内容正文:
第10天 解答题押题特训(5)
题号
押题亮点
情境与素养
难度与考前重点提醒
15
高考趋势: 以甲醛与新制氢氧化铜的反应为背景,综合考查配离子生成、氧化还原方程式配平、气体产物检验(H₂)、固体产物分析(Cu与Cu₂O混合物)、配合物颜色变化及反应机理补全。是探究性实验题的典型代表,融合了定性检验与定量对比。
考点角度: [Cu(NH₃)₄]²⁺的生成离子方程式、甲醛与Cu(OH)₂反应的离子方程式配平(碱性条件生成HCOO⁻和Cu₂O)、碱性条件避免生成CO/NH₃(CO₂/碳酸盐形式)、氧化产物CO₃²⁻的检验(加稀硫酸产生CO₂)、H₂的燃烧产物验证(只有水)、Cu₂O溶于浓氨水形成无色[Cu(NH₃)₂]⁺再被氧化为蓝色[Cu(NH₃)₄]²⁺、温度对还原产物组成的影响、催化机理补全(Cu作催化剂,HCHO在强碱条件下生成H₂,Cu可能转化为CuH等中间体)。
情境: 实验探究情境(甲醛性质研究)。
素养: 科学探究与创新意识(实验条件对比、产物推断);证据推理与模型认知(配位反应、氧化还原);宏观辨识与微观探析(配合物颜色变化)。
四翼: 综合性、创新性。
难度:中
考前重点提醒: 探究性实验题要“关注条件、推理产物、书写规范”。(1)CuSO₄与氨水反应先生成Cu(OH)₂蓝色沉淀,氨水过量后生成[Cu(NH₃)₄]²⁺深蓝色溶液,离子方程式注意分步或一步写出。(2)甲醛与Cu(OH)₂在碱性条件下生成Cu₂O(砖红色)和甲酸盐,配平注意得失电子:C从0→+2(失2e⁻),Cu从+2→+1(得1e⁻),每生成1 mol Cu₂O需2 mol Cu(OH)₂,对应1 mol HCHO,碱性环境中生成HCOO⁻和水,方程式为HCHO + 2Cu(OH)₂ + OH⁻ → HCOO⁻ + Cu₂O↓ + 3H₂O。(3)实验Ⅰ中A(澄清石灰水)、B(银氨溶液)均无明显现象,说明没有CO₂和HCHO气体(HCHO还原银氨溶液生成黑色Ag₂S?已知信息ii指出HCHO能与银氨溶液反应生成黑色沉淀Ag?实际资料ii给出常温下HCHO能与银氨溶液反应生成黑色沉淀,因此B无现象说明没有HCHO挥发逸出;同时A无现象说明没有CO₂生成(因为碱性条件下HCHO被氧化为CO₃²⁻而非CO₂)。(4)检验CO₃²⁻可加稀硫酸,看是否有气泡(CO₂)产生。(5)收集到的气体燃烧有爆鸣声,燃烧产物只有水(可用干冷烧杯或无水硫酸铜检验),确定是H₂。(6)固体X溶于浓氨水:Cu₂O溶于氨水生成无色的[Cu(NH₃)₂]⁺,接触空气迅速被氧化为蓝色的[Cu(NH₃)₄]²⁺,离子方程式注意O₂参与。90℃时固体X质量更大?题中90℃时固体质量0.40g小于60℃的0.45g?实际表格数据:60℃固体0.45g,90℃固体0.40g,即90℃时固体质量反而更小。但解析中说“90℃时有更多的铜元素降到0价,被还原成Cu”,Cu不溶于氨水,若生成Cu则固体中Cu₂O减少,质量可能降低。故温度影响还原产物组成,温度越高越易生成Cu单质。(7)补全机理:已知Cu作催化剂,HCHO在强碱条件下产生H₂,结合中间体,应补充产物的化学式。
16
高考趋势: 以废旧锂电池回收金属(Li、Co、Mn)的工艺流程为载体,考查元素周期表位置、充电电极反应、放电目的、酸浸方程式、固液比选择、萃取反萃取条件、溶度积计算。是工艺流程与电化学结合的典型题。
考点角度: Co在周期表位置(第四周期第Ⅷ族)、充电时阳极反应(LiCoO₂失电子生成CoO₂和Li⁺)、充分放电目的(安全、利于Li⁺嵌入正极)、酸浸中LiCoO₂与Na₂S₂O₃在酸性条件下的反应方程式、固液比的选择(从图中找浸出率较高且稳定的点,约40 g/L)、反萃取试剂(酸,如H₂SO₄,使平衡逆向移动)、利用Ksp计算当Mn²⁺开始沉淀时所需F⁻的最小浓度(等体积混合后浓度减半,c(Mn²⁺)=0.05 mol/L,代入Ksp求出c(F⁻))。
情境: 生产环保情境(锂电池回收)。
素养: 科学态度与社会责任(资源回收、安全操作);模型认知(工艺流程、沉淀平衡);变化观念与平衡思想(氧化还原、萃取平衡)。
四翼: 综合性、应用性。
难度:中
