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碳的多样性
(时间:45分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分,每小题只有一个选项符合题目要求)
1.北京大学和中国科学院的化学工作者合作已成功研制出碱金属与C60形成的球碳盐K3C60,实验测知该物质属于离子化合物,且有良好的超导性。下列关于K3C60的组成和结构的分析正确的是( )
A.K3C60中只含离子键,不含有共价键
B.1 mol K3C60中含有的离子数目为63×6.02×1023
C.该化合物在熔融状态下能导电
D.该物质的化学式可定为KC20
答案:C
解析:K3C60中K+和之间为离子键,中C和C之间为共价键,A错;K3C60中的阴离子是,1 mol K3C60中含有3 mol K+和1 mol ,离子数目为4×6.02×1023,B错;该物质由K+和构成,不含,故其化学式不是KC20,D错。
2.(2015陕西榆林模拟)科学家在不断深入的研究中,发现了一系列新的碳单质,对碳单质的研究已发展成一门独立的科学——碳科学。下列关于碳单质的叙述正确的是( )
A.碳的各种单质互称为碳的同素异形体
B.碳元素的各种单质结构虽然不同,但性质差别不大
C.碳元素的单质性质不同,其用途相同
D.碳元素的单质只有金刚石、石墨和C60
答案:A
解析:碳的不同单质原子间的排列方式不同,物理性质差别较大,化学性质相似,如金刚石和石墨燃烧均生成CO2;金刚石、石墨和C60只是三种主要的碳单质。
3.用4种溶液进行实验,下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是( )
选项
操作及现象
溶液
A
通入CO2,溶液不变浑浊,先通入CO2再通入氨气,溶液变浑浊
CaCl2溶液
B
通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失
Na2SiO3溶液
C
通入CO2,溶液变浑浊,再加入品红溶液,红色退去
Ca(ClO)2溶液
D
通入CO2,溶液变浑浊,继续通CO2至过量,浑浊消失,再加入足量NaOH溶液,又变浑浊
Ca(OH)2溶液
〚导学号95380210〛
答案:B
解析:CO2通入CaCl2溶液中无浑浊,再通入NH3,与CO2、H2O反应生成C,故生成CaCO3沉淀,A项正确;B项CO2与Na2SiO3溶液反应生成H2SiO3沉淀,继续通CO2沉淀不会消失,B项错误;CO2通入Ca(ClO)2溶液生成CaCO3沉淀和HClO,加入品红溶液退色,故C项正确;CO2通入Ca(OH)2溶液中生成CaCO3沉淀,继续通CO2生成可溶的Ca(HCO3)2,再加入NaOH溶液,又生成CaCO3沉淀。
4.实验室用石灰石和盐酸制取CO2时,最佳的除杂试剂和方法是( )
A.水、浓硫酸洗气
B.饱和Na2CO3溶液、浓硫酸洗气
C.饱和NaHCO3溶液、浓硫酸洗气
D.NaOH溶液、浓硫酸洗气
答案:C
解析:实验室制得的CO2中含有HCl和水蒸气,一般用饱和NaHCO3溶液吸收HCl,再用浓硫酸吸收水蒸气。
5.为验证碳酸氢钠固体中是否含有碳酸钠,下列实验操作及判断正确的是( )
A.观察加热时能否放出气体
B.观察滴加盐酸时能否放出气体
C.溶于水中,滴加澄清石灰水,观察是否有沉淀生成
D.溶于水中,滴加少量氯化钡溶液,观察是否有白色沉淀生成
答案:D
解析:NaHCO3稳定性不如Na2CO3,受热时NaHCO3分解放出气体,故A项不正确;加盐酸时均放出气体,现象不明显,B项不正确;滴加澄清石灰水,NaHCO3会与Ca(OH)2反应生成CaCO3沉淀,Na2CO3也会与Ca(OH)2反应生成沉淀,故C项不正确;滴加BaCl2溶液,Na2CO3能反应生成BaCO3沉淀,而NaHCO3不能与BaCl2溶液反应,故D项正确。
6.有两个分别装有Na2CO3和NaHCO3固体的试剂瓶,因标签失落而无法区分。有4位同学为鉴别它们,分别设计了下列四种不同的方法,其中可行的是( )
A.分别取样配成溶液,再加入澄清石灰水,观察是否有沉淀生成
B.分别取样后,加入相同浓度和相同体积的稀盐酸,观察反应的快慢
C.分别取样加热,再检验是否有使澄清石灰水变浑浊的气体产生
D.分别取样配成溶液,在火焰上灼烧,观察火焰的颜色
答案:C
解析:NaHCO3的稳定性比Na2CO3要差,受热时NaHCO3分解生成CO2气体而Na2CO3不分解,故C项正确。
7.有A、B两个完全相同的装置,某学生分别在它们的侧管中装入1.06 g Na2CO3和0.84 g NaHCO3,A、B中分别有10 mL相同浓度的盐酸,将两个侧管中的物质同时倒入各自的试管中,下列叙述正确的是( )
A.A装置的气球膨胀速率大
B.若最终两气球体积相同,则盐酸的浓度一定大于或等于2 mol·L-1
