模块综合检测卷-【金版新学案】2025-2026学年新教材高二化学选择性必修1同步课堂高效讲义配套课件(人教版 单选)
2025-12-10
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教辅
摘要:
该高中化学课件涵盖化学反应原理、电化学、电解质溶液及实验探究等模块,通过港珠澳大桥防腐、锌锰干电池等实例导入,衔接基础概念与工业应用,构建从原理到综合应用的学习支架。
其亮点在于以实际问题为情境,通过平衡移动分析、反应速率比较等培养科学思维,依托阳极氧化实验、工业流程题强化科学探究与实践。学生能提升解决真实问题的能力,教师可利用其系统整合知识,优化教学效率。
内容正文:
模块综合检测卷
√
1.化学与工业生产、社会发展等息息相关,下列说法正确的是
A.港珠澳大桥使用高性能富锌底漆防腐,原理是外加电流法
B.将滹沱河特大桥的桥墩钢铁与外接电源正极相连以减缓桥梁的腐蚀
C.工业上电解熔融的AlCl3来制备铝
D.锌锰干电池工作时,存在化学能转化为电能和热能的过程
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港珠澳大桥使用高性能富锌底漆防腐,锌比铁活泼,作原电池的负极,铁被保护,原理是牺牲阳极法,A错误;应将大桥的桥墩钢铁与外接电源负极相连使其不发生氧化反应,以减缓桥梁的腐蚀,故B错误;工业上电解熔融的Al2O3来制备铝,故C错误;锌锰干电池工作时,化学能转化为电能,但并没有完全转化为电能,其中也存在化学能转化为热能的过程,故D正确。
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2.化学反应常常伴随着热量的释放或吸收。下列说法正确的是
A.催化剂可降低反应的ΔH,加快反应速率
B.C(s,石墨)C(s,金刚石) ΔH=+1.9 kJ·mol-1,则石墨比金刚石稳定
C.H2的燃烧热为285.8 kJ·mol-1,则H2(g)+O2(g)H2O(g)
ΔH=-285.8 kJ·mol-1
D.稀盐酸与稀氨水发生中和反应,生成1 mol H2O时放出的热量等于
57.3 kJ
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催化剂不能改变反应物和生成物的能量,加入催化剂,该反应的ΔH不变,A错误;由C(s,石墨)C(s,金刚石) ΔH=+1.9 kJ·mol-1,可知该反应吸热,可知金刚石的能量比石墨的能量高,能量越低越稳定,所以石墨比金刚石稳定,B正确;氢气的燃烧热是1 mol氢气完全燃烧生成液态水所放出的热量,气态水变为液态水释放热量,所以H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH>-285.8 kJ·mol-1,C错误;一水合氨是弱碱,电离过程需吸收能量,稀盐酸与稀氨水发生中和反应,生成1 mol H2O时放出的热量小于57.3 kJ,D错误。
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3.已知反应4X(g)+2Y(g) ⥫⥬Z(g)+4W(g)在不同条件下的化学反应速率如下,其中表示反应速率最快的是
A.v(X)=0.02 mol/(L·s) B.v(Y)=0.6 mol/(L·min)
C.v(Z)=0.4 mol/(L·min) D.v(W)=0.08 mol/(L·s)
A.v(X)=0.02 mol/(L·s),则v(Z)=0.3 mol/(L·min);B.v(Y)=0.6 mol/(L·min),则v(Z)=0.3 mol/(L·min);C.v(Z)=0.4 mol/(L·min);D.v(W)=0.08 mol/(L·s),则v(Z)=1.2 mol/(L·min);对比可知反应速率最快的是D。
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4.为将反应2Al+6H+2Al3++3H2↑的化学能转化为电能,下列装置能达到目的的是(铝条均已除去了氧化膜)
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铝与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸根离子和氢气,与题中方程式不相符,A错误;铝与稀硝酸反应生成一氧化氮,与题中方程式不相符,B错误;铝与稀硫酸反应生成铝离子和氢气,铝为负极,铜为正极,将化学能转化为电能,C正确;两个电极均为铝,不能达到将化学能转化为电能的目的,D错误。
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5.向2 L的恒容密闭容器中加入一定量的A(g)和B(s),发生反应:2A(g)+B(s) ⥫⥬4C(g)+2D(g),5 min后C的浓度增加了0.3 mol·L-1,下列说法正确的是
A.向容器中充入惰性气体可以加快化学反应速率
B.0~5 min内,v(B)=0.015 mol·L-1·min-1
C.5 min时,D的物质的量为0.3 mol
D.当v(C)∶v(D)=2∶1时,反应达到平衡状态
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2A(g)+B(s) ⥫⥬4C(g)+2D(g)在恒容密闭容器中进行,向容器中充入惰性气体,参与反应的气体浓度不变,化学反应速率不变,A错误;B是固体,不能用B的浓度变化表示该反应的反应速率,B错误;5 min后C的浓度增加了0.3 mol·L-1,由方程式2A(g)+B(s) ⥫⥬4C(g)+2D(g)可知,D的浓度增加了×2=0.15 mol·L-1,D的物质的量为
