高考化學(xué)一輪總復(fù)習(xí) 專題二十六 化學(xué)與技術(shù)模擬創(chuàng)新題1
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化學(xué)與技術(shù) 根據(jù)高考命題大數(shù)據(jù)軟件分析，重點(diǎn)關(guān)注第1、3、5及創(chuàng)新導(dǎo)向題。 模擬精選題 1．(2016湖南懷化一模)工業(yè)上利用某地磷礦(主要成分是磷酸鈣，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%，另外還含有石英及少量碳酸鎂、氧化鋁等不含磷雜質(zhì))制取磷銨，并用制磷銨排放的廢渣磷石膏制取硫酸、水泥。其生產(chǎn)流程如下： 請(qǐng)分析并回答下列問(wèn)題： (1)窯氣(SO2)進(jìn)入接觸室前需要凈化的目的是_______________________； (2)實(shí)驗(yàn)室完成操作b的方法是________________、________________過(guò)濾、洗滌和干燥等； (3)下圖表示接觸室和吸收塔的內(nèi)部構(gòu)造。吸收塔內(nèi)安裝有許多瓷環(huán)作用是_______________________________________________________________ ________________________________________________________________； (4)接觸室中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－296.4 kJ/mol。接觸室內(nèi)安裝熱交換器的目的是_____________________________。圖1表示接觸室中催化劑隨溫度變化圖像，圖2表示SO2的轉(zhuǎn)化率α(SO2)隨溫度T及壓強(qiáng)p的變化圖像。你認(rèn)為接觸室中最合適的溫度和壓強(qiáng)是_______________________________。 (5)硫酸廠的尾氣除了含有N2、O2外，還含有SO2、微量的SO3和酸霧。能用于測(cè)定硫酸廠尾氣中SO2含量的試劑是________(填字母代號(hào))： A．NaOH溶液、酚酞試液 B．KMnO4溶液、稀H2SO4 C．氨水、酚酞試液 D．碘水、淀粉溶液 (6)上述生產(chǎn)過(guò)程中循環(huán)利用的物質(zhì)有________________________(填化學(xué)式)； (7)磷銨是一種常用復(fù)合肥，經(jīng)分析其中氮與磷原子數(shù)之比為3∶2，在生產(chǎn)過(guò)程中平均有7%的磷元素?fù)p失，該廠日均生產(chǎn)74.1噸磷銨，要維持正常生產(chǎn)，每天需運(yùn)入這種磷礦至少________噸。 解析 (1)窯氣(SO2)進(jìn)入接觸室前需要凈化的目的是防止接觸室中的催化劑中毒； (2)操作b為由溶液成晶體，則操作b為蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶； (3)吸收塔內(nèi)安裝有許多瓷環(huán)作用是增大SO3與吸收劑的接觸面積，使SO3充分吸收； (4)接觸室內(nèi)安裝熱交換器的目的是預(yù)熱進(jìn)入接觸室的反應(yīng)混合氣體，及時(shí)將反應(yīng)放出的熱量吸收，防止接觸室溫度偏高； 由圖1可知當(dāng)溫度位于450 ℃時(shí)，催化劑的催化效率最高，由圖2可知在同一溫度下，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率相差不大，則結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況可選擇101 kPa； (5)用于測(cè)定硫酸廠尾氣中SO2含量的試劑不能與尾氣中的SO3和酸霧反應(yīng)； (6)在述生產(chǎn)過(guò)程中循環(huán)利用的物質(zhì)有H2SO4 、SO2； (7)由題意可知，磷銨中氮與磷原子數(shù)之比為3∶2，則磷銨的化學(xué)式應(yīng)為(NH4)3(PO4)2，在生產(chǎn)過(guò)程中平均有7%的磷元素?fù)p失，該廠日均生產(chǎn)74.1噸磷銨，則需生產(chǎn)磷銨的質(zhì)量為74.1(1＋7%)＝79.287 t，則P元素的質(zhì)量為79.287 t62/241＝20 t，設(shè)所需磷礦的質(zhì)量為x，有80%x62/310＝20 t，解得x＝125 t。 