高考化學(xué)總復(fù)習(xí) 配餐作業(yè)40 化學(xué)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

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化學(xué)與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 1．氨在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位?，F(xiàn)在約有80%的氨用來(lái)制造化肥，其余的用作生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品的原料。 材料一　圖示為工業(yè)合成氨簡(jiǎn)易流程圖： 材料二　某化工廠為了綜合利用生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)品CaSO4，與相鄰的合成氨廠聯(lián)合設(shè)計(jì)了以下制備(NH4)2SO4的工藝流程： (1)材料一合成氨所需的原料氣制備中，其中氮?dú)獾闹苽淇梢杂?填一種方法)______________，氫氣的制備可以用甲烷與水蒸氣在一定條件下反應(yīng)，生成二氧化碳和氫氣，則1 m3甲烷理論上能生成氫氣________L。原料氣要進(jìn)行徹底的凈化，其主要目的是________________________________。 (2)材料二沉淀池內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)為_(kāi)_________________，沉淀池中通入足量氨氣的目的是________________。 (3)材料三沉淀池內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)為_(kāi)_________________，侯德榜主要是設(shè)計(jì)了上述流程中的循環(huán)__________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)，使原料氯化鈉的利用率從70%提高到90%以上。從沉淀池中提取出沉淀的操作是__________。 解析：本題考查合成氨工業(yè)、純堿工業(yè)等。合成氨中氮?dú)饪梢酝ㄟ^(guò)分離空氣得到。無(wú)論在材料二還是材料三中，沉淀池通入氨氣主要是為了使溶液呈堿性，有利于CO2的吸收。 答案：(1)液化空氣法(合理均可)　4 000　防止催化劑中毒 (2)CaSO4＋CO2＋2NH3＋H2O===CaCO3↓＋(NH4)2SO4 一方面提供反應(yīng)物，另一方面使溶液呈堿性有利于CO2的吸收 (3)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓?、瘛∵^(guò)濾 2．(2015河北衡水)工業(yè)上常產(chǎn)生大量的廢氣、廢水、廢渣、廢熱，如果處理不好，隨意排放，會(huì)造成污染，而如果科學(xué)回收，可變廢為寶。 (1)工業(yè)制硫酸的尾氣中含有的少量SO2，可先用氨水吸收，再用稀硫酸處理。 ①該反應(yīng)的化學(xué)方程式為 __________________________________________________________________________________________________________________________； ②這樣處理的優(yōu)點(diǎn)是 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________； (2)硫酸廠產(chǎn)生的大量燒渣(硫鐵礦煅燒后的灰渣)的用途是__________________________(寫(xiě)一種即可)；寫(xiě)出電解精煉銅陽(yáng)極泥的一種用途__________________________。 (3)一座大型硫酸廠同時(shí)又是一座能源工廠，硫酸廠生產(chǎn)過(guò)程中的余熱若能充分回收利用，不僅不需要外界供應(yīng)能源，而且還可以向外界輸出大量的熱能。硫酸廠產(chǎn)生余熱的主要設(shè)備名稱(chēng)是__________________________。 (4)干熄焦技術(shù)是將煉焦?fàn)t推出的約1 000 ℃的赤熱焦炭，在熄焦室中被其逆流的冷惰性氣體(主要成分是氮?dú)?，溫度?70 ℃～190 ℃)熄滅。被加熱到700 ℃～800 ℃的惰性氣體經(jīng)除塵后進(jìn)入余熱鍋爐，產(chǎn)生的過(guò)熱蒸氣送往汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。