0.15 mol·L-1×2 L=0.3 mol,C正确;该反应过程中,v(C)∶v(D)=2∶1恒成立,所以当v(C)∶v(D)=2∶1时,不能说明反应达到平衡状态,D错误。
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6.已知化合物A与H2O在一定条件下反应生成化合物B与HCOO-,其反应历程如图所示,其中TS表示过渡态,Ⅰ表示中间体。下列说法正确的是
A.化合物A与H2O之间的碰撞均为有效碰撞
B.该历程中有6个基元反应
C.该历程中的最大活化能E正=18.86 kJ·mol-1
D.决定总反应速率快慢的步骤是最后一个基元反应
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能引起化学反应的碰撞叫有效碰撞,但不是A与H2O分子之间的碰撞都能发生反应,只有少数碰撞能发生反应,A错误;由图可知,化合物A与H2O的反应历程经历了3个阶段,该反应历程共有3个基元反应,B错误;该历程中的最大活化能(能垒)E正=16.87 kJ/mol-(-1.99 kJ/mol)=18.86 kJ/mol,C正确;决定总反应速率快慢的是慢反应,由图可知第二个基元反应的活化能最大,反应速率最慢,是总反应的决速步骤,D错误。
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7.下列有关实验现象和解释或结论都正确的是
选项 实验操作 现象 解释或结论
A 向充有NO2和N2O4混合气体的恒容透明密闭容器中充入氦气,增大压强2NO2 ⥫⥬N2O4 颜色变浅 增大压强,平衡正向移动
B 向两支试管中均加入5 mL淀粉溶液和两滴碘水,向其中一支试管中加入1 mL 2 mol/L的硫酸溶液(必要时可加热),向另一支试管中加入1 mL唾液,观察现象 对比蓝色褪色的时间 不同催化剂对化学反应速率的影响不同
C 将充满NO2的密闭玻璃球浸泡在热水中 红棕色变深 2NO2 ⥫⥬N2O4的ΔH>0
D 向FeCl3和KSCN的混合溶液中,加入KCl固体 红色溶液变浅 增大KCl的浓度,平衡逆向移动
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恒容透明密闭容器中充入氦气,平衡不移动,NO2和N2O4的浓度均不变,颜色不变,故A错误;硫酸、唾液均使淀粉发生水解,根据控制变量的原则,其余条件一样,只有催化剂不同,可探究不同催化剂对反应速率的影响,故B正确;将充满NO2的密闭玻璃球浸泡在热水中,红棕色变深,说明2NO2 ⥫⥬ N2O4逆向移动,故该反应为放热反应,即ΔH<0,故C错误;加入KCl固体,对Fe3++3SCN- ⥫⥬Fe(SCN)3的平衡无影响,溶液颜色不变,故D错误。
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8.以“全氢电池”为电源直接电解氯化钠溶液制备H2和HClO的装置如图所示(工作时,H2O在双极膜界面处被催化解离成H+和OH-)。下列说法错误的是
A.“全氢电池”的总反应为非氧化
还原反应
B.“全氢电池”的双极膜中产生的
H+向左移动
C.阳极区发生的电极反应为Cl--2e-+H2OHClO+H+
D.理论上,双极膜中2 mol H2O解离时,电解池阳极区减少1 mol阳离子(忽略HClO的电离)
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“全氢电池”为原电池,左侧吸附层为负极,右侧吸附层为正极,“全氢电池”的总反应为H++OH-H2O,为非氧化还原反应,A正确;原电池中阳离子向正极迁移,阴离子向负极迁移,所以“全氢电池”的双极膜中产生的H+向右移动,B错误;电解氯化钠溶液制备H2和HClO,则阳极反应式为Cl--2e-+H2OHClO+H+,C正确;理论上,双极膜中2 mol H2O解离时,可以形成2 mol H+、2 mol OH-,转移2 mol电子,根据Cl--2e-+H2OHClO+H+,可以知道阳极生成1 mol氢离子,转移2 mol电子则有2 mol Na+通过阳离子交换膜进入阴极区,故阳极区减少1 mol阳离子(忽略HClO的电离),D正确。
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9.t ℃时,一定量的混合气体在某恒容密闭容器中发生反应:aA(g)+bB(g) ⥫⥬cC(g)+dD(g),平衡后测得B气体的浓度为0.6 mol·L-1。其他条件不变,将密闭容器的容积扩大1倍,重新达到平衡后,测得B气体的浓度为0.4 mol·L-1。下列叙述不正确的是
A.a+b<c+d
B.重新达到平衡时,A气体的浓度减小
C.重新达到平衡时,D气体的体积分数减小
D.重新达到平衡时,v逆(A)=v正(C)
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其他条件不变,将密闭容器的容积扩大1倍,若平衡不移动,则B气体的浓度为0.3 mol·L-1,实际上B的浓度变为0.4 mol·L-1,说明平衡向逆反应方向移动,故a+b>c+d,A错误;密闭容器的容积加倍,平衡逆向移动,但各物质的浓度都要减小,即A气体的浓度也减小,B正确;由A选项的分析知将密闭容器的容积扩大1倍平衡向逆反应方向移动,故D气体的体积分数减小,C正确;重新达到平衡时,正逆反应速率相等,各物质速率之比等于化学计量数之比,v逆(A)=v正(C),D正确。
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10.室温下,向20 mL 0.1 mol/L HA溶液中逐滴加入0.1 mol/L NaOH溶液,溶液pH的变化如图所示,下列说法正确的是
A.HA的电离平衡常数约为10-5
B.d点溶液中c(Na+)=c(A-)
C.滴定过程中可选用石蕊作指示剂
