?2021年普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試(河北卷)
化學

可能用到的相對原子質量:H 1　Li 7　B 11　C 12　O 16　Na 23　P 31　S 32　Cl 35.5　K 39　Pb 207
　　　　　　　　　　　　　　　　　
一、單項選擇題:本題共9小題,每小題3分,共27分。在每小題給出的四個選項中,只有一項是符合題目要求的。
1.(2021·河北,1,3分,難度★)“灌鋼法”是我國古代勞動人民對鋼鐵冶煉技術的重大貢獻,陶弘景在其《本草經集注》中提到“鋼鐵是雜煉生钅柔作刀鐮者”?！肮噤摲ā敝饕菍⑸F和熟鐵(含碳量約0.1%)混合加熱,生鐵熔化灌入熟鐵,再鍛打成鋼。下列說法錯誤的是(　　)
A.鋼是以鐵為主的含碳合金
B.鋼的含碳量越高,硬度和脆性越大
C.生鐵由于含碳量高,熔點比熟鐵高
D.冶煉鐵的原料之一赤鐵礦的主要成分為Fe2O3
解析C　本題考查化學與傳統(tǒng)文化及鋼鐵的基本知識。鋼和生鐵均屬于鐵碳合金,鋼中的含碳量低、生鐵中的含碳量高,鐵合金的硬度和脆性隨含碳量增大而增大,A、B項均正確。合金的熔點通常比各組分的熔點低,C項錯誤。赤鐵礦的主要成分為氧化鐵,D項正確。
2.(2021·河北,2,3分,難度★)高分子材料在生產生活中應用廣泛。下列說法錯誤的是(　　)
A.蘆葦可用于制造黏膠纖維,其主要成分為纖維素
B.聚氯乙烯通過加聚反應制得,可用于制作不粘鍋的耐熱涂層
C.淀粉是相對分子質量可達幾十萬的天然高分子物質
D.大豆蛋白纖維是一種可降解材料
解析B　本題考查有機高分子材料及在生產、生活中的應用。蘆葦?shù)闹饕煞质抢w維素,纖維素可以用來制造黏膠纖維,A項正確;不粘鍋的耐熱涂層主要成分為聚四氟乙烯,而聚氯乙烯高溫下會生成有毒物質,且是一種熱塑性塑料,不能用于制作不粘鍋的耐熱涂層,B項錯誤;淀粉可以用(C6H10O5)n來表示,其相對分子質量一般都可達幾十萬,故為天然高分子物質,C項正確;大豆蛋白纖維的主要成分是蛋白質,一定條件下能夠發(fā)生水解,屬于可降解材料,D項正確。
3.(2021·河北,3,3分,難度★★)下列操作規(guī)范且能達到實驗目的的是(　　)

解析A　本題考查常見實驗基本操作知識(包含酸堿中和滴定、中和熱測定、濃硫酸稀釋及萃取分液等)。通過觀察錐形瓶中顏色的變化(由無色變?yōu)闇\紅色且半分鐘內不褪色),可確定滴定終點,從而測定出醋酸的濃度,A項正確。測定中和熱的實驗裝置中,大小燒杯杯口應該平齊,且溫度計不能接觸燒杯底,B項錯誤。用容量瓶配制一定物質的量濃度的溶液時,不能直接在容量瓶中溶解或稀釋,C項錯誤。萃取分液時,分液漏斗的尖端應該緊貼燒杯內壁,以防止分液時液體迸濺,D項錯誤。
4.(2021·河北,4,3分,難度★★)硫和氮及其化合物對人類生存和社會發(fā)展意義重大,但硫氧化物和氮氧化物造成的環(huán)境問題也日益受到關注。下列說法正確的是(　　)
A.NO2和SO2均為紅棕色且有刺激性氣味的氣體,是酸雨的主要成因
B.汽車尾氣中的主要大氣污染物為NO、SO2和PM2.5
C.植物直接吸收利用空氣中的NO和NO2作為肥料,實現(xiàn)氮的固定
D.工業(yè)廢氣中的SO2可采用石灰法進行脫除
解析 D　本題考查氮氧化物和硫的氧化物的性質、應用及環(huán)境污染問題。SO2為無色有刺激性氣味的氣體,A項錯誤。汽車尾氣中的主要大氣污染物為CO、碳氫化合物、氮氧化物、煙塵等,B項錯誤。氮的固定是將氮由游離態(tài)轉化為化合態(tài),植物一般利用硝酸鹽作為肥料,無法利用NO和NO2,通常大氣中不含有NO、NO2,C項錯誤。工業(yè)廢氣中SO2可采用石灰法進行脫硫,原理為SO2+CaOCaSO3,2CaSO3+O22CaSO4,D項正確。
5.(2021·河北,5,3分,難度★★)用中子轟擊?ZNX原子產生α粒子(即氦核?24He)的核反應為:ZNX+01n→P7Y+24He。已知元素Y在化合物中顯+1價。下列說法正確的是(　　)
A.H3XO3可用于中和濺在皮膚上的NaOH溶液
B.Y單質在空氣中燃燒的產物是Y2O2
C.X和氫元素形成離子化合物
D.6Y和7Y互為同素異形體
解析A　本題考查原子結構及元素化合物性質等知識。依據(jù)信息“Y在化合物中顯+1價”和核反應方程式,可推出元素X、Y分別為B(硼)和Li(鋰)。H3BO3屬于弱酸,可用于中和濺在皮膚上的NaOH溶液,A項正確。鋰單質在空氣中燃燒的產物是氧化鋰(Li2O),B項錯誤。B元素和H元素形成的是共價化合物,C項錯誤。6Li和7Li屬于同位素,D項錯誤。
6.(2021·河北,6,3分,難度★★★)BiOCl是一種具有珍珠光澤的材料,利用金屬Bi制備BiOCl的工藝流程如圖:

下列說法錯誤的是(　　)
A.酸浸工序中分次加入稀HNO3可降低反應劇烈程度
B.轉化工序中加入稀HCl可抑制生成BiONO3
C.水解工序中加入少量CH3COONa(s)可提高Bi3+水解程度
D.水解工序中加入少量NH4NO3(s)有利于BiOCl的生成
解析 D　本題以BiOCl的制備工藝流程考查物質的制備。酸浸工序中加入稀硝酸,金屬鉍與稀硝酸反應是有氣體生成的放熱反應,分批次加入稀硝酸,從而降低反應劇烈程度,A項正確;Bi(NO3)3易水解,轉化工序中加入稀鹽酸,增大溶液中的c(H+),可以抑制Bi(NO3)3的水解,B項正確;Bi3+水解使溶液呈酸性, CH3COONa水解使溶液呈堿性,水解工序中加入CH3COONa固體,可促進Bi3+水解,C項正確;NH4NO3水解使溶液呈酸性,水解工序中加入NH4NO3固體,則抑制Bi3+水解,不利于BiOCl的生成,D項錯誤。
7.(2021·河北,7,3分,難度★★★)NA是阿伏加德羅常數(shù)的值,下列說法錯誤的是(　　)
A.22.4 L(標準狀況)氟氣所含的質子數(shù)為18NA
B.1 mol碘蒸氣和1 mol氫氣在密閉容器中充分反應,生成的碘化氫分子數(shù)小于2NA
C.電解飽和食鹽水時,若陰陽兩極產生氣體的總質量為73 g,則轉移電子數(shù)為NA
D.1 L 1 mol·L-1溴化銨水溶液中NH4+與H+離子數(shù)之和大于NA
解析C　本題考查阿伏加德羅常數(shù)及應用。F的原子序數(shù)為9,一個F2分子中含有的質子數(shù)為18,則標準狀況下22.4 L F2含有的質子數(shù)為18NA,A項正確。I2與H2的反應為可逆反應,反應生成的HI分子數(shù)小于2NA,B項正確。電解飽和食鹽水時,陰陽兩極分別產生氫氣和氯氣,當兩極產生氣體的總質量為73 g時,即分別產生1 mol H2和1 mol Cl2,轉移電子數(shù)應該為2NA,C項錯誤。溴化銨溶液中NH4+水解產生的H+等于水解過程中減少的NH4+,但是水自身還電離出H+,故NH4+與H+離子數(shù)之和大于NA,D項正確。

8.(2021·河北,8,3分,難度★★)苯并降冰片烯是一種重要的藥物合成中間體,結構簡式如圖。關于該化合物,下列說法正確的是(　　)
A.是苯的同系物
B.分子中最多8個碳原子共平面
C.一氯代物有6種(不考慮立體異構)
D.分子中含有4個碳碳雙鍵
解析 B　本題考查了有機物的結構、原子共面、同系物和同分異構體等知識。苯的同系物是含有一個苯環(huán)且側鏈是烷烴基的有機物,A項錯誤;苯環(huán)上6個碳原子及直接與苯環(huán)相連的2個碳原子一定共平面,與苯環(huán)直接相連的碳原子與其他的碳原子以碳碳單鍵相連,其他碳原子不可能與苯環(huán)共平面,B項正確;根據(jù)對稱性可知,該有機化合物的一氯代物有5種,即,C項錯誤;苯環(huán)中不含碳碳雙鍵,該有機化合物分子中只含1個碳碳雙鍵,D項錯誤。
9.(2021·河北,9,3分,難度★★★★)K-O2電池結構如圖,a和b為兩個電極,其中之一為單質鉀片。關于該電池,下列說法錯誤的是(　　)

