- 化学与资源开发利用
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酸雨是如何形成的?为什么冬天雨水的酸性通常较高?
正确答案
二氧化硫与氧气生成亚硫酸,亚硫酸在催化剂的作用下生成硫酸
二氧化氮与水反应生成硝酸
气体的溶解度随温度的下降而上升,冬天有较多二氧化硫,二氧化氮溶于雨水;冬天对能量的需求较大,发电厂会燃烧更多的燃料。
PH小于5.6的雨水是酸雨,酸雨中主要是硫、氮的氧化物形成的,1、二氧化硫与氧气生成亚硫酸,亚硫酸在催化剂的作用下生成硫酸;2、二氧化氮与水反应生成硝酸
冬天,天气很冷,对能量的需求较大,发电厂会燃烧更多的燃料,有较多二氧化硫,二氧化氮生成,所以,冬天雨水的酸性通常较高。
(9分)在国际环境问题中,一次性使用的聚苯乙烯()材料所带来的白色污染问题甚为突出。德国某公司开发出具有60天自行降解功能的绿色食品袋——聚乳酸
包装材料。
(1)聚苯乙烯造成“白色污染”的原因是_____________________________________________。
(2)乳酸()可以从甜菜发酵的糖液中提取,通过缩聚反应可合成聚乳酸。合成聚乳酸的化学方程式为____________________________________。
(3)聚乳酸的降解可分为两个阶段,首先是化学水解成乳酸单体,然后乳酸单体在微生物的作用下分解,生成二氧化碳和水。聚乳酸自行降解的两步反应中第二步反应方程式为____________________________________________________________。
正确答案
(1)大量使用难以降解的聚苯乙烯等塑料制品,破坏土壤结构,影响市容卫生,焚烧塑料污染大气
由乳酸合成聚乳酸实质上与由乙酸和乙醇合成乙酸乙酯一样,本质反应是缩聚反应。
据报道,苏州一女士骑自行车随助力车行走,因大雾堵车在许多助力车排放的尾气中呆久后突然晕倒,路人急将其送往医院抢救。化学兴趣小组同学看报后组织讨论以下两个问题,请你参考:
(1)该女士昏倒的原因: 。
(2)讨论中某同学为解决助力车污染空气的问题,提出以下几点建议:①用浓氢氧化钠溶液吸收尾气中有毒成分;②用灼热的氧化铜把尾气中有毒成分反应出去;③控制行驶的助力车的数量;④改进助力车发动机的结构,提高汽油燃烧效率。你认为切实可行的是 ,试分析不行的原因 。
正确答案
(1)路口许多助力车排放的尾气中含有大量CO有毒气体,在大雾中难以扩散。人在其中呆久后因大量吸入CO,CO与血液中血红蛋白结合阻碍了O2的输入,使人缺氧而昏倒;
(2)③、④。①NaOH溶液与CO不反应;②能反应除去CO,但装置复杂。
(1)助力车的燃料是汽油,其尾气中含有一定量的CO。堵车的路口处车多,含CO的浓度大,CO极难溶于水,在大雾中CO不易扩散,故人在此处呆久了会吸入CO中毒昏倒。
(2)①CO不与NaOH溶液反应,故此法无效;②灼热的氧化铜能处理尾气中的CO,但此装置安装车上,既复杂,又不方便;③、④两项措施在城市可行。
(6分)水在自然界净化中要把有机污物自发地转变为简单的无机物质时,需要水中含有一定的氧气〔有机物(C、H、O)+O2→CO2+H2O〕,1 L水中含有的有机物转变为无机物所需要的氧的量称为生化需氧量(BOD),用g·L-1为单位表示,如果水的氧气量比BOD少,水就发臭,鱼和其他淡水生物就不会生存。某地区一条河水里有机物的质量分数为0.01%,此有机物的化学式可用C6H10O5表示,已知在正常大气压条件下,氧气在水中的溶解量是0.092 g·L-1。
(1)写出有机物在有氧气条件下转化为无机物的化学方程式_________________________。
(2)这条河水的生化需氧量为___________________________________________________。
(3)这条河中的鱼类____________(填“能”或“不能”)维持生命。
正确答案
