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由高考试题看选修4


由高考试题看选修4

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一、赏试题析逻辑
16-26.(13分)用零价铁(Fe)去除水体中 的硝酸盐(NO3-)已成为环境修复研究的热 点之一。 (1)Fe还原水体中NO3-的反应原理如右 图所示。 ①作负极的物质是 Fe 。 H+= NH4++ 3 H2O ②正极的电极反应式是 NO3-+ 8 e- +10 。

陈述事实1:铁可以还原NO3宏观现象与微观原理

模型1:原电池
2

(2)将足量铁粉投入水体中,经24小时测定NO3-的去除 率和pH,结果如下:
初始pH
NO3-的去除率 pH == 2.5 接近100% 接近中性 pH == 4.5 <50% 接近中性

24小时pH
铁的最终物质形态

pH = 4.5时,NO3-的去除率低。其原因是 。 FeO(OH)不导电,阻碍电子转移

陈述事实2:去除的效果与初始pH有关→ 铁的最终物质形态→Fe3O4好、FeO(OH)不好
宏观现象与微观原理

模型2:铁被氧化的产物与去除效果

3

(3)实验发现:在初始pH = 4.5的水体中投入足量铁粉的同 时,补充一定量的Fe2+可以明显提高NO3-的去除率。对Fe2+ 的作用提出两种假设: I.Fe2+直接还原NO3–; II.Fe2+破坏FeO(OH)氧化层。 ① 做对比实验,结果如右图所示。 可得到的结论是 。 本实验条件下,Fe2+不能直接还原NO3-;在Fe和Fe2+共同 作用下能提高NO3-的去除率。 ② 同位素示踪法证实Fe2+能与FeO(OH)反应生成Fe3O4。 结合该反应的离子方程式,解释加入Fe2+提高NO3-去除 率的原因: 。 Fe2++ 2FeO(OH) = Fe3O4 + 2H+,Fe2+将不导电的FeO(OH) 转化为可导电的Fe3O4,利于电子转移
4

陈述事实3:去除的效果不好时,怎样做可以提高 去除效果? 为什么?

宏观现象与微观原理
模型3: Fe2+能与FeO(OH)反应生成Fe3O4

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(4)其他条件与(2)相同,经1小时测定NO3-的去除率和 pH,结果如下: 初始pH NO3-的去除率 1小时pH pH=2.5 约10% 接近中性 pH= 4.5 约3% 接近中性

与(2)中数据对比,解释(2)中初始pH不同时, NO3-去除率和铁的最终物质形态不同的原因: 。 初始pH低时,产生的Fe2+充足;初始pH高时,产生的 Fe2+不足

6

陈述事实4:去除的效果与初始pH有关→但1小时 后,溶液均为中性→? 宏观现象与微观原理 模型4: 需要学生建立,到底pH与生成 FeO(OH)还是生成Fe3O4有什么关系?

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17-26.(13分)TiCl4是由钛精矿(主要成分为TiO2)制备钛 (Ti)的重要中间产物,制备纯TiCl4的流程示意图如下:

资料:TiCl4及所含杂质氯化物的性质
化合物 SiCl4 TiCl4 AlCl3 FeCl3 MgCl2

沸点/℃
熔点/℃

58
–69

136
–25

181(升华)
193

316
304

1412
714

在TiCl4中的溶解性

互溶

------

微溶

难溶

(1)氯化过程:TiO2与Cl2难以直接反应,加碳生成CO和 CO2可使反应得以进行。 已知:TiO2(s) + 2 Cl2(g) = TiCl4(g) + O2(g) ΔH1 = +175.4 kJ· mol-1 2 C(s) + O2(g) = 2 CO(g) ΔH2 =–220.9 kJ· mol-1
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① 沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程