A.隔膜允許K+通過,不允許O2通過
B.放電時,電流由b電極沿導線流向a電極;充電時,b電極為陽極
C.產生1 Ah電量時,生成KO2的質量與消耗O2的質量比值約為2.22
D.用此電池為鉛酸蓄電池充電,消耗3.9 g鉀時,鉛酸蓄電池消耗0.9 g水
解析D　本題考查原電池原理及應用。a電極的材料是鉀片,為原電池的負極,b電極為原電池的正極,則充電時a電極為陰極、b電極為陽極。O2在正極得電子后結合K+生成KO2,所以K+通過隔膜,A項正確;放電時,電子從負極通過外電路流向正極,而電流方向與電子流向相反,即電流由b電極流向a電極,充電時b電極作陽極,B項正確;每生成1 mol KO2需要消耗1 mol O2,即生成KO2的質量與消耗O2的質量比約為71 g∶32 g=2.22,C項正確;消耗3.9 g鉀時,轉移電子的物質的量為0.1 mol,依據(jù)鉛酸蓄電池反應式Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,此時消耗0.1 mol水,即1.8 g水,D項錯誤。
二、不定項選擇題:本題共4小題,每小題4分,共16分。在每小題給出的四個選項中,有一項或兩項符合題目要求。若正確答案只包括一個選項,多選時,該小題得0分;若正確答案包括兩個選項,只選一個且正確的得2分,選兩個且都正確的得4分,但只要選錯一個,該小題得0分。
10.(2021·河北,10,4分,難度★★★)關于非金屬含氧酸及其鹽的性質,下列說法正確的是(　　)
A.濃H2SO4具有強吸水性,能吸收糖類化合物中的水分并使其炭化
B.NaClO、KClO3等氯的含氧酸鹽的氧化性會隨溶液的pH減小而增強
C.加熱NaI與濃H3PO4混合物可制備HI,說明H3PO4比HI酸性強
D.濃HNO3和稀HNO3與Cu反應的還原產物分別為NO2和NO,故稀HNO3氧化性更強
解析 B　本題考查了常見非金屬含氧酸及其鹽的性質。糖類化合物中不存在水分子,濃硫酸可以將糖類中的氫、氧元素按水的組成比脫去,使糖類化合物脫水炭化是因為濃硫酸具有脫水性,A項錯誤;氯的含氧酸鹽發(fā)生氧化還原反應時消耗H+,故酸性增強,H+濃度增大,其氧化性增強,B項正確;H3PO4屬于中強酸,HI屬于強酸,利用NaI和H3PO4制備HI,主要是利用H3PO4的難揮發(fā)性,C項錯誤;濃硝酸的氧化性比稀硝酸的氧化性強,不能簡單通過還原產物的價態(tài)高低來比較氧化劑氧化性的強弱,D項錯誤。
11.(2021·河北,11,4分,難度★★★★)下圖所示的兩種化合物可應用于阻燃材料和生物材料的合成。其中W、X、Y、Z為原子序數(shù)依次增大的短周期元素,X和Z同主族,Y原子序數(shù)為W原子價電子數(shù)的3倍。下列說法正確的是(　　)

A.X和Z的最高化合價均為+7價
B.HX和HZ在水中均為強酸,電子式可表示為H··X······與H··Z······
C.四種元素中,Y原子半徑最大,X原子半徑最小
D.Z、W和氫三種元素可形成同時含有離子鍵和共價鍵的化合物
解析CD　本題借助化合物的結構式考查原子結構與性質等知識。由成鍵特點及題干中信息分析,W可形成三條共價鍵、Y可形成五條共價鍵,且Y的原子序數(shù)為W原子的價電子數(shù)的3倍,則Y為P元素,W為N元素;X、Z同主族,均可形成一條共價鍵,且Z的原子序數(shù)大于Y的原子序數(shù),則Z為Cl元素,X為F元素。F元素沒有正價,A項錯誤。HF為弱酸,HCl為強酸,B項錯誤。結合四種元素在周期表中的位置關系可確定,P原子半徑最大,F原子半徑最小,C項正確。N、Cl、H三種元素可形成化合物NH4Cl,其分子中含有離子鍵和共價鍵,D項正確。
【解題技巧】對于給出化合物結構式類元素性質的推斷題,信息的獲取首先來自結構式(結構式中元素的成鍵情況),往往能幫助快速解題。
主族元素常見成鍵數(shù)目如下:形成一條共價鍵的有H、F、Cl等,形成兩條共價鍵的有O、S等,形成三條共價鍵的有B、Al、N、P等(N、P常含有孤電子對),形成四條共價鍵的有C、Si、N、P、B、Al等(N、P、B、Al常形成配位鍵)。
12.(2021·河北,12,4分,難度★★★★)番木鱉酸具有一定的抗炎、抗菌活性,結構如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)