D.b点溶液中粒子浓度关系:c(HA)>
c(Na+)>c(A-)>c(H+)>c(OH-)
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由a点可知,0.1 mol·L-1 HA溶液的pH=3,说明HA为弱酸,c(H+)=1.0×10-3 mol/L,则 HA的电离平衡常数约为=1.0×10-5,故A正确;d点溶液为NaA溶液,由于A-发生水解,则
c(Na+)>c(A-),故B错误;
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滴定终点生成NaA溶液,NaA为强碱弱酸盐,溶液呈碱性,应选用酚酞作指示剂,故C错误;b点溶液表示10 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液与20 mL 0.1 mol·L-1 HA溶液混合,反应后为等浓度的NaA与HA的混合溶液,由图可知,此时溶液显酸性,则HA的电离程度大于A-水解的程度,故粒子浓度关系为c(A-)>c(Na+)>c(HA)>c(H+)>c(OH-),故D错误。
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11.下列事实不能用平衡移动原理解释的是
A.石灰岩经过千百万年的积聚形成钟乳石、石笋
B.实验室用饱和食盐水除去氯气中混有的少量氯化氢
C.工业生产硫酸的过程中使用过量空气以提高SO2的转化率
D.反应CO(g)+NO2(g) ⥫⥬CO2(g)+NO(g)达平衡后,加压使混合气体颜色变深
在自然界中,溶有二氧化碳的雨水,会使石灰石构成的岩层部分溶解,使碳酸钙转变成可溶性的碳酸氢钙。溶有较多碳酸氢钙的水从溶洞顶部滴落到洞底时,由于水分蒸发或者压强减小,以及温度变化,水中的碳酸
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氢钙会分解析出碳酸钙沉淀,这些沉淀经过千百年的聚集,渐渐形成了钟乳石、石笋等,能用平衡移动原理来解释,故A不选;氯水中存在Cl2+H2O ⥫⥬H++Cl-+HClO,饱和食盐水中氯离子浓度大,增大氯离子浓度,平衡逆向移动,减少氯气在水中的溶解,能用平衡移动原理来解释,故B不选;由2SO2+O2 2SO3可知,增加氧气的量可使平衡正向移动,可提高二氧化硫的转化率,能用平衡移动原理来解释,故C不选;CO(g)+NO2(g) ⥫⥬CO2(g)+NO(g)是反应前后气体体积不变的反应,当反应达平衡后,对容器进行压缩,容器的容积减小,气体物质浓度增大,混合气体颜色变深,但化学平衡没有发生移动,不能用平衡移动原理来解释,故D选。
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12.已知298 K、101 kPa时,下列说法错误的是
反应1:4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s) ΔH1=-1 648 kJ·mol-1
反应2:C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH2=-393 kJ·mol-1
反应3:2Fe(s)+2C(s)+3O2(g)2FeCO3(s) ΔH3=-1 480 kJ·mol-1
反应4:2FeCO3(s)+O2(g)2CO2(g)+Fe2O3(s) ΔH4
A.上述反应1、2、3、4在热力学上自发进行的趋势都很大
B.反应1和反应3在较低温度下能自发进行,反应4是熵增反应
C.反应的自发性可以用于判断反应的方向,但不能确定反应发生的速率
D.反应1表示铁在氧气中燃烧的热化学方程式
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反应4=反应1×+反应2×2-反应3,根据盖斯定律,ΔH4=(-1 648 kJ/mol) ×+(-393 kJ/mol)× 2-(-1 480 kJ/mol)= -130 kJ/mol,题述反应1、2、3、4都是放热反应且放出的热量较多,在热力学上自发进行的趋势很大,A项正确;反应1和3都是放热的熵减反应,根据复合判据ΔH-TΔS<0时可自发进行知,在较低温度下能自发进行,反应4是气体分子数增大的反应,它是熵增反应,B项正确;化学反应的自发性只能判断反应的方向,不能确定反应发生的速率,C项正确;铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁,不是氧化铁,D项错误。
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13.活性炭可以高效处理二氧化氮污染。在温度为T ℃时,向体积不等的恒容密闭容器中分别加入足量活性炭和1 mol NO2,发生反应:2C(s)+2NO2(g) ⥫⥬N2(g)+2CO2(g),反应相同时间,测得各容器中NO2的转化率与容器体积的关系如图所示。下列说法不正确的是
A.容器内的压强:pa∶pb>6∶7
B.图中c点所示条件下:v(正)>v(逆)
C.图中a、c点对应的CO2浓度:ca(CO2)>cc(CO2)
D.T ℃时,该反应的化学平衡常数为
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a点反应三段式为
2C(s)+2NO2(g) ⥫⥬N2(g)+2CO2(g)
起始/mol 1 0 0
转化/mol 0.4 0.2 0.4
平衡/mol 0.6 0.2 0.4
b点反应三段式为
2C(s)+2NO2(g) ⥫⥬N2(g)+2CO2(g)
起始/mol 1 0 0
转化/mol 0.8 0.4 0.8
平衡/mol 0.2 0.4 0.8