答案 (1) 防止接觸室中的催化劑中毒 (2)蒸發(fā)濃縮 冷卻結(jié)晶 (3)增大SO3與吸收劑的接觸面積，使SO3充分吸收 (4) 預(yù)熱進(jìn)入接觸室的反應(yīng)混合氣體，及時(shí)將反應(yīng)放出的熱量吸收，防止接觸室溫度偏高 450 ℃(或400 ℃～500 ℃)、101 kPa (5)B、D (6)H2SO4、SO2 (7)125 2．(2016河北邢臺(tái)期末，26)工業(yè)上以N2、H2為原料制取硝酸銨的流程如圖所示。 回答下列問(wèn)題： (1)氨合成塔適宜的壓強(qiáng)是20～50MPa，如果壓強(qiáng)過(guò)大，除對(duì)設(shè)備要求高外，還會(huì)導(dǎo)致的結(jié)果是________________________________________ ______________________________________________________________。 (2)合成硝酸的吸收塔內(nèi)填充瓷環(huán)，其作用是________，吸收塔中還需補(bǔ)充空氣的目的是_______________________________________________ ______________________________________________________________。 (3)若輸送NH3的管道某處發(fā)生泄漏，檢測(cè)的簡(jiǎn)單方法為 ________________________________________________________________ ____________________________________________________________。 (4)在一定溫度和壓強(qiáng)的密閉容器中，將物質(zhì)的量之比為3∶2的H2和N2混合，當(dāng)該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)出平衡混合氣中氨的體積分?jǐn)?shù)為25%，此時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______。 (5)制硝酸氧化爐中氨氣和氧氣在145 ℃就開(kāi)始反應(yīng)，在不同溫度和催化劑條件下生成不同產(chǎn)物(如圖所示)。溫度較低時(shí)以生成________為主，900 ℃時(shí)發(fā)生主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________，當(dāng)溫度高于900 ℃時(shí)，NO產(chǎn)率明顯下降的原因是___________________________________ ___________________________________________________________。 (6)若N2、H2合成氨時(shí)，H2的轉(zhuǎn)化率為60%，NH3催化氧化制HNO3時(shí)的損失20%的氨，其它環(huán)節(jié)的損失忽略不計(jì)。則10 t H2最多可以制取________t硝酸銨。 解析 (1) 氨合成塔的壓強(qiáng)過(guò)大，會(huì)對(duì)設(shè)備要求高，同時(shí)還會(huì)壓碎催化劑，縮短催化劑壽命。(2)合成硝酸的吸收塔內(nèi)瓷環(huán)的作用是增大氣液接觸面積，提高反應(yīng)速率；吸收塔中補(bǔ)充空氣，是為了將NO全部轉(zhuǎn)化成HNO3。(3)NH3溶于水溶液呈堿性，因此可用濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙檢測(cè)，試紙變藍(lán)的位置即是氨氣泄漏處。(4)反應(yīng)開(kāi)始時(shí)H2和N2的物質(zhì)的量之比為3∶2，可設(shè)H2的物質(zhì)的量為3 mol，N2的物質(zhì)的量為2 mol，達(dá)到平衡時(shí)，N2的物質(zhì)的量為x， 一定溫度和壓強(qiáng)時(shí)，平衡混合氣中氨的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)等于體積分?jǐn)?shù)，則氨體積分?jǐn)?shù)為100%＝25%，解得x＝0.5 mol，則H2的轉(zhuǎn)化率為100%＝50%。 (5)根據(jù)圖像知，溫度較低時(shí)以生成N2為主；900 ℃時(shí)主要產(chǎn)物是NO，因此發(fā)生主要反應(yīng)為4NH3＋5O24NO＋6H2O，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度會(huì)使平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，因此NO產(chǎn)率明顯下降。