第二单元 化学与资源开发利用
(时间:60分钟,满分:100分)
一、选择题(本题共8个小题,每小题6分,共48分。每小题只有一个正确选项)
1.商品“纯净水”“太空水”“蒸馏水”等作为日常饮用水,因缺少某些成分而不利于儿童身体健康发育。你认为制备上述商品饮用水时还需要添加的化学物质是( )
A.钙、镁的碳酸氢盐 B.含碘酸钾的食盐
C.漂白粉、消毒剂 D.小苏打
解析:人体必需的元素钙的来源之一就是饮用水,长期饮用“纯净水”“太空水”“蒸馏水”等会缺少某些无机盐,对身体无益。
答案:A
2.某些化学试剂可用于净水。水处理中使用的一种无机高分子混凝剂X的化学式可表示为[Al2(OH)nClm·yH2O],式中m等于( )
A.3-n B.6-n
C.6+n D.3+n
解析:由化合价代数和为0可知:6=m+n。
答案:B
3.下列说法中,不正确的是( )
A.蒸馏法淡化海水是将水加热至105 ℃蒸发汽化,然后将蒸气冷凝而得到蒸馏水的方法
B.天然水里一般溶有Ca2+、Mg2+等金属阳离子,我们把溶有较多量Ca2+、Mg2+的水称为硬水
C.阳离子交换树脂中的H+可与水中的金属阳离子Mn+交换
D.阴离子交换树脂中既含有阳离子,又含有阴离子,因此既能与水中的阳离子交换,又能与水中的阴离子交换
解析:在进行水处理时,阳离子交换树脂中的H+只能和水中的金属阳离子Mn+交换,阴离子交换树脂中的OH-只能和水中的阴离子Ym-交换。
答案:D
4.下列与处理方法对应的反应方程式不正确的是( )
A.用Na2S去除废水中的Hg2+:Hg2++S2-HgS↓
B.用催化法处理汽车尾气中的CO和NO:CO+NOC+NO2
C.向污水中投放明矾,生成能凝聚悬浮物的胶体:Al3++3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+
D.用高温催化氧化法去除烃类废气(CxHy):CxHy+(x+)O2xCO2+H2O
解析:B中生成的NO2仍为大气污染物,反应产物应为N2和CO2,故B错。
答案:B
5.自来水加工处理流程如下,下列有关说法不正确的是( )
7
A.若用FeSO4作混凝剂,最终铁将以Fe(OH)2形式进入反应沉淀池
B.投药时常加入适量的石灰,是为了除去水中Mg2+、HC等
C.自来水生产中,前加氯起消毒杀菌作用,后加氯是保持水中有效氯的含量,防止自来水二次污染
D.用ClO2消毒自来水,消毒效率是同质量氯气的2.63倍
解析:根据流程中提示,进入沉淀池之前通入了氯气,氯气具有氧化性,所以不可能是Fe(OH)2,只能是Fe(OH)3,A选项错误。
答案:A
6.煤、石油、天然气和生物能作为能源的共同特点是( )
A.可再生能源,取之不尽,用之不竭
B.不可再生能源,用一点,少一点
C.来自太阳辐射的能量
D.污染环境的能源
解析:煤、石油和天然气是化石能源,不可再生;生物能来自植物,可以再生,但其共同的一点是它们的能量最初都来自于太阳辐射。
答案:C
7.离子交换膜制碱法的生产过程中,进入阳极室的物质是( )
A.精制的饱和食盐水
B.纯水
C.加一定量NaOH的纯水
D.饱和粗盐水
解析:阳极室为精制饱和食盐水,此题正确答案为A。
答案:A
8.煤的气化是煤高效、洁净利用的方向之一。右图为加热某地煤样所得煤气组成及体积分数随温度变化的曲线图。由图可知该煤气中( )
A.只含有碳、氢两种元素
B.所含的有机物是CH4、CnHm、CO
7
C.800 ℃时CO体积分数小于CH4体积分数
D.氢气体积分数最大
解析:根据图像知,该煤气中含CO、CH4、H2、CnHm,则该煤气中含碳、氢、氧元素,故A错误;CO不是有机物,属于无机物,故B错误;随着温度升高,甲烷含量降低,CO含量升高,温度在400~1 000 ℃时,CO的体积分数比CH4的体积分数小,可能在较高温度下CO的体积分数高于甲烷的,故C正确;根据图像知,在600 ℃以下,H2的体积分数不是最高的,故D错误。