A.1 mol該物質與足量飽和NaHCO3溶液反應,可放出22.4 L(標準狀況)CO2
B.一定量的該物質分別與足量Na、NaOH反應,消耗二者物質的量之比為5∶1
C.1 mol該物質最多可與2 mol H2發(fā)生加成反應
D.該物質可被酸性KMnO4溶液氧化
解析 BC　本題考查了有機物的結構、官能團的性質。1 mol該有機物中含有1 mol羧基,可與1 mol NaHCO3反應生成1 mol CO2,標準狀況下為22.4 L,A項正確;1 mol該有機物中含有5 mol羥基和1 mol羧基,與Na或NaOH反應,分別消耗6 mol Na和1 mol NaOH,消耗兩者物質的量之比為6∶1,B項錯誤;1 mol該有機物中含有1 mol碳碳雙鍵,最多與1 mol H2發(fā)生加成反應,C項錯誤;該有機物中含有碳碳雙鍵和羥基,可被酸性高錳酸鉀溶液氧化,D項正確。
13.(2021·河北,13,4分,難度★★★★)室溫下,某溶液初始時僅溶有M和N且濃度相等,同時發(fā)生以下兩個反應:①M+NX+Y;②M+NX+Z。反應①的速率可表示為v1=k1c2(M),反應②的速率可表示為v2=k2c2(M)(k1、k2為速率常數(shù))。反應體系中組分M、Z的濃度隨時間變化情況如圖。下列說法錯誤的是(　　)

A.0~30 min時間段內,Y的平均反應速率為6.67×10-3 mol·L-1·min-1
B.反應開始后,體系中Y和Z的濃度之比保持不變
C.如果反應能進行到底,反應結束時62.5%的M轉化為Z
D.反應①的活化能比反應②的活化能大
解析A　考查化學反應速率的計算、轉化率的計算、化學反應速率與活化能的關系等。反應①和②為競爭反應,由速率方程式可知,兩個反應差異在速率常數(shù)的大小。圖中顯示,0~30 min內Δc(Z)=0.125 mol·L-1,Δc(M)=0.5 mol·L-1-0.3 mol·L-1=0.2 mol·L-1,Δc2(M)=Δc(Z)=0.125 mol·L-1,Δc(Y)=Δc1(M)=0.2 mol·L-1-0.125 mol·L-1=0.075 mol·L-1,v(Y)=0.075 mol·L-1÷30 min=0.002 5 mol·L-1·min-1,A項錯誤;由速率方程可知,v1v2=k1k2=Δc(Y)Δc(Z)=0.0750.125=35,說明反應②的活化能較小,且濃度比保持不變,若反應進行到底,反應結束時,M轉化為Z的比例為58×100%=62.5%,B、C、D項正確。
三、非選擇題:共57分。第14~16題為必考題,每個試題考生都必須作答。第17~18題為選考題,考生根據(jù)要求作答。
(一)必考題:共42分。
14.(2021·河北,14,14分,難度★★★★)化工專家侯德榜發(fā)明的侯氏制堿法為我國純堿工業(yè)和國民經濟發(fā)展做出了重要貢獻。某化學興趣小組在實驗室中模擬并改進侯氏制堿法制備NaHCO3,進一步處理得到產品Na2CO3和NH4Cl,實驗流程如圖:

回答下列問題:
(1)從A~E中選擇合適的儀器制備NaHCO3,正確的連接順序是　　　　　(按氣流方向,用小寫字母表示)。為使A中分液漏斗內的稀鹽酸順利滴下,可將分液漏斗上部的玻璃塞打開或　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　。?

(2)B中使用霧化裝置的優(yōu)點是?
　。?
(3)生成NaHCO3的總反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(4)反應完成后,將B中U形管內的混合物處理得到固體NaHCO3和濾液:
①對固體NaHCO3充分加熱,產生的氣體先通過足量濃硫酸,再通過足量Na2O2,Na2O2增重0.14 g,則固體NaHCO3的質量為　　　　 g。?
②向濾液中加入NaCl粉末,存在NaCl(s)+NH4Cl(aq)NaCl(aq)+NH4Cl(s)過程。為使NH4Cl沉淀充分析出并分離,根據(jù)NaCl和NH4Cl溶解度曲線,需采用的操作為　　　　、　　　　、洗滌、干燥。?