(1)C6H10O5+6O26CO2+5H2O
(2)0.118 5 g·L-1 (3)不能
(2)取1 L水,则含有的C6H10O5为
1 000 g·0.01 %="0.1" g,由
C6H10O5+6O26CO2+5H2O
162 g 192 g
0.01 g x="0.118" 5 g
则该水的BOD为0.118 5 g·L-1>0.092 g·L-1,鱼类不能生存。
重金属离子对河流及海洋造成严重污染。某化工厂废水(pH=2.0,ρ≈1g·mL-1)中含有Ag+、Pb2+等重金属离子,其浓度各约为0.01mol·L-1。排放前拟用沉淀法除去这两种离子,查找有关数据如下:
(1)你认为往废水中投入 (填字母序号),沉淀效果最好。
(2)如果用生石灰处理上述废水,使溶液的pH=8.0,处理后的废水中c(Pb2+)= 。
(3)如果用食盐处理其只含Ag+的废水,测得处理后的废水中NaCl的质量分数为0.117%。若环境要求排放标准为c(Ag+)低于1.0×10-8mol·L-1,问该工厂处理后的废水中c(Ag+)= ,是否符合排放标准 (填“是”或“否”)。已知KSP(AgCl)=1.8×10-10mol2·L-2。
正确答案
(1)B
(2)1.2×10-3mol·L-1
(3)9×10-9mol·L-1 是
略
2003年6月5日世界环境日的主题是:“水——二十亿人生命之所系”。节约用水,防治水污染具有十分重要的意义。某工厂有甲、乙、丙三个车间,各自排放的污水中均无沉淀物。各车间的污水分别含有以下六种物质中的各两种:KOH、K2SO4、AgNO3、Ba(NO3)2、KCl、HNO3。为防止污染水源,某中学化学兴趣小组配合工厂分别用石蕊试液和氯化钡溶液进行污水检测,现象如下:
甲:蓝色(石蕊试液)、白色沉淀(氯化钡溶液);乙:紫色(石蕊试液)、无明显现象(氯化钡溶液);丙:红色(石蕊试液)、白色沉淀(氯化钡溶液)。
由此可确定丙车间排放的污水中含有 和 。为变害为利,化学兴趣小组与工厂研究设计如下图污水处理方案。请回答:沉淀A是 ,若各步处理均完全反应,最终排放液C的溶质是 ,在农业上它可用作复合肥料。
正确答案
丙车间排放的污水中含有HNO3和AgNO3。沉淀A为BaSO4,最终排放液C的溶质是KNO3。
甲车间排放的污水使石蕊变蓝,说明含有碱性物质KOH,与之能共存且与氯化钡溶液反应生成白色沉淀说明含有K2SO4或KCl;乙车间排放的污水不使石蕊变色,且不与氯化钡溶液反应说明必含有Ba(NO3)2与KCl,则甲车间排放的污水中含有KOH与K2SO4,丙车间排放的污水使石蕊变红,说明含有酸性物质HNO3,与氯化钡溶液反应生成白色沉淀说明含有AgNO3。 甲乙混合生成沉淀A为BaSO4,继续与丙混合,生成沉淀B为AgCl,最后溶液中只剩余KNO3。
(13分)工业上生产高氯酸时,还同时生产了一种常见的重要含氯消毒剂和漂白剂
亚氯酸钠(NaClO2),其工艺流程如下:
已知:
1.NaHSO4溶解度随温度的升高而增大,适当条件下可结晶析出。
2.高氯酸是至今为止人们已知酸中的最强酸,沸点90℃。
请回答下列问题
(1)反应器Ⅰ中发生反应的化学方程式为 ,冷却的目的是 ,能用蒸馏法分离出高氯酸的原因是 。
(2)反应器Ⅱ中发生反应的离子方程式为 。
(3)通入反应器Ⅱ中的SO2用另一物质H2O2代替同样能生成 NaClO2 ,请简要说明双氧水在反应中能代替SO2的原因是
(4)Ca(ClO)2 、ClO2、NaClO、NaClO2 等含氯化合物都是常用的消毒剂和漂白剂是因为它们都具有 请写出工业上用氯气和NaOH溶液生产另一种消毒剂 NaClO的离子方程式
正确答案
(13分)(1)3NaClO3+3H2SO4=HClO4+2ClO2+3NaHSO4+H2O;(2分)
降低NaHSO4的溶解度,使NaHSO4结晶析出(2分)高氯酸的沸点低(1分)
(2)2ClO2+SO2+4OH-=2ClO2-+SO42-+2H2O;(2分)
