第十一题 化学与技术(选考)
1．水是一种重要的自然资源，是人类赖以生存且不可缺少的物质，水质优劣直接影响人体健康。
(1)含有较多钙、镁离子的水称为硬水，硬水加热后产生沉淀的离子方程式为________________(写出生成一种沉淀物的即可)。
(2)下图为某饮用水厂从天然水制备纯净水(去离子水)的工艺流程示意图：
①活性炭的作用是________________；O3消毒的优点是______________。
②A、B中放置的物质名称分别是：A________________；B____________。A、B中放置的物质是否可以互换？请说明原因______________________。
(3)通过施加一定压力使水分子通过半透膜而将大分子或离子截留，从而获得纯净水的方法称为__________________。电渗析法净化水时，使离子通过半透膜的推动力是______________。
(4)检验蒸馏水的纯度时，最简单易行的方法是测定水的________________。
答案 (1)Ca2＋＋2HCOCaCO3↓＋CO2↑＋H2O
(或Mg2＋＋2HCOMgCO3↓＋CO2↑＋H2O、MgCO3＋H2OMg(OH)2↓＋CO2↑
(2)①吸附水中的有机物(或去除水中的异味) 反应产物无毒无害
②阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 不能，水中的Ca2＋、Mg2＋会与阴离子树脂中的OH－生成Mg(OH)2、Ca(OH)2沉淀造成堵塞，损坏离子交换树脂
(3)反渗透法 电势差(或电场力)
(4)电导率(或电阻率)
2．在从传统材料到信息材料的发展过程中，硅创造了一个又一个奇迹。
(1)请列举硅在现代社会中的两个重要应用：________________、______________。
(2)多晶硅的生产工艺流程如下：
①将粗硅粉碎的目的是________________________。分离SiHCl3(l)和SiCl4(l)的方法为________________。
②整个制备过程必须严格控制无水无氧。因为SiHCl3遇水会剧烈反应，生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出该反应的化学方程式：__________________。
③900 ℃以上，H2与SiHCl3发生如下反应：SiHCl3(g)＋H2(g)Si(s)＋3HCl(g) ΔH>0，为提高SiHCl3的转化率，可采取的措施为______________(填一条即可)。
④该流程中可以循环使用的物质是________________(填化学式)。
答案 (1)用作半导体材料 制作太阳能电池板(或其他合理答案)
(2)①增大反应物接触面积，加快反应速率，使粗硅充分反应 蒸馏 ②SiHCl3＋3H2O===H2SiO3＋3HCl＋H2↑ ③升高温度(或其他合理答案) ④HCl、H2
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解析 粉碎后可以增大粗硅与其他反应物的接触面积，加快化学反应速率，使粗硅充分反应。SiHCl3(l)和SiCl4(l)的沸点不同，可以用蒸馏的方法进行分离。SiHCl3遇水剧烈反应，生成H2SiO3、HCl，根据元素守恒，可知另一种物质是氢气。H2与SiHCl3的反应是一个气体分子数增大的吸热反应，升高温度或增大氢气浓度等，都可以使平衡正向移动，提高SiHCl3的转化率。流程中参与反应的HCl、H2在反应中又可再生成，故可以循环使用。
3．材料是人类生存和发展的重要物质基础，随着科学技术的发展，人们使用材料的种类、数量和质量也随着不断地发展，生产、生活的条件和质量也随之发生很大的变化。请回答下列问题：
(1)无机非金属材料包括传统无机非金属材料和新型无机非金属材料，下列属于新型无机非金属材料的是________(选填字母代号)。
a．复合材料 b．单晶硅 c．金刚石 d．石墨 e．C60 f．玻璃
(2)2012年伦敦奥运会撑杆跳项目中运动员使用的撑杆材料是复合材料。这种材料由________和增强体两部分组成，其中增强体的作用是________________。