考前重点提醒: 回收流程题要“理解电池原理、熟悉萃取反萃取、运用Ksp计算”。(1)钴酸锂电池总反应:LiCoO₂ + C₆ ⇄ Li₁₋ₓCoO₂ + LiₓC₆,放电时Li⁺从负极脱出嵌入正极,充电时阳极发生氧化反应:LiCoO₂ - xe⁻ → Li₁₋ₓCoO₂ + xLi⁺,具体配平需根据x值。通常写为LiCoO₂ - e⁻ → CoO₂ + Li⁺。(2)酸浸中LiCoO₂中Co为+3价,Na₂S₂O₃中S为+2价,被氧化为SO₄²⁻(S从+2升至+6),配平注意电子转移。(3)萃取原理:有机相中萃取剂与Co²⁺结合,反萃取时加入酸(H⁺)使平衡逆向移动,Co²⁺重新进入水相。(4)Ksp计算:当Mn²⁺开始沉淀时,c(Mn²⁺)·c²(F⁻)=Ksp,注意等体积混合后原浓度减半,c(Mn²⁺)=0.05 mol/L,代入求出c(F⁻)=√(Ksp/0.05)。
17
高考趋势: 以CO₂加氢制甲烷和NO脱硝反应为背景,综合考查盖斯定律、催化剂温度选择(速率与平衡、副反应)、平衡标志判断、平衡转化率曲线分析(温度与投料比)、分压及标准平衡常数计算。是原理综合题的典型代表。
考点角度: 盖斯定律求热化学方程式(由已知反应线性组合)、合成甲烷温度控制(低于500℃速率慢,高于500℃副反应加剧且主反应平衡逆向移动)、平衡标志(变量不再变化)、转化率曲线判断(放热反应,温度越高转化率越低)、根据转化率计算平衡分压和K⊖(标准平衡常数,分压除以100 kPa)。
情境: 学术探索与环保情境(CO₂资源化、NO脱硝)。
素养: 变化观念与平衡思想(盖斯定律、平衡移动、平衡常数);证据推理与模型认知(图像分析)。
四翼: 综合性、创新性。
难度:难
考前重点提醒: 原理综合题要“正确书写热化学方程式、理解工业条件选择、会读转化率曲线、掌握标准平衡常数表达式”。(1)盖斯定律:目标反应 = 反应1 + 反应2 - 2×反应3(注意系数),ΔH = ΔH₁ + ΔH₂ - 2ΔH₃。(2)工业合成甲烷温度500℃左右的原因:兼顾反应速率(低温慢)、催化剂活性、主反应平衡(放热,低温有利但速率慢)、副反应(吸热,高温加剧)。通常回答:温度过低反应速率慢,催化剂活性低;温度过高主反应平衡逆向移动,且副反应加剧,甲烷选择性降低。(3)平衡标志:对于反应CH₄ + 2NO ⇌ N₂ + CO₂ + 2H₂O,反应前后气体分子数不变(左边3 mol,右边4 mol?实际CH₄+2NO→N₂+CO₂+2H₂O,左边3 mol,右边4 mol,分子数增加,因此压强、平均分子质量等可以作为判据。但题目中给出选项A:c(CH₄)/c(NO)不再变化,正确;B:气体总体积保持不变,恒容下总体积不变,但气体总物质的量变化,压强会变,但体积不变?选项B说“气体总体积保持不变”在恒容容器中始终不变,不能作为判据;C:混合气体的平均相对分子质量,因总质量不变,总物质的量变化,所以平均分子质量会变,不变可作为判据。但题目是单选,可能A正确。(4)转化率曲线:放热反应,温度越高平衡转化率越低,故T₁(较高温度)对应曲线Ⅱ,T₂对应曲线Ⅰ。由图中T₁的转化率低于T₂,可知T₁ > T₂。(5)标准平衡常数K⊖:K⊖ = Π(p_i/p⊖)^ν_i,其中p⊖=100 kPa。计算时需将平衡分压除以100 kPa代入,结果是无量纲数。
18
高考趋势: 以二酮类化合物合成为载体,考查有机推断、反应类型(加成、消去、氧化)、官能团识别、同分异构体(苯环多取代、对称性、核磁共振氢谱)、已知信息迁移(羟醛缩合/迈克尔加成)、合成路线补充。是有机综合题的典型代表。
考点角度: 溴乙烷的名称、D→E消去反应、G的结构简式(由I逆推)、羰基和碳碳双键官能团、I的同分异构体(苯环6个取代基,含两个-CHO,核磁共振氢谱5组峰)、已知反应构建双环(分子内羟醛缩合得到α,β-不饱和酮)、合成路线中J和L的结构推断(由M逆推,利用已知反应顺序)。
情境: 学术探索情境(药物中间体合成)。
素养: 宏观辨识与微观探析(官能团转化、同分异构体);证据推理与模型认知(有机推断、信息迁移);科学探究与创新意识(路线设计)。
四翼: 综合性、创新性。
难度:难