(3)H2O2有还原性也能把ClO2还原为NaClO2 (2分)
(4)强氧化性(2分) Cl2 + 2OH- = ClO- + Cl- + H2O;(2分)
(1)反应器Ⅰ中发生反应的化学方程式为:3NaClO3+3H2SO4=HClO4+2ClO2+3NaHSO4+H2O;冷却的目的是:降低NaHSO4的溶解度,使NaHSO4结晶析出;能用蒸馏法分离出高氯酸的原因是:高氯酸的沸点低。
(2)反应器Ⅱ中发生反应的离子方程式为:2ClO2+SO2+4OH-=2ClO2-+SO42-+2H2O;
(3)通入反应器Ⅱ中的SO2用另一物质H2O2代替同样能生成 NaClO2 ,双氧水在反应中能代替SO2的原因是:H2O2有还原性也能把ClO2还原为NaClO2 。
(4)Ca(ClO)2 、ClO2、NaClO、NaClO2 等含氯化合物都是常用的消毒剂和漂白剂是因为它们都具有强氧化性,用氯气和NaOH溶液生产另一种消毒剂 NaClO的离子方程式为:Cl2 + 2OH- = ClO- + Cl- + H2O
再循环的工业社会废物严重危害环境及人类健康。现在产生的二氧化碳、家庭污水和其他“无毒”废物的速度超过了自然循环能够吸收它们的速度。我们正在不断地排放着有毒的(经常是不能生物降解的)废物,它们正积聚在土壤、空气和水中。后果是我们正在破坏着自然环境(如森林被毁、酸雨的形成和烟雾毁坏)、农业系统(如收成被土壤退化以及空气和水的污染所毁掉)和危害人类健康(如食物中残留的农药、人工合成聚合物造成的室内空气污染、室外的烟雾、被污染的饮用水以及有毒垃圾)。
请根据上述材料完成下列问题:
(1)文中关于污染与环境自净能力的关系可以表述为( )
A.环境污染速度超过环境自净能力
B.环境污染速度低于环境自净能力
C.环境污染速度与环境自净能力大体相当
(2)二氧化碳浓度增大会导致___________效应,对沿海地区的影响是__________________,对气候的主要影响是_________________________________。
(3)文中提到环境污染的后果主要是在___________、___________和___________三方面。
(4)除工业污染外,消费污染越来越严重,请列出四种主要消费污染___________________。
正确答案
(1)A (2)温室 两极冰雪融化,引起海平面升高,沿海城市将被淹没 全球气温上升,蒸发加强,气候带范围发生变化(如现在草原、亚寒带森林区将变成农耕区)
(3)破坏自然环境 破坏农业生态系统 影响人类健康
(4)排放污水,使用塑料制品,家庭汽车、家庭燃煤、使用含铅汽油,乱扔废弃物等
本题围绕环境污染速度超过环境自净化能力导致生态平衡被破坏,造成污染严重而展开了一系列有关环境问题,除了应掌握课本知识以外,相关课外阅读知识的获取对于这类题目的正确解答也是很关键的。
(12分)为比较温室效应气体对全球增温现象的影响,科学家以CO2为相对标准,引入了“温室效应指数”的概念(如下表)。
回答下列问题:
⑴6种气体中,温室效应指数最大的物质属于 ▲ (选填“极性分子”或“非极性分子”)。
⑵在水分子中,O原子上的价层电子对数为 ▲ 。
⑶N2O4分子结构式为,分子为平面结构。N2O4分子中N原子的杂化方式为 ▲ ,在N2O4分子的结构式上,将你认为是配位键的共价键上加上箭头 ▲ 。
⑷O3具有吸收紫外光的功能。
①根据等电子原理,判断O3分子的空间构型为 ▲ 。
②紫外光的光子所具有的能量约为399 kJ·mol-1。根据下表有关蛋白质分子中重要化学键的信息,说明人体长时间照射紫外光后皮肤易受伤害的原因: ▲ 。
正确答案
⑴极性分子
⑵4
⑶sp2
⑷①折线形 ②紫外光的光子所具有的能量大于蛋白质分子中C-C、C-N和C-S的键能,使这些化学键发生断裂,从而破坏蛋白质分子(每空2分,共12分)
略