(3)玻璃和水泥是两种用途极为广泛的材料。工业上制备这两种材料使用的共同原料是________________。
(4)铁是重要的金属材料，用铁矿石(主要成分是Fe2O3)冶炼铁是在________(填写工业生产设备名称)中完成的，这种方法冶炼出来的产品是生铁，该产品是炼钢的原料，炼钢的目的是__________________。
(5)合成高分子材料的小分子叫________，某聚乙烯车间打算合成4.2×103 kg的聚乙烯，则需要投料(乙烯)________ mol。(假设反应过程不存在损失)
答案 (1)bcde
(2)基体 骨架作用(或支撑作用)
(3)石灰石(或CaCO3)
(4)炼铁高炉 在高温下用氧化剂除去生铁中的杂质，再添加硅、锰等其他元素调整钢的成分
(5)单体 1.5×105
解析 (1)复合材料中可能有有机材料；玻璃属于传统的无机非金属材料。(2)复合材料一般由起黏结作用的基体和起骨架作用的增强体两部分组成。(3)制备玻璃的原料是石灰石、纯碱和石英砂；制备水泥的原料是黏土、石灰石。(4)铁矿石与还原剂在炼铁高炉中反应，生成含有杂质的生铁，生铁除去杂质就可以得到钢。(5)乙烯合成聚乙烯的反应中乙烯中的原子完全转化为聚乙烯中的原子，原子转化率为100%，故聚乙烯的质量就是乙烯的质量。
4．化工生产工艺的实现涉及许多问题，如化学反应原理、原料选择、能源消耗、设备结构、环境保护以及综合经济效益等。请回答下列问题：
(1)海水中含有多种盐类，目前由海水制盐的方法以________为主。
(2)工业制硫酸主要分为造气、催化氧化和吸收三个阶段。所需原料主要有硫(或硫铁矿)、空气和__________。工业生产硫酸时，会排放出一些炉渣和矿灰，这些废渣可用于____________________(写出一种用途即可)。
(3)联合制碱法是我国化工专家侯德榜发明的制碱工艺。联合制碱法和氨碱法中所需的二氧化碳来源有什么不同？________________。
(4)在硫酸工业实际生产中，常采用“二转二吸法”，即将第一次转化生成的SO3吸收后，将未转化的SO2进行二次转化。若两次SO2的转化率均为95%，则最终SO2的转化率为______________。
(5)为了防止大气污染，硝酸工业生产中的尾气可用纯碱溶液吸收，有关的化学方程式为2NO2＋Na2CO3===NaNO3＋NaNO2＋CO2；NO＋NO2＋Na2CO3===2NaNO2＋CO2。现用足量的纯碱溶液吸收硝酸工业尾气(含NO和NO2)，每产生22.4 L
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(标准状况)CO2时，吸收液质量就增加44 g。则硝酸工业尾气中NO和NO2的体积比为________。
答案 (1)蒸发法(或盐田法) (2)98%硫酸 制造水泥(或制砖、作为炼铁的原料、提炼贵重的有色金属等其他合理答案)
(3)前者来自合成氨厂，后者来自煅烧石灰石
(4)99.75% (5)1∶7
解析 (4)设转化前二氧化硫的物质的量为x mol，则第一次转化95% x mol，剩余5%x mol；第二次转化5%x×95% mol。故两次的总转化率为
＝0.997 5。
(5)2NO2＋Na2CO3===NaNO3＋NaNO2＋CO2 Δm＝48 g
NO＋NO2＋Na2CO3===2NaNO2＋CO2 Δm＝32 g
设由NO2与纯碱反应产生的CO2为a mol，由NO和NO2与纯碱反应产生的CO2为b mol。则有：，解得，则NO的物质的量为0.25 mol，NO2的物质的量为0.75 mol×2＋0.25 mol＝1.75 mol，NO和NO2的体积比为0.25∶1.75＝1∶7。
5．电镀污泥中含有Cr(OH)3、Al2O3、ZnO、CuO、NiO等物质，工业上通过“中温焙烧—钠氧化法”回收Na2Cr2O7等物质。
已知：在Na2CrO4溶液中含有少量NaAlO2、Na2ZnO2等物质
(1)水浸后的溶液呈________性(填“酸”、“碱”或“中”)。
(2)完成氧化焙烧过程中生成Na2CrO4的化学方程式。