(5)無水Na2CO3可作為基準物質標定鹽酸濃度。稱量前,若無水Na2CO3保存不當,吸收了一定量水分,用其標定鹽酸濃度時,會使結果　　　　(填標號)。?
A.偏高　　　　B.偏低　　　　C.不變
答案 (1)aefbcghd　旋轉玻璃塞,使分液漏斗上部的小孔對準玻璃塞的凹槽
(2)使CO2與飽和氨鹽水充分接觸,增大反應速率,使反應充分(答案合理即可)
(3)NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3↓+NH4Cl
(4)①0.84?、诶鋮s結晶　過濾
(5)A
解析 本題以侯氏制堿法為知識載體,考查了物質制備實驗、實驗基本操作、物質分離、誤差分析等知識。
(1)利用CO2和飽和氨鹽水制備NaHCO3,在通入飽和氨鹽水之前,應將混入CO2氣體中的HCl氣體通入飽和NaHCO3溶液除去,未反應的CO2利用NaOH溶液吸收;氨氣利用飽和食鹽水吸收,防止氨氣污染環(huán)境,故儀器的連接順序為aefbcghd。為使裝置A中分液漏斗中的稀鹽酸順利滴下,可將分液漏斗上部的玻璃塞打開,或旋轉玻璃塞,使分液漏斗上部的小孔對準玻璃塞的凹槽。(2)裝置B使用霧化裝置,是為了增大CO2與飽和氨鹽水的接觸面積,增大反應速率,使反應更充分。(3)生成NaHCO3的總反應的化學方程式為NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3↓+NH4Cl。(4)①根據(jù)2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,2Na2O2+2CO2 2Na2CO3+O2可知,對固體NaHCO3充分加熱后,產生的氣體先通入濃硫酸后剩余的氣體為CO2,CO2與Na2O2反應,增加的質量相當于CO的質量,根據(jù)關系式2NaHCO3~ CO2~CO,可知NaHCO3的物質的量為0.01 mol,其質量為0.01 mol×84 g·mol-1=0.84 g;②根據(jù)NaCl和NH4Cl的溶解度曲線,降溫到10 ℃以下,析出大量NH4Cl晶體,過濾、洗滌、干燥,得到NH4Cl晶體。(5)若無水Na2CO3吸收水分,準確稱取一定質量Na2CO3所配制標準液中溶質的物質的量濃度偏小,標定鹽酸時,所滴加稀鹽酸的體積將偏小,根據(jù)公式c(HCl)=c(Na2CO3)·V(Na2CO3)V(HCl)知,c(HCl)值增大,故選A項。
15.(2021·河北,15,14分,難度★★★★)綠色化學在推動社會可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。某科研團隊設計了一種熔鹽液相氧化法制備高價鉻鹽的新工藝,該工藝不消耗除鉻鐵礦、氫氧化鈉和空氣以外的其他原料,不產生廢棄物,實現(xiàn)了Cr-Fe-Al-Mg的深度利用和Na+內循環(huán)。工藝流程如下:

回答下列問題:
(1)高溫連續(xù)氧化工序中被氧化的元素是　　　　(填元素符號)。?
(2)工序①的名稱為　　　　。?
(3)濾渣Ⅰ的主要成分是　　 　　　(填化學式)。?
(4)工序③中發(fā)生反應的離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　。?
(5)物質Ⅴ可代替高溫連續(xù)氧化工序中的NaOH,此時發(fā)生的主要反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,可代替NaOH的化學試劑還有　　　　(填化學式)。?
(6)熱解工序產生的混合氣體最適宜返回工序　　　　(填“①”“②”“③”或“④”)參與內循環(huán)。?
(7)工序②溶液中的鋁元素恰好完全轉化為沉淀的pH為　　　　　　。(通常認為溶液中離子濃度小于10-5 mol·L-1為沉淀完全:Al(OH)3+OH-Al(OH)4-　K=100.63;KW=10-14;Ksp[Al(OH)3]=10-33)?
答案 (1)Cr和Fe
(2)溶解
(3)Fe2O3和MgO
(4)2Na++2CrO42-+2CO2+H2OCr2O72-+2NaHCO3↓
(5)16NaHCO3+4Fe(CrO2)2+7O28Na2CrO4+2Fe2O3+16CO2+8H2O　Na2CO3
(6)②
(7)8.37
解析 本題借助高價鉻鹽的制備考查了氧化還原反應、濾渣成分判斷、工藝名稱、化學方程式書寫、物質循環(huán)利用及沉淀溶解平衡計算等知識。鉻鐵礦、熔融NaOH與O2反應后加入H2O過濾,生成濾渣Ⅰ和介穩(wěn)態(tài)相,介穩(wěn)態(tài)相分離后得到鉻酸鹽、NaOH溶液和無色溶液,無色溶液中通入過量氣體A后生成Al(OH)3沉淀,所以氣體A為CO2,物質Ⅴ為NaHCO3。介穩(wěn)態(tài)相中含鋁、鉻元素,所以濾渣Ⅰ為Fe2O3和MgO。MgO與過量CO2和水蒸氣反應生成碳酸氫鎂,所以物質Ⅱ為Mg(HCO3)2;Mg(HCO3)2熱解生成MgCO3、CO2和H2O,所以混合氣體Ⅳ為CO2和H2O。
(1)因為鉻鐵礦中鐵元素為+2價、鉻元素為+3價,結合后續(xù)產物中元素化合價分析,高溫連續(xù)氧化工序中被氧化的元素是Cr、Fe。
(2)工序①是向固體混合物中加入H2O,然后進行過濾分離得到濾渣和溶液,屬于溶解浸出過程。
(3)經過高溫連續(xù)氧化并溶解后,鉻鐵礦轉化為Na2CrO4、NaAl(OH)4、Fe2O3和MgO,所以濾渣Ⅰ的主要成分為Fe2O3和MgO,通過過濾與溶液分離出來。
(4)工序③中,在酸性條件下,Na2CrO4與CO2、H2O反應生成重鉻酸根離子和碳酸氫鈉(析出),離子方程式為2Na++2CrO42-+2CO2+H2OCr2O72-+2NaHCO3↓。
(5)由分析可知,物質Ⅴ為NaHCO3,所以依據(jù)題給信息,此時發(fā)生的反應為16NaHCO3+4Fe(CrO2)2+7O28Na2CrO4+2Fe2O3+16CO2+8H2O。Na2CO3也可與鉻鐵礦、氧氣發(fā)生反應,所以NaOH還能用Na2CO3代替。
(6)熱解工序產生的氣體為二氧化碳和水蒸氣的混合氣體,所以還能用于工序②參與內循環(huán)。
(7)工序Ⅳ中發(fā)生的反應為Al(OH)4-Al(OH)3+OH-。
設c(OH-)為x mol·L-1,列式計算:
Al(OH)3+OH-xAl(OH)4-10-5
由題意得,K=10-5x=100.63,解得x=10-5.63;依據(jù)常溫下KW=10-14,則pH=8.37。
16.(2021·河北,16,14分,難度★★★★★)當今,世界多國相繼規(guī)劃了碳達峰、碳中和的時間節(jié)點。因此,研發(fā)二氧化碳利用技術、降低空氣中二氧化碳含量成為研究熱點。
(1)大氣中的二氧化碳主要來自于煤、石油及其他含碳化合物的燃燒。已知25 ℃時,相關物質的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表:
物質
H2(g)
C(石墨,s)
C6H6(l)
燃燒熱ΔH(kJ·mol-1)
-285.8
-393.5
-3 267.5