考前重点提醒: 有机综合题要“顺推逆推结合、充分利用信息、严格限制条件”。(1)A为乙烯,与HBr加成得溴乙烷;溴乙烷与Mg反应得C₂H₅MgBr(格氏试剂),与丙酮加成后水解得叔醇D(2-甲基-2-丁醇?实际为3-甲基-3-戊醇?根据碳数推断),D脱水(消去)得烯烃E,E经冷稀KMnO₄氧化得邻二醇F,F再脱水(频哪醇重排或脱水)得G(酮)。G结构需根据I逆推。(2)官能团:化合物中含(酮)羰基和碳碳双键。(3)I的分子式为C₁₀H₁₀O₂,不饱和度6(苯环4,两个双键或环)。苯环上有6个取代基,核磁共振氢谱5组峰,说明高度对称。两个醛基,其余为甲基或亚甲基。写出所有可能结构:三个甲基对称排列,两个醛基对称,另一个取代基为H?苯环上六个位置全部被取代,取代基包括两个-CHO,剩下四个碳原子组成四个甲基?四个甲基对称分布。写出结构:1,3,5-三甲基-2,4,6-三醛基苯?但分子式不符。更可能为两个醛基在对位,其余为四个甲基?但四个甲基在苯环上,氢谱可能有多种。根据答案,共有3种结构:苯环上两个醛基(间位或对位)加上四个甲基,对称性满足5组H。具体写出。(4)已知反应:醛或酮的α-甲基与另一羰基发生羟醛缩合(分子内或分子间),生成α,β-不饱和酮。I在碱性条件下发生分子内羟醛缩合,生成双环产物J和另一种α,β-不饱和酮K。根据I的结构,画出环化产物。(5)合成路线:由M结构反推L和J。M为双环化合物,可由L与二烯发生Diels-Alder反应得到,L为环戊烯酮衍生物,J为环戊二烯酮?根据路线,J由某醇脱水得到,L由J氧化后脱水得到。注意反应条件(冷稀KMnO₄氧化烯烃为邻二醇,再脱水)。
15.某实验小组探究甲醛与新制氢氧化铜的反应。
资料:i.
ii.常温下能与银氨溶液反应生成黑色沉淀。
iii.和在300℃以下受热均不分解。
实验装置(夹持、加热装置略):
实验Ⅰ:其他条件相同时,分别在60℃、90℃下反应,烧瓶中均有红色固体析出,并伴有气体产生。不再产生气体时,记录生成气体的体积。过滤,洗涤,干燥,得固体X,称重。滤液无色。
反应温度/℃
生成气体体积(同一条件下测定)/mL
固体X的质量/g
60
140
0.45
90
173
0.40
(1)溶液与溶液混合后得深蓝色浊液,浊液中含有,生成该离子的离子方程式为________。
(2)补全下列方程式:________。
(3)探究的氧化产物
①实验Ⅰ过程中A、B均无明显现象,说明生成的气体中不含、。结合实验条件分析未生成、的原因是________。
②用上述装置,在烧瓶中加入实验Ⅰ反应后的滤液,再加入________(填试剂),通过检验可确定氧化产物是否有。
(4)探究生成气体的成分
将收集到的气体点燃,有轻微爆鸣声。检测到燃烧产物的成分:________,确认气体为。
(5)探究红色固体X的成分
提出猜想:1.只有;2.只有;3.和的混合物。
查阅资料:溶于浓氨水生成无色的,接触空气迅速被氧化为蓝色的;Cu不溶于浓氨水,但有存在时可缓慢溶解生成。
实验Ⅱ:
结论:猜想3成立。
①用离子方程式解释试管上部液体迅速变蓝的原因:________。
②推测90℃与60℃固体X的质量不同的原因:________。
(6)探究产生的原因
查阅资料:Cu作催化剂促进HCHO在强碱条件下产生,其机理如下。
将上述机理补充完整________。
16.锂离子电池(LIBs)在电动汽车、通信等领域有广泛应用。一种从废旧LIBs(主要成分为,含有、碳粉及其他不溶性杂质)中回收金属的流程如下:
回答下列问题:
(1)Co在元素周期表中的位置为___________。
(2)已知钴酸锂电池工作时的总反应为,则充电时阳极的电极反应式为___________。
(3)预处理主要包括充分放电等步骤,充分放电的目的是___________。
(4)①“酸浸”中,发生反应生成硫酸盐的化学方程式为___________。
②无机酸作为浸出剂不仅对设备有腐蚀性,而且还可能会产生废气、废水等污染环境。因此可使用性质较为温和的苹果酸,其用量与固体浸出率的关系如图所示,请选择最佳固液比___________g/L(填字母)。
A.20 B.40 C.60 D.80
(5)萃取步骤常采用Cyanex272作为萃取剂,其原理可简化:,则反萃取时加入的试剂a为___________(填化学式)。
(6)已知的,将浓度为的和溶液等体积混合,当恰好开始沉淀时,至少为___________(忽略的水解)。
