高考化学 无机化学的综合运用无机化工素材.docx

高考化学 无机化学的综合运用无机化工素材.docx

《高考化学 无机化学的综合运用无机化工素材.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考化学 无机化学的综合运用无机化工素材.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高考化学无机化学的综合运用无机化工素材

2011高考无机化学的综合运用（无机化工）

第一课时海水资源的开发利用

【考纲要求】了解海水资源开发和利用的前景及化学在其中可以发挥的作用。

【课前小测】

1、许多国家十分重视海水资源的综合利用。

不需要化学变化就能够从海水中获得的物质是（）

A．氯气、溴单质、碘单质B．金属钠、金属镁、金属铝

C．烧碱、氢气D.食盐、淡水

2、海水是一个巨大的化学资源库，下列有关海水综合利用的说法正确的是（）

A．海水中含有钾元素，只需经过物理变化就可以得到钾单质

B．海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化

C．从海水中可以得到NaCl，电解熔融NaCl可制备Cl2

D．利用潮汐发电是将化学能转化为电能

3、从海水中提取镁的工艺流程图可表示如图所示：

下列说法不正确的是（）

A．用此法提取镁的优点之一是原料来源丰富

B．步骤⑥电解MgCl2时阴极产生氯气

C．步骤⑤可将晶体置于HCl气体氛围中脱水

D．上述工艺流程中涉及化合、分解和复分解反应

【考点回顾】

海水资源的利用主要包括海水水资源的利用和海水化学资源的利用。

1、海水水资源的综合利用

海水淡化的方法主要有：

、、等。

2、化学资源的利用

⑴氯碱工业：

[例题]氯碱厂电解饱和食盐水溶液制取NaOH的工艺流程示意图如下：

依据上图，完成下列填空：

（1）在电解过程中，与电源正极相连的电极上发生反应的化学方程式为___________，与电源负极相连的电极附近，溶液的pH_________。

（2）工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质，精制过程发生反应的离子方程式为____________。

（3）如果粗盐中SO

含量较高，必须添加钡试剂除去SO

，该钡试剂可以是__________。

A．Ba（OH）2B．Ba（NO3）2C．BaCl2

（4）为了有效地除去Ca2+、Mg2+、SO

，加入试剂的合理顺序为________________，

A．先加入NaOH，后加入Na2CO3，再加入钡试剂

B．先加入NaOH，后加入钡试剂，再加入Na2CO3

C．先加入钡试剂，后加入NaOH，再加入Na2CO3

（5）脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过_________________、冷却、_______________________（填写操作名称）除去NaCl。

（6）用隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2和NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水，Cl2和NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，相应的化学方程式为____________________________。

⑵海水提镁

[例题]由海水制备无水氯化镁，主要有以下步骤：

①在一定条件下脱水干燥；②加熟石灰；③加盐酸；④过滤；⑤浓缩结晶。

其先后顺序正确的是（）

A．②④⑤③①B．③②④①⑤C．③④②⑤①D．②④③⑤①

⑶海水提溴

[例题]空气吹出法工艺，是目前“海水提溴”的最主要方法之一。

其工艺流程如下：

（1）溴在周期表中位于_________周期，_________族。

（2）步骤

中用硫酸酸化可提高Cl2的利用率，为什么？

。

（3）步骤

的离子方程式：

________________________________________。

（4）步骤

的蒸馏过程中，溴出口温度为何要控制在80—900C。

温度过高或过低都不利于生产，请解释原因:

___________________________________________。

（5）步骤

中溴蒸气冷凝后得到液溴与溴水的混合物，可利用它们的相对密度相差很大的特点进行分离。

分离仪器的名称是_____________，分离时液溴从分离器的_____（填“上口”或“下口”）排出。

（6）为什么不直接用含溴的海水进行蒸馏得到液溴，而要经过“空气吹出、SO2吸收、氯化”：

。

⑷海水提碘

[例题]某同学为了验证海带中含有碘，拟进行如下实验，请回答相关问题。

（1）第1步：

灼烧。

操作是将足量海带灼烧成灰烬。

该过程中将使用到的硅酸盐质实验仪器有（填代号，限填3项）。

A．试管B．瓷坩埚C．坩埚钳D．铁三角架

E．泥三角F．酒精灯G．烧杯H．量筒

（2）第2步：

Iˉ溶液的获取。

操作是

。

（3）第3步：

氧化。

操作是依次加入合适的试剂。

下列氧化剂最好选用（填代号）。

A．浓硫酸B．新制氯水C．KMnO4溶液D．H2O2

理由是

。

（4）第4步：

碘单质的检验。

操作是取少量第3步的溶液，滴加淀粉溶液，如果溶液显蓝色，则证明海带中含碘。

[巩固练习]1、（08年山东理综·30）食盐是日常生活的必需品，也是重要的化工原料。

（1）粗食盐常含有少量K＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42－等杂质离子，实验室提纯NaCl的流程如下：

提供的试剂：

饱和Na2CO3溶液饱和K2CO3溶液NaOH溶液BaCl2溶液Ba（NO3）2溶液75%乙醇四氯化碳

①欲除去溶液I中的＋Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42－离子，选出a所代表的试剂，按滴加顺序依次是（只填化学式）。