C.若最终两气球体积不同,则盐酸的浓度一定小于或等于1 mol·L-1
D.最终两试管中Na+、Cl-的物质的量一定相同〚导学号95380211〛
答案:B
解析:n(Na2CO3)=n(NaHCO3)=0.01 mol,依据Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2↑、NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2↑可知,当两者均完全反应时最终两气球体积相同,说明盐酸足量,B选项正确;C选项应该小于2 mol·L-1,错误;依据元素守恒,可知最终两试管中Na+的物质的量一定不同,Cl-的物质的量一定相同,D选项错误。
8.(2015河南南阳模拟)下列实验装置不能达到实验目的的是( )
答案:D
解析:Na与水反应放热,气体压强增大,红墨水出现液面差,故A可达到实验目的;CO2与NaOH反应,压强减小,可形成喷泉,故B可达实验目的;可用光洁无锈的铁丝做焰色反应实验,故C可达到实验目的;套装大试管加热温度较高,NaHCO3放在大试管中,可能是由于温度高使NaHCO3分解,因此不能说明NaHCO3容易分解,故D不能达到实验目的。
9.(2015山东潍坊模拟)将0.84 g NaHCO3和1.06 g Na2CO3混合并配成溶液,向溶液中滴加0.1 mol·L-1稀盐酸。下列图像能正确表示加入盐酸的体积和生成CO2的物质的量的关系的是( )
〚导学号95380212〛
答案:D
解析:NaHCO3和Na2CO3的物质的量均为0.01 mol,当滴加0.1 mol·L-1盐酸时,发生的反应依次为:Na2CO3+HClNaHCO3+NaCl,NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2↑,故开始滴加0.1 L盐酸时不会产生气泡,再滴加盐酸产生气泡,当滴加到0.3 L盐酸时,NaHCO3全部反应,故D正确。
10.现有25 mL 2 mol·L-1的Na2CO3溶液和75 mL 1 mol·L-1的稀盐酸。(1)将Na2CO3溶液逐滴滴入稀盐酸中;(2)将稀盐酸逐滴滴入Na2CO3溶液中。两操作的现象及结果(标准状况下)为( )
A.现象相同,所得气体的体积相等
B.现象相同,所得气体的体积不等
C.现象不同,所得气体的体积相等
D.现象不同,所得气体的体积不等
答案:D
解析:n(Na2CO3)=25×10-3 L×2 mol·L-1=0.05 mol,n(HCl)=75×10-3 L×1 mol·L-1=0.075 mol,操作(1)的反应为Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2↑,还有Na2CO3有余,生成CO2的物质的量为 mol=0.037 5 mol,操作(2)的反应为Na2CO3+HClNaHCO3+NaCl,NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2↑,生成的CO2的物质的量为0.075 mol-0.05 mol=0.025 mol。从反应方程式可知,两实验产生的现象不同,生成的CO2的体积也不同。
二、非选择题(本题共3个小题,共50分)
11.(2015江苏盐城模拟)(14分)分别取等物质的量浓度的氢氧化钠溶液各100 mL,再通入一定量的CO2,随后分别各取20 mL溶液,向其中逐滴滴入0.2 mol·L-1的盐酸,在标准状况下产生CO2的体积(y轴)与所加入盐酸的体积(x轴)的关系如下图(分A、B两种情况):
(1)在A情况下,溶质是 (填化学式),其物质的量之比为 。
(2)在B情况下,溶质是 (填化学式),其物质的量之比为 。
(3)原氢氧化钠溶液的物质的量浓度为 。
答案:(1)NaOH、Na2CO3 1∶1
(2)Na2CO3、NaHCO3 1∶1
(3)1.5 mol·L-1
解析:CO2通入NaOH溶液中进行反应时,有这样两个阶段:①CO2+2NaOHNa2CO3+H2O,此时溶质可能为NaOH和Na2CO3或只有Na2CO3(恰好反应);②Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3,此时溶质可能为Na2CO3和NaHCO3或只有NaHCO3;据图分析:B情况最终生成的CO2(其实就是最初通入的与NaOH溶液反应的CO2)是A情况的2倍。
(3)当加入150 mL盐酸时,恰好完全反应,此时溶液中溶质为NaCl。据元素守恒有n(NaOH)=n(Na+)=n(Cl-)=0.2 mol·L-1×0.15 L=0.03 mol,所以原氢氧化钠溶液的物质的量浓度为0.03 mol÷0.02 L=1.5 mol·L-1。
12.(16分)某研究性学习小组为探究碳酸钠和碳酸氢钠两种物质的性质和用途,进行了如图所示实验:
(1)若用实验Ⅳ来验证碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性,则试管B中装入的固体最好是 ,实验现象是 。
(2)若用实验来鉴别碳酸钠和碳酸氢钠两种固体,能达到实验目的的是 (填装置序号)。其中能够说明泡沫灭火器中选择碳酸氢钠与酸反应制CO2而不选择碳酸钠的实验是 。
(3)若测定Na2CO3固体中混有的少量NaHCO3的质量分数,Ⅲ能否达到实验目的?若能,请说明其计算所需的数据 ;若不能,请简要说明理由 。
答案:(1)NaHCO3 左边试管中的澄清石灰水变浑浊
(2)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ Ⅱ
(3)能 固体样品的质量和沉淀总质量(或反应前后固体的质量)
解析:(1)因为NaHCO3不稳定,加热时易分解;而Na2CO3稳定,加热时不易分解,故把NaHCO3放入内层小试管中更有说服力。(2)因为Na2CO3和NaHCO3与盐酸反应时都能放出CO2,故Ⅰ不可以;等物质的量浓度的Na2CO3溶液、NaHCO3溶液与稀盐酸反应时,NaHCO3的反应更剧烈,故Ⅱ可以;加热NaHCO3和Na2CO3固体时,NaHCO3受热分解,Na2CO3不分解,故Ⅲ、Ⅳ也可以。(3)需要知道混合物的总质量和生成沉淀的质量或反应前后试管内固体的质量。
13.(2015北京理综)(20分)研究CO2在海洋中的转移和归宿,是当今海洋科学研究的前沿领域。
(1)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在,其中HC占95%,写出CO2溶于水产生HC的方程式: 。
(2)在海洋碳循环中,通过下图所示的途径固碳。
①写出钙化作用的离子方程式:
。
②同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自于H2O,用18O标记物质的光合作用的化学方程式如下,将其补充完整:
+ (CH2O)x+x18O2+xH2O
(3)海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上,其准确测量是研究海洋碳循环的基础。测量溶解无机碳,可采用如下方法:
①气提、吸收CO2。用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收(装置示意图如下)。将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。
②滴定。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3,再用x mol·L-1 HCl溶液滴定,消耗y mL HCl溶液。海水中溶解无机碳的浓度= mol·L-1。
(4)利用下图所示装置从海水中提取CO2,有利于减少环境温室气体含量。
①结合方程式简述提取CO2的原理:
。
②用该装置产生的物质处理b室排出的海水,合格后排回大海。处理至合格的方法是
。
〚导学号95380213〛
答案:(1)CO2+H2OH2CO3、H2CO3H++HC
(2)①2HC+Ca2+CO2↑+CaCO3↓+H2O
②xCO2 2xO
(3)① ②
(4)①a室发生反应:2H2O-4e-O2↑+4H+,H+通过阳离子交换膜进入b室,发生反应H++HCH2O+CO2↑
②c室的反应:2H2O+2e-2OH-+H2↑,用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调至接近装置入口海水的pH
解析:(1)CO2溶于水生成二元弱酸碳酸,碳酸电离出碳酸氢根和氢离子:CO2+H2OH2CO3、H2CO3H++HC。
(2)①根据示意图可知碳酸氢根与钙离子结合生成碳酸钙和CO2,则根据原子守恒可知还有水生成,离子方程式为2HC+Ca2+CO2↑+CaCO3↓+H2O。
②在光合作用中产生的氧气来自于水,因此反应为xCO2+2xO(CH2O)x+x18O2+xH2O。
(3)①根据实验原理可知装置的作用之一是酸化,其次还需要将CO2吹出,在酸化过程中要选择难挥发性的酸,因此选择酸化的试剂为稀硫酸,因此装置图为。
②根据化学方程式可知,在滴定过程中存在守恒关系:HC~H+,则n(H+)=xy×10-3 mol,溶液的体积V=0.001z L,所以根据c=可知c= mol·L-1。
(4)①电解池中,a室中发生反应:2H2O-4e-O2↑+4H+,H+通过阳离子交换膜进入b室,发生反应H++HCH2O+CO2↑,从而达到提取CO2的目的。
②c室的反应:2H2O+2e-2OH-+H2↑,用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调至接近装置入口的pH。
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