17.中国气候变化事务特使解振华获得首届诺贝尔可持续发展特别贡献奖,以表彰他在全球生态保护中做出的贡献。
(1)在298 K、100 kPa时,已知:
C(s,石墨)
在298 K时由C(s,石墨)和反应生成的热化学方程式为___________。
(2)在固相催化剂作用下加氢合成甲烷过程中发生以下两个反应:
主反应:
副反应:
工业合成甲烷通常控制温度为左右,其主要原因为___________。
(3)向密闭容器中充入一定量的和,保持总压为100 kPa发生反应: 。时NO的平衡转化率、时NO的平衡转化率的关系分别如图:
①能表示此反应已经达到平衡的是___________(填字母)。
A.不再变化 B.气体总体积保持不变 C.混合气体的平均相对分子质量保持不变
②时,NO的平衡转化率的关系曲线是___________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”),___________(填“”或“”)。
③、时,的平衡分压为___________kPa。已知:该反应的标准平衡常数,其中,、、、和为各组分的平衡分压,则该温度下___________(分压总压物质的量分数,结果用分数表示)。
18.二酮类有机化合物常用作药物中间体。二酮化合物I的合成路线如下:
已知:。
回答下列问题:
(1)B的化学名称为___________。
(2)D→E的反应类型为___________。
(3)G的结构简式为___________。
(4)中官能团的名称为___________、___________。
(5)I的芳香族同分异构体中,符合下列条件的结构有___________种(不考虑立体异构,且同一个碳原子上不能连接2个羟基)。
①苯环上有6个取代基且核磁共振氢谱显示有五组峰
②含有两个
(6)已知:。此反应得到的有机物成为不饱和酮,I在碱性溶液中分子内易发生类似反应从而构建双环结构,主要产物为J()和另一种不饱和酮K,K的结构简式为___________。
(7)化合物M的合成路线如下:
J和L的结构简式分别为___________、___________。
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第10天 解答题押题特训(5)
题号
押题亮点
情境与素养
难度与考前重点提醒
15
高考趋势: 以甲醛与新制氢氧化铜的反应为背景,综合考查配离子生成、氧化还原方程式配平、气体产物检验(H₂)、固体产物分析(Cu与Cu₂O混合物)、配合物颜色变化及反应机理补全。是探究性实验题的典型代表,融合了定性检验与定量对比。
考点角度: [Cu(NH₃)₄]²⁺的生成离子方程式、甲醛与Cu(OH)₂反应的离子方程式配平(碱性条件生成HCOO⁻和Cu₂O)、碱性条件避免生成CO/NH₃(CO₂/碳酸盐形式)、氧化产物CO₃²⁻的检验(加稀硫酸产生CO₂)、H₂的燃烧产物验证(只有水)、Cu₂O溶于浓氨水形成无色[Cu(NH₃)₂]⁺再被氧化为蓝色[Cu(NH₃)₄]²⁺、温度对还原产物组成的影响、催化机理补全(Cu作催化剂,HCHO在强碱条件下生成H₂,Cu可能转化为CuH等中间体)。
情境: 实验探究情境(甲醛性质研究)。
素养: 科学探究与创新意识(实验条件对比、产物推断);证据推理与模型认知(配位反应、氧化还原);宏观辨识与微观探析(配合物颜色变化)。
四翼: 综合性、创新性。
难度:中
考前重点提醒: 探究性实验题要“关注条件、推理产物、书写规范”。(1)CuSO₄与氨水反应先生成Cu(OH)₂蓝色沉淀,氨水过量后生成[Cu(NH₃)₄]²⁺深蓝色溶液,离子方程式注意分步或一步写出。(2)甲醛与Cu(OH)₂在碱性条件下生成Cu₂O(砖红色)和甲酸盐,配平注意得失电子:C从0→+2(失2e⁻),Cu从+2→+1(得1e⁻),每生成1 mol Cu₂O需2 mol Cu(OH)₂,对应1 mol HCHO,碱性环境中生成HCOO⁻和水,方程式为HCHO + 2Cu(OH)₂ + OH⁻ → HCOO⁻ + Cu₂O↓ + 3H₂O。(3)实验Ⅰ中A(澄清石灰水)、B(银氨溶液)均无明显现象,说明没有CO₂和HCHO气体(HCHO还原银氨溶液生成黑色Ag₂S?