酸雾和刺激性气味的气体,该刺 激性气味的气体为 SO2，另一种物质是 HCl,SOCl2 与水的化学方程式：SOCl2+H2O=SO2+2HCl； （5）同时满足下列条件的 C 的同分异构体 a.在酸性条件下完全水解，得到两种产物：有机物 M 和碳酸（ ）；b.M 分子中有 4 种不同化学环境的氢，且能与 FeCl3 溶液发生显色 反应，M 分子中含有酚羟基，满足条件的 M 的结构简式有： 、 ，符 合条件的 C 的同分异构体共 2 种； （6） 与 O2 在 Cu 作催化剂的条件下催化氧化生成 ，结合题中所给已知信息， 与乙醛在稀的氢氧化钠溶液加热的条件下反应生成 ，再结合流程图中的信 息， 在 BBr3 作用下生成 ，具体合成路线如下： 。 【点睛】本题考查多种有机物间的转化，意在考查考生的逻辑推理能力和接受信息、处理信 息的、能力。