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根据a点反应三段式、b点反应三段式和pV=nRT可知,paV1=1.2RT,pbV2=1.4RT,由于V2>V1,所以容器内的压强:pa∶pb>6∶7,故A正确;相同时间内,b点比a点反应慢,但转化率达到80%,c点比a点反应更慢,转化率也有40%,说明a点为平衡点,c点为未平衡点,即图中c点所示条件下,v(正)>v(逆),故B正确;图中a点、c点NO2的转化率相同,生成的CO2的物质的量相同,但a点容器体积小于c点容器体积,则对应CO2的浓度:ca(CO2)>cc(CO2),故C正确;
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根据A中a点反应三段式可知,各物质平衡浓度为c(NO2)= mol/L、c(N2)= mol/L、c(CO2)= mol/L,T ℃时,该反应的化学平衡常数K===,故D错误。
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14.化学中常用AG表示溶液的酸度。室温下,向20.00 mL 0.100 0 mol/L的氨水中滴加未知浓度的稀硫酸溶液,混合溶液的温度与酸度AG随加入稀硫酸体积的变化如图所示。下列有关叙述正确的是
A.该稀硫酸的浓度为0.100 0 mol/L
B.室温下NH3·H2O的电离常数Kb约
为1.0×10-6
C.当AG=0时,溶液中存在c(N)>
c(S)>c(H+)=c(OH-)
D.水的电离程度大小关系:a>b>c
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酸碱中和恰好完全时放出的热量最大,温度最高,由图可知,c点为恰好中和的点,2NH3·H2O+H2SO4(NH4)2SO4+2H2O,c处消耗硫酸20 mL,所以n(H2SO4)=0.5×n(NH3·H2O)=0.5×20.00×10-3 L×0.100 0 mol·L-1=10-3 mol,故c(H2SO4)===0.050 0 mol·L-1,A错误;由图可知,当AG=
lg =-8时,溶液为氨水,=10-8,因室温下Kw=c(H+)c(OH-)=10-14,
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得c(OH-)=10-3 mol·L-1,室温下NH3·H2O的电离常数Kb=≈=1.0×10-5,B错误;根据电荷守恒c(N)+c(H+)=2c(S)+c(OH-),当AG=
lg =0时,c(H+)=c(OH-),故c(N)=2c(S),溶液中硫酸铵完全电离,N、S大量存在,溶液中存在c(N)>c(S)>c(H+)=c(OH-),C正确;c点为恰好中和的点,生成的硫酸铵最多,水解程度最大,对水的电离促进程度最大,a点生成的硫酸铵比b点还少,故水的电离程度大小关系:c>b>a,D错误。
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√
15.硫锌二次电池工作原理如图所示,下列叙述错误的是
A.放电时,电极a为负极
B.充电时,电极b与电源正极连接
C.放电时,电极a上的电极反应式
为Zn-2e-+4OH-Zn(OH)42-
D.充电时,16.0 g Cu2S完全反应时向电极a迁移0.2 mol Na+
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由图可知,放电时,电极a为负极,碱性条件下锌在负极失去电子发生氧化反应生成四羟基合锌离子,电极b为正极,铜离子和硫在正极得到电子发生还原反应生成硫化亚铜,充电时,电极a为阴极与直流电源负极相连,电极b为阳极。由分析可知,放电时,电极a为负极,故A正确;由分析可知,充电时,电极a为阴极,与直流电源负极相连,则电极b与电源正极连接为阳极,故B正确;
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由分析可知,放电时,电极a为负极,碱性条件
下锌在负极失去电子发生氧化反应生成四羟基合
锌离子,电极反应式为Zn-2e-+4OH-[Zn
(OH)4]2-,故C正确;由分析可知,充电时,硫
化亚铜在阳极失去电子发生氧化反应生成铜离子和硫,电极反应式为Cu2S-4e-2Cu2++S,则16.0 g硫化亚铜完全反应时向电极a迁移钠离子物质的量为×4=0.4 mol,故D错误。
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√
16.CO2氛围下,Pb(ClO4)2溶液中含铅微粒的分布如下图所示。纵坐标(δ)为组分中铅占总铅的质量分数。已知c0(Pb2+)=2.0×10-5 mol/L,Ka1(H2CO3)=
10-6.4,Ka2(H2CO3)=10-10.3,Ksp(PbCO3)=10-12.1。下列说法不正确的是
A.δ(Pb2+)=δ(PbCO3)时,c(Pb2+)<1.0×10-5 mol/L
B.pH=6时,溶液中c(C)<c(Pb2+)
C.pH=7时,2c(Pb2+)+cPb(OH)+=2c(C)+c(HC)+c(Cl)
D.pH=8时,往溶液中慢慢加入Na2CO3固体,PbCO3(s)会逐渐溶解
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由图可知,δ(Pb2+)=δ(PbCO3)时,溶液中还存在Pb(OH)+,根据c0(Pb2+)=2.0×10-5 mol/L和Pb元素守恒,溶液中c(Pb2+)<1.0×10-5 mol/L,A正确;由图可知,pH=6时δ(Pb2+)>50%,即c(Pb2+)>1×10-5 mol/L,则c(C)≤= mol/L=1×10-7.1 mol/L<c(Pb2+),B正确;