②洗涤除去NaCl晶体表面附带的少量KCl，选用的试剂为。

（2）用提纯的NaCl配制500mL4.00mol·L-1NaCl溶液，所用仪器除药匙、玻璃棒外还有（填仪器名称）。

（3）电解饱和食盐水的装置如图所示，若收集的H2为2L，则同样条件下收集的Cl2

（填“＞”、“=”或“＜”）2L，原因是。

装置改进后可用于制备NaOH溶液，若测定溶液中NaOH的浓度，常用的方法为。

（4）实验室制备H2和Cl2通常采用下列反应：

Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑

MnO2＋4HCl（浓）

MnCl2＋Cl2↑＋2H2O

据此，从下列所给仪器装置中选择制备并收集H2的装置（填代号）和制备并收集干燥、纯净Cl2的装置（填代号）。

可选用制备气体的装置：

答案：

（1）①BaCl2、NaOH、Na2CO3（错选或多选本小题不得分。

NaOH溶液的加入顺序及是否答Na0H不影响得分）

②75％乙醇

（2）天平、烧杯、500mL容量瓶、胶头滴管

（3）<电解生成的氯气与电解生成的NaOH发生了反应酸碱中和滴定

（4）cd

2．（09年天津理综·9）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：

（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，其目的为。

（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，了如下装置简图：

请你参与分析讨论：

①图中仪器B的名称：

。

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中液体产生颜色为。

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。

答案：

（1）蒸馏法、电渗析法、离子交换法及其其他合理答案中的任意两种

（2）Cl2NaOHNaClO

（3）富集溴元素

（4）Br2＋SO2＋2H2O=4H＋＋SO42－＋2Br－强酸对设备的严重腐蚀

（5）①冷凝管②Br2腐蚀橡胶③控制温度计b的温度，并收集59℃的馏分④深红棕色分液（或蒸馏）

解析：

本题考查海水中提取溴的实验。

电解NaCl溶液的方程式为：

2NaCl+2H2O

2NaOH+H2↑+Cl2↑，其中Cl2有可能与NaOH会生成NaClO。

步骤I中的Br2的浓度很小，多次用SO2反复吸收，最终用Cl2处理，则可获得大量的工业溴。

溴具有强氧化性可以氧化SO2，生成H2SO4，因此要注意酸对设备的腐蚀问题。

溴具有腐蚀性，可以腐蚀橡胶。

蒸馏的目的，就是通过沸点不同而提纯Br2，所以要通过温度计控制好Br2沸腾的温度，尽可能使Br2纯净。

第二课时纯碱工业

【考纲要求】以合成氨工业生产为例，用化学反应速率和化学平衡的观点理解工业生产的条件。

【课前练习】某工厂用CaSO4、NH3、H2O、CO2制备（NH4）2SO4，其工艺流程如下：

下列推断不合理的是

A．直接蒸干滤液得到纯净的（NH4）2SO4

B．生成1mol（NH4）2SO4至少消耗2molNH3

C．CO2可被循环使用

D．往甲中通CO2有利于（NH4）2SO4生成

一．纯碱工业中的化学反应原理。

[例1]（05上海26）我国化学侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：

（1）上述生产纯碱的方法称，副产品的一种用途为。

（2）沉淀池中发生的化学反应方程式是。

（3）写出上述流程中X物质的分子式。

（4）使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了（填上述流程中的编号）的循环。

从沉淀池中取出沉淀的操作是。

（5）为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加。

（6）向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有。

（a）增大NH4+的浓度，使NH4Cl更多地析出（b）使NaHCO3更多地析出

（c）使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度

二、纯碱工业中的化工技术。

1．原料。

请对比说明氨碱法和联合制碱法的原料和循环使用的物质。

原料有：

，目标产物是，副产物是，可循环利用的中间产物有，含氯化钙的废液中存在的离子有：

。

5．侯氏制碱法的原料和副产物与索尔维法有何不同？

计算两种方法中原料的原子利用率，分析副产品的价值，据此评价两种制碱法的优劣。

[反馈练习]（07海南化学）纯碱是一种重要的化工原料。

目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺。

请按要求回答问题：

（1）“氨碱法”产生大量CaCl2废弃物，请写出该工艺中产生CaCl2的化学方程式：

                                                                      ；

（2）写出“联合制碱法”有关反应的化学方程式：

                                                      ；

                                                                      ；

（3）CO2是制碱工业的重要原料，“联合制碱法”与“氨碱法”中CO2的来源有何不同？

                                                                      ；

（4）绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率。

根据“联合制碱法”总反应，列出计算原子利用率的表达式：

原子利用率（%）=                                               。

三．纯碱工业中的实验操作。

[例题]（05上海26）1、我国化学侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：

（5）为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加。

（6）向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有。

（a）增大NH4+的浓度，使NH4Cl更多地析出

（b）（b）使NaHCO3更多地析出

（c）使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度

2、根据侯德榜制碱法原理并参考下表的数据，实验室制备纯碱Na2CO3的主要步骤是：

将配制好的饱和NaCl溶液倒入烧杯中加热，控制温度在30℃～35℃，搅拌下分批加入研细的NH4HCO3固体，加料完毕后，继续保温30分钟，静置、过滤得NaHCO3晶体。

用少量蒸馏水洗涤除去杂质，抽干后，转入蒸发皿中，灼烧2小时，制得Na2CO3固体。

四种盐在不同温度下的溶解度（g/100g水）表

0℃

10℃

20℃

30℃

40℃

50℃

60℃

100℃

NaCl

35.7

35.8

36.0

36.3

36.6

37.0

37.3

39.8

NH4HCO3

11.9

15.8

21.0

27.0

－①

－

－

－

NaHCO3

6.9

8.1

9.6

11.1

12.7

14.5

16.4

－

NH4Cl

29.4

33.3

37.2

41.4

45.8

50.4

55.3

77.3

①＞35℃NH4HCO3会有分解

请回答：

（1）反应温度控制在30℃～35℃，是因为若高于35℃，则，若低于30℃，则；为控制此温度范围，采取的加热方法为。

（2）加料完毕后，继续保温30分钟，目的是。

静置后只析出NaHCO3晶体的原因是。

用蒸馏水洗涤NaHCO3晶体的目的是除去杂质（以化学式表示）。

（3）过滤所得的母液中含有（以化学式表示），需加入，并作进一步处理，使NaCl溶液循环使用，同时可回收NH4Cl。

[巩固练习]