Cr(OH)3＋____Na2CO3＋________Na2CrO4＋____CO2＋____
(3)滤渣Ⅱ的主要成分有Zn(OH)2、________。
(4)“系列操作”中为继续加入H2SO4，________，冷却结晶，过滤。继续加入H2SO4目的是________。
已知：①除去滤渣Ⅱ后，溶液中存在如下反应：2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O
②Na2Cr2O7、Na2CrO4在不同温度下的溶解度如下表
温度
溶解度
化学式
20 ℃
60 ℃
100 ℃
Na2SO4
19.5
45.3
42.5
Na2Cr2O7
183
269
415
Na2CrO4
84
115
126
(5)工业上还可以在水浸过滤后的溶液(Na2CrO4)加入适量H2SO4，用石墨作电极电解生产金属铬，写出生成铬的电极反应方程式：____________________。
答案 (1)碱 (2)4Cr(OH)3＋4Na2CO3＋3O24Na2CrO4＋4CO2＋6H2O
(3)Al(OH)3 (4)蒸发浓缩 促进平衡2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O向正反应方向移动，尽可能生成更多溶解度更大的Na2Cr2O7
(5)CrO＋8H＋＋6e－===Cr＋4H2O
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6．世界环保联盟建议全面禁止使用氯气用于饮用水的消毒，而建议采用高效“绿色”消毒剂二氧化氯。二氧化氯是一种极易爆炸的强氧化性气体，易溶于水、不稳定、呈黄绿色，在生产和使用时必须尽量用稀有气体进行稀释，同时需要避免光照、震动或加热。实验室以电解法制备ClO2的流程如下：
(1)ClO2中所有原子________(填“是”或“不是”)都满足8电子结构。上图所示电解法制得的产物中杂质气体B能使石蕊试液显蓝色，除去杂质气体可选用________(填序号，下同)。
A．饱和食盐水 B．碱石灰
C．浓硫酸 D．蒸馏水
(2)稳定性二氧化氯是为推广二氧化氯而开发的新型产品，下列说法正确的是________。
A．二氧化氯可广泛用于工业和饮用水处理
B．应用在食品工业中能有效地延长食品贮藏期
C．稳定性二氧化氯的出现大大增加了二氧化氯的使用范围
D．在工作区和成品储藏室内，要有通风装置和监测及警报装置
(3)欧洲国家主要采用氯酸钠氧化浓盐酸制备。化学反应方程式为__________。缺点主要是产率低、产品难以分离，还可能污染环境。
(4)我国广泛采用经干燥空气稀释的氯气与固体亚氯酸钠(NaClO2)反应制备，化学方程式是________________，此法相比欧洲方法的优点是__________________。
(5)科学家又研究出了一种新的制备方法，利用硫酸酸化的草酸(H2C2O4)溶液还原氯酸钠，反应化学方程式为__________________。此法提高了生产及储存、运输的安全性，原因是________________。
答案 (1)不是 C
(2)ABCD
(3)2NaClO3＋4HCl(浓)===2NaCl＋Cl2↑＋2ClO2↑＋2H2O
(4)2NaClO2＋Cl2===2NaCl＋2ClO2 安全性好，没有产生毒副产品
(5)H2C2O4＋2NaClO3＋H2SO4===Na2SO4＋2CO2↑＋2ClO2↑＋2H2O 反应过程中生成的二氧化碳起到稀释作用
解析 (1)ClO2中Cl原子不能满足8电子结构，电解NH4Cl溶液，生成Cl2和NH3，NH3可用浓H2SO4除去。
(2)ClO2具有强氧化性，可用于杀菌消毒。
(3)NaClO3是氧化剂，浓盐酸是还原剂，此法中有Cl2生成，造成产率较低，且污染环境。
(4)由于2NaClO2＋Cl2===2NaCl＋2ClO2，此法安全性好，没有毒副产品。
(5)NaClO3为氧化剂，H2C2O4为还原剂，生成的CO2对ClO2起到稀释作用。
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