(12分)气候变暖冰川融化将会对人类产生极大的灾害。如南极冰盖全部融化,南太平洋上的美丽岛国图瓦卢很可能成为首个“沉没”的国家,喜马拉雅山冰川融化尼泊尔会有“灭顶”之灾,近海城市遭受城市淹没、海啸等灾害。所以合理利用资源,加强环境保护。降低碳的排放,实施低碳经济是今后经济生活主流。
⑴下列措施对有效减少二氧化碳排放和降低大气中二氧化碳不适合的是 ▲
E.建筑物中尽量利用自然通风采光,推广使用节能灯和节能电器,使用空调时夏季温度不宜设置过低,冬天不宜过高
F.全民倡导出行时多步行和骑自行车;建设现代物流信息系统,减少运输工具空驶率
⑵目前用超临界CO2(其状态介于气态和液态之间)代替氟利昂作致冷剂已成为一种趋势,这一做法对环境的积极意义在于保护 ▲ 。
⑶科学家致力于二氧化碳的“组合转化”技术研究,把过多的二氧化碳转化为有益于人类的物质。如将CO2和H2以1∶4比例混合通入反应器,在适当条件下反应可获得一种重要能源。请完成以下化学方程式:CO2+4H2 = ▲ +2H2O
⑷收集提纯炼铁、炼钢等工厂所排放的气体,可得高纯度的CO,在适当的条件下,用CO和H2反应可获得人工合成汽油,也可减少碳的排放,节约能源。假设此人工合成汽油是碳原子数为5~8的烷烃,要达到合成汽油的要求,通入反应装置里的CO和H2的物质的量之比范围是▲ ≤n(CO)/n(H2) ≤ ▲ (保留最简分数比形式)
⑸探究CO2来生产燃料甲醇(CH3OH)的反应原理,现进行如下实验在体积为1L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,一定条件下发生反应:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。
从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)= ▲ 。
正确答案
(共12分)
⑴AD (2分,漏选得1分,错选不得分)
⑵臭氧层 (2分)
⑶CH4 (2分)
⑷5/11 8/17 (4分,每格2分)
⑸0.225 mol/(L·min) (2分,没有单位扣1分)
略
(12分)简答下列问题:
(1)酸雨是怎样形成的?它有什么危害?
(2)建筑物中的哪些金属受酸雨破坏的程度较小?
(3)为什么冬天雨水的酸性通常较强?
正确答案
(1)酸雨主要是由人为排放的硫氧化物和氮氧化物等酸性气体转化而成的。
酸雨的危害:①破坏农作物、森林和草原,使土壤酸性增强。②使湖泊酸化,造成鱼类等死亡。③加速建筑物、桥梁、工业设备,以及电信电缆等物质的腐蚀。
(2)不活泼金属Cu、Ag等,不锈钢、铝合金等耐腐蚀的合金
(3)因为气体的溶解度随温度下降而增大,所以冬天会有较多的SO2和NO2气体溶于雨水。此外,冬天对能量的需求较大,发电厂会燃烧更多的燃料。所以冬天雨水的酸性通常较强。
(1)酸雨主要是由人为排放的硫氧化物和氮氧化物等酸性气体转化而成的:
SO2+H2OH2SO3
2H2SO3+O22H2SO4
3NO2+H2O====2HNO3+NO
酸雨的危害是多方面的,可从植被、土壤、建筑、湖泊、水生动植物、工业设备等多方面考虑回答。
(2)在金属活动性顺序中,排在氢后面的金属如Cu、Ag等受酸雨破坏的程度较小,因为这些金属不易与酸发生化学反应。此外,合金如不锈钢、铝合金等耐酸雨的能力也较强。
(3)从氮氧化物和硫氧化物等气体的排放量和气体在雨水中溶解度与季节或温度的关系等方面作答。
(10分)根据废水中所含有害物质的不同,工业上有多种废水的处理方法。
(1)废水I若采用CO2处理,离子方程式是 。
(2)废水II常用明矾处理。实验中发现废水中的c(HCO-3)越大,净水效果越好,这是因为 。
(3)废水III中的汞元素存在如下转化(在空格上填相应的化学式):
Hg2+ =====CH3Hg++H+
我国规定,Hg2+的排放标准不能超过0.05mg/L。某工厂排放的1m3废水中含Hg2+ 3×10-4mol,是否达到了排放标准 (填“是”或“否”)。
(4)废水IV常用Cl2将CN-氧化成两种无毒气体,则该反应的离子方程式为
.