干熄1 t焦炭可產(chǎn)生500 kg過(guò)熱蒸氣，可折合成46 kg標(biāo)準(zhǔn)煤。舉出兩例采用逆流原理的化工設(shè)備或化學(xué)儀器__________、__________。 (5)下圖表示石灰—石膏法吸收SO2的工藝流程，寫(xiě)出反應(yīng)的化學(xué)方程式____________________________________。 解析：(1)氨水顯堿性與酸性氧化物SO2反應(yīng)，生成亞硫酸銨或亞硫酸氫銨，然后與稀硫酸反應(yīng)生成SO2和硫酸銨；(3)硫單質(zhì)或硫鐵礦在氧氣中燃燒均放出大量的熱，SO2與O2反應(yīng)是放熱反應(yīng)；(5)第一步反應(yīng)為酸性氧化物與堿反應(yīng)，生成CaSO3，第二步反應(yīng)是CaSO3被氧化生成CaSO4，配平即可。 答案：(1)①SO2＋NH3H2O===NH4HSO3,2NH4HSO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋2H2O＋2SO2↑[或SO2＋2NH3H2O===(NH4)2SO3＋H2O，(NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋H2O＋SO2↑] ②生成的SO2可用作制硫酸的原料，硫酸銨可作化肥 (2)作高爐煉鐵的原料(或回收有色金屬、提取金銀、制磚等合理答案都可)　回收貴金屬金、銀等 (3)沸騰爐和接觸室(只回答沸騰爐也可以) (4)熱交換器　冷凝管(或工業(yè)制硫酸中的吸收塔) (5)SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O， 2CaSO3＋O2＋4H2O===2CaSO42H2O 3．(2015衡陽(yáng)聯(lián)考)工業(yè)接觸法制硫酸的流程如下圖所示： (1)若沸騰爐中每燃燒120 g FeS2放出85.3 kJ熱量，試寫(xiě)出FeS2燃燒的熱化學(xué)方程式 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)反應(yīng)2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)是在500 ℃恒溫密閉的接觸室中進(jìn)行的，能充分說(shuō)明此反應(yīng)已達(dá)到平衡的標(biāo)志是________(填序號(hào))。 ①氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變 ②SO2、O2、SO3的濃度相同 ③SO2、O2、SO3的物質(zhì)的量之比為2∶1∶2 ④壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化而變化 (3)在接觸室中，下列措施有利于提高SO2轉(zhuǎn)化率的有________(填選項(xiàng)字母)。 A．升高溫度　　　　 B．減小壓強(qiáng) C．不斷補(bǔ)充空氣 D．及時(shí)分離出SO3 (4)從沸騰爐出來(lái)的氣體經(jīng)凈化干燥處理后進(jìn)入接觸室，其氣體體積組成是：SO2 7%，O2 11%，N2 82%。若有100體積這樣的混合氣體在接觸室中反應(yīng)，一段時(shí)間后，氣體總體積變?yōu)?6.7體積，則反應(yīng)后混合氣體中N2和SO3的體積比為_(kāi)_______，此時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______。 (5)接觸室采用常壓而不采用高壓的原因是 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (6)某硫酸廠每天用含F(xiàn)eS2 60%的硫鐵礦500 t生產(chǎn)硫酸，如果在沸騰爐內(nèi)損失5%的硫，SO2的轉(zhuǎn)化率為90%。每天能生產(chǎn)98%的硫酸________t。 解析：(4)100體積混合氣體含N282體積，SO27體積， 設(shè)反應(yīng)的SO2的體積為V，則 2SO2＋O22SO3　ΔV 2 2 1 V V 100－96.7 V＝6.6 則N2與SO3的體積比為82∶6.6＝410∶33 SO2的轉(zhuǎn)化率為100%＝94.3% (6)設(shè)每天能生產(chǎn)98%的硫酸x t FeS2　　　　　　～　　　　　　2H2SO4 120 298 50060%(1－5%)90% 98%x x＝ x＝427.5(t) 答案：(1)4FeS2(s)＋11O2(g)===2Fe2O3(s)＋8SO2(g)　 ΔH＝－341.2 kJmol－1 (2)①④　(3)CD　(4)410∶33　94.3% (5)常壓時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，采用高壓SO2的轉(zhuǎn)化率提高不大卻會(huì)大大增加設(shè)備成本 (6)427.5 4．