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Pb(ClO4)2溶液中c0(Pb2+)=2.0×10-5 mol/L,则c(Cl)=4×10-5 mol/L,pH=7时,δ(Pb2+)<50%,δ[Pb(OH)+]<25%,c(Pb2+)<2.0×10-5 mol/L×50%=1×10-5 mol/L,c[Pb(OH)+]<25%×2.0×10-5 mol/L=5×
10-6 mol/L,则2c(Pb2+)+c[Pb(OH)+]<2.0×10-5 mol/L+5×10-6 mol/L=2.5×10-5 mol/L,即2c(Pb2+)+cPb(OH)+<2c(C)+c(HC)+c(Cl),C错误;溶液中存在平衡:PbCO3(s)+C(aq) ⥫⥬[Pb(CO3)2]2-(aq),加入Na2CO3固体,平衡正向移动,PbCO3会逐渐溶解,D正确。
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17.(12分)铝的阳极氧化是一种重要的表面处理技术,其原理是用电化学方法处理铝件表面,优化氧化膜结构,增强铝件的抗腐蚀性,同时便于表面着色。取铝片模拟该实验,并测定氧化膜厚度,操作步骤如下:
(1)铝片预处理
铝片表面除去油垢后,用2 mol·L-1的NaOH溶液在60~70 ℃下洗涤,除去铝表面的薄氧化膜,反应的离子方程式为__________________________
_____________________;
再用10%(质量分数)的HNO3溶液对铝片表面进行化学抛光。
Al2O3+2OH-+3H2O
2Al(OH)4-
60~70 ℃
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铝片表面除去油垢后,用2 mol/L NaOH溶液在60~70 ℃下洗涤,除去铝表面薄氧化膜,即Al2O3与NaOH溶液反应,离子方程式为Al2O3+2OH-+3H2O2[Al(OH)4]-。
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(2)电解氧化
取预处理过的铝片和铅作电极,控制电流恒定为0.06 A,用直流电源在5~6 mol·L-1的硫酸中进行电解。其中铝片接电源的____(填“正”或“负”)极,产生氧化膜的电极反应式为_____________________________
______。
氧化膜的生长过程,可大致分为A、B、C三个阶段(如图所示),A阶段中电压逐渐增大的原因是__________________________________________。
正
2Al-6e-+3H2OAl2O3+
6H+
电流不变时,氧化膜覆盖阳极表面,电阻增大
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将铝片电解氧化生成致密的氧化物保护膜,电解池中阳极发生氧化反应,则铝片接电源正极,产生氧化膜的电极反应式为2Al-6e-+3H2OAl2O3+6H+;氧化膜的生长过程可大致分为A、B、C三个阶段,由图可知A阶段随着电解的进行氧化膜覆盖阳极表面厚度加厚,电阻增大,则A阶段电压逐渐增大。
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(3)氧化膜的质量检验
取出经阳极氧化并封闭处理过的铝片,洗净、干燥,在铝片表面滴一滴氧化膜质量检查液(3 g K2Cr2O7+75 mL水+25 mL浓硫酸),用秒表测定铝片表面颜色变为绿色(产生Cr3+)所需的时间,即可判断氧化膜的耐腐蚀性。写出该变色反应的离子方程式:
________________________________________________。
2Al+Cr2+14H+ 2Cr3++2Al3++7H2O
该变色反应即K2Cr2O7转化为了Cr3+,被还原,即Al参与该反应转化为Al3+,根据氧化还原反应配平可得该反应的离子方程式为2Al+Cr2+14H+2Cr3++2Al3++7H2O。
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(4)氧化膜厚度的测定
①取氧化完毕的铝片,测得其表面积为4.0 cm2,洗净吹干,称得质量为0.765 4 g;②将铝片浸于60 ℃的溶膜液中煮沸10分钟进行溶膜处理;③取出铝片,洗净吹干,称得除膜后铝片的质量为0.744 2 g。
已知氧化膜的密度为2.7 g·cm-3,可以计算出氧化膜的厚度为_____μm(氧化膜的厚度=,1 μm=1×10-4 cm)。
19.6
由题干可知,氧化膜的质量为0.765 4 g-0.744 2 g=0.021 2 g,则氧化膜的体积为≈0.007 85 cm3,则氧化膜的厚度为≈ 0.001 96 cm=19.6 μm。
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18.(13分)硫酸镁可用于印染、造纸、医药工业。利用某水泥厂的废料(含50%MgO,还有少量CaO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质),制取MgSO4·7H2O的流程如图:
回答下列问题:
(1)“酸浸”时,pH控制为1,若要提高浸取速率,可采取的措施是________________________(任写一条)。
适当升温(或粉碎或搅拌)
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提高浸取速率,可以从温度、接触面积来采取措施,具体为适当升温(或粉碎或搅拌)。
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(2)“氧化”时,NaClO与Mn2+按物质的量1∶1反应生成MnO2,其离子方程式为____________________________________________;