則25 ℃時H2(g)和C(石墨,s)生成C6H6(l)的熱化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(2)雨水中含有來自大氣的CO2,溶于水中的CO2進一步和水反應,發(fā)生電離:
①CO2(g)CO2(aq)
②CO2(aq)+H2O(l)H+(aq)+HCO3-(aq)
25 ℃時,反應②的平衡常數(shù)為K。
溶液中CO2的濃度與其在空氣中的分壓成正比(分壓=總壓×物質的量分數(shù)),比例系數(shù)為y mol·L-1·kPa-1,大氣中CO2(g)的物質的量分數(shù)為x時,溶液中H+濃度為　　　　　 mol·L-1(寫出表達式,考慮水的電離,忽略HCO3-的電離)。?
(3)105 ℃時,將足量的某碳酸氫鹽(MHCO3)固體置于真空恒容容器中,存在如下平衡:
2MHCO3(s)M2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)
上述反應達平衡時體系的總壓為46 kPa。
保持溫度不變,開始時在體系中先通入一定量的CO2(g),再加入足量MHCO3(s),欲使平衡時體系中水蒸氣的分壓小于5 kPa,CO2(g)的初始壓強應大于　　　　 kPa。?
(4)我國科學家研究Li-CO2電池,取得了重大科研成果。回答下列問題:
①Li-CO2電池中,Li為單質鋰片,則該電池中的CO2在　　　　(填“正”或“負”)極發(fā)生電化學反應。研究表明,該電池反應產物為碳酸鋰和單質碳,且CO2電還原后與鋰離子結合形成碳酸鋰按以下4個步驟進行,寫出步驟Ⅲ的離子方程式。?
Ⅰ.2CO2+2e-C2O42-
Ⅱ.C2O42-CO2+CO22-
Ⅲ.　　　　　　　　　　　　　　　　?
Ⅳ.CO32-+2Li+Li2CO3
②研究表明,在電解質水溶液中,CO2氣體可被電化學還原。
Ⅰ.CO2在堿性介質中電還原為正丙醇(CH3CH2CH2OH)的電極反應方程式為　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　。?
Ⅱ.在電解質水溶液中,三種不同催化劑(a、b、c)上CO2電還原為CO的反應進程中(H+電還原為H2的反應可同時發(fā)生),相對能量變化如圖。由此判斷,CO2電還原為CO從易到難的順序為　　　　(用a、b、c字母排序)。?

