内容正文:
高二化学
考生注意:
1.满分100分,考试时间75分钟。
2.考生作答时,请将答案答在答题卡上。选择题每小题选出答案后,用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑;非选择题请用直径0.5毫米黑色墨水签字笔在答题卡上各题的答题区域内作答,超出答题区域书写的答案无效,在试题卷、草稿纸上作答无效。
可能用到的相对原子质量:H 1 C 12 N 14 O 16
一、选择题:本题共14小题,每小题3分,共42分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1. 下列物质的类别与所含官能团有错误的是
A. 醛类 B. 醇类
C. 羧酸 -COOH D. 烯烃
2. 下列化学用语或图示不正确的是
A. 基态锗原子的简化电子排布式:
B. 邻羟基苯甲醛形成的分子内氢键:
C. NH3 分子的 VSEPR 模型:
D. HCl分子中 σ 键的形成过程:
3. 下列说法正确的是
A. 由于HF分子间存在氢键,导致HF稳定性比HCl强
B. 和含有官能团的数目相同
C. HCOOH的酸性强于是因为烷基属于吸电子基团
D. 的核磁共振氢谱图中有4组峰
4. 下列表述中错误的是
A. 人类利用无机物首次合成的有机化合物是尿素
B. 液晶具有液体的流动性,在某些物理性质方面有类似晶体的各向异性
C. 等离子体和离子液体具有相同的聚集状态
D. 通过红外光谱图可获取分子中的化学键和官能团信息
阅读下列材料,完成下面小题:
石油被称为“工业的血液”,石油的催化裂解是石油化工生产中的核心工艺之一,在高温、高压或催化剂作用下,石油分馏得到的长链烷烃会发生碳链断裂、环化和异构化,生成多种小分子烷烃、烯烃、炔烃及芳香烃等基础化工原料,这些基础化工原料例如乙烯可以合成聚乙烯、乙醇、环氧乙烷等物质;丙烯可以制备合成纤维和丙酮等物质;乙炔可用于合成乙醛和聚乙炔等物质;苯及其同系物是合成染料、药物和树脂的重要中间体。
5. 下列关于石油裂解产物的系统命名错误的是
A. :2-甲基丁烷
B. :顺-2-丁烯
C. :3-甲基-1-丁炔
D. :1,3-二甲苯
6. 下列有关反应的化学方程式书写错误的是
A. 乙烯制备聚乙烯:
B. 苯与浓硫酸制备苯磺酸:+HO-SO3H+H2O
C. 乙炔与水的反应:
D. 乙炔聚合生成聚乙炔:
7. 下列有机反应中,C-H发生断裂的是
A. 乙烯与溴的四氯化碳溶液反应
B. 苯与氢气在催化剂和加热条件下反应
C. 光照下三氯甲烷与氯气反应
D. 乙炔与氯化氢在催化剂和加热条件下反应
8. 由芳香烃A可以合成两种有机化合物B和C,如图所示:
下列说法不正确的是
A. A的结构简式为
B. 反应①的条件是光照
C. 反应②的反应物除A外还有
D. 有机化合物B和C互为同分异构体
9. 下列说法正确的是
A. 苯与萘均属于芳香烃,互为同系物
B. 分子组成是、属于羧酸的同分异构体有4种
C. 2,2,3-三甲基丁烷的核磁共振氢谱中有4个吸收峰
D. 等质量的乙烷和乙烯分别充分燃烧,乙烯消耗的量多
10. 传统方式制备乙炔难以实现固液分离,生成的糊状物使乙炔气流不平稳,甚至堵塞。改进后的乙炔制备、性质检验和尾气处理的实验装置如图所示。下列说法错误的是
A. 分液漏斗中所盛的饱和食盐水的作用是减缓电石与水的反应速率,使反应平稳进行
B. 碳化钙应放在装置A中X处,反应器中玻璃珠的作用为形成空隙,促进固液分离
C. 装置B中溶液的作用是吸收杂质气体、等
D. 装置C、装置D中溶液褪色的原理相同
11. 植物体内乙烯的生物合成反应如下,设阿伏加德罗常数的值为,下列说法正确的是
2+O22CH2=CH2+2HC≡N+2CO2+2H2O
A. 消耗,产物中采取sp杂化的C原子数目为
B. 中键的数目为
C. 中孤电子对的数目为