调节pH时可加入试剂X为______________________________(任写一种)。
ClO-+Mn2++H2OCl-+MnO2↓+2H+
MgO(或MgCO3或碱式碳酸镁等)
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“氧化”时,NaClO与Mn2+按物质的量1∶1反应生成MnO2、Cl-和水,锰化合价由+2变为+4、氯化合价由+1变为-1,结合得失电子守恒,其离子方程式为ClO-+Mn2++H2OCl-+MnO2↓+2H+;调节pH时不能引入新杂质,加入要保留的离子对应的难溶物,通过消耗铁离子水解产生的氢离子来促进铁离子水解,因此可加入试剂X为MgO(或MgCO3或碱式碳酸镁等)。
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(3)滤渣除Al(OH)3、Fe(OH)3外还有氧化物__________________。
MnO2、SiO2
二氧化硅不与硫酸反应,在氧化时得到二氧化锰,因此滤渣除Al(OH)3、Fe(OH)3外还有氧化物MnO2、SiO2。
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(4)“除钙”时,控温在60 ℃时除去MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4。部分物质的溶解度(g/100 g H2O)如表:
温度/℃物质 20 40 60 80
MgSO4 28.6 30.9 36.0 40.8
CaSO4 0.272 0.230 0.204 0.184
参照表格,简要说明除钙的操作方法:______________________________
_________________________。
将滤液保持60 ℃左右蒸发至出现
一定量固体并趁热过滤
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根据表格数据,60 ℃时MgSO4溶解度较大,而CaSO4溶解度较小,在此时趁热过滤,其除钙的操作方法为将滤液保持60 ℃左右蒸发至出现一定量固体并趁热过滤。
温度/℃物质 20 40 60 80
MgSO4 28.6 30.9 36.0 40.8
CaSO4 0.272 0.230 0.204 0.184
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(5)60 ℃下CaSO4的Ksp=________________(饱和CaSO4溶液的密度约为1.0 g·mL-1)。
2.25×10-4
60 ℃下饱和CaSO4溶液的密度约为1.0 g·mL-1,60 ℃时CaSO4溶解度为0.204,则1 000 g水中溶解CaSO4的质量为2.04 g,其溶液体积==,则c(Ca2+)=c(S)=≈0.015 mol/L,则CaSO4的Ksp=0.015×0.015=2.25×10-4。
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(6)为了提高原料中镁的利用率,操作后滤液的处理方法是_____________
________________。
将操作a后
的母液循环利用
操作a是从溶液中经过一系列过程得到晶体,过滤时溶液中还有硫酸镁,为了提高原料中镁的利用率,操作a后滤液应循环利用。
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19.(14分)Ⅰ.高铁酸钾(K2FeO4) 是一种高效、无毒的强氧化剂,常温下为紫色固体,微溶于浓KOH溶液,能溶于水,且能与水反应放出氧气,并生成Fe(OH)3胶体。稳定性随pH的下降而减弱,酸性条件下易分解。
(1)下列有关铁及其化合物的性质与用途具有对应关系的是______(填字母,下同)。
A.铁粉具有还原性,可防止食物氧化变质
B.高铁酸钾能溶于水,可作氧化剂
C.氢氧化铁胶体具有碱性,可用于净水
D.纯铁无杂质,可用作建筑材料
A
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铁粉具有还原性,能够和O2反应,可防止食物氧化变质,A符合题意;高铁酸钾具有强氧化性,可作氧化剂,与溶解度无关,B不符合题意;氢氧化铁胶体具有吸附性,可用于净水,C不符合题意;纯铁硬度较小,不可用作建筑材料,D不符合题意。
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Ⅱ.K2FeO4的净水原理如图所示:
(2)下列说法错误的是____。
A.K2FeO4中铁元素显+6价
B.过程①中K2FeO4被活性菌还原
C.过程②中的Fe(OH)3胶体粒子带正电荷
D.过程③中聚沉是由于胶体发生了渗析
D
K2FeO4中钾元素的化合价为+1、氧元素的化合价为-2,因此铁元素的化合价为+6,A正确;高铁酸钾具有氧化性,过程①中K2FeO4被活性菌还原,B正确;过程②中的Fe(OH)3胶体粒子带正电荷,C正确;使胶体凝聚形成沉淀而析出的现象是胶体的聚沉,D错误。
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(3)写出K2FeO4与水反应的化学方程式:_____________________________
______________________。
4K2FeO4+10H2O4Fe(OH)3
(胶体)+3O2↑+8KOH
由氧化还原反应的规律可知K2FeO4与水反应生成Fe(OH)3(胶体)和O2,根据得失电子守恒和原子守恒配平化学方程式为4K2FeO4+10H2O4Fe(OH)3(胶体)+3O2↑+8KOH。