1、某化工厂为了综合利用生产过程中的副产品CaSO4，与相邻的合成氨厂联合设计了以下制备（NH4）2SO4的工艺流程：

请回答以下问题：

（1）合成氨反应的化学方程式是，该反应在（填设备名）中发生。

沉淀池中发生的主要反应方程式是，该反应能够发生的原因是。

（2）在上述流程的沉淀池中通入足量氨气的目的是，可以循环使用的X是。

（3）该生产过程中的副产品是。

从绿色化学和资源综合利用的角度说明上述流程的主要优点是；从物质的性质和工业生产实际的角度考虑该流程的主要缺陷是。

2．（08广州一模25题）、溴酸钾（KBrO3）为白色晶体，是一种常用的氧化剂和分析试剂，加热到370℃分解为溴化钾和氧气。

用氯气生产溴酸钾的工艺流程如下：

（1）“合成”过程所发生的反应中，氧化剂是___________，还原剂是___________。

反应的化学方程式为______________________________________________________。

（2）“复分解”过程中反应的化学方程式为______________________________________。

（3）上述流程中第二次过滤的滤渣主要成分是________________。

（4）“趁热过滤”过程中“趁热”的原因是_________________________________________。

答案：

（05上海26）（本题共12分）

（1）联合制碱法或侯德榜制碱法

化肥或电解液或焊药等（其他合理答案均给分）

（2）NH3+CO2+H2O+NaCl→NH4Cl+NaHCO3↓

或NH3+CO2+H2O→NH4HCO3NH4HCO3+NaCl→NaHCO3↓+NH4Cl

（3）CO2

（4）

过滤

（5）稀硝酸和硝酸银溶液

（6）a、c

2．

（1）2NH4Cl＋Ca（OH）2

2NH3↑＋CaCl2＋2H2O

（2）NH3＋CO2＋H2O＋NaCl（饱和）＝NaHCO3↓＋NH4Cl；2NaHCO3

Na2CO3＋CO2↑＋H2O；（3）“氨碱法”的CO2来源于石灰石煅烧，“联合制碱法”的CO2来源于合成氨工业的废气。

（4）由于总反应可看作是：

2NH3＋2NaCl＋CO2＋H2O=Na2CO3＋2NH4Cl，所以：

原子利用率（%）＝

×100%＝

×100%；

3．

（1）NH4HCO3分解；反应速率降低；水浴加热

（2）使反应充分进行；NaHCO3的溶解度最小；NaCl、NH4Cl、NH4HCO3

（3）NaHCO3、NaCl、NH4Cl、NH4HCO3；HCl

4。

（1）

合成塔CaSO4＋CO2＋2NH3＋H2O＝CaCO3↓＋（NH4）2SO4，生成的CaCO3溶解度小于CaSO4有利于反应向正向进行。

（2）一方面提供反应物，另一方面使溶液呈碱性有利于CO2的吸收。

CO2（3）生石灰该流程中，产生的CO2循环使用，得到的产品和副产品都是有用的物质，无废物产生。

由于CaSO4的溶解度较小，此反应的产率会比较低。

5．答案

（1）Cl2（1分）Br2（1分）6MgO+Br2+5Cl2==Mg（BrO3）2+5MgCl2（2分）

（2）Mg（BrO3）2＋2KCl==MgCl2＋2KBrO3（2分）

（3）MgCl2（1分）

（4）防止溴酸钾结晶析出（1分）

（5）2KBrO3

2KBr+3O2↑（1分）

油炸和烘焙的温度条件不能保证溴酸钾完全分解（1分）

第三课时硫酸、硝酸工业

[考纲要求]

1．掌握硫酸和硝酸的制备原理、性质、用途。

2．了解常见化肥的基本性质。

3．能够通过对自然界、生产、生活中的化学现象的观察，获取有关的感性知识和印象，并对这些感性知识进行初步加工和记忆。

4．能将实际问题（或题设情境）分解，找出解答的关键。

能够运用自己存储的知识，将它们分解、迁移转换、重组，使问题得到解决的应用能力。

[课前练习]

1、下列说法不正确的是（）

A．接触法制硫酸的主要步骤是造气、接触氧化和三氧化硫的吸收

B．硫酸厂应该建在靠近原料产地的地区

C．由于常压下SO2转化为SO2的转化率很高，所以SO2接触氧化时不采用高压的反应条件

D．工业“三废”的综合利用不仅减少污染，还获得有用的副产品

2、在硫酸的工业制法中，下列生产操作及生产操作的主要原因二者都正确的是（）

A从沸腾炉中出来的炉气须净化，回为炉气中的杂质会与SO2发生反应

B硫铁矿燃烧前要粉碎，因为大块的不能燃烧

CSO3用98.3%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以便SO3吸收完全

DSO2氧化成SO3时需要使用催化剂，这样可以提高SO2的转化率

一、工业制硫酸

[例题]在硫酸工业中，通过下列反应使SO2转化为SO3：

2SO2+O2

2SO3，ΔH＜0，已知常压下平衡混合气体中SO3体积分数为91%。

试回答：

（1）在生产中常用过量的空气是为了__________________________________。

（2）加热到400℃～500℃是由于___________________________________。

（3）压强采用_____________，原因是__________________________________。

（4）常用浓H2SO4来吸收SO3而不用水，因为___________________________。

答案：

（1）增大氧气浓度，提高成本较高的SO2的转化率

（2）在此温度下，催化剂活性强，反应速率快，可缩短到达平衡的时间，提高单位时间内SO3的产率（3）常压因常压下平衡混合气体中SO3的体积分数已达91%，若再加压，对设备动力系统要求高，成本高，加压已无实际意义（4）用水吸收易形成酸雾，降低吸收速率；防止空气污染。