(6)10 t H2的物質(zhì)的量為5106mol，合成氨時(shí)轉(zhuǎn)化的H2為5106 mol60%＝3106 mol，NH3催化氧化制HNO3時(shí)氨的利用率為(1－20%)＝80%，設(shè)最多可以制取硝酸銨的物質(zhì)的量為x，根據(jù)合成硝酸銨的工藝流程圖可知， ， 則x＋x＝2106 mol，解得x＝8/9 106mol，最多可以制取硝酸銨的質(zhì)量為8/9 106 mol80 g/mol＝7.11107 g＝71.1 t。 答案 (1)壓碎催化劑，縮短催化劑壽命 (2)增大氣液接觸面積 可使NO全部轉(zhuǎn)化成HNO3 (3)用濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙檢測(cè)，試紙變藍(lán)的位置即是氨氣泄漏處 (4)50% (5)N2 4NH3＋5O24NO＋6H2O 生成NO的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度轉(zhuǎn)化率下降 (6)71.1 3．(2016湖北武漢華中師范附中期中)硅是帶來(lái)人類文明的重要元素之一，從傳統(tǒng)材料到信息材料的發(fā)展過(guò)程中創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)奇跡。 (1)新型陶瓷Si3N4的熔點(diǎn)高、硬度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。工業(yè)上可以采用化學(xué)氣相沉積法，在H2的保護(hù)下，使SiCl4與N2反應(yīng)生成Si3N4沉積在石墨表面，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式_________________________________。 (2)一種用工業(yè)硅(含少量鉀、鈉、鐵、銅的氧化物)，已知硅的熔點(diǎn)是1 420 ℃，高溫下氧氣及水蒸氣能明顯腐蝕氮化硅。一種合成氮化硅的工藝主要流程如下： ①凈化N2和H2時(shí)，銅屑的作用是________________；硅膠的作用是_________________________________________________________________ _______________________________________________________________。 ②在氮化爐中3SiO2(s)＋2N2(g)===Si3N4(s) ΔH＝－727.5 kJ/mol，開(kāi)始時(shí)為什么要嚴(yán)格控制氮?dú)獾牧魉僖钥刂茰囟萠________________________； 體系中要通入適量的氫氣是為了_____________________________________ ______________________________________________________________。 ③X可能是________(選填“鹽酸”、“硝酸”、“硫酸”或“氫氟酸”)。 (3)工業(yè)上可以通過(guò)如下圖所示的流程制取純硅： ①整個(gè)制備過(guò)程必須嚴(yán)格控制無(wú)水無(wú)氧。SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式________________。 ②假設(shè)每一輪次制備1 mol純硅，且生產(chǎn)過(guò)程中硅元素沒(méi)有損失，反應(yīng)Ⅰ中HCl的利用率為90%，反應(yīng)Ⅱ中H2的利用率為93.75%。則在第二輪次的生產(chǎn)中，補(bǔ)充投入HCl 和H2的物質(zhì)的量之比是________。 解析 (1)在H2的保護(hù)下，使SiCl4與N2反應(yīng)生成Si3N4，氮元素的化合價(jià)由0價(jià)降低到－3價(jià)，則氫氣中的氫元素由0價(jià)升高到＋1價(jià)生成HCl，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒配平，反應(yīng)的化學(xué)方程式為3SiCl4＋2N2＋6H2===Si3N4＋12HCl。 (2)①因?yàn)楦邷叵卵鯕饧八魵饽苊黠@腐蝕氮化硅，則銅屑的作用是除去原料氣中的氧氣；硅膠的作用是除去生成的水蒸氣；②在氮化爐中3SiO2(s)＋2N2(g)===Si3N4(s) ΔH＝－727.5 kJ/mol，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，防止局部過(guò)熱，導(dǎo)致硅熔化熔合成團(tuán)，阻礙與N2的接觸，開(kāi)始時(shí)要嚴(yán)格控制氮?dú)獾牧魉僖钥刂茰囟?