选修2 《化学与技术》综合测试.docx

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选修2《化学与技术》综合测试

选修2　《化学与技术》综合测试

时间：

90分钟　　满分：

100分

（本题包括12小题，共100分）

1．（8分）（2010·东北名校联考）某化学科研小组的同学查阅资料，得到如下材料：

酸雨是指pH小于5.6的各种大气降水，酸雨的形成是大气受污染的产物和表现。

酸雨中含有多种无机酸和有机酸，多数情况下以硫酸为主。

燃料燃烧、火山喷发、枯死植物腐烂、从含硫的金属矿石中提炼金属和生产硫酸的过程中都会产生二氧化硫，二氧化硫在空气中、云中发生化学反应形成硫酸。

北京地区今年有效地控制了酸雨的形成，防止了酸雨的危害。

请你仔细阅读以上材料，回答下列问题：

（1）以上材料中，哪些是属于引起酸雨的人为因素？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）用化学方程式表示SO2形成酸雨的过程

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）某工厂的燃料煤中硫的质量分数为0.32%，该厂每天烧这种煤100t。

①有人设计向该厂燃料中掺入生石灰，可排除SO2的污染，试写出有关的化学方程式________。

②若不采取任何措施，每天该工厂排出SO2________L。

（标况）

③若将煤中的硫转化为硫酸（设硫的转化率为80%），每天可制得98%（质量分数）的硫酸________t。

答案：

（1）燃料燃烧、从含硫的金属矿石中提炼金属或生产硫酸

（2）SO2＋H2O===H2SO3；2H2SO3＋O2===2H2SO4

（3）①CaO＋SO2===CaSO3；2CaSO3＋O2===2CaSO4

②2.24×105　③0.8

2．（8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

________________________________________________________________________

（答两项）。

解析：

本题考查硝酸的工业制法及化学平衡移动原理，意在考查硝酸工业制备的原理及化学平衡知识的应用。

（1）氨催化氧化的化学方程式为：

4NH3＋5O2

4NO＋6H2O；

（2）原料气中空气过量主要是为了提高氨的转化率和NO的转化率，因为在反应中增大一种反应物的浓度，可提高另一反应物的转化率；（3）铂铑合金的作用是催化剂，做成薄丝网是为了增大催化剂与反应物的接触面积；（4）水吸收NO2的反应方程式为：

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，为了提高水对二氧化氮的吸收率，可采用加压的方法，由于该吸收反应是放热反应，故还可以采用降温的方法。

答案：

（1）4NH3＋5O2

4NO＋6H2O

（2）提高氨的转化率和一氧化氮的转化率

（3）增大单位质量的催化剂与反应物的接触面积

（4）3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　加压、降温

3．（8分）如图是以海水为原料制取金属镁和溴（以NaBr的形式存在）以及其他几种化工产品的综合生产流程图。

其中E是一种化肥，N是一种常见的金属单质。

试填写下列空白：

（1）写出反应①②的化学方程式

____________________________，________________________________________________________________________。

（2）请简述由沉淀H与K反应得到的溶液制取纯净固体C的方法________________________________________________________________________。

（3）在工业上，反应②主要采用离子交换膜法，下列关于离子交换膜电解槽的叙述错误的是________（填序号）。

A．经精制后的饱和B溶液进入阳极室

B．纯水（加少量NaOH）进入阴极室

C．阴极产物为氢氧化钠和氢气

D．电解槽的阳极用金属铁网制成

答案：

（1）NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋Cl2↑＋H2↑

（2）将沉淀H与K反应得到的MgCl2溶液在HCl气氛中蒸发、结晶、干燥，即可制得纯净的固体MgCl2

（3）D

4．（8分）分析下面两个案例并回答有关问题。

（1）某城镇生产、生活的分布情况如图所示，河流中W、X、Y、Z处某次水样抽测结果如表所示。

地点

水温/℃

溶解氧量/（mg·L－1）

1导致X、Y处水样pH变化的原因可能是

______________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

2Z处鱼类大量减少，产生这种现象的原因可能是

________________________________________________________________________。

（2）某地区已探明蕴藏有丰富的赤铁矿（主要成分为Fe2O3，还含有SiO2等杂质）、煤矿、石灰石和黏土。

拟在该地区建设大型炼铁厂。

①随着铁矿的开发和炼铁厂的建立，需要在该地区相应建立焦化厂、发电厂、水泥厂等，形成有规模的工业体系。

据此确定上图中相应工厂的名称A________、B__________、C__________、D________________________________________________________________________；