【练习】下列说法不正确的是（）

A．接触法制硫酸的主要步骤是造气、接触氧化和三氧化硫的吸收

B．硫酸厂应该建在靠近原料产地的地区

C．由于常压下SO2转化为SO2的转化率很高，所以SO2接触氧化时不采用高压的反应条件

D．工业“三废”的综合利用不仅减少污染，还获得有用的副产品

[小结]硫酸工业综合经济效益的讨论

（1）环境保护与原料的综合利用。

化工生产必须保护环境，严格治理“三废”，并尽可能把“三废”变为有用的副产品，实现原料的综合利用。

硫酸厂的“三废”处理方法是：

①尾气吸收（氨吸收法）

SO2+2NH3+H2O＝（NH4）2SO3

（NH4）2SO3+H2SO4＝（NH4）2SO4+SO2+H2O

②废水处理（石灰乳中和法）

Ca（OH）2+H2SO4＝CaSO4+2H2O

③废渣利用，制砖或制造水泥

（2）能量的充分利用。

化工生产中应充分利用反应热，这对于降低成本具有重要意义。

硫酸生产中的反应热不仅用于预热反应物满足自身能量的需要，而且还可以由硫酸厂向外界输出大量能量（供热发电）。

（3）厂址选择和生产规模。

化工厂厂址的选择，涉及原料、水源、能源、土地供应，市场需求、交通运输和环境保护等因素，应对这些因素综合考虑，作出合理的抉择。

由于硫酸是腐蚀性液体，不便贮存和运输，因此硫酸厂应建在靠近硫酸消费中心的地区，应避开人口稠密的居民区和环境保护要求高的地区。

工厂规模大小，主要由硫酸用量的多少来决定。

二、合成氨

[例题]氨是最重要的氮肥，是产量最大的化工产品之一。

课本里介绍的合成氨技术叫哈伯法，是德国人哈伯在1905年发明的，其合成原理为：

N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）；△H=—92.4kJ/mol他因此获得了1918年诺贝尔化学奖。

试回答下列问题：

（1）合成氨工业中采取的下列措施可用勒夏特列原理解释的是（填序号）

A、采用较高压强（20Mpa~50Mpa）

B、采用500℃的高温

C、用铁触媒作催化剂

D、将生成的氨液化并及时从体系中分离出来,N2和H2循环到合成塔中并补充N2和H2

（2）右图是实验室模拟工业法合成氨的简易装置。

简述检验有氨气生成的方法。

（3）在298K时，将10molN2和30molH2放入合成塔中，为何放出的热量小于924kJ？

。

（4）1998年希腊亚里斯多德大学的Marmellos和Stoukides

采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H+），实现了高温常压下高转化率的电化学合成氨。

其实验装置如图。

阴极的电极反应式。

．答案：

（1）A、D

（2）用湿润的红色石蕊试纸放到管口处，若变蓝说明有氨气生成。

（3）该反应是可逆反应，10molN2和30molH2不可能完全反应，所以放出的热量小于924kJ。

（4）N2+6H++6ｅ－＝2NH3

三、氨氧法制硝酸

[例题]（09年海南化学·20.4）（11分）

工业上常用氨氧化法生产硝酸，其过程包括氨的催化氧化（催化剂为铂铑合金丝网）、一氧化氮的氧化和水吸收二氧化氮生成硝酸。

请回答下列问题：

（1）氨催化氧化的化学方程式为：

（2）原料气中空气必须过量，其主要原因是；

（3）将铂铑合金做成薄丝网的主要原因是；

（4）水吸收二氧化氮生成硝酸为放热反应，其化学方程式为，为了提高水对二氧化氮的吸收率，可采取的措施为（答2项）。

答案：

（11分）

（1）4NH3＋5O2

4NO＋6H2O

（3分）

（2）提高氨的转化率和一氧化氮的转化率（2分）