- 化学与资源开发利用
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（三选一）【化学与技术】
以下是与绿色化学、环境保护和人类健康息息相关的三个主题，请根据已知信息问题
（1）下列制备氯乙烷的反应中原子经济性最高的是（可多选）________。
A．CH2=CH2＋HCl→CH3CH2Cl
B．CH3CH2OH＋HCl→CH3CH2Cl＋H2O
C．CH3CH3＋Cl2
D．CH2=CHCl＋H2
由上述四个反应可归纳出，原子经济性高的是________反应（填反应类型）。
（2）有毒物质的无害化也是绿色化学研究的内容之一。ClO2是一种性能优良的消毒剂，还可将废水中少量的S2－、NO2－和CN－等有毒有害的还原性酸根离子氧化除去。请写出用ClO2将废水中剧毒的CN－氧化成无毒气体的离子方程式______________，并说明该方法的优点____________________。
（3）下图为某饮用水厂从天然水制备纯净水（去离子水）的工艺流程示意图：
活性炭的作用是_________________；O3消毒的优点是_______________。
A、B中放置的物质名称分别是：A____________B______________。
正确答案
（1）AD；加成
（2）2ClO2 ＋2CN－ = 2CO2↑＋N2↑＋2Cl-；产生了无毒的CO2、无毒无害的N2（3）吸附水中的有机物（或除水中的异味）；反应产物无毒无害；阳离子交换树脂；阴离子交换树脂
(9分)人类的生存环境是一个巨大的生态系统，随着社会生产力的发展，环境污染已严重威胁着人类的生存环境，而森林对保护和改善环境有着十分重要的作用。科学实验证明1 ha(公顷)柳杉林，每月可吸收SO2160 kg。试回答下列问题：
(1)柳杉林吸收SO2，说明森林对环境的作用是_____________________________________。
(2)某火力发电厂每月燃烧含硫1%的烟煤10 000 t,若要吸收该厂所排出的烟道气中的SO2，至少需要栽柳杉林多少公顷？若该厂在排放烟道气之前用脱硫法处理，每年可回收硫多少千克？这些硫可生产98%的浓H2SO4多少千克？
正确答案
(1)能吸收有毒的SO2气体，能净化空气，维护生态平衡 (2)1 250 ha(公顷) 1.2×106 kg 3.75×106 kg
10 000 t烟煤中含硫的质量为：10 000 t×103 kg·t-1×1%=1×105 kg。
由S
则须栽种柳杉林面积为：
该厂每年从烟道中可回收硫为1.0×105 kg·月-1×12月=1.2×106 kg。
设1.2×106 kg硫可生产98%浓H2SO4质量为x,则：
S
32 98
1.2×106 kg x·98%
即
（13分） M5纤维是美国开发的一种超高性能纤维，下面是以对二甲苯为原料合成M5纤维的合成路线（有些反应未注条件）：请回答：
（1）写出对二甲苯的含苯环结构的所有同分异构体的结构简式_________________、_____________________、_____________________。
（2）写出合成M5的单体F的结构简式：____________________________。
（3）反应类型：A→B_______________________，B→C_________________________。
（4）写出化学方程式（注明反应条件）：
B→C______________________________________________________，
D→E______________________________________________________。
正确答案
（1）
（2）（2分）
（3）（2分）取代反应 （2分） 氧化反应
（4）
（1）写出对二甲苯的含苯环结构的所有同分异构体的结构简式：
（2）写出合成M5的单体F的结构简式：
（3）反应类型：A→B是取代反应，B→C是氧化反应
（4）B→C的反应方程式：
D→E的反应方程式：
(6分)除了铝盐之外，铁盐和亚铁盐也可用作净水剂。若向自来水中加入亚铁盐，亚铁离子首先与自来水中残留的氯气发生反应生成铁离子，铁离子发生水解生成带正电荷的氢氧化铁胶体，氢氧化铁胶体吸附带负电荷的胶粒，从而起到净水作用。写出亚铁盐净水过程中发生反应的离子方程式。
正确答案
2Fe2++Cl2====2Fe3++2Cl-
Fe3++3H2O
由题意：
环保部门测定某气体样品中一氧化碳的含量，其方法和实验步骤如下：
(1)将2.000 L的气体样品通过盛有I2O5固体的加热管，发生的反应为：5CO+I2O5
(2)将所产生的碘升华，并加入30.00 mL 0.005 0 mol·L-1的硫代硫酸钠溶液，发生的反应为：I2+2
(3)将(2)中溶液取出
试计算1 L该气体样品中有多少毫克(mg)的CO。
正确答案
1.75 mg
根据题意，反应中各物质间的关系为：5CO—I2—2
得
n(
n(CO)=