已知信息ii指出HCHO能与银氨溶液反应生成黑色沉淀Ag?实际资料ii给出常温下HCHO能与银氨溶液反应生成黑色沉淀,因此B无现象说明没有HCHO挥发逸出;同时A无现象说明没有CO₂生成(因为碱性条件下HCHO被氧化为CO₃²⁻而非CO₂)。(4)检验CO₃²⁻可加稀硫酸,看是否有气泡(CO₂)产生。(5)收集到的气体燃烧有爆鸣声,燃烧产物只有水(可用干冷烧杯或无水硫酸铜检验),确定是H₂。(6)固体X溶于浓氨水:Cu₂O溶于氨水生成无色的[Cu(NH₃)₂]⁺,接触空气迅速被氧化为蓝色的[Cu(NH₃)₄]²⁺,离子方程式注意O₂参与。90℃时固体X质量更大?题中90℃时固体质量0.40g小于60℃的0.45g?实际表格数据:60℃固体0.45g,90℃固体0.40g,即90℃时固体质量反而更小。但解析中说“90℃时有更多的铜元素降到0价,被还原成Cu”,Cu不溶于氨水,若生成Cu则固体中Cu₂O减少,质量可能降低。故温度影响还原产物组成,温度越高越易生成Cu单质。(7)补全机理:已知Cu作催化剂,HCHO在强碱条件下产生H₂,结合中间体,应补充产物的化学式。
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高考趋势: 以废旧锂电池回收金属(Li、Co、Mn)的工艺流程为载体,考查元素周期表位置、充电电极反应、放电目的、酸浸方程式、固液比选择、萃取反萃取条件、溶度积计算。是工艺流程与电化学结合的典型题。
考点角度: Co在周期表位置(第四周期第Ⅷ族)、充电时阳极反应(LiCoO₂失电子生成CoO₂和Li⁺)、充分放电目的(安全、利于Li⁺嵌入正极)、酸浸中LiCoO₂与Na₂S₂O₃在酸性条件下的反应方程式、固液比的选择(从图中找浸出率较高且稳定的点,约40 g/L)、反萃取试剂(酸,如H₂SO₄,使平衡逆向移动)、利用Ksp计算当Mn²⁺开始沉淀时所需F⁻的最小浓度(等体积混合后浓度减半,c(Mn²⁺)=0.05 mol/L,代入Ksp求出c(F⁻))。
情境: 生产环保情境(锂电池回收)。
素养: 科学态度与社会责任(资源回收、安全操作);模型认知(工艺流程、沉淀平衡);变化观念与平衡思想(氧化还原、萃取平衡)。
四翼: 综合性、应用性。
难度:中
考前重点提醒: 回收流程题要“理解电池原理、熟悉萃取反萃取、运用Ksp计算”。(1)钴酸锂电池总反应:LiCoO₂ + C₆ ⇄ Li₁₋ₓCoO₂ + LiₓC₆,放电时Li⁺从负极脱出嵌入正极,充电时阳极发生氧化反应:LiCoO₂ - xe⁻ → Li₁₋ₓCoO₂ + xLi⁺,具体配平需根据x值。通常写为LiCoO₂ - e⁻ → CoO₂ + Li⁺。(2)酸浸中LiCoO₂中Co为+3价,Na₂S₂O₃中S为+2价,被氧化为SO₄²⁻(S从+2升至+6),配平注意电子转移。(3)萃取原理:有机相中萃取剂与Co²⁺结合,反萃取时加入酸(H⁺)使平衡逆向移动,Co²⁺重新进入水相。(4)Ksp计算:当Mn²⁺开始沉淀时,c(Mn²⁺)·c²(F⁻)=Ksp,注意等体积混合后原浓度减半,c(Mn²⁺)=0.05 mol/L,代入求出c(F⁻)=√(Ksp/0.05)。
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高考趋势: 以CO₂加氢制甲烷和NO脱硝反应为背景,综合考查盖斯定律、催化剂温度选择(速率与平衡、副反应)、平衡标志判断、平衡转化率曲线分析(温度与投料比)、分压及标准平衡常数计算。是原理综合题的典型代表。
考点角度: 盖斯定律求热化学方程式(由已知反应线性组合)、合成甲烷温度控制(低于500℃速率慢,高于500℃副反应加剧且主反应平衡逆向移动)、平衡标志(变量不再变化)、转化率曲线判断(放热反应,温度越高转化率越低)、根据转化率计算平衡分压和K⊖(标准平衡常数,分压除以100 kPa)。
情境: 学术探索与环保情境(CO₂资源化、NO脱硝)。
素养: 变化观念与平衡思想(盖斯定律、平衡移动、平衡常数);证据推理与模型认知(图像分析)。
四翼: 综合性、创新性。
难度:难