答案:C
二、非选择题(本题共4个小题,共52分)
9.(10分)石油和煤炭加工过程涉及多种技术和设备。
(1)石油分馏时,在不断向 (填工业设备名称)内投放原料的同时获得产品,该过程为 操作过程。
(2)石油裂化分为热裂化、 和加氢裂化,裂化的目的是提高 的产量。
(3)煤的洗选是为了降低原煤中灰分和 的含量。煤的流化床燃烧是指空气从底部吹向煤炭颗粒,并使全部煤炭颗粒 进行燃烧的过程。
(4)煤的直接液化是煤与适当溶剂混合后在高温和 存在下与 作用生成液体燃料的过程。
解析:(2)石油裂化是将长链、高沸点的烃断裂为短链、低沸点的烃。其目的是提高轻质燃料油(或汽油)的产量。
(3)煤的洗选是为了降低原煤中灰分和硫的含量,减少燃烧过程中烟尘、SO2的排放。空气从底部吹向煤炭颗粒,可以使煤炭颗粒浮动,增大其与空气的接触面积,使燃料油燃烧更充分。
(4)煤的直接液化是指在高温、催化剂条件下煤与氢气作用生成甲醇等液体燃料的过程。
答案:(1)分馏塔 连续
(2)催化裂化 轻质燃料油(或汽油)
(3)硫(S) 浮动
(4)催化剂 氢气(H2)
10.(10分)假如你是一位企业家,在开发海水资源的众多项目中,选择了海水提镁,在前期考察过程中你将遇到许多问题,请根据背景材料的提示,按要求回答相关问题:
背景材料1:下图为海水中各元素含量情况(mg·L-1)
背景材料2:部分化学试剂的市场价格
试剂
氢氧化钾
氢氧化钠
氢氧化钙
氧化钙
7
价格(元/吨)
5 238.0
2 300.00
1 200.00
700.00
请回答下列问题:
(1)在海水提镁的过程中要实现对镁离子的富集、分离,有以下三个方案:
方案一:直接往海水中加入沉淀剂;
方案二:加热蒸发海水后再加入沉淀剂;
方案三:在晒盐后的卤水中加入沉淀剂。
你认为方案 最合理。
不选方案 的理由是 。
不选方案 的理由是 。
(2)应该选择 试剂作为镁离子的沉淀剂。不考虑其他费用,沉淀相同量的镁离子所用氢氧化钠和氧化钙的价格比为 。
(3)为了节省成本,你可考虑以海边上的贝壳为原料,试简述其理由: 。
解析:(1)海水提镁首先要对海水进行浓缩,然后加入沉淀剂,显然方案一浪费原料,方案二浪费能量,最合理的是方案三。
(2)根据市场价格,CaO作为镁离子的沉淀剂最为经济。假设沉淀a mol Mg2+,需要氢氧化钠和氧化钙的价格比为:(2a×40×2 300.00)∶(a×56×700.00)=230∶49。
(3)贝壳的主要成分为碳酸钙,可以通过高温煅烧贝壳的方式生产氧化钙,作为镁离子的沉淀剂,降低成本。
答案:(1)三 一 海水中镁浓度太低,要沉淀必须加入大量的沉淀剂,浪费原料 二 要加热海水需很多的能源
(2)CaO 230∶49
(3)贝壳中含碳酸钙,加热分解生成氧化钙可作为沉淀剂,节省了成本
11.(16分)(1)氯碱工业是利用电解食盐水生产 为基础的工业体系。
(2)电解前,为除去食盐水中的Mg2+、Ca2+、S等杂质离子,下列加入顺序合理的是 。
A.碳酸钠、氢氧化钠、氯化钡
B.碳酸钠、氯化钡、氢氧化钠
C.氢氧化钠、碳酸钠、氯化钡
D.氯化钡、氢氧化钠、碳酸钠
(3)“盐泥”是粗盐提纯及电解食盐水过程中形成的工业“废料”。某工厂的盐泥组成如下:
成分
NaCl
Mg(OH)2
CaCO3
BaSO4
其他不溶
于酸的物质
15~20
5~10
7
质量分
数/%
15~20
30~40
10~15
为了生产MgSO4·7H2O,设计了以下工艺流程:
MgSO4·7H2O工艺流程图
1—反应器 2—过滤器 3—蒸发浓缩器 4—结晶槽 5—洗涤槽 6—真空干燥器
装置1中加入的酸应选用 ,加入的酸应适当过量,控制pH为5左右,反应温度在50 ℃左右。持续搅拌使之充分反应,以使Mg(OH)2充分溶解并转化为MgSO4,在此过程中同时生成CaSO4。其中碳酸钙可以转化为硫酸钙的原因是 。