；為了將整個(gè)體系中空氣排盡，體系中要通入適量的氫氣；③由于硅中含有銅的氧化物，在反應(yīng)中氧化銅能被還原生成銅，因此要除去銅應(yīng)該選擇硝酸，鹽酸和硫酸不能溶解銅，氫氟酸能腐蝕氮化硅。 (3)①SiHCl3遇水劇烈反應(yīng)，生成硅酸、HCl和氫氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋3HCl＋H2↑。 由以上數(shù)據(jù)，循環(huán)生產(chǎn)中只能產(chǎn)生3 mol HCl，但HCl的利用率是90%，因此需要增加(390%－3) mol HCl，循環(huán)生產(chǎn)中只產(chǎn)生1 mol H2，但H2的利用率為93.75 %，因此需增加(193.75%－1) mol H2，因此，補(bǔ)充投入HCl和H2的物質(zhì)的量之比為：(390%－3)∶(193.75%－1)＝5∶1。 答案 (1)3SiCl4＋2N2＋ 6H2===Si3N4＋12HCl (2)①除去原料氣中的氧氣 除去生成的水蒸氣 ②這是放熱反應(yīng)，防止局部過(guò)熱，導(dǎo)致硅熔化熔合成團(tuán)，阻礙與N2的接觸 將體系中的氧氣轉(zhuǎn)化為水蒸氣，而易被除去(或?qū)⒄麄€(gè)體系中空氣排盡)?、巯跛? (3)①SiHCl3＋3H2O=== H2SiO3＋3HCl＋H2↑ ②5∶1 4．(2016山東泰安一模)(1)電滲析法淡化海水時(shí)陰極室可獲得的重要化工原料有________。 (2)海水中含有大量的NaCl，鹽田法仍是目前海水制鹽的主要方法。鹽田分為貯水池、________池和結(jié)晶池，建鹽田必須在________處建立(填序號(hào))。 A．選在離江河入?？诒容^近的地方 B．多風(fēng)少雨 C．潮汐落差大且又平坦空曠的海灘 (3)鹽田中所得為粗鹽，若想用粗鹽制燒堿，需對(duì)所用食鹽水進(jìn)行兩次精制。第一次精制主要是用沉淀法除去粗鹽水中的Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO等離子，流程如下： 已知20 ℃部分沉淀的溶解度(g)如下表： CaSO4 CaCO3 BaSO4 BaCO3 2.610－2 7.810－4 2.410－4 1.710－3 ①檢測(cè)Fe3＋是否除盡的方法是____________________________________； ②運(yùn)用表中數(shù)據(jù)解釋過(guò)程I選用BaCl2而不選用CaCl2的原因______________________________________________________________ ______________________________________________________________。 (4)工業(yè)上通常以NaCl、CO2和NH3為原料制取純堿，請(qǐng)寫(xiě)出第一步制取NaHCO3的化學(xué)方程式____________________________________。 (5)工業(yè)制得的純堿常含有NaCl雜質(zhì)，用下述方法可以測(cè)定樣品中NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 樣品中NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為_(kāi)____________________________。 解析 (1)電解水時(shí)陰極發(fā)生還原反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑，破壞了水的電離平衡，從而又生成了NaOH。(2)雖說(shuō)海水中含有大量的NaCl，但海水中NaCl的濃度仍很小，故需要蒸發(fā)變成NaCl的飽和溶液后才能進(jìn)行結(jié)晶，則鹽田分為貯水池、蒸發(fā)池和結(jié)晶池；鹽田建在多風(fēng)少雨的地方有利于海水的蒸發(fā)，建在潮汐落差大且又平坦空曠的海灘有利于向貯水池注水。(3)①KSCN溶液是檢驗(yàn)Fe3＋的主要試劑，故檢測(cè)Fe3＋是否除盡的方法是①取過(guò)程Ⅳ的濾液于試管中，向其中滴加KSCN溶液，若溶液不變色，證明Fe3＋已經(jīng)沉淀干凈，反之沒(méi)除凈；②由表中數(shù)據(jù)可知BaSO4比CaSO4更難溶，故過(guò)程I選用BaCl2比選用CaCl2更易將SO轉(zhuǎn)化為沉淀。 (4)由于NH3在飽和NaCl溶液中的溶解度遠(yuǎn)大于CO2，故工業(yè)上通常先在NaCl溶液中通入NH3，再通入過(guò)量的CO2生成NH4HCO3，由于NaHCO3的溶解度較小，故NH4HCO3與NaCl發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成NaHCO3，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。(5)根據(jù)測(cè)定原理，可知關(guān)系式Na2CO3～BaCO3，則n(Na2CO3)＝n(BaCO3)，m(NaCl)＝m g－ g，故樣品中NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為(1－)100%。 答案 (1)氫氣、氫氧化鈉 (2)蒸發(fā) BC (3)①取過(guò)程Ⅳ的濾液于試管中，向其中滴加KSCN溶液，若溶液不變色，證明Fe3＋已經(jīng)沉淀干凈，反之沒(méi)除凈 ②BaSO4的溶解度比CaSO4的更小，可將SO沉淀的更完全 (4)NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl (5)(1－)100% 5．(2016吉林省吉林市實(shí)驗(yàn)?zāi)M)鋅是一種應(yīng)用廣泛的金屬，目前工業(yè)上主要采用“濕法”工藝冶煉鋅。某含鋅礦的主要成分為ZnS(還含少量FeS等其他成分)，以其為原料冶煉鋅的工藝流程如圖所示： 回答下列問(wèn)題： (1)硫化鋅精礦的焙燒在氧氣氣氛的沸騰爐中進(jìn)行，所產(chǎn)生焙砂的主要成分的化學(xué)式為_(kāi)_______。 (2)焙燒過(guò)程中產(chǎn)生的含塵煙氣可凈化制酸，該酸可用于后續(xù)的________操作。 (3)浸出液“凈化”過(guò)程中加入的主要物質(zhì)為_(kāi)____________________， 其作用是___________________________________________________。 (4)電解沉積過(guò)程中的陰極采用鋁板，陽(yáng)極采用Pb－Ag合金惰性電極，陽(yáng)極逸出的氣體是________。 (5)改進(jìn)的鋅冶煉工藝，采用了“氧壓酸浸”的全濕法流程，既省略了易導(dǎo)致空氣污染的焙燒過(guò)程，又可獲得一種有工業(yè)價(jià)值的非金屬單質(zhì)。“氧壓酸浸”中發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)______________________。 解析 (1) 由于硫化鋅精礦的成分是ZnS，焙燒在氧氣氣氛的沸騰爐中進(jìn)行，因此發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2，所以產(chǎn)生焙砂的主要成分是ZnO。 (2)焙燒過(guò)程中產(chǎn)生的含塵煙氣主要成分是SO2可凈化后制備硫酸，該酸可用于后續(xù)的浸出操作。 (3)浸出液“凈化”過(guò)程中加入的主要物質(zhì)為鋅粉，其作用是置換出Fe等。 (4)電解沉積過(guò)程中的陰極采用鋁板，陽(yáng)極采用Pb－Ag合金惰性電極，由于電極是惰性電極，所以在陽(yáng)極上是溶液中的OH－放電，電極反應(yīng)是：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，因此陽(yáng)極逸出的氣體是氧氣。 (5)改進(jìn)的鋅冶煉工藝，采用了“氧壓酸浸”的全濕法流程，既省略了易導(dǎo)致空氣污染的焙燒過(guò)程，又可獲得一種有工業(yè)價(jià)值的非金屬單質(zhì)，該單質(zhì)是S，空氣中的氧氣是氧化劑，發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為2ZnS＋4H＋＋O2===2Zn2＋＋2S＋2H2O。 答案 (1)ZnO (2)浸出 (3)鋅粉 置換出鐵等 (4)O2 (5)2ZnS＋4H＋＋O2===2Zn2＋＋2S＋2H2O 6．(2014長(zhǎng)沙統(tǒng)考)海水資源豐富，海水中主要含有Na＋、K＋、Mg2＋、Cl－、SO、Br－、CO、HCO等離子。合理利用海水資源和保護(hù)環(huán)境是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。 Ⅰ.火力發(fā)電燃煤排放的SO2會(huì)造成一系列環(huán)境和生態(tài)問(wèn)題。利用海水脫硫是一種有效的方法，其工藝流程如下圖所示： (1)天然海水的pH≈8，呈弱堿性。