式: TiO2(s) + 2 Cl2(g) + 2 C(s) 。 == TiCl4(g) + 2 CO(g) △H =–45.5 kJ/mol
② 氯化过程中CO和CO2可以相互转化,根据如图判断: > (填―>‖―<‖或―= ‖),判 CO2生成CO反应的ΔH_____0 断依据: 。 随温度升高,CO含量增大,说 明生成CO的反应是吸热反应

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③ 氯化反应的尾气须处理后排放,尾气中的HCl和Cl2经吸 收可得粗盐酸、FeCl3溶液,则尾气的吸收液依次是____。

H2O、FeCl2溶液、NaOH溶液
④ 氯化产物冷却至室温,经过滤得到粗TiCl4混合液,则滤 MgCl2、AlCl 渣中含有_____________ 。 3、FeCl3 (2)精制过程:粗TiCl4经两步 蒸馏得纯TiCl4。示意图如下: SiCl4 物质a是______________ ,T2应 控制在_________ 。 高于136℃,低于 181℃ 资料:TiCl4及所含杂质氯化物的性质
化合物 沸点/℃ SiCl4 58 TiCl4 136 AlCl3 181(升华) FeCl3 316 MgCl2 1412

熔点/℃
在TiCl4中的溶解性

–69
互溶

–25
------

193
微溶

304

714
难溶
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物质制备:反应原理 过程中尾气处理 物质的纯化 尾气处理的顺序 纯化的思路

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二、对教学的启示 1.模型认知

建立模型

用模型解决问题

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14-26.(14分)NH3经一系列反应可 以得到HNO3和NH4NO3,如下图所示。
(1)Ⅰ中,NH3和O2在催化剂作用下反应,其化学方程式是 (2)Ⅱ中,2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)。在其他 条件相同时,分别测得NO的平衡转化率在不同压 强(p1、p2)下温度变化的曲线(如右图) ① 比较p1、p2的大小关系: 。 ② 随温度升高,该反应平衡常数变化的趋势是 。 (3)Ⅲ中,将NO2(g)转化为N2O4(l),再制备浓硝酸。 ① 已知:2 NO2(g) N2O4(g) △H1; 2 NO2(g) N2O4(l) 下列能量变化示意图中,正确的是(选填字母) 。 。


△ H2


② N2O4与O2、H2O化合的化学方程式是: 。
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(4)Ⅳ中,电解NO制备NH4NO3,其工 作原理如右图所示,为使电解产物全部转 化为NH4NO3,需补充物质A,A是 , 说明理由: 。



这一问学生普遍觉得难,难在哪?

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启示:
本题在高二学段或高三学段都可以给学生用, 可整题使用,也可分段使用。 若在高二学段使用,重点在强化学生的模型意 识。

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15-26. (3)反应Ⅱ:2 H2SO4(l) = 2 SO2(g) + O2(g) + 2 H2O(g) △H = + 550 kJ/mol。它由两步反应组成: ⅰ.H2SO4(l) = SO3(g) + H2O(g) △H = + 177 kJ/mol; ⅱ.SO3(g)分解。 L(L1、L2)、X可分别代表压强或 温度。下图表示L一定时, ⅱ中SO3(g)的平衡转化率随X的变 化关系。 ① X代表的物理量是 。 ② 判断L1、L2的大小关系,并简述 理由: 。

平衡移动模型

硫及化合物 影响平衡移 动的因素 如何看图像
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15-27 (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 HCl溶液滴定,消耗y mL HCl溶液。海水中溶解无机 碳的浓度 =(x-y)/z mol/L

气体实验基本模型 滴定基本模型

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(4)利用右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: 。
a室:2H2O-4e-=4H++O2↑,H+通过阳离子膜进入 b室,发生反应:H+ +HCO3-=CO2↑+H2O 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 。

c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

电解模型?
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2.宏观辨识与微观探析 从宏观现象→物质→微观粒子 特别是在第三章和第四章中 注意表达方式的多样