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Ⅲ.已知可用Cl2与Fe(NO3)3制备K2FeO4(含副产品KCl、KNO3),查阅资料得知高铁酸盐在水溶液中有四种含铁形体。25 ℃时,它们的物质的量分数随pH的变化如图所示:
(4)①为获得尽可能纯净的高铁酸盐,pH应控制在_____。
≥9
从图中可以看出,pH大于9以后,溶液中几乎全部为Fe,为获得尽可能纯净的高铁酸盐,pH应控制在≥9;
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②写出在此条件下,反应的离子方程式:_________________________________
_______________________;
每生成39.6 g K2FeO4,转移的电子数目为_______。
2Fe3++3Cl2 +16OH-2Fe
+6Cl-+8H2O
0.6NA
Cl2与Fe(NO3)3制备K2FeO4,根据得失电子守恒和电荷守恒配平离子方程式为2Fe3++3Cl2 +16OH-2Fe+6Cl-+8H2O;Fe元素由+3价上升到+6价,39.6 g K2FeO4的物质的量为=0.2 mol,转移的电子数目为0.6NA。
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(5)已知溶液的酸碱性及离子浓度会对反应试剂的氧化性、还原性产生
影响。
某实验小组研究不同反应试剂对K2FeO4产率的影响,对比实验如下:
实验编号 反应试剂 实验现象
Ⅰ Cl2、FeCl3和少量KOH 无明显现象
Ⅱ Cl2、FeCl3和过量KOH 得到紫色溶液,无紫色固体
Ⅲ Cl2、Fe(NO3)3和过量KOH 得到紫色溶液(颜色比Ⅱ深),有紫色固体
注:上述实验中,溶液总体积、FeCl3和Fe(NO3)3的物质的量、Cl2的通入量均相同。
①由实验Ⅰ、Ⅱ的现象可知,Fe3+的还原性随溶液碱性的增强而______(填“增强”“减弱”或“不变”)。
增强
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由实验Ⅰ、Ⅱ的现象可知,Cl2、FeCl3和少量KOH反应不能得到K2FeO4,而Cl2、FeCl3和过量KOH反应可以得到K2FeO4,说明Fe3+的还原性随溶液碱性的增强而增强;
实验编号 反应试剂 实验现象
Ⅰ Cl2、FeCl3和少量KOH 无明显现象
Ⅱ Cl2、FeCl3和过量KOH 得到紫色溶液,无紫色固体
Ⅲ Cl2、Fe(NO3)3和过量KOH 得到紫色溶液(颜色比Ⅱ深),有紫色固体
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②实验Ⅱ中K2FeO4的产率比实验Ⅲ低,试解释其可能的原因:________
______________________________________________________________________________________________________________________________________。
实验编号 反应试剂 实验现象
Ⅰ Cl2、FeCl3和少量KOH 无明显现象
Ⅱ Cl2、FeCl3和过量KOH 得到紫色溶液,无紫色固体
Ⅲ Cl2、Fe(NO3)3和过量KOH 得到紫色溶液(颜色比Ⅱ深),有紫色固体
Ⅱ中
c(Cl-)大,Cl2的氧化性减弱,不利于2Fe3++3Cl2+16OH-2Fe+6Cl-+8H2O的进行,所以实验Ⅱ中K2FeO4的产率比实验Ⅲ低(合理即给分)
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实验Ⅱ中K2FeO4的产率比实验Ⅲ低,可能的原因是Ⅱ中c(Cl-)大,Cl2的氧化性减弱,不利于2Fe3++3Cl2+16OH-2Fe+6Cl-+8H2O的进行;
实验编号 反应试剂 实验现象
Ⅰ Cl2、FeCl3和少量KOH 无明显现象
Ⅱ Cl2、FeCl3和过量KOH 得到紫色溶液,无紫色固体
Ⅲ Cl2、Fe(NO3)3和过量KOH 得到紫色溶液(颜色比Ⅱ深),有紫色固体
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③向实验Ⅱ所得紫色溶液中继续通入Cl2,观察到溶液紫色变浅,试解释其可能的原因:__________________________________________________
______________________________________________________________。
实验编号 反应试剂 实验现象
Ⅰ Cl2、FeCl3和少量KOH 无明显现象
Ⅱ Cl2、FeCl3和过量KOH 得到紫色溶液,无紫色固体
Ⅲ Cl2、Fe(NO3)3和过量KOH 得到紫色溶液(颜色比Ⅱ深),有紫色固体
可能是因为通入Cl2后发生Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O而使溶液碱性减弱,进而导致K2FeO4转化为其他物质(合理即给分)
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向实验Ⅱ所得紫色溶液中继续通入Cl2,观察到溶液紫色变浅,可能的原因是通入Cl2后发生Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O而使溶液碱性减弱,进而导致K2FeO4转化为其他物质。
实验编号 反应试剂 实验现象
Ⅰ Cl2、FeCl3和少量KOH 无明显现象
Ⅱ Cl2、FeCl3和过量KOH 得到紫色溶液,无紫色固体
Ⅲ Cl2、Fe(NO3)3和过量KOH 得到紫色溶液(颜色比Ⅱ深),有紫色固体
