第22講化學綜合計算真題賞析氮的單質及其化合物在生活和生產中有很重要的用途。(1)氨是合成硝酸、銨鹽和氮肥的基本原料。在一定條件下用氮氣和氫氣合成氨氣，然后再用氨氧化法制取硝酸。在整個生產過程中，氮氣的利用率為85%。寫出氨氧化法制取硝酸的反應式?，F有0.2t液態氮，能生產出濃度為40%的硝酸kg。(2)向27.2gCu和Cu2O的混合物中加入某濃度的稀硝酸0.5L，固體物質完全反應，生成NO和Cu(NO3)2。在所得溶液中加入1.0mol?L1的NaOH溶液①Cu與Cu2O的物質的量之比？②硝酸的物質的量濃度？(3)將30mLNO和O2混合氣體通入過量NaOH溶液中，充分反應后，溶液中只含兩種溶質(不考慮水解)，且剩余氣體體積為2mL。求原混合氣體中NO和O2體積比？KClO3是一種常見的氧化劑，常用于醫藥工業、印染工業和制造煙火。實驗室用KClO3和MnO2混合加熱制氧氣，現取KClO3和MnO2的混合物16.60g加熱至恒重，將反應后的固體加15g水充分溶解，剩余固體6.55g(25℃)，再加5g水充分溶解，仍剩余固體(1)若剩余的4.80g固體全是MnO2，則原混合物中KClO3的質量為(2)若剩余的4.80g固體是MnO2①求25℃②求原混合物中KClO3的質量；③所得KCl溶液的密度為1.72g/cm3，則溶液的物質的量濃度為多少？((3)工業常利用3Cl2+6KOHKClO3+5KCl+3H2O，制取KClO3(混有KClO)。實驗室模擬KClO3制備，在熱的KOH溶液中通入一定量氯氣充分反應后，測定溶液中n(K+)：n(Cl)=14：11，將所得溶液低溫蒸干，那么在得到的固體中KClO3的質量分數的取值范圍為多少？(用小數表示，保留3位小數)甲醇合成反應為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。工業上用天然氣為原料，分為兩階段：Ⅰ.制備合成氣：用天然氣和水制取原料氣的方程式為__________________。原料氣中常添加CO2以解決合成氣中H2過量CO不足的問題，請用方程式解釋原因：__________。為了使合成氣配比最佳，理論上原料氣中甲烷與二氧化碳體積比為____。Ⅱ.合成甲醇：(1)反應過程中物質能量變化如圖所示。寫出合成甲醇的熱化學方程式：_____________________________。實驗室在1L密閉容器中進行模擬合成實驗。將1molCO和2molH2通入容器中，分別恒溫在300℃和50010min20min30min40min50min60min3000.400.600.750.840.900.905000.600.750.780.800.800.80(2)在300℃反應開始10分鐘內，H2(3)500℃平衡常數K(4)在另一體積不變的容器中，充入1.2molCO和2.0molH2，一定條件下達到平衡，測得容器內壓強為起始的一半。計算該條件下H2轉化率為________。甲醇是結構最為簡單的飽和一元醇，又稱“木醇”或“木精”。甲醇是一碳化學基礎的原料和優質的燃料，主要應用于精細化工、塑料、能源等領域。已知甲醇制備的有關化學反應如下：反應①：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)△H1＝－90.77kJ/mol反應②：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)△H2反應③：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)△H3＝－49.58kJ/mol(1)反應②的△H2＝__________________。 (2)若500℃時三個反應的平衡常數依次為K1、K2與K3，則K3＝_________(用K1、K2表示)。