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15-27(14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 HCO3-占95%。写出CO2溶于水产生HCO3-的方程式: 。

(2)在海洋碳循环中,通过右图所示 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 + x18 O2 + x H2O
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17-27.(12分)SCR和NSR技术可有效降低柴油发动机在空 气过量条件下的NOx排放。 (1)SCR(选择性催化还原)工作原理:

① 尿素[CO(NH2)2]水溶液热分解为NH3和CO2,该反应的化 学方程式:____________。 ② 反应器中NH3还原NO2的化学方程式:____________。 ③ 当燃油中含硫量较高时,尾气中SO2在O2作用下会形成 (NH4)2SO4,使催化剂中毒。用化学方程式表示(NH4)2SO4的 形成:________。 ④ 尿素溶液浓度影响NO2的转化,测定溶液中尿素(M = 60 mg· L?1)含量的方法如下:取a g尿素溶液,将所含氮完 L?1 H2SO4溶 全转化为NH3,所得NH3用过量的v1 mL c1 mol· L?1 NaOH溶液恰好 液吸收完全,剩余H2SO4用v2 mL c2 mol· 中和,则尿素溶液中溶质的质量分数是_________。 21

17-27(2)NSR(NOx储存还原)工作原理: NOx的储存和还原在不同时段交替进行,如图a所示。

① 通过BaO和Ba(NO3)2的相互转化实现NOx的储存和还原。 BaO 。 储存NOx的物质是_________ ② 用H2模拟尾气中还原性气体研究了Ba(NO3)2的催化还原过 程,该过程分两步进行,图b表示该过程相关物质浓度随时 间的变化关系。第一步反应消耗的H2与Ba(NO3)2的物质的量 催化剂 15NNO + 6 H O 15 4 8 : 1 4 NO + 4 NH + 3 O 2 之比是__________。 3 2 ③ 还原过程中,有时会产生笑气(N2O)。用同位素示踪法 研究发现笑气的产生与NO有关。在有氧条件下15NO与NH3 以一定比例反应时,得到的笑气几乎都是15NNO。将该反应 催化剂 15 _______ NNO + H2O 的化学方程式补充完整: 22

都是宏观现象与微观解释相结合 且解释的表达方式多样化

23

3.变化观念与平衡思想 注意过程

24

15-26.氢能是一种极具发展潜力的清洁能源。以太阳能为 热源,热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方 法。其反应过程如下图所示:

迁移扩散 需要时间
(1)反应Ⅰ的化学方程式是 。 (2)反应Ⅰ得到的产物用I2进行分离。该产物的溶液在 过量I2的存在下会分成两层──含低浓度I2的H2SO4层和含 高浓度I2的HI层。 ① 根据上述事实,下列说法正确的是 。 碘及化合物 溶解过程 a.两层溶液的密度存在差异 离子的迁移 b.加I2前,H2SO4溶液和HI 溶液不互溶 电解质溶液 c.I2在HI溶液中比在H2SO4溶液中易溶 ② 辨别两层溶液的方法是 。 ③ 经检测,H2SO4层中 c (H+ ) : c (SO42- ) == 2.06 : 1。其 比值大于2的原因是 。 25

4.证据意识

理论、原理得出的过程尽量用事实作支 撑,尽量依靠实验,特别是设计学生参与 的探究实验

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16-27.(12分)以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、 PbO2、PbSO4及炭黑等)和H2SO4为原料,制备高纯PbO, 实现铅的再生利用。其工作流程如下:

(1)过程I中,在Fe2+催化下,Pb和PbO2反应生成PbSO4的 化学方程式是 。 (2)过程I中,Fe2+催化过程可表示为: i:2 Fe2++ PbO2 + 4 H++ SO42- =2 Fe3++ PbSO4 + 2 H2O ii:…… ① 写出ii的离子方程式: 。 ② 下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。 a.向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液,溶液几乎无色, 再加入少量PbO2, 溶液变红。 b. 取a中红色溶液,向其中加入铅粉后,红色褪去 。 27