(a)CO2電還原為CO

(b)H+電還原為H2
答案 (1)3H2(g)+6C(石墨,s)C6H6(l)　ΔH=+49.1 kJ·mol-1
(2)KPxy+KW
(3)36
(4)①正　2CO22-+CO22CO32-+C
②3CO2+18e-+13H2OCH3CH2CH2OH+18OH-　c>a>b
解析 本題為化學反應原理綜合題,考查了熱化學方程式的書寫與蓋斯定律的應用、化學平衡常數(shù)有關計算、化學電源正負極的判斷與電極反應式書寫、反應速率快慢的判斷等。
(1)根據(jù)H2(g)、C(石墨,s)和C6H6(l)的燃燒熱,寫出其熱化學方程式分別為H2(g)+12O2(g)H2O(l)　ΔH1=-285.8 kJ·mol-1①,C(石墨,s) +O2(g) CO2(g)　ΔH2=-393.5 kJ·mol-1②,C6H6(l)+152O2(g)6CO2(g)+3H2O(l)　ΔH3=-3 267.5 kJ·mol-1③,H2(g)與C(石墨,s)反應生成C6H6(l)的化學方程式為3H2(g)+6C(石墨,s)C6H6(l),根據(jù)蓋斯定律得ΔH=ΔH1×3+ΔH2×6-ΔH3,即熱化學方程式為3H2(g)+6C(石墨,s)C6H6(l)　ΔH=+49.1 kJ·mol-1。(2)因為K=c(H+)·c(HCO3-)c(CO2)aq,將c(CO2)aq=xyP代入得c(HCO3-)=xyKPc(H+)。根據(jù)電荷守恒:c(H+)=c(HCO3-)+c(OH-)=xyKPc(H+)+KWc(H+),則c(H+)=KPxy+KW。(3)根據(jù)化學方程式2MHCO3(s)Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g),真空恒容容器中,平衡時體系中水蒸氣分壓小于5 kPa,則生成的CO2氣體的分壓也應小于5 kPa,CO2(g)的初始壓強應大于46 kPa-10 kPa=36 kPa。(4)①Li-CO2電池中,Li失電子作負極,CO2在正極發(fā)生還原反應;根據(jù)反應Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ和有單質碳生成可知,反應Ⅲ為2CO22-+CO22CO32-+C;②CO2在堿性介質中電還原為正丙醇,其電極反應式為3CO2+18e-+13H2OCH3CH2CH2OH+18OH-; 根據(jù)圖示(a)和(b)反應相對能量變化可推知,CO2電還原為CO由易到難的順序為c>a>b。
(二)選考題:共15分。請考生從2道題中任選一題作答,并用2B鉛筆將答題卡上所選題目對應的題號右側方框涂黑,按所涂題號進行評分;多涂、多答,按所涂的首題進行評分;不涂,按本選考題的首題進行評分。
17.(2021·河北,17,15分,難度★★★★★)[選修3:物質結構與性質]
KH2PO4晶體具有優(yōu)異的非線性光學性能。我國科學工作者制備的超大KH2PO4晶體已應用于大功率固體激光器,填補了國家戰(zhàn)略空白。回答下列問題:
(1)在KH2PO4的四種組成元素各自所能形成的簡單離子中,核外電子排布相同的是　　　　(填離子符號)。?
(2)原子中運動的電子有兩種相反的自旋狀態(tài),若一種自旋狀態(tài)用+12表示,與之相反的用-12表示,稱為電子的自旋磁量子數(shù)。對于基態(tài)的磷原子,其價電子自旋磁量子數(shù)的代數(shù)和為　　　　。?
(3)已知有關氮、磷的單鍵和三鍵的鍵能(kJ·mol-1)如下表:
N—N
N≡N
P—P
P≡P
193
946
197
489

從能量角度看,氮以N2而白磷以P4(結構式可表示為)形式存在的原因是?
　。?
(4)已知KH2PO2是次磷酸的正鹽,H3PO2的結構式為　　　　,其中P采取　　　　雜化方式。?
(5)與PO43-電子總數(shù)相同的等電子體的分子式為　　　　。?
(6)磷酸通過分子間脫水縮合形成多磷酸,如:
++
　 　　　


如果有n個磷酸分子間脫水形成環(huán)狀的多磷酸,則相應的酸根可寫為　　　　。?
(7)分別用、表示H2PO4-和K+,KH2PO4晶體的四方晶胞如圖(a)所示,圖(b)、圖(c)分別顯示的是H2PO4-、K+在晶胞xz面、yz面上的位置:

①若晶胞底邊的邊長均為a pm、高為c pm,阿伏加德羅常數(shù)的值為NA,晶體的密度為　　　　 g·cm-3(寫出表達式)。?
②晶胞在x軸方向的投影圖為　　　　(填標號)。?