装置2中滤渣的主要成分为 。
装置3中通入高温水蒸气并控制温度在100~110 ℃,蒸发结晶,此时析出的晶体主要是 。
用装置6(真空干燥器)干燥MgSO4·7H2O晶体的理由是 。
解析:(2)在粗盐提纯过程中,所加除杂试剂的顺序通常为先加BaCl2,再加NaOH,最后加入Na2CO3。加NaOH的顺序可以放在BaCl2的前面也可以放在Na2CO3的后面,但Na2CO3的加入顺序必须放在BaCl2的后面,因过量的BaCl2需用Na2CO3除去。(3)由于最终的产品为MgSO4·7H2O,所以在酸溶时所加的酸应该是H2SO4,加入H2SO4后发生的反应有:Mg(OH)2+H2SO4MgSO4+2H2O,CaCO3+H2SO4CaSO4+CO2↑+H2O。CaCO3和H2SO4的反应之所以能够持续进行,是因为该反应是在50 ℃左右及持续搅拌的条件下进行的,该条件下CO2可以迅速从溶液中逸出,使平衡不断向正反应方向移动。CaSO4是一种微溶物,滤渣中除BaSO4和不溶于酸的物质外还应含有CaSO4。在真空干燥器中MgSO4·7H2O表面的水不需要加热烘干就能挥发掉,这样就能有效防止失去结晶水。
答案:(1)氯气、烧碱、氢气(只写出氯气、烧碱也可)
(2)D
(3)(稀)硫酸 搅拌过程中CO2不断逸出,使平衡
CaCO3+H2SO4CaSO4+H2O+CO2↑不断向右移动 CaSO4、BaSO4和其他不溶于酸的物质 氯化钠 防止失去结晶水
12.(16分)海水是巨大的资源宝库,在海水淡化及综合利用方面,天津市位居全国前列。从海水中提取食盐和溴的过程如下:
7
(1)请列举海水淡化的两种方法: 。
(2)将NaCl溶液进行电解,在电解槽中可直接得到的产品有H2、 、 或H2、 。
(3)步骤Ⅰ中已获得Br2,步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br-,其目的是 。
(4)步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2,吸收率可达95%,有关反应的离子方程式为 ,由此反应可知,除环境保护外,在工业生产中应解决的主要问题是 。
(5)某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提纯溴的方法,查阅了有关资料,Br2的沸点为59 ℃,微溶于水,有毒性和强腐蚀性。他们参观生产过程后,绘制了如下装置简图:
请你参与分析讨论:
①图中仪器B的名称是 。
②整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管,其原因是 。
③实验装置气密性良好,要达到提纯溴的目的,操作中如何控制关键条件: 。
④C中液体产物颜色为 ,为除去该产物中仍残留的少量Cl2,可向其中加入NaBr溶液,充分反应后,再进行的分离操作是 。
解析:(2)电解NaCl溶液:2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑,若产生的Cl2直接与溶液中NaOH反应,可以生产消毒液NaClO;(4)SO2吸收溴,依据氧化还原反应生成物书写基本规律,溴元素在自然界中-1价稳定而写出离子方程式。由于此反应有强酸HBr和H2SO4生成而得出工业生产需要解决的问题;(5)由于题干中给出信息Br2的沸点是59 ℃,提纯溴应该收集59 ℃时的馏分。
答案:(1)蒸馏法、电渗析法、离子交换膜法(任意两种)
(2)Cl2 NaOH NaClO
(3)富集溴元素
(4)Br2+SO2+2H2O4H++S+2Br- 强酸对设备的严重腐蚀
7
(5)①冷凝管 ②Br2腐蚀橡胶 ③控制温度计b的温度,并收集59 ℃时的馏分 ④深红棕色 分液(或蒸馏)
7
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