已知500℃時K1、K2的值分別為2.5、1.0，并測得該溫度下反應③在某時刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度(mol/L)分別為0.8、0.1、0.3、0.15，則此時v正________v逆(填“＞”“＝”或“＜”(3)在3L容積可變的密閉容器中發生反應②，c(CO)隨反應時間t變化如圖中曲線I所示。若在t0時刻分別改變一個條件，曲線I變為曲線II和曲線III。當曲線I變為曲線II時，改變的條件是(4)甲醇燃料電池可能成為未來便攜電子產品應用的主流。某種甲醇燃料電池工作原理如圖所示，則通入a氣體的電極電極反應式為。(5)一定條件下甲醇與一氧化碳反應可以合成乙酸。常溫條件下，將amol/L的CH3COOH與bmol/LBa(OH)2溶液等體積混合，充分反應后，2c(Ba2＋)＝c(CH3COO－)，用含a和b某氮鋁化合物X具有耐高溫、抗沖擊、導熱性好等優良性質，被廣泛應用于陶瓷工業等領域。(1)基態氮原子的核外電子排布式為____________。(2)工業上用氧化鋁與氮氣和碳在一定條件下反應生成X和CO，X的晶體結構如圖所示，其化學式為________，工業制備X的化學方程式為_______________________。(3)X晶體中包含的化學鍵類型為________(填字母)。A.離子鍵B.共價鍵C.配位鍵D.金屬鍵X晶體中氮原子的雜化類型為________雜化。(4)已知氮化硼與X晶體類型相同，氮化硼的熔點比X高，可能的原因是__________________________________________________________________________________________。(5)若X的密度為ρg·cm3，則晶體中最近的兩個Al原子的距離為________cm。(阿伏加德羅常數的值用NA表示)A、B、C、D、E是元素周期表中五種短周期元素，原子序數依次增大，A、B、C、D位于同一周期，已知A原子核外有3個能級，且每個能級上的容納的電子數目相同。C與E同主族，且C的單質為空氣中的主要成分。X元素的原子核外有26個運動狀態完全不同的電子，回答下列問題：(1)C、D、E中第一電離能最大的是______(填元素符號)，X的價電子排布式為______。(2)B的氣態氫化物分子呈________形，該分子的中心原子的雜化方式為________。(3)A的一種單質相對分子質量為720，分子構型為一個32面體，其中有12個五元環，20個六元環(如圖1)，則1molA的這種單質中π鍵的數目為________。(4)X元素對應的單質在形成晶體時，采用如圖2所示的堆積方式。則這種堆積模型的配位數為________，如果X的原子半徑為acm；阿伏加德羅常數的值為NA，則計算此單質的密度表達式為________g/cm3(不必化簡)。砷的一些化合物常用作半導體、除草劑、殺鼠藥等。回答下列問題：(1)基態As原子的核外電子排布式為[Ar]________，有________個未成對電子。(2)鎵氮砷合金材料的太陽能電池效率達40%。Ga、N、As電負性由大至小的順序是。(3)As4O6的分子結構如圖所示，其中As原子的雜化方式為____，1molAs4O6含有σ鍵的物質的量為_________mol。(4)As與N是同主族元素，AsH3的沸點(－62.5℃)比NH3的沸點(－33.5℃)低，原因是(5)H3AsO4和H3AsO3是砷的兩種含氧酸，根據結構與性質的關系，H3AsO4的酸性比H3AsO3強的原因是。(6)晶胞有兩個基本要素：①原子坐標參數：表示晶胞內部各原子的相對位置，LiZnAs基稀磁半導體的晶胞如圖所示。594pmA594pmABC其中原子坐標參數A處Li為(0，0，)；B處As為(，，)；C處Li的坐標參數為。②晶胞參數，描述晶胞的大小和形狀，已知LiZnAs單晶的晶胞參數，a=594pm，NA表示阿伏加德羅常數的數值，其密度為__________g·cm3(列出計算式即可)。已知銅的配合物A(結構如圖)。請回答下列問題：(1)Cu的簡化電子排布式為。(2)A所含三種元素C、N、O的第一電離能由大到小的順序為。