②以赤铁矿为原料，写出高炉炼铁中得到生铁和产生炉渣的化学方程式

________________________________________________________________________；

③从“三废”利用、环境保护等角度考虑，该地区和企业在生产中应采取的一些措施有（举出2种措施即可）

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）根据题干图表信息及相关工业生产知识，则X处河水pH升高，说明是其上游造纸厂排放的碱性污水所致，而Y处pH下降是由其上游火力发电厂净化烟气的酸性废水治理未达标就排放或者火力发电厂燃煤产生的SO2导致酸雨，飘落后所致等。

Z处的鱼类大量减少则是由于其上游的化肥厂、农田及生活污水导致Z处河水富营养化，导致藻类等水生植物大量繁殖或生长，河水中溶解的氧被大量消耗，鱼类缺氧而死亡。

（2）结合各种矿产资源的应用及相关工业生产的知识可以进行判断；煤矿的煤炭资源可用于发电厂和焦化厂，故A为发电厂、B为焦化厂，发电厂可以为其他工厂提供电能。

赤铁矿和石灰石可用于炼铁厂，焦化厂可为其提供焦炭，故C为炼铁厂。

石灰石、黏土及煤矿、炼铁厂的废渣可用于水泥厂生产水泥，故D为水泥厂。

以赤铁矿为原料，高炉炼铁的反应原理为：

Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2

CaCO3＋SiO2

CaSiO3＋CO2↑

从“三废”利用、环境保护等角度考虑，该地区和企业在生产中应注意“变废为宝”和保护环境，如：

用炼铁厂的炉渣或CaSiO3作为水泥厂的原料等；将石灰石煅烧成生石灰，用于吸收发电厂和焦化厂燃煤时产生的SO2，减少对空气的污染等。

答案：

（1）①造纸厂排放的碱性污水使X处河水pH升高，火力发电厂净化烟气的酸性废水治理未达标就排放，造成Y处等的河水pH降低（或火力发电厂燃煤产生的SO2会导致酸雨，飘落后使Y处等的河水pH降低）

②化肥厂、农田及生活污水使Z处河水富营养化，水温较高，适于藻类等水生植物生长，河水中溶解氧被大量消耗，导致鱼类死亡

（2）①发电厂　焦化厂　炼铁厂　水泥厂

②Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2

CaCO3＋SiO2

CaSiO3＋CO2↑

③用炼铁厂的炉渣（或CaSiO3）作为水泥厂的原料

用石灰石煅烧成生石灰，用于吸收发电厂和焦化厂燃煤时产生的SO2，减少对空气的污染

建立污水处理系统

5．（8分）将N2和H2在一定条件下反应，制得纯净的NH3，将所得NH3和足量的O2通过装置中的催化剂，发生氨的催化氧化反应。

请根据你已学知识，回答下列问题：

（1）工业合成NH3时，在有催化剂的条件下，选用了20MPa～50MPa、500℃这一条件，选用500℃的原因是

______________________________________________________________，增大压强有利于N2＋3H22NH3这一反应平衡正向移动，为何不采用更大的压强

______________________________________________。

（2）下图所示是NH3和O2进入含催化剂的装置，发生反应，从A处导出的气体成分是

________________________________________，假设该实验制得纯净的NO气体，则应采取__________________________措施，使这些气体完全转化为HNO3。

（3）若该实验结束时，有剩余尾气NO和NO2，为防止污染空气，将其通入NaOH溶液，能恰好反应生成NaNO2，则尾气中NO和NO2的物质的量的关系为________，该反应中氧化剂为________，还原产物为________。

解析：

本题从基础知识切入，综合考查了NH3的制备、NH3的催化氧化以及NO的性质、化学平衡、氧化还原反应等知识，题目的设置，突出体现了学生运用知识的能力、思维能力和推理能力。

选用500℃这一条件要从反应速率和原料的转化率两个角度来考虑，该温度下，原料转化率较高，且催化剂活性最强，反应速率快，在回答这一问题时，很多同学容易漏答原料的转化率这一要点；虽然压强有利于该反应平衡正向移动，但压强越大，对制备装置的要求越高，能耗也越大，会大幅度增加工业成本，因此不采用更大的压强。

（2）中回答从A处导出气体的成分。

容易因思维不全面，错答为NH3、O2、NO，这是因为忽视了NO和O2之间的反应，而漏掉了NO2的存在，又因为只要有NO2，则一定存在2NO2

N2O4，故从A处导出的气体是NH3、O2、NO、NO2、N2O4的混合气体。

若想令NO完全溶于水，则必须加足量的O2，使之发生反应：

4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3；剩余气体和NaOH恰好反应生成NaNO2，由NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O可知，尾气中NO和NO2物质的量相同，NO2作氧化剂，NaNO2既是氧化物又是还原产物。