m (CO)=1.25×10-4 mol×28 g·mol-1=3.50×10-3 g
c (CO)=
(14分)化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。
(1)化学电池是将________能转化为________能的装置。
(2)下列化学电池不易造成环境污染的是
(3)已知甲醇燃料每生成1 mol液态水放出286 kJ的热量，又知该电池每发1 kW·h电能生成350 g水，则该电池的能量转化率为____________。
正确答案
(1)化学 电
(2)AD(3)64.7%
(1)电池是将化学能转化成电能的装置。
(2)重金属镍、镉、锰等都能污染环境。
(3)n(H2O)=
生成350 g水时甲醇燃烧放出能量为19.4 mol×286 kJ·mol-1="5" 561 kJ
由于1 kW·h=3.6×103 kJ，所以能量转化率为
含氮废水进入水体而对环境造成的污染越来越严重。某校环保小组的同学认为可以用金属铝将水中的
NO3-还原为N2，从而消除污染。
（1）配平下面离子反应方程式： ____NO3-+____Al+____H2O
（3）环保小组治理方案是否合理___________，理由是_____________________________。
正确答案
（1）6NO3-+10Al+18H2O==3N2↑+10Al(OH)3+6OH-（2）10
（3）否；成本高，有Al污染
水是一种重要的自然资源，是人类赖以生存不可缺少的物质。水质优劣直接影响人体健康。请回答下列问题：
（1）天然水中溶解的气体主要有_________、_______；
（2）天然水在净化处理过程中加入的混凝剂可以是______________________（填其中任何两种）其净水作用的原理是__________________；
（3）水的净化与软化的区别是____________________；
（4）硬度为1。的水是指每升水含10 mg CaO或与之相当的物质（如7.1 mg MgO）。若某天然水中c( Ca2+)=1.2×10-3 mol/L，c(Mg2+) =6×l0-4 mol/L， 则此水的硬度为_______；
（5）若（4）中的天然水还含有c(HCO3-) =8×10-4 mol/L，现要软化10m3这种天然水，则需先加入Ca(OH)2_______g，后加入Na2CO3 _________g。
正确答案
（1）O2；CO2（或氮气）
（2）明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁；铝盐或铁盐在水中发生水解生成相应氧氧化物胶体，它可吸附天然水中悬浮物并 破坏天然水中的其他带异电的胶体，使其聚沉，达到净化目的
（3）水的净化是用混凝剂（如明矾等）将水中胶体及悬浮物沉淀下来，而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子
（4）10。
（5）740；1484
饮用水的使用安全是一个刻不容缓的问题。二氧化氯(ClO2)是一种广谱高效的消毒剂，高铁酸钾(K2FeO4)具有极强的氧化性，是一种优良的水处理剂。
(1)已知：4FeO42-+10H2O
_____。
(2)将适量K2FeO4溶解于pH=4.74的溶液中，配制成c(FeO42-)=1.0mmol/L的试样，将试样分别置于20℃、
30℃、40℃和60℃的恒温水浴中，测定c(FeO42-)的变化，结果见下图。该实验的目的是_____________；发生反应的△H_______0（填“>”、“<”或“=”）。
(3)化学小组的同学欲对用ClO2消毒过的自来水进行氯元素含量的测定（假定ClO2全部转化为Cl-），他 们进行了如下实验：向30. 00 mL水样中加几滴K2CrO4溶液作指示剂，用0.0010 mol/LAgNO3溶液滴定，当有砖红色Ag2CrO4沉淀出现时，达滴定终点，此时用去AgNO3溶液12.12 mL。
①水样中Cl-的物质的量浓度是___________。
②已知Ksp(AgCl)=1.78×10-10，Ksp(Ag2CrO4)=2.00×10-12。如在滴定终点时，测得溶液中CrO42-的浓度是
5. 000×10-3mol/L，则此时溶液中Cl-的浓度是___________。
正确答案
(1)杀菌消毒；吸附悬浮物
(2)探究温度对FeO42-浓度的影响；>
(3)①4.04×10-4 mol/L；②8.90×10-6mol/L
工业含铬（Cr）废水的处理原理是将Cr2O72-转化为Cr3+，再将Cr3+转化为沉淀。废水pH与Cr2O72-转化为Cr3+的关系如图1，实验室模拟工业电解法处理含铬废水的装置如图2
请根据以上知识回答下列问题：
（1）含铬废水预处理的方法是___________________________。
（2）在图2中连接铁棒的一极是电源的_________极。
（3）实验中除能观察到废水颜色发生变化外，还能观察到的现象是___________________________。