其中氧原子的雜化軌道類型為。(3)配體氨基乙酸根(H2NCH2COO)受熱分解可產生CO2和N2，N2中σ鍵和π鍵數目之比是；N2O與CO2互為等電子體，且N2O分子中O只與一個N相連，則N2O的電子式為。(4)在Cu催化下，甲醇可被氧化為甲醛(HCHO)，甲醛分子中H－C＝O的鍵角(選填“大于”“等于”或“小于”)120°；甲醛能與水形成氫鍵，請在圖中表示出來。(5)立方氮化硼(如圖)與金剛石結構相似，是超硬材料。立方氮化硼晶體內BN鍵數與硼原子數之比為；結構化學上用原子坐標參數表示晶胞內部各原子的相對位置，右圖立方氮化硼的晶胞中，B原子的坐標參數分別有：B(0，0，0)、B(，0，)、B(，，0)等，則距離上述三個B原子最近且等距的N原子的坐標參數為。

第22講化學綜合計算真題賞析(1)4NH3+5O24NO+6H2O2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO1912.5

(2)①2：12.4mol/L

(3)3：2或8：7解析：(1)氨氧化法制取硝酸涉及的化學方程式：4NH3+5O24NO+6H2O，2NO+O2=2NO2，3NO2+H2O=2HNO3+NO；設能生產出濃度為40%的硝酸xkg，則：N2～2HNO328126200kg×85%40%x則=解得x=1912.5。(2)①在所得溶液中加入NaOH溶液后，此時溶液呈中性，金屬離子已完全沉淀，溶液中溶質為NaNO3，n(NaNO3)=n(NaOH)=1.0mol/L×1.0L=1mol，沉淀為Cu(OH)2，質量為39.2g，Cu(OH)2的物質的量為：=0.4mol，根據銅元素守恒有：n(Cu)+2n(Cu2O)=n[Cu(OH)2]，所以反應后的溶液中n[Cu(NO3)2]=n[Cu(OH)2設Cu和Cu2O的物質的量分別為xmol、ymol，根據二者質量可得：64x+144y=27.2，根據銅原子守恒可得：x+2y=0.4，解得：x=0.2，y=0.1，所以原固體混合物中Cu和Cu2O的物質的量之比為2：1。②根據電子守恒可知：3n(NO)=2n(Cu)+2n(Cu2O)，即3n(NO)=2×0.2mol+2×0.1mol，則n(NO)=0.2mol，根據N元素守恒可知n(HNO3)=n(NO)+n(NaNO3)=0.2mol+1.0mol/L×1.0L=1.2mol，所以原硝酸溶液的濃度為1.2mol/0.5L=2.4(3)氫氧化鈉溶液過量，反應后溶液中只含兩種溶質，則反應生成NaNO3，反應方程式為：4NO+3O2+4NaOH=4NaNO3+2H2O，發生反應的NO和O2的總體積為：30mL－2mL=28mL，若剩余的2mL為NO時，氧氣體積為28mL×=12mL，NO體積為：30mL12mL=18mL，原混合氣體中NO和O2體積比為：18mL：12mL=3：2；若剩余的2mL為氧氣時，NO體積為28mL×=16mL，氧氣體積為：30mL－16mL=14mL，原混合氣體中NO和O2體積比為：16mL：14mL=8：7。(1)11.80

(2)①35g②12.25g③5.99mol/L解析：(1)若剩余的4.80g固體全是MnO2，m(KClO3)=16.60g(2)若剩余的4.80g固體是MnO2和KCl的混合物，6.55g4.80①則100g水溶解KCl的質量為：×100g=35g②由題可知，向反應后的固體中共加水20g，20g水溶解氯化鉀的質量=1.75g×4=7g，反應前后質量減少的質量為氧氣的質量，氧氣的質量為：16.60g7g③溶液的質量=20g+7g=27g(3)測定溶液中n(K+)：n(Cl)=14：11，假設K+、Cl分別為14mol、11mol。因氯由0價變成1價，可知反應中轉移了11mol電子。若為氯酸鉀和次氯酸鉀的混合物，根據K+守恒，可知二者的物質的量之和為3mol。