D. 0.1 mol HCN中电子的数目为
12. 短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,四者组成的一种钠盐结构如下。下列说法正确的是
A. 基态Y、Z原子的未成对电子数不同
B. 键长:Z—X键<W—X键
C. 第二电离能:
D. 分子间可形成氢键
13. 一种硼钛化合物集成了陶瓷和金属的优异性能而被广泛应用于高技术领域,其六方层状晶体结构及晶胞从上往下的垂直投影如图所示。下列说法正确的是
A. 该晶体的化学式为TiB
B. 与B原子紧邻且等距的Ti原子有12个
C. 该晶体硬度大、不导电
D. 相邻B原子之间最近距离为
14. 铑()的配合物离子可催化甲醇羰基化反应,反应过程如图所示。下列说法错误的是
A. 若用进行反应,则产物乙酸中一定含有标记
B. 总反应为
C. 反应过程中存在极性键和非极性键的断裂和形成
D. 、都是反应中间体
二、非选择题:本题共4小题,共58分。
15. 根据要求,回答下列问题:
(1)卤代烃与氢氧化钠醇溶液加热反应,会生成_______种有机产物。
(2)1-氯丙烷与NaI的丙酮溶液发生卤素交换反应:,该反应能够发生的主要原因是_______。
(3)2,2,3,3-四甲基丁烷的结构简式为_______,其等效氢有_______种。
(4)某螺环有机物结构简式:,其分子式是_______,分子中所有碳原子_______(填“能”或“不能”)处于同一个平面上。
(5)的系统命名是_______。
16. 我国科学家屠呦呦因青蒿素研究获得诺贝尔奖,青蒿素是从传统药材中发现的能治疗疟疾的有机化合物。青蒿素为无色针状晶体,熔点为,易溶于丙酮、氯仿和乙醚,在水中几乎不溶。
I.实验室用乙醚提取青蒿素的工艺流程如图所示。
(1)在操作ⅰ前要对青蒿进行粉碎,其目的是_______。操作ⅰ需要的玻璃仪器有烧杯、_______。
(2)操作ⅱ的名称是_______。
(3)操作ⅲ的主要过程可能是_______。(填字母)
A.加水溶解,蒸发浓缩、冷却结晶
B.加入乙醚进行萃取分液
C.加95%的乙醇,浓缩、结晶、过滤
Ⅱ.已知青蒿素是一种烃的含氧衍生物,某同学为确定其化学式,进行如下实验:
将28.2 g青蒿素样品放在硬质玻璃管中,缓缓通入空气数分钟后,再充分燃烧,精确测定装置E和F实验前后的质量,根据所测数据计算。
(4)装置E中盛放的物质是_______(填字母,下同),装置F中盛放的物质是_______。
a.浓硫酸 b.无水CaCl2 c.胆矾 d.碱石灰
(5)使用上述装置测得的青蒿素中碳元素的质量分数偏高,改进以上装置的方法是_______。
(6)用合理改进后的装置进行实验,称得:
装置
实验前/g
实验后/g
E
22.6
42.4
F
80.2
146.2
通过质谱法测得青蒿素的相对分子质量为282,结合以上表格中实验数据,得出青蒿素的分子式为_______。
17. 钙钛矿是光伏电池的新宠,在全球能源转型、环境保护等方面发挥着重要的作用。钙钛矿是指一类通式为的陶瓷类化合物,晶胞结构如图所示。
回答下列问题:
(1)A、B、X分别为时,基态原子的价电子排布式为______;元素在元素周期表的第______周期______族。
(2)钙钛矿太阳能电池中,A通常指有机阳离子,如等;B通常指金属阳离子,如;X多为等卤素离子。
①中C原子的杂化类型为______。
②若A、B、X分别为,则该钙钛矿的化学式是______。
③已知(碳化钛)的熔点为,(四氯化钛)的熔点为。二者的熔点差异很大的原因为______。
(3)钙钛矿催化材料能应用于模拟植物的光合作用而为人类服务,人造光合作用反应器及相关物质的转化关系如图所示。
①分子的空间构型是______,的模型为______。
②淀粉水解转化为葡萄糖,葡萄糖存在如图所示的不同结构,解释葡萄糖易溶于水的原因:______。