答案 (1)K+、P3-
(2)+32或-32
(3)N2中N≡N鍵能較大、分子較穩(wěn)定;P4中有6個P—P鍵鍵能較大,較穩(wěn)定
(4)　sp3
(5)SiF4
(6)PnO3nn-
(7)4×136NA×a2×c×10-30　B
解析 本題考查物質結構與性質。涉及核外電子排布、磁量子數(shù)及計算、物質結構式和中心原子雜化方式、等電子體、化學式的書寫、物質存在形式的原因分析和晶體密度計算等,難度中等。
(1)在KH2PO4的四種組成元素中,各自形成的簡單離子,K+與P3-的核外電子排布相同。
(2)基態(tài)磷原子的價電子排布式為3s23p3,3s2的兩個電子的自旋磁量子數(shù)一個是+12、一個是-12,代數(shù)和為0;3p3的三個電子的自旋狀態(tài)相同,若自旋磁量子數(shù)都是+12,則其價電子的自旋磁量子數(shù)的代數(shù)和為+32,若自旋磁量子數(shù)都是-12,其價電子的自旋磁量子數(shù)的代數(shù)和為-32。
(3)由鍵能數(shù)據(jù)可知,N≡N的鍵能(946 kJ·mol-1)大于3個N—N的鍵能之和(579 kJ·mol-1),而P≡P的鍵能(489 kJ·mol-1)小于3個P—P的鍵能之和(591 kJ·mol-1),共價鍵鍵能越大,鍵越牢固,分子越穩(wěn)定。
(4)由信息“KH2PO2是次磷酸的正鹽”,說明次磷酸(H3PO2)為一元酸,則其結構式為,中心原子P采取sp3雜化。
(5)磷酸根離子(PO43-)含有5個原子、價電子總數(shù)為32,則其等電子體中屬于分子的是SiF4。
(6)由圖所示結構得,n個磷酸分子形成環(huán)狀多磷酸脫去n分子H2O,則多磷酸的分子式中H、P、O對應的分子數(shù)目為3n-2n=n、n、4n-n=3n,即多磷酸分子式為HnPnO3n,故酸根可寫為PnO3nn-。
(7)①根據(jù)均攤法計算得,一個晶胞中有8×18+4×12+1=4個白球,6×12+4×14=4個黑球,則晶體的密度為ρ=mV=4×136NAa2c×10-30 g·cm-3=4×136NA×a2c×10-30 g·cm-3。
②根據(jù)晶胞空間結構中原子的位置關系可知,其在x軸上投影圖為B。
【易錯警示】本題中信息給出“KH2PO2是次磷酸的正鹽”,需要考生明確正鹽的真正含義,理解并不是化學式中含有氫元素的鹽就是酸式鹽。
特別注意,對于無機含氧酸,一般按照分子中含有—OH的數(shù)目來確定為幾元酸。本題中“KH2PO2是次磷酸的正鹽”說明次磷酸分子中只含有一個—OH,因此次磷酸為一元酸。
18.(2021·河北,18,15分,難度★★★★★)[選修5:有機化學基礎]
丁苯酞(NBP)是我國擁有完全自主知識產權的化學藥物,臨床上用于治療缺血性腦卒中等疾病。ZJM-289是一種NBP開環(huán)體(HPBA)衍生物,在體內外可經酶促或化學轉變成NBP和其他活性成分,其合成路線如下:

已知信息:
+R2CH2COOH
(R1=芳基)
回答下列問題:
(1)A的化學名稱為　　　　。?
(2)D有多種同分異構體,其中能同時滿足下列條件的芳香族化合物的結構簡式為　　　　　　　　、　　　　　　　　。?
①可發(fā)生銀鏡反應,也能與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應;
②核磁共振氫譜有四組峰,峰面積比為1∶2∶2∶3。
(3)EF中步驟1)的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。?
(4)GH的反應類型為　　　　　　。若以NaNO3代替AgNO3,則該反應難以進行,AgNO3對該反應的促進作用主要是因為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　。?
(5)HPBA的結構簡式為　　　　　　　　。通常酯化反應需在酸催化、加熱條件下進行,對比HPBA和NBP的結構,說明常溫下HPBA不穩(wěn)定、易轉化為NBP的主要原因　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　。?
(6)W是合成某種抗瘧疾藥物的中間體類似物。設計由2,4-二氯甲苯()和對三氟甲基苯乙酸()制備W的合成路線?
　。?
(無機試劑和四個碳以下的有機試劑任選)

答案 (1)鄰二甲苯(或1,2-二甲苯)
(2)　
(3)+3NaOH+CH3COONa+2H2O
(4)取代反應　Ag+與Br-生成AgBr沉淀,使c(Br-)減小,促進反應進行
(5)　NBP轉化為HPBA要在低溫下進行,說明該反應放熱,常溫下NBP比HPBA穩(wěn)定
(6)

+

解析 本題考查了有機物的合成與推斷。(1)根據(jù)有機化合物A的分子式和物質B以及反應條件可知,A為,其名稱為鄰二甲苯或1,2-二甲苯。(2)根據(jù)物質D的分子結構及同分異構體的要求,說明其同分異構體中含有醛基、酚羥基,核磁共振氫譜有四組峰,則同分異構體應均有對稱性,再根據(jù)核磁共振氫譜峰面積之比,即可得出符合題目要求的同分異構體為和
。 (3)EF中步驟1)的化學方程式為+3NaOH+CH3COONa+2H2O。(4)比較物質G和H,只是將取代基中的—Br原子替換成—ONO2,屬于取代反應;若用NaNO3代替AgNO3,反應難以進行,說明AgNO3中Ag+與Br-生成AgBr沉淀,使c(Br-)減小,促進物質G中碳溴間的共價鍵斷裂。(5)根據(jù)NBP中所含的官能團和反應條件,NBP生成HPBA是NBP酯基在堿性條件水解,然后在酸性條件下生成HPBA,故HPBA的結構簡式為;由于HPBA在常溫下不穩(wěn)定,易轉化為NBP,說明NBP轉化為HPBA為放熱反應。(6)根據(jù)有機合成及反應物和產物的結構與官能團的轉化,可推知由和制備W的合成路線為+
。


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