設氯酸鉀的物質的量為xmol，由電子守恒可知：5x+(3－x)=11，x=2，則氯酸鉀為2mol，次氯酸鉀為1mol，所以得到的晶體是11molKCl、1molKClO、2molKClO3，氯酸鉀的質量分數為：≈0.212；若為氯酸鉀和氫氧化鉀的混合物，根據得失電子守恒可知，氯酸鉀的物質的量為：=2.2mol，氫氧化鉀的物質的量為：14mol－11mol－2.2mol=0.8mol，所以氯酸鉀的質量分數為：≈0.238。故得到的固體中KClO3的質量分數的取值范圍為0.212～0.238。Ⅰ.CH4＋H2O(g)CO＋3H2；CO2＋H2CO＋H2O；3∶1；Ⅱ.(1)CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH＝－(b－a)kJ/mol(2)0.080mol/(L·min)；(3)25；(4)80%。解析：Ⅰ.甲烷與水反應生成CO、H2，CO2與H2反應可生成水、CO。由CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)可知，理論上CO與H2按物質的量之比1∶2進行反應。由反應CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)可知，1molCH4生成1molCO與3molH2，H2過量1mol，過量的H2與CO2反應的方程式為：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，由此可知1molH2需molCO2，所以理論上原料氣中CH4與CO2的體積比為：1mol∶mol＝3∶1。Ⅱ.(1)由反應過程中物質能量變化圖可知，1molCO(g)與2molH2(g)完全反應生成1molCH3OH(g)放出熱量為(b－a)kJ，所以合成甲醇的熱化學方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH＝－(b－a)kJ/mol；(2)由表中數據可知10min內，甲醇的濃度變化為0.40mol/L，所以v(CH3OH)＝＝0.040mol/(L·min)，速率比等于化學計量數之比，所以v(H2)＝2v(CH3OH)＝2×0.040mol/(L·min)＝0.080mol/(L·min)；(3)由表中數據可知500℃，反應40min時，達平衡狀態，甲醇的平衡濃度為0.80mol/L，CO的起始濃度為1mol/L、H2CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)c(始)(mol/L)：120c(變)(mol/L)：0.801.600.80c(平)(mol/L)：0.200.400.80所以500℃平衡常數K＝＝25；(4)平衡時混合氣體的總物質的量為(1.2mol＋2mol)×0.5＝1.6mol，設反應的CO的物質的量為x，則：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)Δn122x2x1.6mol，解得x＝0.8mol，所以氫氣的轉化率為×100%＝80%。(1)+41.19kJ?mol1；(2)K1?K2；＞；(3)加入催化劑；2(4)CH3OH－6e－+H2O=CO2+6H+；(5)。解析：(1)根據蓋斯定律，反應②=反應③－反應①，則△H2=△H3－△H1=－49.58kJ/mol－(－90.77kJ/mol)=+41.19kJ/mol；(2)由反應方程式可知：K1=、K2=、K3=，故K3=K1?K2。因500℃時K1、K2的值分別為2.5、1.0，則K3=2.5×1.0=2.5，該溫度下反應③在某時刻的Qc==≈0.9＜K3，反應正向進行，則此時v正＞v逆。