表一：
（4）当废水颜色不再发生明显变化时，切断电源，取出电极，再调节电解液的pH至8左右。调节pH的目的是___________________________。
（5）含铬废水国家排放标准为含量≤0.1000mg/L。取上述电解后的废水200.00mL，调节pH＝1后置于锥形瓶中，用浓度为0.0001mol/L的KI溶液滴定，至滴定终点时，用去KI溶液9.00mL。已知酸性条件下，I-被
Cr2O72-氧化的产物为I2。用计算所得数据说明上述电解法处理后的废水是否符合国家排放标准____________________________________。
正确答案
（1）调节pH为1左右
（2）正
（3）阴极区产生沉淀
（4）使溶液中的Fe3+、Cr3+全部转化为氢氧化物沉淀
（5）经计算知，上述电解后的废水中含量＝0.0780mg/L，符合国家排放标准
（1）有人研究证明：使用氯气作自来水消毒剂，氯气会与水中有机物反应，生成如CHCl3等物质，这些物质可能是潜在的致癌致畸物质。目前人们已研发多种饮用水的新型消毒剂。下列物质不能作自来水消毒剂的是_____________（填序号）。
A．硫酸铜 B．二氧化氯 C．臭氧 D．硫酸亚铁
（2）高铁（VI）酸盐（如Na2FeO4）是新一代水处理剂。其制备方法有：次氯酸盐氧化法（湿法）和高温过氧化物法（干法）等。湿法是在碱性溶液中用次氯酸盐氧化铁（III）盐，写出该法的离子方程式：
___________________________。
（3）用高铁（VI）酸盐设计的高铁（VI）电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为KOH溶液，放电时的总反应：3Zn+2K2FeO4+8H2O→3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH
①写出正极发生的电极反应式：______________________。
②用高铁（VI）电池作电源，以Fe作阳极，以Cu作阴极，对足量KOH溶液进行电解，当电池中有
0．2molK2FeO4反应时，则在电解池中生成H2 __________L（标准状况）。
③下表列出了某厂排放的含锌废水中的含量及国家环保标准值的有关数据
该厂只用调节pH处理废水，当调整为pH＝7时，此时废水中Zn2+的浓度为__________mg/L，_________（填“符合”或“不符合”）国家环保标准。（常温下，Ksp[Zn(OH)2]＝1．2×10-17）
正确答案
（1）AD
（2）①10OH-+3ClO-+2Fe3+==3Cl-+2FeO42-+5H2O
（3）①FeO42-+4H2O+3e-=Fe(OH)3+5OH- ；②6.72；③78；不符合
高铁酸钾（K2FeO4）具有极强的氧化性，是一种优良的水处理剂。
（1）已知：4FeO42－＋10H2O
（2）将适量K2FeO4溶解于pH＝4.74的溶液中，配制成c(FeO42－) ＝1.0 mmol·L－1的试样，将试样分别置于20℃、30℃、40℃和60℃的恒温水浴中，测定c(FeO42－)的变化，结果见图Ⅰ。该实验的目的是_______________ ；发生反应的△H____________ 0（填“＞”、“＜”或“＝”）。
（3）FeO42－在水溶液中的存在形态如图Ⅱ所示。下列说法正确的是__________ （填字母）。
A．不论溶液酸碱性如何变化，铁元素都有4种存在形态
B．向pH＝10的这种溶液中加硫酸至pH＝2，HFeO4－的分布分数逐渐增大
C．向pH＝6的这种溶液中加KOH溶液，发生反应的离子方程式为： HFeO4－＋OH－＝FeO42－＋H2O
（4）测定某K2FeO4溶液浓度的实验步骤如下：
步骤1：准确量取V mL K2FeO4溶液加入到锥形瓶中
步骤2：在强碱性溶液中，用过量CrO2－与FeO42－反应生成Fe(OH)3和CrO42－步骤3：加稀硫酸，使CrO42－转化为Cr2O72－，CrO2－转化为Cr3+，Fe(OH)3转化为Fe3+步骤4：加入二苯胺磺酸钠作指示剂，用c mol·L－1 (NH4)2Fe(SO4) 2标准溶液滴定至终点，消耗(NH4)2Fe(SO4) 2溶液V1 mL。滴定时发生的反应为：Fe2+＋Cr2O72－＋H+→Fe3+＋Cr3+＋H2O（未配平）
① 写出步骤2中发生反应的离子方程式__________________________ 。
② 根据上述实验数据，测定该溶液中K2FeO4的浓度为__________mol·L－1（用含字母的代数式表示）。
正确答案
（1）杀菌消毒、吸附悬浮物（或其他合理答案）
（2）探究温度对FeO42－浓度的影响（或其他合理答案）；＞
（3）C
（4）① CrO2－＋FeO42－＋2H2O＝Fe(OH)3↓＋CrO42－＋OH－；②
利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。
