一、高考题
2024年湖北卷
1.劳动人民的发明创造是中华优秀传统文化的组成部分。下列化学原理描述错误的是
发明 | 关键操作 | 化学原理 | |
A | 制墨 | 松木在窑内焖烧 | 发生不完全燃烧 |
B | 陶瓷 | 黏土高温烧结 | 形成新的化学键 |
C | 造纸 | 草木灰水浸泡树皮 | 促进纤维素溶解 |
D | 火药 | 硫黄、硝石和木炭混合,点燃 | 发生氧化还原反应 |
【答案】C
【解析】A.松木在窑中不完全燃烧会生成碳单质,可以用来制造墨块,A正确;
B.黏土在高温中烧结,会发生一系列的化学反应,此过程有新化学键的形成,B正确
C.草木灰主要成分为碳酸钾,浸泡的水成碱性,用于分离树皮等原料中的胶质,纤维素不能在碱性条件下水解,此过程并没有使纤维素发生水解,C错误;
D.中国古代黑火药是有硫磺、硝石、木炭混合而成的,在点燃时发生剧烈的氧化还原反应,反应方程式为S+2KNO3+3C=K2S+3CO2↑+N2↑,D正确;
故答案选C。
2023年湖北卷
【解析】选B
A项,纤维素属于多糖,大量存在于我们吃的蔬菜水果中,在自然界广泛分布,A正确;
B项,纤维素难溶于水,一是因为纤维素不能跟水形成氢键,二是因为碳骨架比较大,B错误;
C项,纤维素在低温下可溶于氢氧化钠溶液,是因为碱性体系主要破坏的是纤维素分子内和分子间的氢键促进其溶解,C正确;
D项,温度越低,物质的溶解度越低,所以低温下,降低了纤维素在氢氧化钠溶液中的溶解性,D正确;故选B。
二、查找文献(来自细说化学)
三、结论
通过湖北高考化学试题两年的引导指挥,我们可以知道:
纤维素在酸性条件下可以水解,在碱性条件下水解很难。氢氧化钠溶液溶解相对分子质量比较小的纤维素,而对于聚合度更高的纤维素则很难溶解,则常常需要加入一些其他的物质来增强碱液的溶解能力,如尿素、硫脲或者氧化锌等。
四、如何溶解纤维素?
图式:纤维素分子的分子内及分子间氢键
方法一:N-甲基吗啉-N-氧化物
NMMO(熔点172℃,易溶于水),NMMO能与1-4分子的水形成结晶水合物,如NMMO•H2O(熔点74℃),NMMO•2H2O(熔点36℃)。一般来说,溶解纤维素时,是在80℃下将NMMO•H2O熔融,再加入纤维素搅拌就可以获得纤维素溶液。
方法二:硫氰酸铵/液氨
Cuculo体系溶液:NH4SCN(72.1%)+NH3(26.5%)+H2O(1.4%)溶解纤维素浓度可达14%。
方法三:铜氨溶液
Cu(15%)+NH3(20%)+蔗糖(0.2%)的水溶液,其中蔗糖作为稳定剂,铜氨溶液对光和氧不稳定,易降解。在PH值为8-10、温度为30-50℃、浓度为0.005-0.015mol/L的条件下,纤维素与铜氨络合物的形成较为稳定。PH值、温度和溶液浓度对纤维素在铜氨溶液中的溶解度均有影响。
方法四:NaOH/尿素/H2O
2004年武汉大学的张俐娜教授首次提出一种绿色的溶剂配方:NaOH(7%)+尿素(12%)+H2O(81%),预冷到-10 ℃以下,可以在五分钟内正常大气压下实现难溶纤维素的完全溶解。LiOH/尿素>NaOH/尿素>> KOH/尿素水溶液,KOH/尿素体系对纤维素几乎没有溶解能力。
其它方法:
多聚甲醛/二甲基亚砜、氯化锂/甲基乙酰胺、离子液体(ILs)等等。
【温度对纤维素的影响】
纤维素在高温下会发生分解反应,生成一些低分子量的化合物,如酚、甲醛、乙醛等。纤维素分解温度约230℃(短时间可达280℃),通常不超400℃;变色温度约180-200℃。
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三、结论
四、如何溶解纤维素?
图式:纤维素分子的分子内及分子间氢键
方法一:N-甲基吗啉-N-氧化物
NMMO(熔点172℃,易溶于水),NMMO能与1-4分子的水形成结晶水合物,如NMMO•H2O(熔点74℃),NMMO•2H2O(熔点36℃)。一般来说,溶解纤维素时,是在80℃下将NMMO•H2O熔融,再加入纤维素搅拌就可以获得纤维素溶液。
方法二:硫氰酸铵/液氨
Cuculo体系溶液:NH4SCN(72.1%)+NH3(26.5%)+H2O(1.4%)溶解纤维素浓度可达14%。
方法三:铜氨溶液
Cu(15%)+NH3(20%)+蔗糖(0.2%)的水溶液,其中蔗糖作为稳定剂,铜氨溶液对光和氧不稳定,易降解。在PH值为8-10、温度为30-50℃、浓度为0.005-0.015mol/L的条件下,纤维素与铜氨络合物的形成较为稳定。PH值、温度和溶液浓度对纤维素在铜氨溶液中的溶解度均有影响。
方法四:NaOH/尿素/H2O
2004年武汉大学的张俐娜教授首次提出一种绿色的溶剂配方:NaOH(7%)+尿素(12%)+H2O(81%),预冷到-10 ℃以下,可以在五分钟内正常大气压下实现难溶纤维素的完全溶解。LiOH/尿素>NaOH/尿素>> KOH/尿素水溶液,KOH/尿素体系对纤维素几乎没有溶解能力。
其它方法:
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【温度对纤维素的影响】
纤维素在高温下会发生分解反应,生成一些低分子量的化合物,如酚、甲醛、乙醛等。纤维素分解温度约230℃(短时间可达280℃),通常不超400℃;变色温度约180-200℃。
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