考前重点提醒: 原理综合题要“正确书写热化学方程式、理解工业条件选择、会读转化率曲线、掌握标准平衡常数表达式”。(1)盖斯定律:目标反应 = 反应1 + 反应2 - 2×反应3(注意系数),ΔH = ΔH₁ + ΔH₂ - 2ΔH₃。(2)工业合成甲烷温度500℃左右的原因:兼顾反应速率(低温慢)、催化剂活性、主反应平衡(放热,低温有利但速率慢)、副反应(吸热,高温加剧)。通常回答:温度过低反应速率慢,催化剂活性低;温度过高主反应平衡逆向移动,且副反应加剧,甲烷选择性降低。(3)平衡标志:对于反应CH₄ + 2NO ⇌ N₂ + CO₂ + 2H₂O,反应前后气体分子数不变(左边3 mol,右边4 mol?实际CH₄+2NO→N₂+CO₂+2H₂O,左边3 mol,右边4 mol,分子数增加,因此压强、平均分子质量等可以作为判据。但题目中给出选项A:c(CH₄)/c(NO)不再变化,正确;B:气体总体积保持不变,恒容下总体积不变,但气体总物质的量变化,压强会变,但体积不变?选项B说“气体总体积保持不变”在恒容容器中始终不变,不能作为判据;C:混合气体的平均相对分子质量,因总质量不变,总物质的量变化,所以平均分子质量会变,不变可作为判据。但题目是单选,可能A正确。(4)转化率曲线:放热反应,温度越高平衡转化率越低,故T₁(较高温度)对应曲线Ⅱ,T₂对应曲线Ⅰ。由图中T₁的转化率低于T₂,可知T₁ > T₂。(5)标准平衡常数K⊖:K⊖ = Π(p_i/p⊖)^ν_i,其中p⊖=100 kPa。计算时需将平衡分压除以100 kPa代入,结果是无量纲数。
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高考趋势: 以二酮类化合物合成为载体,考查有机推断、反应类型(加成、消去、氧化)、官能团识别、同分异构体(苯环多取代、对称性、核磁共振氢谱)、已知信息迁移(羟醛缩合/迈克尔加成)、合成路线补充。是有机综合题的典型代表。
考点角度: 溴乙烷的名称、D→E消去反应、G的结构简式(由I逆推)、羰基和碳碳双键官能团、I的同分异构体(苯环6个取代基,含两个-CHO,核磁共振氢谱5组峰)、已知反应构建双环(分子内羟醛缩合得到α,β-不饱和酮)、合成路线中J和L的结构推断(由M逆推,利用已知反应顺序)。
情境: 学术探索情境(药物中间体合成)。
素养: 宏观辨识与微观探析(官能团转化、同分异构体);证据推理与模型认知(有机推断、信息迁移);科学探究与创新意识(路线设计)。
四翼: 综合性、创新性。
难度:难
考前重点提醒: 有机综合题要“顺推逆推结合、充分利用信息、严格限制条件”。(1)A为乙烯,与HBr加成得溴乙烷;溴乙烷与Mg反应得C₂H₅MgBr(格氏试剂),与丙酮加成后水解得叔醇D(2-甲基-2-丁醇?实际为3-甲基-3-戊醇?根据碳数推断),D脱水(消去)得烯烃E,E经冷稀KMnO₄氧化得邻二醇F,F再脱水(频哪醇重排或脱水)得G(酮)。G结构需根据I逆推。(2)官能团:化合物中含(酮)羰基和碳碳双键。(3)I的分子式为C₁₀H₁₀O₂,不饱和度6(苯环4,两个双键或环)。苯环上有6个取代基,核磁共振氢谱5组峰,说明高度对称。两个醛基,其余为甲基或亚甲基。写出所有可能结构:三个甲基对称排列,两个醛基对称,另一个取代基为H?苯环上六个位置全部被取代,取代基包括两个-CHO,剩下四个碳原子组成四个甲基?四个甲基对称分布。写出结构:1,3,5-三甲基-2,4,6-三醛基苯?但分子式不符。更可能为两个醛基在对位,其余为四个甲基?但四个甲基在苯环上,氢谱可能有多种。根据答案,共有3种结构:苯环上两个醛基(间位或对位)加上四个甲基,对称性满足5组H。具体写出。(4)已知反应:醛或酮的α-甲基与另一羰基发生羟醛缩合(分子内或分子间),生成α,β-不饱和酮。I在碱性条件下发生分子内羟醛缩合,生成双环产物J和另一种α,β-不饱和酮K。根据I的结构,画出环化产物。(5)合成路线:由M结构反推L和J。M为双环化合物,可由L与二烯发生Diels-Alder反应得到,L为环戊烯酮衍生物,J为环戊二烯酮?根据路线,J由某醇脱水得到,L由J氧化后脱水得到。注意反应条件(冷稀KMnO₄氧化烯烃为邻二醇,再脱水)。
15.某实验小组探究甲醛与新制氢氧化铜的反应。
资料:i.