用離子方程式解釋其原因__________________________________________________________ __________________________________________________________。 (2)天然海水吸收了含硫的煙氣后，要用O2進(jìn)行氧化處理，其反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式是______________________________________________________。 氧化后的“海水”需要用大量的天然海水與之混合后才能排放，該操作的主要目的是_________________________________________________。 Ⅱ.重金屬離子對(duì)河流及海洋會(huì)造成嚴(yán)重污染。某化工廠廢水(pH＝2.0，ρ≈1 gmL－1)中含有Ag＋、Pb2＋等重金屬離子。其濃度各約為0.01 molL－1。排放前擬用沉淀法除去這兩種離子，查找有關(guān)數(shù)據(jù)如下： 難溶電 解質(zhì) AgI AgOH Ag2S PbI2 Pb(OH)2 PbS Ksp 8.310－17 5.610－8 6.310－50 7.110－9 1.210－15 3.410－28 (3)你認(rèn)為往廢水中投入________(填字母序號(hào))，沉淀效果最好。 A．NaOH B．Na2S C．KI D．Ca(OH)2 (4)如果用生石灰處理上述廢水，使溶液的pH＝8.0，處理后的廢水中c(Pb2＋)＝_______________________________________________________________。 (5)如果用食鹽處理其只含Ag＋的廢水，測(cè)得處理后的廢水中NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.117%(假設(shè)廢水的密度為1.0 gcm－3)。若環(huán)境要求排放標(biāo)準(zhǔn)為c(Ag＋)低于1.010－8molL－1，該工廠處理后的廢水中c(Ag＋)＝_____________________________， 是否符合排放標(biāo)準(zhǔn)________(填“是”或“否”)。[已知Ksp(AgCl)＝1.810－10] 解析 Ⅰ.天然海水中因CO、HCO水解而呈弱堿性。利用該性質(zhì)可用海水吸收工業(yè)尾氣中的二氧化硫，使之轉(zhuǎn)化為亞硫酸及其鹽，再經(jīng)氧化使之轉(zhuǎn)化為硫酸及其鹽，最后稀釋后中和排放。 Ⅱ.(3)由表中數(shù)據(jù)看出Ag2S、PbS的Ksp數(shù)量級(jí)最小，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他物質(zhì)，故加入硫化物可使Ag＋、Pb2＋轉(zhuǎn)化為Ag2S、PbS而除去。 (4)c(Pb2＋)＝molL－1＝1.210－3 molL－1。 (5)c(Cl－)＝c(NaCl)＝＝0.02 molL－1， c(Ag＋)＝＝molL－1＝910－9 molL－1。 答案 (1)CO＋H2OHCO＋OH－、HCO＋H2OH2CO3＋OH－ (2)2H2SO3＋O2===2H2SO4 中和、稀釋經(jīng)氧氣氧化后海水中生成的酸 (3)B (4)1.210－3 molL－1 (5)910－9 molL－1 是 創(chuàng)新導(dǎo)向題 考向一 化學(xué)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 1．最近，我國(guó)利用生產(chǎn)磷銨排放的廢渣磷灰石制取硫酸并聯(lián)產(chǎn)水泥的技術(shù)研究獲得成功。具體生產(chǎn)流程如圖1： 回答下列問(wèn)題： 圖1 圖2 圖3 (1)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行操作a所需的玻璃儀器有____________、____________和____________，在實(shí)驗(yàn)室中操作b的名稱是____________。 (2)裝置a中生成兩種酸式鹽，它們的化學(xué)式分別是____________。 (3)固體A為生石膏(CaSO42H2O)和不含結(jié)晶水且高溫時(shí)也不分解的雜質(zhì)。生石膏在120 ℃時(shí)失水生成熟石膏(2CaSO4H2O)，熟石膏在200 ℃時(shí)失水生成硫酸鈣。