碳酸氫銨是一種重要的銨鹽。實(shí)驗(yàn)室中，將二氧化碳通入氨水可制得碳酸氫銨，用碳酸氫銨和氯化鈉可制得純堿。 完成下列填空： (1)二氧化碳通入氨水的過(guò)程中，先有________晶體(填寫(xiě)化學(xué)式)析出，然后晶體溶解，最后析出NH4HCO3晶體。 (2)含0.800 mol NH3的水溶液質(zhì)量為54.0 g，向該溶液通入二氧化碳至反應(yīng)完全，過(guò)濾，得到濾液31.2 g，則NH4HCO3的產(chǎn)率為_(kāi)_______%。 (3)粗鹽(含Ca2＋、Mg2＋)經(jīng)提純后，加入碳酸氫銨可制得碳酸鈉。實(shí)驗(yàn)步驟依次為：①粗鹽溶解；②加入試劑至沉淀完全，煮沸；③________；④加入鹽酸調(diào)pH；⑤加入________；⑥過(guò)濾；⑦灼燒，冷卻，稱(chēng)重。 (4)上述步驟②中所加入的試劑為_(kāi)_______、________。 (5)上述步驟④中加鹽酸調(diào)pH的目的是 _______________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (6)為探究NH4HCO3和NaOH的反應(yīng)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案如下：含0.1 mol NH4HCO3的溶液中加入0.1 mol NaOH，反應(yīng)完全后，滴加氯化鈣稀溶液。 若有沉淀，則NH4HCO3與NaOH的反應(yīng)可能為_(kāi)_____________________________(寫(xiě)離子方程式)； 若無(wú)沉淀，則NH4HCO3與NaOH的反應(yīng)可能為_(kāi)_____________________________(寫(xiě)離子方程式)； 該實(shí)驗(yàn)方案有無(wú)不妥之處？若有，提出修正意見(jiàn)。 解析：(1)CO2氣體通入氨水中時(shí)，先發(fā)生反應(yīng)CO2＋2NH3H2O===(NH4)2CO3＋H2O，當(dāng)CO2過(guò)量時(shí)發(fā)生反應(yīng)(NH4)2CO3＋CO2＋H2O===2NH4HCO3，所以先有(NH4)2CO3晶體析出。(2)由CO2＋NH3H2O===NH4HCO3知，當(dāng)0.800 mol NH3完全反應(yīng)時(shí)，生成NH4HCO3的物質(zhì)的量為0.800 mol，參加反應(yīng)的CO2的物質(zhì)的量為0.800 mol，則NH4HCO3的產(chǎn)率為100%≈92%。(3)過(guò)濾，除去反應(yīng)產(chǎn)生的CaCO3、Mg(OH)2等沉淀物；加入NH4HCO3的目的是產(chǎn)生NaHCO3沉淀。(4)題述步驟②中主要除去Ca2＋、Mg2＋，且不引入其他雜質(zhì)，因此選用NaOH和Na2CO3。(6)該實(shí)驗(yàn)是探究NH4HCO3與NaOH等物質(zhì)的量混合時(shí)，OH－與NH反應(yīng)，還是與HCO反應(yīng)，因此在反應(yīng)后滴加氯化鈣是用Ca2＋來(lái)檢驗(yàn)產(chǎn)物中是否有CO。假設(shè)反應(yīng)為HCO＋OH－===CO＋H2O，則CO與Ca2＋反應(yīng)生成CaCO3沉淀；假設(shè)反應(yīng)為NH＋OH－===NH3＋H2O，則需加熱煮沸使NH3逸出，再滴加CaCl2稀溶液，避免NH3H2O的影響。 答案：(1)(NH4)2CO3　(2)92 (3)過(guò)濾　碳酸氫銨　(4)氫氧化鈉　碳酸鈉 (5)中和過(guò)量的氫氧化鈉和碳酸鈉 (6)HCO＋OH－===CO＋H2O　NH＋OH－===NH3＋H2O 需先煮沸，然后滴加氯化鈣稀溶液 5．(NH4)2SO4是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的常見(jiàn)化肥之一，某工廠用石膏、NH3、H2O、CO2制備(NH4)2SO4，首先將石膏磨成粉末制成CaSO4懸濁液，然后按如圖工藝流程進(jìn)行生產(chǎn)： (1)操作1與操作2的順序能否調(diào)換？________(填“能”或“否”)，理由是 ________________________________________________________________________。 (2)若已知常溫下CaCO3和CaSO4的溶解度分別為1.510－3 g和2.110－1 g，則由此可知CaSO4向CaCO3轉(zhuǎn)化的原因是________________________________________________________________________。 (3)判斷操作2通入的是“適量CO2”(非“過(guò)量”)的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)方法是__________________________。 (4)從綠色化學(xué)角度考慮，該工藝流程中應(yīng)增加一個(gè)操作，這個(gè)操作是________________________。 (5)豆腐是日常食品之一，它的制作過(guò)程中使用了石膏或鹽鹵，其中包含的化學(xué)原理是__________________。 解析：(1)先通入氨氣的目的是使溶液顯弱堿性，這樣有利于二氧化碳的溶解吸收。(2)在溶液中溶解度小的沉淀可以轉(zhuǎn)化為溶解度更小的沉淀。(3)若通入的二氧化碳過(guò)量，則溶液中會(huì)有Ca(HCO3)2生成，此時(shí)加NaOH會(huì)析出碳酸鈣沉淀。(4)原料的循環(huán)利用是工業(yè)節(jié)能減排的有效方法之一。(5)豆腐的制作利用了膠體的聚沉。 答案：(1)否　中性條件下CO2的溶解度很小，不能把CaSO4完全轉(zhuǎn)化為CaCO3 (2)由CaSO4向CaCO3的轉(zhuǎn)化過(guò)程中并存著兩個(gè)沉淀溶解平衡：CaSO4(s)Ca2＋＋SO，Ca2＋＋COCaCO3(s)，隨著CO2的通入，CO的濃度增大，平衡向CaSO4溶解和CaCO3沉淀生成的方向移動(dòng)，即溶解度小的沉淀轉(zhuǎn)化成溶解度更小的沉淀 (3)取少量濾液至試管中，加入少量NaOH溶液，若無(wú)渾濁出現(xiàn)則證明操作2通入的是“適量CO2” (4)將提純(NH4)2SO4后的濾液用于制CaSO4懸濁液 (5)膠體中加入電解質(zhì)，膠體發(fā)生聚沉 6．我國(guó)著名化學(xué)家侯德榜先生發(fā)明的“侯氏制堿法”，因原料利用率高，并能進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，從而享譽(yù)國(guó)內(nèi)外。“侯氏制堿法”的基本做法是向飽和食鹽水中通入氨氣和二氧化碳，獲得碳酸氫鈉晶體，再將所得碳酸氫鈉晶體加熱分解后即可得到純堿。它的反應(yīng)原理可用下列化學(xué)方程式表示： NaCl(飽和)＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl,2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O。 某課外興趣小組同學(xué)，按照“侯氏制堿法”原理，設(shè)計(jì)了如下一套實(shí)驗(yàn)裝置： 實(shí)驗(yàn)室可供選用的藥品有：濃氨水、純堿、大理石、稀鹽酸、稀硫酸、熟石灰、氯化銨、氯化鈉。 (1)A、D中最合適的試劑為： A______________；D______________(填名稱(chēng))。 (2)指出該裝置中的錯(cuò)誤 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________(至少兩處)。 (3)在改進(jìn)裝置后，該同學(xué)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)所用的飽和NaCl溶液中含溶質(zhì)58.5 g，實(shí)驗(yàn)最后得到無(wú)水碳酸鈉26.0 g，則其產(chǎn)率為_(kāi)_______；該同學(xué)針對(duì)其實(shí)驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)真分析了造成損失的原因，發(fā)現(xiàn)其操作步驟并沒(méi)有錯(cuò)誤，則主要原因是 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)在“侯氏制堿法”工業(yè)生產(chǎn)中，原料的利用率高，大大降低了成本。請(qǐng)問(wèn)本實(shí)驗(yàn)中哪些物質(zhì)可重復(fù)利用？________________。 解析：本題以侯氏制堿法的原理為切入點(diǎn)，分別考查藥品的選用、操作過(guò)程分析、實(shí)驗(yàn)裝置評(píng)價(jià)、化學(xué)計(jì)算、化工生產(chǎn)原理等。根據(jù)反應(yīng)原理，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程為先制得NH3(左邊裝置)和CO2(右邊裝置)，再將制得的氣體依次通入飽和食鹽水中即得碳酸氫鈉晶體，再加熱碳酸氫鈉晶體就可以得到純堿。 答案：(1)氯化銨和熟石灰　稀鹽酸 (2)B、C之間缺少止水夾；B裝置應(yīng)與大氣相通，不能為密閉裝置；通NH3的導(dǎo)管不應(yīng)伸入液面以下(任填兩種) (3)49.1%　NaHCO3在水中有較大的溶解度，未能全部沉淀出來(lái) (4)NH4Cl、CO2 7．