ii.常温下能与银氨溶液反应生成黑色沉淀。
iii.和在300℃以下受热均不分解。
实验装置(夹持、加热装置略):
实验Ⅰ:其他条件相同时,分别在60℃、90℃下反应,烧瓶中均有红色固体析出,并伴有气体产生。不再产生气体时,记录生成气体的体积。过滤,洗涤,干燥,得固体X,称重。滤液无色。
反应温度/℃
生成气体体积(同一条件下测定)/mL
固体X的质量/g
60
140
0.45
90
173
0.40
(1)溶液与溶液混合后得深蓝色浊液,浊液中含有,生成该离子的离子方程式为________。
(2)补全下列方程式:________。
(3)探究的氧化产物
①实验Ⅰ过程中A、B均无明显现象,说明生成的气体中不含、。结合实验条件分析未生成、的原因是________。
②用上述装置,在烧瓶中加入实验Ⅰ反应后的滤液,再加入________(填试剂),通过检验可确定氧化产物是否有。
(4)探究生成气体的成分
将收集到的气体点燃,有轻微爆鸣声。检测到燃烧产物的成分:________,确认气体为。
(5)探究红色固体X的成分
提出猜想:1.只有;2.只有;3.和的混合物。
查阅资料:溶于浓氨水生成无色的,接触空气迅速被氧化为蓝色的;Cu不溶于浓氨水,但有存在时可缓慢溶解生成。
实验Ⅱ:
结论:猜想3成立。
①用离子方程式解释试管上部液体迅速变蓝的原因:________。
②推测90℃与60℃固体X的质量不同的原因:________。
(6)探究产生的原因
查阅资料:Cu作催化剂促进HCHO在强碱条件下产生,其机理如下。
将上述机理补充完整________。
【答案】(1)或
(2)
(3) 碱性条件下,被氧化为或,在实验温度下受热不分解 稀硫酸
(4)只有水
(5) 90℃时有更多的铜元素降到0价,被还原成
(6)、、
【解析】(1)溶液与溶液混合生成的离子方程式为;
(2)甲醛被氢氧化铜氧化为HCOO-,碳元素化合价由0升高为+2,铜元素化合价由+2降低为+1,根据得失电子守恒、电荷守恒,配平反应的离子方程式为。
;
(3)①碱性条件下,被氧化为或,在实验温度下受热不分解,所以实验Ⅰ过程中A、B均无明显现象。
②与稀硫酸反应放出二氧化碳气体,在烧瓶中加入实验Ⅰ反应后的滤液,再加入稀硫酸,通过检验可确定氧化产物是否有。
(4)氢气燃烧生成水,检测到燃烧产物只有水,确认气体为。
(5)接触空气迅速被氧气氧化为蓝色的,根据得失电子守恒配平反应方程式为;
90℃时有更多的铜元素降到0价,被还原成,所以90℃与60℃固体X的质量不同。
(6) 中H显-1价,与水反应生成Cu、H2、OH-。
16.锂离子电池(LIBs)在电动汽车、通信等领域有广泛应用。一种从废旧LIBs(主要成分为,含有、碳粉及其他不溶性杂质)中回收金属的流程如下:
回答下列问题:
(1)Co在元素周期表中的位置为___________。
(2)已知钴酸锂电池工作时的总反应为,则充电时阳极的电极反应式为___________。
(3)预处理主要包括充分放电等步骤,充分放电的目的是___________。
(4)①“酸浸”中,发生反应生成硫酸盐的化学方程式为___________。
②无机酸作为浸出剂不仅对设备有腐蚀性,而且还可能会产生废气、废水等污染环境。因此可使用性质较为温和的苹果酸,其用量与固体浸出率的关系如图所示,请选择最佳固液比___________g/L(填字母)。
A.20 B.40 C.60 D.80
(5)萃取步骤常采用Cyanex272作为萃取剂,其原理可简化:,则反萃取时加入的试剂a为___________(填化学式)。
(6)已知的,将浓度为的和溶液等体积混合,当恰好开始沉淀时,至少为___________(忽略的水解)。
【答案】(1)第四周期第Ⅷ族
(2)
(3)使充分嵌入正极,提高锂的回收率(合理即可)
(4) B
(5)
(6)0.12
【解析】对废旧锂离子电池(LIBs)进行充分放电等预处理后,用硫酸、硫代硫酸钠酸浸,除去碳粉等其他不溶性杂质,过滤,滤液中加入进行沉淀,过滤出锰渣,滤液中加入Cyanex272作为萃取剂,进行萃取分液,萃余液中加入碳酸钠,得到碳酸锂;有机相中加入试剂a进行反萃取,再进行一系列操作后得到硫酸钴,以此进行分析;
【解析】(1)是第27号元素,在元素周期表中的位置为第四周期第Ⅷ族;
(2)充电为电解过程,阳极发生失电子的氧化反应,由总反应逆推可知,阳极是失电子生成和,配平得到电极反应式:;
(3)废旧电池含剩余电量,充分放电可避免安全隐患,同时使充分嵌入正极,提高锂的回收率;
(4)①主要原料钴酸锂在酸性条件下发生氧化还原反应,钴酸锂得,硫代硫酸根失,由此配平 。
②当固液比过大时,浸出剂的用量相对于原料质量过小,原料中的有价金属不能被有效浸出;当固液比过小时,虽然能够有效地浸出有价金属,但过小的固液比会造成酸液处理困难和生产成本过高等缺点,因此最佳固液比为 ;
(5)反萃取平衡逆向移动,需要引入氢离子,结合最后产品为硫酸盐,故选用硫酸;
(6)将浓度为 的和溶液等体积混合,溶液中、浓度减半,当恰好开始沉淀时,, 。
17.中国气候变化事务特使解振华获得首届诺贝尔可持续发展特别贡献奖,以表彰他在全球生态保护中做出的贡献。