(3)PbO溶解在NaOH溶液中,存在平衡: PbO(s) + NaOH(aq) NaHPbO2(aq),其溶 解度曲线如右图所示。 ① 过程II的目的是脱硫。滤液1经处理后 可在过程II中重复使用,其目的是 A、B (选填序号)。 A.减少PbO的损失,提高产品的产率 B.重复利用NaOH,提高原料的利用率 C.增加Na2SO4浓度,提高脱硫效率 ② 过程III的目的是提纯。结合上述溶解度曲线,简述 过程III的操作: 。 向PbO粗品中加入一定量的35%NaOH溶液,加热至 110℃,充分溶解后,趁热过滤,冷却结晶,过滤得到 PbO固体
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模型需要证据支持

应用已经建立起的模型可以 解决新的问题

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5.多联系实际 考题都从实际中来,教师要开阔自己的 眼界

30

6.习题编制、试卷讲评要体现“题”的逻辑
在纯碱溶液中滴加酚酞,溶液变红。若在该 溶液中滴入过量的氯化钡溶液,所观察到的现象 是 ,其原因是 。
为什么酚酞变红? 产生OH-的反应? 加入氯化钡影响了哪种粒子? 宏观? 结果怎样? 微观?

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再看两例

32

17-28.(16分) 某小组在验证反应―Fe + 2Ag+ = Fe2+ + 2Ag‖的实验中 检测到Fe3+,发现和探究过程如下。 向硝酸酸化的0.05 mol· L-1硝酸银溶液(pH ≈ 2)中 加入过量铁粉,搅拌后静置,烧杯底部有黑色固体, 溶液呈黄色。 (1)检验产物 ① 取少量黑色固体,洗涤后, 加硝酸加热溶解固体,再滴加稀盐酸,产生白色沉淀 ______________________________________________ (填操作和现象),证明黑色固体中含有Ag。 ② 取上层清液,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,产生蓝色沉 Fe2+ 淀,说明溶液中含有_______________ 。 证明Fe + 2Ag+ = Fe2+ + 2Ag反应发生了 证据意识
33

(2)针对―溶液呈黄色‖,甲认为溶液中有Fe3+,乙认为铁 2Fe3+ + Fe == 3Fe2+ 粉过量时不可能有Fe3+,乙依据的原理是_______________ (用离子方程式表示)。针对两种观点继续实验: ① 取上层清液,滴加KSCN溶液,溶液变红,证实了甲的 猜测。同时发现有白色沉淀产生,且溶液颜色变浅、沉淀 量多少与取样时间有关,对比实验记录如下:
序号 ⅰ ⅱ ⅲ 取样时间/min 3 30 120 现象 产生大量白色沉淀;溶液呈红色 产生白色沉淀;较3 min时量少;溶液红色较3 min时加深 产生白色沉淀;较30 min时量少;溶液红色较3 0 min时变浅

(资料:Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN) 可能有Fe3+ 吗?——的确有 注意时间不同现象不同(暗含速率)

证据意识(明) 模型认知(暗)
34

② 对Fe3+产生的原因作出如下假设: 假设a:可能是铁粉表面有氧化层,能产生Fe3+; 假设b:空气中存在O2,由于________(用离子方程式表示), 4Fe2+ + O2 + 4H+ = 4Fe3+ + 2H2O 可产生Fe3+; 假设c:酸性溶液中NO3-具有氧化性,可产生Fe3+; 加入KSCN溶液后产生白色沉淀 现象,判断溶液 假设d:根据____________________________ 中存在Ag+,可产生Fe3+。 ③ 下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。 实验Ⅱ可证实假设d成立。 0.05 mol/L NaNO3 溶液(pH ≈ 2)中 实验Ⅰ:向硝酸酸化的________________ 加入过量铁粉,搅拌后静置,不同时间取上层清液滴加 KSCN溶液,3 min时溶液呈浅红色,3 0 min后溶液几乎无色。
Ag+可氧化Fe2+产生Fe3+?怎么证明?空气、NO3-等有干扰吗?