(3)分析圖像知t0時刻改變一個條件，曲線I變為曲線II，CO的平衡濃度沒有變化而達到平衡的時間縮短，改變的條件是加入催化劑；反應②為反應前后氣體物質的量不變的反應，改變壓強，平衡不移動，曲線I變為曲線III時，CO的濃度由0.3mol/L變為0.45mol/L，容器的體積由3L變為(4)根據外電路電子流向可知，左側電極為負極，甲醇失電子，生成CO2和H+，電極反應式為：CH3OH－6e－+H2O=CO2+6H+；(5)常溫下，將amol/L的CH3COOH與bmol/LBa(OH)2溶液等體積混合，根據電荷守恒：2c(Ba2＋)+c(H＋)＝c(CH3COO－)+c(OH－)，因2c(Ba2＋)＝c(CH3COO－)，則c(H＋)＝c(OH－)＝107mol/L，因溶液顯中性，故醋酸過量，醋酸與氫氧化鋇溶液反應后的混合液中c(CH3COOH)=(a－2b)/2mol/L，醋酸的電離常數為：==。(1)1s22s22p3；(2)AlN；Al2O3＋N2＋3C2AlN＋3CO；(3)BC；sp3；(4)氮化硼與氮化鋁均為原子晶體，且硼原子半徑小于鋁原子半徑，B—N鍵鍵能大于Al—N鍵鍵能；(5)·。解析：(1)根據核外電子排布規律，可知基態氮原子的核外電子排布式為1s22s22p3；(2)由圖可知，晶胞中N原子均位于晶胞內部，全被晶胞占有，共4個；晶胞占有Al原子個數為：8×＋6×＝4，N原子與Al原子個數比為1∶1，故晶體化學式為AlN。(3)因AlN具有耐高溫、抗沖擊等優良性質，可知其為原子晶體，Al、N之間只存在共價鍵。N原子最外層有5個電子，其中有1個孤電子對，由圖中可知每個N原子形成了4個鍵，故其中有1個是配位鍵。根據上述分析可知，氮原子共形成4個σ鍵，應采取sp3雜化。(4)氮化硼與氮化鋁均為原子晶體，硼、鋁同主族，且硼位于鋁的上方，硼原子半徑小于鋁原子半徑，B—N鍵鍵能大于Al—N鍵鍵能，故BN的熔點比AlN高；(5)設該晶胞邊長為a，則＝ρ，解得a＝，而最近的兩個Al原子的距離為晶胞面對角線的一半，其距離為a，即·eq\f(\r(2),2)。(1)F；3d64s2(2)三角錐；sp3；(3)30NA；(4)8；。解析：已知A原子核外有3個能級，且每個能級上容納的電子數目相同，則A核外電子數為6個，則A為碳元素。因C的單質為空氣中的主要成分，則C的單質是氮氣或氧氣，由于A、B、C原子序數依次增大，所以C只能是氧元素，則B是氮元素，因C與E同主族，則E是硫元素。又因為A、B、C、D位于同一周期，則D是氟元素，X元素的原子核外有26個運動狀態完全不相同的電子，所以X是鐵元素。(1)一般，非金屬性越強，第一電離能越大。O、F、S中非金屬性最強的是F，則第一電離能最大的是F。根據核外電子排布規律可知，鐵的價電子排布式為3d64s2；(2)氨分子中氮原子有一個孤電子對，價層電子對數是4，分子的空間構型為三角錐形，N原子的雜化方式為sp3；(3)A的一種單質相對分子質量為720，則含有碳原子的個數是＝60。由圖可知，每個碳原子均與3個碳原子成鍵，分子中含有單鍵和雙鍵，假設含有x個單鍵、y個雙鍵，則根據分子中有12個五元環，20個六元環，且每條邊均被兩個環共用，則x＋y＝＝90。根據碳原子的價電子數為4，可知x＋2y＝，解得x＝60、y＝30。單鍵都是σ鍵，雙鍵是由1個σ鍵和1個π鍵組成的，則1molA的這種單質中π鍵的數目為30NA；(4)根據晶體的堆積方式可判斷這種堆積模型的配位數為8；晶胞中鐵原子數是8×eq\f(1,8)＋1＝2；假設晶胞的邊長是bcm，立方體的體對角線是4acm，故3b2＝(4a)2，解得b＝，則鐵單質的密度＝＝g/cm3。(1)3d104s24p3；3；(2)N>As>Ga；(3)sp3；12；(4)As的原子半徑比N的大，電負性比N的小，AsH3分子間不能形成氫鍵，而NH3分子間能形成氫鍵；(5)H3AsO4和H3AsO3可分別表示為(HO)3AsO和(HO)3As，H3AsO3中的As為+3價，而H3AsO4中的As為+5價，正電性更高，導致AsOH中O的電子向As偏移，更易電離出H+離子；(6)①(，，)；②解析：(1)As的原子序數是33，根據核外電子排布規律，可知基態As原子的核外電子排布式為[Ar]3d104s24p3，有3個未成對電子。(2)非金屬性越強電負性越大，則Ga、N、As電負性由大至小的順序是N>