（一）染料工业排放的废水中含有大量有毒的NO2-，可以在碱性条件下加入铝粉除去（加热处理后的废水，会产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体）。除去NO2-的离子方程式为_____________________。
（二）某工厂对制革工业污泥中Cr(III)回收与再利用工艺如下（硫酸浸取液中金属离子主要是Cr3+，其次是Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+）
部分阳离子常温下以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表
（1）实验室用18．4mol·L-1的浓硫酸配制250mL 4．8mol·L-1的硫酸溶液，所用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒和吸量管（一种能精确量取一定体积液体的仪器）外，还需_______________________。
（2）酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施是_____________（至少一条）。
（3）加入H2O2的作用是________________。
（4）钠离子交换树脂的原理为：Mn++nNaR→MRn+nNa+，被交换的的杂质离子是______________（选填：Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+）。
（三）印刷电路铜板腐蚀剂常用FeCl3。腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2+、Fe3+和Fe2+的浓度均为
0．10 mol·L-1，请参照上表给出的数据和提供的药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3+和Fe2+的实验步骤
①___________②__________ ③过滤。（提供的药品：Cl2 浓H2SO4 NaOH溶液 CuO Cu）
正确答案
（一）2Al+OH-+NO2-+2H2O＝2AlO2-+NH3·H2O
（二）（1）250mL容量瓶、胶头滴管；（2）反应温度、溶液的pH、搅拌速度、溶剂的配比等；
（3）氧化Cr3+使之转变成+6价Cr6+，以便于与杂质离子分离；（4）Ca2+、Mg2+
（三）①通入足量氯气将Fe2+氧化成Fe3+ ；②加入CuO调节溶液的pH至3.2～4.7
已知明矾[KAl(SO4)2·12H2O]在水中可解离出K+、Al3+和SO42-，某学习小组为探究明矾中何种离子起净水作用，做如下实验，请你完成实验报告
(1)
有同学认为以上方案中只是证明了Al2(SO4)3可以净水，K+没有净水作用，但不能确定Al3+和SO42-能否净水，不够完善。请你仔细分析以上实验报告并将你完善实验所用的试剂及目的填入下表中
(2)
正确答案
(1)烧杯中的水变澄清；K+不能起净水作用
(2)③AlCl3（或Al(NO3)3）；④验证Al3+（或铝离子）的净水作用；
⑤Na2SO4；⑥验证SO42-没有净水作用
水是一种重要的自然资源，是人类赖以生存的物质。海洋占地球总面积的71%，从海水中可以提取很多有用的物质。合理利用海洋资源，保护地球上的水不受污染，直接关系到人体健康和人类的生存发展。请回答下列问题。
(1)天然水在净化处理过程中加入的混凝剂可以是（写名称）____，其净化水的原理是____。
(2)水的净化和软化的区别是____。
(3)氯碱工业是重要的化学工业，目前工业上主要采用离子交换膜法电解饱和食盐水，下列叙述错误的是___。
A．精制饱和食盐水进入阳极室
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
(4)从海水中得到的粗盐中含Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质离子，这些离子的存在除了会影响电解所得产品的纯度外，还会___，所以电解用食盐水要求对粗盐水进行精制，请将精制时通常加入的化学试剂按加入的先后顺序依次写出：____。
正确答案
(1)明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁；可溶性铝盐或铁盐在水中发生水解生成相应的氢氧化物胶体，它可吸附天然水中的悬浮物并破坏天然水中的带异种电荷的胶体杂质，使其聚沉，从而达到净化水的目的
(2)水的净化是用混凝剂（如明矾等）将水中的胶体及悬浮物沉淀下来，而水的软化是除去水中较多的钙离子和镁离子
(3)D
(4)形成沉淀堵塞离子交换膜；BaCl2溶液→Na2CO3溶液→NaOH溶液→稀盐酸（或BaCl2溶液→NaOH溶液→ Na2CO3溶液→稀盐酸或NaOH溶液→BaCl2溶液→Na2CO3溶液→稀盐酸）
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