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(6)实验室测定含少量杂质的K2FeO4样品的纯度:称取0.150 0 g K2FeO4样品溶于碱性KI溶液中,调节pH至弱酸性使混合液充分反应。用0.100 0 mol·L-1的Na2S2O3标准溶液进行滴定,消耗Na2S2O3标准溶液25.00 mL。滴定时,发生反应的离子方程式:Fe+ 4I-+8H+Fe2++2I2+4H2O;I2+2S2S4+2I-。已知:M(K2FeO4) =198 g·mol-1,
试计算K2FeO4样品的纯度:_______________________________________
(写出计算过程)。
×100%=82.5%(计算过程见解析)
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根据Fe+4I-+8H+Fe2++2I2+4H2O;I2+2S2S4+2I-,得关系式:Fe~4I-~2I2~4S2,n(S2)=0.100 0 mol/L×25.00×10-3 L=2.5×10-3 mol,n(Fe)= n(S2)=6.25×10-4 mol,m(K2FeO4)=6.25×10-4 mol×198 g/mol=0.123 75 g,K2FeO4样品的纯度为×
100%=82.5%。
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20.(13分)氮的氧化物是造成大气污染的主要物质,研究氮氧化物的反应机理对于消除环境污染有重要意义。回答下列问题:
(1)NO在空气中存在如下反应2NO(g)+O2(g) ⥫⥬2NO2(g) ΔH,反应分两步完成,其反应过程如图1所示。
①该反应的ΔH=__________________。
(E1-E3) kJ·mol-1
反应热=生成物的总能量-反应物的总能量,该反应的热化学方程式为2NO(g)+O2(g) ⥫⥬ 2NO2(g) ΔH=(E1-E3) kJ·mol-1。
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②反应Ⅰ和反应Ⅱ中,一个是快反应,会快速建立平衡状态,而另一个是慢反应。决定2NO(g)+O2(g) ⥫⥬2NO2(g)反应速率的是________(填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”),请写出判断的理由:___________________________
_________。
反应Ⅱ
反应Ⅱ的活化能大于反应Ⅰ的
活化能
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一般情况下,反应的活化能越大,反应速率越慢,化学反应速率由最慢的一步决定,所以决定2NO(g)+O2(g) ⥫⥬ 2NO2(g)反应速率的是反应Ⅱ;因为反应Ⅱ的活化能大于反应Ⅰ的活化能,反应速率慢。
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(2)NO2可发生二聚反应生成N2O4,热化学方程式为2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0,已知该反应的正反应速率方程为v正= k正 ·c2(NO2),逆反应速率方程为v逆=k逆 ·c(N2O4),其中k正 、k逆分别为正、逆反应的速率常数(速率常数只和温度有关)。
①图2(lg k表示速率常数的对数;表示温度的倒数)中所示a、b、c、d四条斜线中,能表示lg k正 随变化关系的是斜线___,能表示lg k逆 随变化关系的是斜线___。
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随着温度的降低,增大,正、逆反应速率均减小,则lg k正和lg k逆均减小,则斜线c、d符合要求;由于温度降低平衡正向移动,v正>v逆,则降低相同温度时lg k逆减小得更快,则斜线c表示lg k正随变化的关系,斜线d表示lg k逆随变化的关系。
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②图2中A、B、C、D点的纵坐标分别为a+1.5、 a+0.5、 a-0.5、 a-1.5,则温度为T1 K时,该反应的化学平衡常数K=___L·mol-1。
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反应达平衡时v正=v逆,即k正·c2(NO2)=k逆·c(N2O4),化学平衡常数K=== L·mol-1=10 L·mol-1。
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③已知温度为T1 K时,某时刻恒容密闭容器中NO2、N2O4浓度均为
0.2 mol·L-1,此时v正___v逆(填 “>”“<”或“=”);上述反应达到平衡后,继续通入一定量的NO2,则NO2的平衡转化率将______(填“增大”
“减小”或“不变”),NO2的平衡浓度将______(填“增大”“减小”或“不变”)。
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NO2、N2O4浓度均为0.2 mol·L-1,则浓度商Q= L·mol-1=5 L·mol-1<K,则反应正向进行,v正>v逆;反应达到平衡后,继续通入一定量的NO2,恒容密闭容器中,等效于达到平衡后增大压强,平衡正向移动,则NO2的平衡转化率将增大;根据勒夏特列原理,可知反应重新达到平衡时NO2的浓度比之前平衡时的大。
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