18. E是合成某药物的中间体,其一种合成路线如图:
(1)C中官能团的名称是_______,E的分子式为_______。
(2)C→D的反应类型是_______。
(3)D的结构简式为_______。
(4)写出B→C的化学方程式:_______。
(5)B的环上一溴代物有_______种,二溴代物有_______种(不考虑立体异构)。
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高二化学
考生注意:
1.满分100分,考试时间75分钟。
2.考生作答时,请将答案答在答题卡上。选择题每小题选出答案后,用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑;非选择题请用直径0.5毫米黑色墨水签字笔在答题卡上各题的答题区域内作答,超出答题区域书写的答案无效,在试题卷、草稿纸上作答无效。
可能用到的相对原子质量:H 1 C 12 N 14 O 16
一、选择题:本题共14小题,每小题3分,共42分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1. 下列物质的类别与所含官能团有错误的是
A. 醛类 B. 醇类
C. 羧酸 -COOH D. 烯烃
【答案】A
【解析】
【详解】A.含有的官能团为,为酯基,该物质属于酯类,A错误;
B.含有的官能团为,连在链烃基上,该物质属于醇类,B正确;
C.(CH3)2CHCOOH含有的官能团为,为羧基,该物质属于羧酸,C正确;
D.乙烯含有的官能团为碳碳双键,属于烯烃,D正确;
故选A。
2. 下列化学用语或图示不正确的是
A. 基态锗原子的简化电子排布式:
B. 邻羟基苯甲醛形成的分子内氢键:
C. NH3 分子的 VSEPR 模型:
D. HCl分子中 σ 键的形成过程:
【答案】B
【解析】
【详解】A.Ge是32号元素,基态锗原子的核外电子排布为,故其简化电子排布式应为,A正确;
B.邻羟基苯甲醛形成分子内氢键是羟基上的H与羰基上的O之间形成的,表示为,B错误;
C.中心N原子价层电子对数为,VSEPR模型包含孤电子对,故为四面体形,C正确;
D.HCl分子中,H的轨道和Cl的轨道沿键轴头碰头重叠形成键,D正确;
故选B。
3. 下列说法正确的是
A. 由于HF分子间存在氢键,导致HF稳定性比HCl强
B. 和含有官能团的数目相同
C. HCOOH的酸性强于是因为烷基属于吸电子基团
D. 的核磁共振氢谱图中有4组峰
【答案】B
【解析】
【详解】A.分子稳定性由分子内共价键的键能决定,HF稳定性强于HCl是因为键键能大于键,氢键属于分子间作用力,不影响分子稳定性,A错误;
B.左侧有机物含有的官能团为酚羟基、酮羰基、酯基,共3种;右侧有机物含有的官能团为酚羟基、酯基、碳碳双键,共3种,二者官能团数目相同,B正确;
C.烷基属于给电子基团,乙酸中甲基的给电子效应使得羧基中键极性弱于甲酸中羧基的键,故甲酸酸性强于乙酸,C错误;
D.该有机物为1,1,4-三甲基环己烷,分子中存在5种不同化学环境的氢,核磁共振氢谱有5组峰,D错误;
故选B。
4. 下列表述中错误的是
A. 人类利用无机物首次合成的有机化合物是尿素
B. 液晶具有液体的流动性,在某些物理性质方面有类似晶体的各向异性
C. 等离子体和离子液体具有相同的聚集状态
D. 通过红外光谱图可获取分子中的化学键和官能团信息
【答案】C
【解析】
【详解】A.1828年维勒利用无机物氰酸铵合成了尿素,这是人类首次用无机物合成的有机化合物,A正确,不符合题意;
B.液晶是介于液态和晶态之间的聚集状态,具有液体的流动性,同时在光学等物理性质上具有类似晶体的各向异性,B正确,不符合题意;
