21.(12分)本包括A、B两小题,分别对应于“物质结构与性质”和“实验化学”两个选修模块的内容。请选择其中一题,并在相应的答题区域内作答。若两题都做,则按A题评分。
A.生物质能是一种洁净、可再生能源。生物质气(主要成分为CO、CO2、H2等)与H2混合,催化合成甲醇是生物质能利用的方法之一。
(1)上述反应的催化剂含有Cu、Zn、Al等元素。写出其态Zn原子的核外电子排布式 。
(2)根据等电子原理,写出CO分子的结构式 。
(3)甲醇催化氧化可得到甲醛与新制Cu(OH)2的碱性溶液反应生成Cu2O沉淀。
①甲醇的沸点比甲醛的高,其主要原因是 ;甲醛分子中碳原子轨道的杂化类型为 。
②甲醛分子的空间构型是 ;1 mol 甲醛分子中
键的数目为 。
③在1个Cu2O晶胞中(结构如图所示),所包含的Cu原子数目为 。
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B.环己酮是一种重要的化工原料,实验室常用下列方法制备环己酮:
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环己醇、环己酮和水的部分物理性质见下表:
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物质 |
沸点(℃) |
密度(g·cm-3,20 ℃) |
溶解性 |
|
环己醇 |
161.1(97.8) |
0.9624 |
能溶于水 |
|
环己酮 |
155.6(95) |
0.9478 |
微溶于水 |
|
水 |
100.0 |
0.9982 |
|
括号中的数据表示该有机物与水形成的具有固定组成的混合物的沸点
(1)酸性Na2Cr2O7溶液氧化环己醇反应的ΔH<0,反应剧烈将导致体系温度迅速上升,副反应增多。实验中将酸性Na2Cr2O7溶液加到盛有环己醇的烧瓶中,在55~60 ℃进行反应。反应完成后,加入适量水,蒸馏,收集95~100℃的馏分,得到主要含环己酮和水的混合物。
①酸性Na2Cr2O7溶液的加料方式为 。
②蒸馏不能分离环己酮和水的原因是 。
(2)环己酮的提纯需要经过以下一系列的操作:a.蒸馏,收集151~156 ℃馏分,b.过滤; c.在收集到的馏分中加NaCl固体至饱和,静置,分液;d.加入无水MgSO4固体,除去有机物中少量水。
①上述操作的正确顺序是 (填字母)。
②上述操作b、c中使用的玻璃仪器除烧杯、锥形瓶、玻璃棒外,还需 。
③在上述操作c中,加入NaCl固体的作用是 。
(3)利用核磁共振氢谱可以鉴定制备的产物是否为环己酮,环己酮分子中有 种不同化学环境的氢原子。
17.(8分)废旧印刷电路板的回收利用可实现资源再生,并减少污染。废旧印刷电路板经粉碎分离,能得到非金属粉末和金属粉末。
(1)下列处理印刷电路板非金属粉末的方法中,不符合环境保护理念的是 (填字母)
A.热裂解形成燃油 B.露天焚烧
C.作为有机复合建筑材料的原料 D.直接填埋
(2)用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出印刷电路板金属粉末中的铜。已知:
Cu(S)+2H+(aq)=== Cu2+(aq)+H2(g) ΔH=64.39kJ·mol-1
2H2O2(l)===2H2O(l)+O2(g) ΔH=-196.46kJ·mol-1
H2(g)+![]()
O2(g)===H2O(l)
ΔH=-285.84kJ·mol-1
在H2SO4溶液中Cu与H2O2反应生成Cu2+和H2O的热化学方程式为 。
(3)控制其他条件相同,印刷电路板的金属粉末用10%H2O2和3.0 mol·L-1H2SO4的混合溶液处理,测得不同温度下铜的平均溶解速率(见下表)。
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温度(℃) |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
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铜平均溶解速率 (×10-3mol·L-1·min-1) |
7.34 |
8.01 |
9.25 |
7.98 |
7.24 |
6.73 |
5.76 |
当温度高于40℃时,铜的平均溶解速率随着反应温度升高而下降,其主要原因是 。
(4)在提纯后CuSO4溶液中加入一定量的Na2SO3和NaCl溶液,加热,生成CuCl沉淀。制备CuCl的离子方程式是 。