宏观现象微观解释、模型认知
35

FeSO4溶液 ,操作 实验Ⅱ:装置如图。其中甲溶液是___________ 现象是________________。 分别取电池工作前与工作一段时 间后左侧烧杯中的溶液,同时滴 加KSCN溶液,后者红色更深

证据意识 模型认知
(3)根据实验现象,结合方程式推测实验ⅰ~ⅲ中 Fe3+浓度变化的原因:______。 溶液中存在反应:① 2Ag+ + Fe = Fe2+ + 2Ag, 速率与 ② Ag+ + Fe2+ = Fe3+ + Ag, 平衡

③ Fe + 2Fe3+ = Fe2+。 反应开始时,c (Ag+)大,以反应①、②为主,c (Fe3+) 增大。约30 min 后,c (Ag+)小,以反应③为主,c (Fe3+) 减小。 变化观念与平衡思想

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16-28.(16分)以 Na2SO3溶液和不同金属的硫酸盐溶液作 为实验对象,探究盐的性质和盐溶液间反应的多样性。 实验 试剂 滴管 试管 饱和Ag2SO4溶液 0.2 mol/L CuSO4 0.2mol/L Na2SO3溶液 现象 Ⅰ. 产生白色沉淀 Ⅱ. 溶液变绿,继 续滴加产生棕黄 色沉淀

0.1mol/L Al2(SO4)3 Ⅲ. 开始无明显变 化,继续滴加产 溶液 生白色沉淀
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(3)已知:Al2(SO3)3在水溶液中不存在。经 检验,现象Ⅲ的白色沉淀中无SO42-,该白色 沉淀淀既能溶于强酸,又能溶于强碱,还可 使酸性KMnO4溶液褪色。 3+、OHAl ① 推测沉淀中含有亚硫酸根和 。
宏观辨识与微观探析

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② 对于沉淀中亚硫酸根的存在形式提出两种假设:i. 被 Al(OH)3所吸附;ⅱ. 存在于铝的碱式盐中。对假设ⅱ设计了 对比实验,证实了假设ⅱ成立。 a.将对比实验方案补充完整。 步骤一:

步骤二: (按上图形式呈现)。 b.假设ⅱ成立的实验证据是 。

模型与证据 变化与平衡

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V1明显大于V2
碱式盐是什么?要讲吗?

40

14-27.(12分)碳、硫的含量影响钢铁性能,碳、硫含量的一种测定方法是将 钢样中碳、硫转化为气体,再用测碳、测硫装置进行测定。 (1)采用装置A,在高温下x克钢样中碳、硫转化为CO2、SO2。

① 气体a的成分是________________。 高温 ② 若钢样中硫以FeS的形式存在,A中反应:3FeS +5O2 == 1____+3_____。 (2)将气体a通入测硫酸装置中(如右图),采用滴定法测 定硫的含量。 ① H2O2氧化SO2的化学方程式_______________。 ② 用NaOH溶液滴定生成的H2SO4,消耗z mLNaOH溶液, 若消耗1 mL NaOH溶液相当于硫的质量为y克,则该钢样中 硫的质量分数为_____ 。

(3)将气体a通入测碳装置中(如下图),采用重量法测 定碳的质量。
①气体a通过B和C的目的_____。 ②计算钢样中碳的质量分数,应测量的 数据是_______________________。
41

钢样中的硫、碳转化为什么物质? SO2怎么测定? 为什么将SO2转化为硫酸? 滴定的原理? SO2和CO2共存时怎么测定CO2?

42

启示:
本题可以在高二学完滴定后作为综合题使用。 更建议高三复习完元素化合物后使用.

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