C.等离子体是除固、液、气外的第四种聚集状态,由带电粒子和中性粒子共同组成;离子液体是常温下呈液态的离子化合物,属于液态,二者聚集状态不同,C错误,符合题意;
D.不同化学键和官能团的红外吸收频率不同,会在红外光谱图上呈现不同特征峰,因此可通过红外光谱图获取分子中的化学键和官能团信息,D正确,不符合题意;
答案选C。
阅读下列材料,完成下面小题:
石油被称为“工业的血液”,石油的催化裂解是石油化工生产中的核心工艺之一,在高温、高压或催化剂作用下,石油分馏得到的长链烷烃会发生碳链断裂、环化和异构化,生成多种小分子烷烃、烯烃、炔烃及芳香烃等基础化工原料,这些基础化工原料例如乙烯可以合成聚乙烯、乙醇、环氧乙烷等物质;丙烯可以制备合成纤维和丙酮等物质;乙炔可用于合成乙醛和聚乙炔等物质;苯及其同系物是合成染料、药物和树脂的重要中间体。
5. 下列关于石油裂解产物的系统命名错误的是
A. :2-甲基丁烷
B. :顺-2-丁烯
C. :3-甲基-1-丁炔
D. :1,3-二甲苯
6. 下列有关反应的化学方程式书写错误的是
A. 乙烯制备聚乙烯:
B. 苯与浓硫酸制备苯磺酸:+HO-SO3H+H2O
C. 乙炔与水的反应:
D. 乙炔聚合生成聚乙炔:
【答案】5. D 6. C
【解析】
【详解】1.A.该物质主链含4个碳原子,2号碳连接1个甲基,系统命名为2-甲基丁烷,A正确;
B.该2-丁烯的两个甲基位于碳碳双键同侧,属于顺式结构,命名为顺-2-丁烯,B正确;
C.炔烃从靠近三键的一端编号,三键在1位,3号碳连接1个甲基,命名为3-甲基-1-丁炔,C正确;
D.该物质两个甲基在苯环的1、2位(邻位),应命名为1,2-二甲苯,题给命名错误,D错误;
故选D。
2.A.乙烯发生加聚反应,碳碳双键断开生成聚乙烯,方程式书写正确,A正确;
B.苯和浓硫酸加热下发生磺化反应,生成苯磺酸和水,该反应为可逆反应,方程式书写正确,B正确;
C.乙炔与水加成生成的乙烯醇极不稳定,会立即异构化为乙醛,产物书写错误,C错误;
D.乙炔发生加聚反应,三键断开保留双键,生成聚乙炔,方程式书写正确,D正确;
故选C。
7. 下列有机反应中,C-H发生断裂的是
A. 乙烯与溴的四氯化碳溶液反应
B. 苯与氢气在催化剂和加热条件下反应
C. 光照下三氯甲烷与氯气反应
D. 乙炔与氯化氢在催化剂和加热条件下反应
【答案】C
【解析】
【详解】A.乙烯与溴的四氯化碳溶液发生加成反应,断裂的是碳碳双键中的键和Br-Br键,无C-H键断裂,A不符合题意;
B.苯与氢气在催化剂和加热条件下发生加成反应,断裂的是苯中的大键和H-H键,无C-H键断裂,B不符合题意;
C.光照下三氯甲烷与氯气发生取代反应,三氯甲烷中的C-H键断裂,H原子被Cl原子取代,C符合题意;
D.乙炔与氯化氢在催化剂和加热条件下发生加成反应,断裂的是碳碳三键中的键和H-Cl键,无C-H键断裂,D不符合题意;
故选C。
8. 由芳香烃A可以合成两种有机化合物B和C,如图所示:
下列说法不正确的是
A. A的结构简式为
B. 反应①的条件是光照
C. 反应②的反应物除A外还有
D. 有机化合物B和C互为同分异构体
【答案】D
【解析】
【详解】A.A是分子式为的芳香烃,为甲苯,结构简式与选项给出的一致,A正确;
B.反应①是甲苯中甲基上的氢原子被氯原子取代,烷基上氢的卤代反应条件为光照,B正确;
C.反应②是甲苯苯环上的氢原子被溴原子取代的反应,反应物为甲苯和,溴化铁为催化剂不属于反应物,C正确;
D.B的分子式为,C的分子式为,二者分子式不同,不互为同分异构体,D错误;
故答案选D。
9. 下列说法正确的是
A. 苯与萘均属于芳香烃,互为同系物
B. 分子组成是、属于羧酸的同分异构体有4种
C. 2,2,3-三甲基丁烷的核磁共振氢谱中有4个吸收峰
D. 等质量的乙烷和乙烯分别充分燃烧,乙烯消耗的量多
【答案】B
【解析】