為測(cè)定固體A中生石膏的含量，某科研小組進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：稱取固體A 180 g置于坩堝中加熱，加熱過(guò)程中固體質(zhì)量隨溫度變化記錄如圖2： ①實(shí)驗(yàn)中每次對(duì)固體稱量時(shí)須在冷卻后進(jìn)行，為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確性，固體冷卻時(shí)必須防止____________。 ②將加熱到1 400 ℃時(shí)生成的氣體通入品紅溶液中，品紅褪色。寫(xiě)出1 400 ℃時(shí)的化學(xué)反應(yīng)方程式：_____________________________________ ____________________________________________________________。 ③固體A中生石膏的質(zhì)量百分含量＝____________。 (4)科學(xué)家研究出如圖3所示裝置，用電化學(xué)原理生產(chǎn)硫酸的新工藝，其陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為_(kāi)___________。 解析 (1)分離固體和液體的方法是過(guò)濾；過(guò)濾需要盛放藥品的燒杯、過(guò)濾的漏斗、引流作用的玻璃棒、固定漏斗的鐵架臺(tái)(含鐵圈)、濾紙等，此操作需要玻璃儀器：燒杯、漏斗、玻璃棒； 從溶液中析出晶體的方法是：將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶可得相應(yīng)晶體。 (2)裝置a中磷酸與氨氣發(fā)生反應(yīng)，磷酸是三元酸，可以生成(NH4)3PO4、(NH4)2HPO4、NH4H2PO4三種鹽，其中(NH4)2HPO4、NH4H2PO4兩種酸式鹽。 (3)①對(duì)失水后的晶體進(jìn)行冷卻時(shí)必須防止吸水，否則會(huì)導(dǎo)致結(jié)果有誤差； ②200 ℃加熱反應(yīng)完全失去結(jié)晶水得到硫酸鈣，1 400 ℃加熱硫酸鈣，得到能使品紅溶液褪色的氣體為二氧化硫，S元素化合價(jià)降低，則有氧氣生成，硫酸鈣分解生成氧化鈣、二氧化硫與氧氣，反應(yīng)方程式為：2CaSO42CaO＋2SO2↑＋O2↑； ③200 ℃加熱反應(yīng)完全失去結(jié)晶水得到硫酸鈣，固體減輕總質(zhì)量為180 g－144 g＝36 g，為結(jié)晶水總質(zhì)量，設(shè)固體A中含有生石膏的質(zhì)量為m，則： CaSO42H2OCaSO4＋2H2O 172 36 m 36 g 所以m＝＝172 g 所以固體A中生石膏的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＝100%＝95.6%； (4)陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，由電解池示意圖可知，二氧化硫在陽(yáng)極失去電子，氧化得到硫酸，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為：SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋。 答案 (1)燒杯 漏斗 玻璃棒 蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶 (2)(NH4)2HPO4、NH4H2PO4 (3)①吸水，否則會(huì)導(dǎo)致結(jié)果有誤差 ②2CaSO42CaO＋2SO2↑＋O2↑ ③95.6% (4)SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋ 考向二 化學(xué)與資源的開(kāi)發(fā)利用 角度1 對(duì)“獲得潔凈水”的考查 角度2 對(duì)“煤、石油、天然氣”的考查 2．水是一種重要的自然資源，是人類賴以生存不可缺少的物質(zhì)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題： (1)水質(zhì)優(yōu)劣直接影響人體健康。天然水在凈化處理過(guò)程中加入的混凝劑可以是________________________(填兩種物質(zhì)的名稱)，其凈水作用的原理是________________________。 (2)水的凈化與軟化的區(qū)別是________________________________________ ______________________________________________________________。 (3)硬度為1的水是指每升水含10 mg CaO或與之相當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)(如7.1 mg MgO)。