高溫裂解法處理工業(yè)廢硫酸工藝流程如圖： 廢硫酸高溫裂解的基本原理可用下列方程按兩個(gè)階段進(jìn)行 H2SO4(l)SO3(g)＋H2O(g) ΔH1＝＋176 kJmol－1?、? 2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g) ΔH2＝＋196 kJmol－1?、? 為研究廢硫酸的霧化和裂解情況，有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下： 霧化后廢硫酸 液滴直徑 廢硫酸完全裂 解所需時(shí)間 普通霧化器 800～1 200 μm 10 s以上 旋轉(zhuǎn)式霧化器 600～850 μm 8～10 s 壓縮風(fēng)霧化器 400～650 μm 6～7 s 超聲波霧化器 100～300 μm 3.5～5 s (1)由上表數(shù)據(jù)可得出的結(jié)論是 _______________________________________________________________________________________________________________________________________________； (2)廢硫酸裂解成SO2總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________________________________________________________________________________________________________________； (3)在催化氧化室中發(fā)生反應(yīng)： 2SO2＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196 kJmol－1 ①某溫度時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝3.5，平衡后再充入一定量氣體測(cè)得100 L的恒容密閉容器中含有3.0 mol SO2,16.0 mol O2和3.0 mol SO3(g)，此時(shí)平衡____________________。(填“向正反應(yīng)方向”“向逆反應(yīng)方向”或“不”)移動(dòng)； ②上述反應(yīng)達(dá)到平衡后，改變下列條件，能使SO2的物質(zhì)的量比原來(lái)減小的是________(填選項(xiàng)字母)； A．保持溫度和容器體積不變，充入1.0 mol O2 B．保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入3.0 mol N2 C．降低溫度 D．在其他條件不變時(shí)，縮小容器的體積 (4)尾氣SO2用飽和Na2SO3溶液吸收可得到一種化工原料，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_____________________； 解析：(1)由表中數(shù)據(jù)得出，廢硫酸液滴直徑越小，完全裂解所需時(shí)間越短，即裂解速率越快。 (2)由題目中 H2SO4(l)SO3(g)＋H2O(g) ΔH1＝＋176 kJmol－1?、? 2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g) ΔH2＝＋196 kJmol－1　② ①2＋②得 2H2SO4(l)===2SO2(g)＋O2(g)＋2H2O(g) ΔH＝ΔH12＋ΔH2＝＋548 kJmol－1 (3)①再充入一定量氣體時(shí)，c(SO2)＝0.030 molL－1，c(O2)＝0.160 molL－1，c(SO3)＝0.030 molL－1， 則Q＝ ＝ ＝ Lmol－1>K， 故平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。 ②A項(xiàng)，平衡右移，SO2的物質(zhì)的量減??；B項(xiàng)，保持溫度和壓強(qiáng)不變，再充入3.0 mol N2，需要增大體積，SO2、O2、SO3的濃度均降低，相當(dāng)于減壓，故平衡左移；C項(xiàng)，平衡右移；D項(xiàng)，加壓，平衡右移。 (4)化學(xué)反應(yīng)方程式為：SO2＋H2O＋Na2SO3===2NaHSO3。 答案：(1)廢硫酸液滴直徑越小裂解速率越快(其他合理答案也可) (2)2H2SO4(l)===2SO2(g)＋O2(g)＋2H2O(g) ΔH＝＋548 kJmol－1 (3)①向逆反應(yīng)方向　②ACD (4)SO2＋H2O＋Na2SO3===2NaHSO3