【详解】A.同系物要求结构相似,分子组成相差1个或若干个原子团,苯和萘的结构不相似,分子组成不符合同系物的通式差异,不属于同系物,A错误;
B.分子式为的羧酸,官能团为羧基,剩余的烃基为丁基,丁基共有4种同分异构体,因此对应羧酸的同分异构体有4种,B正确;
C.2,2,3-三甲基丁烷的结构简式为,分子内等效氢共3种,核磁共振氢谱有3个吸收峰,C错误;
D.等质量的烃完全燃烧,氢的质量分数越高,耗氧量越大,乙烷中氢的质量分数高于乙烯,等质量时乙烷消耗的量更多,D错误;
故选B。
10. 传统方式制备乙炔难以实现固液分离,生成的糊状物使乙炔气流不平稳,甚至堵塞。改进后的乙炔制备、性质检验和尾气处理的实验装置如图所示。下列说法错误的是
A. 分液漏斗中所盛的饱和食盐水的作用是减缓电石与水的反应速率,使反应平稳进行
B. 碳化钙应放在装置A中X处,反应器中玻璃珠的作用为形成空隙,促进固液分离
C. 装置B中溶液的作用是吸收杂质气体、等
D. 装置C、装置D中溶液褪色的原理相同
【答案】D
【解析】
【分析】装置A是电石与水反应生成乙炔的装置;B装置用于吸收混在乙炔气体中的、等杂质;C中溴水可以与乙炔发生加成反应,D中高锰酸钾溶液能氧化乙炔,C、D装置用于验证乙炔的化学性质;E装置处理过量的乙炔。
【详解】A.分液漏斗中所盛的饱和食盐水的作用是减慢反应速率,便于控制反应,故A正确;
B.碳化钙放在装置A中X处,反应器中玻璃珠的作用为形成空隙,可以促进固液分离,故B正确;
C.电石中含有Ca3P2、CaS等杂质,反应过程中会生成、等,装置B中溶液的作用是吸收杂质气体等,故C正确;
D.C中溴水与乙炔发生加成反应而褪色,D中高锰酸钾溶液能氧化乙炔而褪色,原理不同,故D错误;
答案选D。
11. 植物体内乙烯的生物合成反应如下,设阿伏加德罗常数的值为,下列说法正确的是
2+O22CH2=CH2+2HC≡N+2CO2+2H2O
A. 消耗,产物中采取sp杂化的C原子数目为
B. 中键的数目为
C. 中孤电子对的数目为
D. 0.1 mol HCN中电子的数目为
【答案】A
【解析】
【详解】A.消耗1mol 时,生成2mol 和2mol ,每个和分子中均含1个sp杂化的C原子,故sp杂化的C原子总物质的量为,数目为,A正确;
B.未指明气体处于标准状况,无法计算2.24L 的物质的量,无法确定σ键数目,B错误;
C.9g 的物质的量为,每个分子含2对孤电子对,故孤电子对总物质的量为,数目为,C错误;
D.的结构为,三键中含2个π键,1mol 含4mol π电子,故0.1mol 中π电子物质的量为,数目为,D错误;
故选A。
12. 短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大,四者组成的一种钠盐结构如下。下列说法正确的是
A. 基态Y、Z原子的未成对电子数不同
B. 键长:Z—X键<W—X键
C. 第二电离能:
D. 分子间可形成氢键
【答案】B
【解析】
【分析】X只形成1个单键,原子序数最小,推得X为H;Y形成4个单键,满足四价结构,原子序数小于Z,推得Y为C;Z可形成双键、单键,原子序数大于Y,推得Z为O;W共形成6个共价键,原子序数最大,短周期中推得W为S。
【详解】A.基态C的电子排布为,未成对电子数为2;基态O的电子排布为,未成对电子数也为2,二者未成对电子数相同,A错误;
B.原子半径:,所以键长:键<键,B正确;
C.C失去1个电子后为,O失去1个电子后为(p轨道半满稳定结构),因此第二电离能,C错误;
D.甲醛()中所有H都与C成键,没有直接与O相连的活泼H,分子间不能形成氢键,D错误;
故选B。
13. 一种硼钛化合物集成了陶瓷和金属的优异性能而被广泛应用于高技术领域,其六方层状晶体结构及晶胞从上往下的垂直投影如图所示。下列说法正确的是
A. 该晶体的化学式为TiB
B. 与B原子紧邻且等距的Ti原子有12个