正确答案
(1)OH-+CO2===HCO-3(2分)
(2)HCO-3会促进Al3+的水解,生成更多的Al(OH)3,净水效果增强(2分)
(3)CH4(2分) 否(2分)
(4)5Cl2+2CN-+4H2O====10Cl-+2CO2+N2+8H+(2分)
略
(12分)2006年6月,我国海域发生2次红潮事件,这与洗涤剂的使用有关。通常洗涤剂中含有三磷酸五钠(Na5P3O10)。洗涤衣物的废水如直接排放到河湖中会造成水质富营养化,促使藻类大量繁殖,藻类死亡后经氧化,消耗水中的氧气,造成水中缺氧致使河水变黑变臭,鱼类等水生生物因缺氧而死亡。
(1)经测定知,某藻类的组成为:含C 35.76%,含O 49.50%,含N 6.310%,含H 7.370%,含P 0.870%,计算该藻类中各元素原子个数比(相对一个P原子) ________。
(2)藻类被氧气完全氧化的化学方程式(藻类用“化学式”表示,生成物除O外都为最高价化合物)为_____________________________。
(3)现有一个面积为1×106 m2、深20 m的湖泊,含氧量为9.1 g/m3,若每天排入3%(质量分数)三磷酸五钠的废水1 000 kg,多少天后湖里的氧气被耗尽(设空气中的氧气不再溶入湖水中)。
正确答案
(1)C106H263O110N16P
(2)C106H263O110N16P+138O2106CO2+122H2O+16HNO3+H3PO4
(3)168.5天
(1)N(C)∶N(O)∶N(N)=N(H)∶N(P)=
="2.980∶3.094∶0.4507∶7.370∶0.02806" =106∶110∶16∶263∶1。
(2)C106H263O110N16P+138O2106CO2+122H2O+16HNO3+H3PO4
(3)设x天后湖中O2将被耗尽,由题意得如下关系:
Na5P3O10—3C106H263O110N16P—3×138O2
368 g 13 248 g
1 000×103 g·3%·x 1×106 m2×20 m×9.1 g·m-3
x=168.5
可见168.5天后湖中O2将被耗尽。
(12分)光化学烟雾形成的化学过程是:当汽车尾气产生的NO2在日光照射下分解成为NO和氧原子时,即开始光化学烟雾的循环,不断地产生O3。这个循环包括了下列3个化学方程式,请补充化学方程式②。
(1)①NO2NO+O
②_____________
③O+O2====O3
(2)写出以上3个化学反应的净结果:____________。
(3)汽油主要成分是烷烃,在燃烧不完全时,部分烷烃热裂。试写出由热裂产物2丁烯被臭氧氧化生成乙醛(烟雾物质之一)并释出氧气的化学方程式___________________________。
正确答案
(1)2NO+O2====2NO2
(2)3O2NO22O3
(3)CH3CH=====CHCH3+2O3→2CH3CHO+2O2
(1)NO不能稳定存在,能迅速被空气氧化为NO2。
(2)3个方程叠加,消去中间产物,可得总反应方程式。
(3)反应物和生成物都是明确的,配平即得答案。
(10分)稀薄燃烧是指汽油在较大空/燃比(空气与燃油气的体积比)条件下的燃烧。随着全球能源危机的加剧,稀薄燃烧技术的研究受到了人们的重视,但稀薄燃烧时,常用的汽车尾气净化装置不能有效地将NOx转化为N2。不同空/燃比时汽车尾气中主要污染物的含量变化如下图所示。
(1)稀薄燃烧技术除能节约能源外,还具有的优点是________________(填一项)。排放到大气中的NOx会导致酸雨、_____________等环境问题(填一项)。
(2)某校化学研究性学习小组的同学在技术人员的指导下,按下列流程探究不同催化剂对NH3还原NO反应的催化性能。若控制其他实验条件均相同,在催化反应器中装载不同的催化剂,将经催化反应后的混合气体通过滴有酚酞的稀硫酸溶液(溶液的体积、浓度均相同)。为比较不同催化剂的催化性能,需要测量并记录的数据是__________________。
(3)若某一催化剂能同时催化NH3等还原性气体与NOx的反应。将该催化剂分别用于催化还原含等物质的量NOx的两种气体:①纯NO气体,②汽车尾气。消耗的物质的量较多的可能是______________(填字母),原因是______________。
A.① B.② C.都有可能
正确答案
(1)减少CO和碳氢化合物的污染 光化学烟雾或破坏臭氧层
(2)溶液显色所需要的时间
(3)A 汽车尾气中含有一定量的CO和碳氢化合物,少消耗NH3(或B 汽车尾气中含有一定量的NO2,多消耗NH3或C 汽车尾气中同时含有CO、碳氢化合物等还原性气体和NO2等氧化性气体,二者相对含量的不同可导致消耗NH3的增多或减少)
本题开放性很强,围绕氮氧化物的污染及其防治展开。(1)从图中数据可知,空/燃比越大,二氧化碳和碳氢化合物含量越低。(2)因为NO、N2等不跟硫酸反应,所以滴有酚酞的稀硫酸溶液是为检验反应混合气体中氨的含量,根据硫酸完全反应后酚酞变红的时间可判断。(3)由于汽车尾气中,NO2和CO、碳氢化合物的含量不定,因此消耗氨气不定。
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