(1)在298 K、100 kPa时,已知:
C(s,石墨)
在298 K时由C(s,石墨)和反应生成的热化学方程式为___________。
(2)在固相催化剂作用下加氢合成甲烷过程中发生以下两个反应:
主反应:
副反应:
工业合成甲烷通常控制温度为左右,其主要原因为___________。
(3)向密闭容器中充入一定量的和,保持总压为100 kPa发生反应: 。时NO的平衡转化率、时NO的平衡转化率的关系分别如图:
①能表示此反应已经达到平衡的是___________(填字母)。
A.不再变化 B.气体总体积保持不变 C.混合气体的平均相对分子质量保持不变
②时,NO的平衡转化率的关系曲线是___________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”),___________(填“”或“”)。
③、时,的平衡分压为___________kPa。已知:该反应的标准平衡常数,其中,、、、和为各组分的平衡分压,则该温度下___________(分压总压物质的量分数,结果用分数表示)。
【答案】(1)2C(s,石墨)
(2)温度低于,反应速率低;温度高于,对副反应影响较大,化学平衡向生成CO的方向移动程度增大,不利于甲烷的生成
(3) A Ⅰ 10
【解析】(1)目标反应为:2C(s,石墨),该反应可以通过反应1,加上反应2,减去反应3,由盖斯定律:。
(2)温度过低导致主反应速率慢,催化剂活性低,反应效率低;温度过高,因为主反应为放热反应,升温会使主反应平衡逆向移动,CH4产率降低;同时副反应(吸热)加剧,生成更多CO,降低产物纯度。因此控制 500℃左右,兼顾反应速率、催化剂活性和平衡产率。
(3)①:A.起始状态只有CH4与NO,反应过程中NO会被消耗,生成N2,导致比值发生变化,当不再变化:说明反应物与生成物的物质的量比不变,变量不再变化,说明反应达到平衡,A正确;
B.气体总体积保持不变:反应前后气体分子数不变,在恒温恒压下,气体总体积始终不变,不能判断反应是否平衡,B错误;
C.因为气体总质量不变,总物质的量不变,所以平均相对分子质量始终不变,不能判断反应是否平衡,C错误;
故答案选A。
②:反应放热,温度越高(越小),平衡逆向移动,NO 转化率越低。因此 NO 转化率随增大(温度降低)而升高,对应曲线I;由图可知,<,则T1>T2;
③:,初始投料,设与均为1mol,T2时,NO的平衡转化率为40%,总压为100 kPa,,平衡时,反应消耗的,消耗的,平衡时各物质的物质的量为,,,,,体系中所有物质的总的物质的量加起来为2mol,计算各物质的分压,,,,,,代入计算出。
18.二酮类有机化合物常用作药物中间体。二酮化合物I的合成路线如下:
已知:。
回答下列问题:
(1)B的化学名称为___________。
(2)D→E的反应类型为___________。
(3)G的结构简式为___________。
(4)中官能团的名称为___________、___________。
(5)I的芳香族同分异构体中,符合下列条件的结构有___________种(不考虑立体异构,且同一个碳原子上不能连接2个羟基)。
①苯环上有6个取代基且核磁共振氢谱显示有五组峰
②含有两个
(6)已知:。此反应得到的有机物成为不饱和酮,I在碱性溶液中分子内易发生类似反应从而构建双环结构,主要产物为J()和另一种不饱和酮K,K的结构简式为___________。
(7)化合物M的合成路线如下:
J和L的结构简式分别为___________、___________。
【答案】(1)溴乙烷
(2)消去反应
(3)
(4) (酮)羰基 碳碳双键
(5)3
(6)
(7)
【解析】A()为乙烯,和HBr发生加成反应生成B(溴乙烷),B和Mg在乙醚环境中反应生成C(乙基溴化镁),C先与丙酮、乙醚发生亲核加成反应,再经酸性条件水解生成D,D在催化加热时,分子内脱水生成E,E与冷的碱性高锰酸钾反应生成F,F在催化加热时,分子内脱水生成G,G和发生已知反应生成二酮化合物I,结合G的分子式和I的结构简式,可知G的结构简式为,据此分析。
(1)根据分析可知,B()的名称为溴乙烷;
(2)D在催化加热时,分子内脱水生成E,不饱和度增加,属于消去反应;
(3)由分析知,G的结构简式为;
(4)中官能团的名称为(酮)羰基、碳碳双键;
(5)I的分子式为,4个不饱和度,2个O。要满足的条件:芳香族同分异构体,则分子内含一个苯环,除了苯环其他结构的不饱和度为0;苯环上有6个取代基且核磁共振氢谱为5组峰,说明分子高度对称;含有两个,剩余5个饱和碳原子,则符合条件的I的同分异构体为、、,共3种;
(6)由已知原理,分子中下侧的羰基与上侧的甲基形成碳碳双键得到不饱和酮K,K的结构简式为 ;
(7)在催化加热时,分子内脱水生成J( ),根据上述E→F反应原理,J与冷的碱性高锰酸钾反应生成K(),K在催化加热时,分子内脱水生成L( ),L和发生第尔斯-阿尔德反应得到M(),则J和L的结构简式分别为 和 。
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