C. 该晶体硬度大、不导电
D. 相邻B原子之间最近距离为
【答案】D
【解析】
【详解】A.根据均摊法,晶胞中Ti原子位于六方晶胞的顶点和面心,顶点被6个晶胞共用,面心的Ti原子被2个晶胞共用,则Ti原子数为,B原子在晶胞内部有6个,所以Ti、B原子个数比为,该晶体化学式为TiB2,A错误;
B.观察晶胞结构可知,与B原子紧邻且等距的Ti原子有6个,B错误;
C.该晶体集成了陶瓷和金属的优异性能,陶瓷硬度大,金属具有导电性,因此该晶体硬度大且能导电,C错误;
D.由晶胞从上往下的垂直投影图可知,B原子在图中两个正三角形的重心,正三角形顶点到对边的垂线长度为,重心到顶点距离是重心到对边中点距离的2倍,重心到顶点距离为,重心到对边中点距离为,相邻B原子之间最近距离为,D正确;
故选D。
14. 铑()的配合物离子可催化甲醇羰基化反应,反应过程如图所示。下列说法错误的是
A. 若用进行反应,则产物乙酸中一定含有标记
B. 总反应为
C. 反应过程中存在极性键和非极性键的断裂和形成
D. 、都是反应中间体
【答案】C
【解析】
【分析】结合机理图梳理物质转化路径,与反应生成和,进入含Rh配合物的催化循环,结合后生成,与反应生成和,循环参与反应;含Rh的配合物为催化剂,、为反应中间体,总反应为。
【详解】A.与反应时断裂键,生成和,后续与反应,进入的羟基中,产物乙酸一定含有标记,A正确;
B.消去所有中间体和催化剂,总反应为,B正确;
C.反应过程中所有断裂的化学键均为不同原子间的极性键,无非极性键的断裂,仅生成乙酸时存在非极性键的形成,不存在非极性键的断裂,C错误;
D.、均为反应过程中生成、后续又被消耗的物质,属于反应中间体,D正确;
故选C。
二、非选择题:本题共4小题,共58分。
15. 根据要求,回答下列问题:
(1)卤代烃与氢氧化钠醇溶液加热反应,会生成_______种有机产物。
(2)1-氯丙烷与NaI的丙酮溶液发生卤素交换反应:,该反应能够发生的主要原因是_______。
(3)2,2,3,3-四甲基丁烷的结构简式为_______,其等效氢有_______种。
(4)某螺环有机物结构简式:,其分子式是_______,分子中所有碳原子_______(填“能”或“不能”)处于同一个平面上。
(5)的系统命名是_______。
【答案】(1)
2 (2)
难溶于丙酮,使平衡正向移动
(3) ①.
②.
1 (4) ①.
②.
不能 (5)
3-甲基-2-戊烯
【解析】
【小问1详解】
该卤代烃在氢氧化钠醇溶液加热条件下发生消去反应,与氯原子相连的α碳的右侧β碳无氢,仅左侧β碳有氢,以及与α碳相连的甲基上有氢,故消去生成的烯烃有2种;
【小问2详解】
该反应为可逆反应,生成物在丙酮中的溶解度远小于反应物,以沉淀形式从体系中析出,促使平衡向正反应方向移动,因此反应能够发生;
【小问3详解】
2,2,3,3-四甲基丁烷主链为4个碳的丁烷,2号、3号碳上各连接2个甲基,所有甲基化学环境完全相同,因此等效氢只有1种;
【小问4详解】
该螺环有机物分子式为;碳原子为杂化,为四面体空间构型,因此所有碳原子不能共面;
【小问5详解】
选择包含碳碳双键的最长碳链为主链,共5个碳原子为戊烯,从靠近双键的一端编号,双键位于2、3号碳之间,3号碳上连有1个甲基,因此系统命名为3-甲基-2-戊烯。
16. 我国科学家屠呦呦因青蒿素研究获得诺贝尔奖,青蒿素是从传统药材中发现的能治疗疟疾的有机化合物。青蒿素为无色针状晶体,熔点为,易溶于丙酮、氯仿和乙醚,在水中几乎不溶。
I.实验室用乙醚提取青蒿素的工艺流程如图所示。
(1)在操作ⅰ前要对青蒿进行粉碎,其目的是_______。操作ⅰ需要的玻璃仪器有烧杯、_______。
(2)操作ⅱ的名称是_______。
(3)操作ⅲ的主要过程可能是_______。(填字母)
A.加水溶解,蒸发浓缩、冷却结晶