若某天然水中c(Ca2＋)＝1.210－3 mol/L，c(Mg2＋)＝610－4 mol/L，則此水的硬度為_(kāi)_______。 (4)若(3)中的天然水還含有c(HCO)＝810－4 mol/L，現(xiàn)要軟化10 m3這種天然水，則需先加入Ca(OH)2________g，后加入Na2CO3________g。 (5)如圖是電滲析法淡化海水的原理圖。其中，電極A接直流電源的正極，電極B接直流電源的負(fù)極。 ①隔膜A是________離子交換膜(填“陰”或“陽(yáng)”)。 ②某種海水樣品，經(jīng)分析含有大量的Na＋，Cl－，以及少量的K＋，SO。若用上述裝置對(duì)該海水進(jìn)行淡化，當(dāng)?shù)ぷ魍瓿珊?，A，B，C三室中所得溶液(或液體)的pH分別為pHa、pHb、pHc，則其大小順序?yàn)開(kāi)____________________。 解析 (1)混凝劑是吸附水中的微小懸浮顆粒，凝聚成較大的顆粒，而快速沉降的主要作用，要具備水解生成膠體的性質(zhì)，所以常有鋁鹽或鐵鹽在水中發(fā)生水解生成相應(yīng)氫氧化物膠體，如明礬，鋁離子水解生成氫氧化鋁膠體和氫離子，氫氧化鋁膠體具有吸附性，所以能凈水，水解方程式為Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋3H＋，明礬、硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵也可以起到凈水的作用，鋁鹽或鐵鹽在水中發(fā)生水解生成相應(yīng)的氫氧化物膠體，它可吸附天然水中懸浮物并破壞天然水中的其他帶異電的膠體，使其聚沉達(dá)到凈水的目的。 (2)水的凈化是用絮凝劑將水中懸浮物或膠體沉淀下來(lái)，而水的軟化是除去水中的鈣離子和鎂離子。 (3)某天然水中c(Ca2＋)＝1.210－3 molL－1，c(Mg2＋)＝610－4 molL－1，硬度為1的水是指每升水含10 mg CaO或與之相當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)(如7.1 mg MgO)；1 L水中鈣離子物質(zhì)的量＝1.210－3 mol，相當(dāng)于CaO質(zhì)量＝1.210－3 mol56 g/mol＝67.2 mg，1 L水中鎂離子物質(zhì)的量＝610－4 mol，相當(dāng)于氧化鎂質(zhì)量610－4 mol40 g/mol＝24 mg，所以水的硬度＝＋＝10。 (4)10 m3這種天然水水中含有鈣離子物質(zhì)的量＝10103 L1.210－3 molL－1＝12 mol；鎂離子物質(zhì)的量＝10103 L610－4 molL－1＝6 mol；碳酸氫根離子物質(zhì)的量＝10103 L810－4 molL－1＝8 mol；加入氫氧化鈣發(fā)生的反應(yīng)為：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓、HCO＋OH－===CO＋H2O，據(jù)反應(yīng)得：鎂離子對(duì)應(yīng)n(OH－)＝12 mol，碳酸氫根消耗n(OH－)＝8 mol，碳酸根物質(zhì)的量＝8 mol，共需氫氧根物質(zhì)的量20 mol，需要Ca(OH)2物質(zhì)的量10 mol，氫氧化鈣質(zhì)量為74 g/mol10 mol＝740 g，水溶液中Ca2＋物質(zhì)的量為12 mol＋10 mol＝22 mol，其中需要加入的碳酸根離子為22 mol－8 mol＝14 mol，需要碳酸鈉的質(zhì)量為14 mol106 g/mol＝1 484 g。 (5)電解池的陰極是氫離子放電，陽(yáng)極是氫氧根離子放電，隔膜A是陰離子交換膜，隔膜B是陽(yáng)離子交換膜，則導(dǎo)致A室顯酸性，B室顯中性，C室顯堿性，所以pH大小順序?yàn)椋簆Ha＜pHb＜pHc。 答案 (1)明礬、硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵等(填其中任意兩種) 鋁鹽或鐵鹽在水中發(fā)生水解生成相應(yīng)的氫氧化物膠體，它可吸附天然水中懸浮物，并破壞水中帶其他異電的膠體，使其聚沉達(dá)到凈水的目的 (2)水的凈化是用絮凝劑將水中懸浮物或膠體沉淀下來(lái)，而水的軟化是除去水中的鈣離子和鎂離子 (3)10 (4)740 1 484 (5)陰 pHa下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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