答案：

（1）该温度下，原料转化率较高，且催化剂活性最强，反应速率快　压强越大，对制备装置的要求越高，能耗也越大，会大幅增加工业成本，因此不采用更大的压强

（2）NH3、O2、NO、NO2、N2O4的混合气体　必须加足量O2的

（3）NO和NO2物质的量相同　NO2　NaNO2

6．（10分）请回答氯碱工业中的如下问题：

（1）氯气、烧碱是电解食盐水时按照固定的比率k（质量比）生成的产品。

理论上k＝________（要求写出计算表达式和结果）。

（2）原料粗盐中常含有泥沙和Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO

等杂质，必须精制后才能供电解使用。

精制时，粗盐溶于水过滤后，还要加入的试剂分别为①Na2CO3、②HCl（盐酸）、③BaCl2，这3种试剂添加的合理顺序是______（填序号）。

（3）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节（电）能30%以上。

在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过。

A（电解池）　　　　B（燃料电池）

1图中X、Y分别是

2________________________________________________________________________、

________________________（填化学式），分析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小____________；

②分别写出燃料电池B中正极、负极上发生的电极反应；正极__________________________；负极

__________________________________；

③这样设计的主要节（电）能之处在于（写出2处）

________________________、________________________________________________________________________。

解析：

本题考查氯碱工业，意在通过氯碱工业的化工生产考查考生的化工生产实际与理论的结合以及实验能力等。

（1）由电解饱和食盐水的化学方程式可知生成Cl2和NaOH的物质的量之比为1:

2，故理论产率k＝71/（40×2）＝1:

1.13或0.89。

（2）依据除杂原则（不引入新杂质）可知先加入BaCl2除去SO

，然后加入Na2CO3除去Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等离子以及前面引入的Ba2＋；过滤，除去沉淀，最后加入盐酸除去前面引入的CO

即可，加入试剂的顺序为：

③①②。

（3）①因电解食盐水产生H2，可与O2（除去CO2的空气）在NaOH溶液中形成燃料电池，结合框图知X、Y分别为Cl2、H2；又因在正极O2得到电子被还原为OH－，故正极区域的NaOH溶液浓度大于加入做电解质溶液的NaOH溶液。

即a%小于b%。

②在碱性环境，负极H2被氧化成水。

答案：

（1）

＝

＝1:

1.13或0.89

（2）③①②　（3）①Cl2　H2　a%小于b%

②

O2＋H2O＋2e－===2OH－　H2＋2OH－－2e－===2H2O

③燃料电池可以补充电解池消耗的电能　提高产出碱液的浓度，降低能耗

7．（8分）镁、铝、铁是重要的金属，在工业生产中应用广泛。

（1）在潮湿的空气中，钢铁表面有一层水膜，很容易发生电化腐蚀，其中正极发生的电极反应为________。

（2）在海洋工程上，通常用铝合金保护海底钢铁设施，其原理如图所示，其中负极发生的电极反应为________；在实际应用中，用铝合金而不选用纯铝，纯铝不能很好地起到保护作用，其原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。

（3）将11.9gMg－Al－Fe组成的合金溶于足量NaOH溶液中，合金质量减少了2.7g；另取等质量的合金溶于过量的稀硝酸中生成6.72L（标准状况）NO，向反应后的溶液中加入适量的NaOH溶液恰好使Mg2＋、Al3＋、Fe3＋完全转化为沉淀，则沉淀的质量为________g。

解析：

（1）钢铁中含有碳，因而钢铁可与潮湿的空气构成原电池，碳作正极，发生吸氧腐蚀。

（2）通常用铝合金保护海底钢铁设施，其实质就是牺牲阴极保护法，铝合金中的铝比钢铁中的铁易失去电子，故铝作负极发生反应：

Al－3e－===Al3＋。

纯铝易氧化，表面生成一层致密而坚固的氧化物薄膜，阻止铝继续氧化，不能保护海底钢铁设施。

（3）Mg－Al－Fe组成合金最终转化为Mg（OH）2、Al（OH）3、Fe（OH）3沉淀，金属失去的电子数与其阳离子结合的氢氧根离子数相等。

合金溶于过量的稀硝酸中生成6.72L（标准状况）NO，则合金失去的电子为0.9mol，故沉淀的质量为11.9g＋0.9mol×17g/mol＝27.2g。

答案：

（1）2H2O＋O2＋4e－===4OH－　

（2）Al－3e－===Al3＋　纯铝易氧化，表面生成一层致密而坚固的氧化物薄膜，阻止铝继续氧化，起不到保护海底钢铁设施的作用　（3）27.2

8．（10分）我国规定饮用水质量标准必须符合下表所示要求：

项目

Ca2＋、Mg2＋总浓度

细菌个数