B.加入乙醚进行萃取分液
C.加95%的乙醇,浓缩、结晶、过滤
Ⅱ.已知青蒿素是一种烃的含氧衍生物,某同学为确定其化学式,进行如下实验:
将28.2 g青蒿素样品放在硬质玻璃管中,缓缓通入空气数分钟后,再充分燃烧,精确测定装置E和F实验前后的质量,根据所测数据计算。
(4)装置E中盛放的物质是_______(填字母,下同),装置F中盛放的物质是_______。
a.浓硫酸 b.无水CaCl2 c.胆矾 d.碱石灰
(5)使用上述装置测得的青蒿素中碳元素的质量分数偏高,改进以上装置的方法是_______。
(6)用合理改进后的装置进行实验,称得:
装置
实验前/g
实验后/g
E
22.6
42.4
F
80.2
146.2
通过质谱法测得青蒿素的相对分子质量为282,结合以上表格中实验数据,得出青蒿素的分子式为_______。
【答案】(1) ①. 增大青蒿与乙醚的接触面积,提高浸出效率 ②. 漏斗、玻璃棒
(2)蒸馏 (3)C
(4) ①. ab ②. d
(5)在右侧增加防止空气中二氧化碳、水蒸气进入装置F的装置
(6)C15H22O5
【解析】
【分析】从青蒿中提取青蒿素时,将青蒿粉碎,然后加入乙醚浸取、过滤得到提取液;将提取液进行蒸馏,分离出乙醚,可得到青蒿素的粗品;将粗品进行重结晶,可获得精品。
【小问1详解】
青蒿是固体,使用乙醚浸取时,为提高浸取率,应尽可能增大接触面积,所以在操作ⅰ前要对青蒿进行粉碎,其目的是:增大青蒿与乙醚的接触面积,提高浸出效率。操作ⅰ为分离固体与液体的过滤操作,需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒。
【小问2详解】
操作ⅱ用于将溶质与溶剂(乙醚)分开,可利用二者的沸点差异,名称是蒸馏。
【小问3详解】
A.青蒿素易溶于丙酮、氯仿和乙醚,在水中几乎不溶,加水溶解,蒸发浓缩、冷却结晶不能提纯青蒿素,A不正确;
B.流程中就是使用乙醚提取青蒿素,所以加入乙醚进行萃取分液不能制得青蒿素精品,B不正确;
C.加95%的乙醇,进行溶解,然后浓缩,可让青蒿素结晶析出,再过滤得纯净的青蒿素,C正确;
故选C。
【小问4详解】
装置A用于除去空气中的CO2,装置B中浓硫酸用于除去水蒸气,装置C用于氧化青蒿素,装置D用于氧化CO等,装置E用于吸收燃烧生成的水,装置F用于吸收燃烧生成的二氧化碳。
装置E中盛放的物质用于吸收水,可以是浓硫酸或无水CaCl2,故选ab,装置F中盛放的物质用于吸收二氧化碳,可以是碱石灰,故选d。
【小问5详解】
由于碱石灰会吸收空气中的二氧化碳和水蒸气,使测得的青蒿素中碳元素的质量分数偏高,改进以上装置的方法是:在右侧增加防止空气中二氧化碳、水蒸气进入装置F的装置。
【小问6详解】
m(H2O)=42.4g-22.6g=19.8g,m(CO2)=146.2g-80.2g=66g,m(青蒿素)= 28.2 g,n(H2O)==1.1mol,n(CO2)==1.5mol,n(O)==0.5mol,n(青蒿素)==0.1mol,则n(青蒿素): n(C): n(H): n(O)=0.1:1.5:2.2:0.5=1:15:22:5,故青蒿素的分子式为C15H22O5。
【点睛】无水硫酸铜常用于检验水的存在,不用于气体的干燥。
17. 钙钛矿是光伏电池的新宠,在全球能源转型、环境保护等方面发挥着重要的作用。钙钛矿是指一类通式为的陶瓷类化合物,晶胞结构如图所示。
回答下列问题:
(1)A、B、X分别为时,基态原子的价电子排布式为______;元素在元素周期表的第______周期______族。
(2)钙钛矿太阳能电池中,A通常指有机阳离子,如等;B通常指金属阳离子,如;X多为等卤素离子。
①中C原子的杂化类型为______。
②若A、B、X分别为,则该钙钛矿的化学式是______。
③已知(碳化钛)的熔点为,(四氯化钛)的熔点为。二者的熔点差异很大的原因为______。
(3)钙钛矿催化材料能应用于模拟植物的光合作用而为人类服务,人造光合作用反应器及相关物质的转化关系如图所示。
①分子的空间构型是______,的模型为______。
②淀粉水解转化为葡萄糖,葡萄糖存在如图所示的不同结构,解释葡萄糖易溶于水的原因:______。
【答案】(1) ①. ②. 四 ③. ⅣB
(2) ①. ②. ③. 为共价晶体,原子间通过共价键结合;为分子晶体,分子间通过范德华力结合(合理即可)
(3) ①. 直线形 ②. 四面体形 ③. 葡萄糖结构中含较多的亲水基团羟基、醛基,能与水分子形成氢键(合理即可)
【解析】
【小问1详解】
为20号元素,位于第四周期ⅡA族,故基态原子的价电子排布式为。元素为22号元素,位于元素周期表的第四周期,第ⅣB族元素。
【小问2详解】
①中C为饱和碳原子,故其为杂化。②若A、B、X分别为、、,结合晶胞结构及化合物呈电中性原则可知,该钙钛矿的化学式是。③(碳化钛)的熔点为,(四氯化钛)的熔点为。为共价晶体,原子间通过共价键结合;为分子晶体,分子间通过范德华力结合,故二者的熔点差异很大。
【小问3详解】
①分子的3个原子处于同一条直线,其空间构型是直线形;的中心原子O存在2对孤电子对和2对成键电子对,故其模型为四面体形。②葡萄糖结构中含较多的亲水基团羟基和醛基,故其易溶于水。
18. E是合成某药物的中间体,其一种合成路线如图:
(1)C中官能团的名称是_______,E的分子式为_______。
(2)C→D的反应类型是_______。
(3)D的结构简式为_______。
(4)写出B→C的化学方程式:_______。
(5)B的环上一溴代物有_______种,二溴代物有_______种(不考虑立体异构)。
【答案】(1) ①. 羟基、 醛基 ②. C8H12O3
(2)氧化反应 (3)
(4)+NaOH+NaCl
(5) ①. 4 ②. 11
【解析】
【分析】本题的合成路线展示了从含氯醇类化合物逐步构建出含有酮基和酯基的环状化合物的过程。首先,观察起始物质A到B的转化,可以看到侧链上的羟基变成了醛基,这代表发生了醇的催化氧化。接着,B在氢氧化钠水溶液加热条件下反应生成C,对比两者的结构可以发现,环上的氯原子被羟基取代,这属于典型的卤代烃水解反应。随后,C在酸性高锰酸钾的强氧化作用下转化为D,这一步是理解全流程的关键:分子中的醛基被氧化为羧基,同时环上的仲醇羟基也被氧化成了酮羰基,最后,D与甲醇在浓硫酸催化加热下发生酯化反应,羧基脱去羟基、甲醇脱去氢原子结合生成水,最终得到了目标酯类化合物E;
【小问1详解】
在物质C中,环上连接的是羟基(−OH),侧链上连接的是醛基(−CHO),在推导E的分子式时,我们可以利用D的分子式C7H10O3进行计算,D与CH3OH发生酯化反应,其本质是:,通过质量守恒可得E的分子式为C8H12O3;
【小问2详解】
C变为D的过程中,醛基变羧基是增加了氧原子,羟基变酮基是脱去了氢原子,酸性高锰酸钾是高中最常用的强氧化剂,因此C→D的反应类型是氧化反应;
【小问3详解】
D的分子式为C7H10O3,从C氧化而来,意味着原本1号位的−CHO变成了−COOH,4号位的−OH变成了=O(羰基),D的结构简式为;
【小问4详解】
B→C的本质为卤代烃的水解(取代反应),反应方程式为+NaOH+NaCl。
【小问5详解】
环上的一溴代物中溴原子的位置有,故环上一溴代物有4种;
二溴代物按照定一移一的方法:Br原子定在与Cl在同一碳原子上,另一个溴原子位置有:3种,Br原子定在与Cl邻位的碳原子上,另一个溴原子位置有:5种,Br原子定在与Cl在间位的碳原子上,另一个溴原子位置有:3种,共11种。
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