- 化学与资源开发利用
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当前,大量施用氮素化肥是冬小麦获得高产的重要措施之一。
(1)施入土壤的氮素化肥主要以________形式被小麦根部吸收,透气性较好的土壤植物容易吸收氮素化肥,透气性较差的黏质土壤,则根的吸肥力差,这是因为_______________________________________________。
(2)施肥后要及时灌溉,若从麦田流失的水从下图A位置注入一条河流,导致下游水体中藻类和细菌数量发生的变化如下列曲线图所示:
①在A的下游藻类数量增加的原因是____________________________________________________________。
②在3 km以外的河段,细菌数量迅速增加的原因是_____________________________________________________________。
③在下游6 km处的河段发现鱼类大量死亡,原因是______________________________________________________________。
④在距A 2 km处,水中的氧气含量比A处高,原因是______________________________________________________________。
正确答案
(1)NH4+或NO3- 透气性好的土壤中氧气多,呼吸作用旺盛,提供的H+、HCO多,能量多
(2)①氮肥进入河流中引起藻类大量繁殖 ②藻类死亡后,细菌作为分解者得到的有机物多,从而使细菌大量繁殖 ③细菌增多消耗大量的氧气,使鱼类得不到足够的氧气而死亡 ④藻类增多后,进行光合作用产生氧气
本题是生物与化学的综合题,同时结合图表的应用能力考查。
(共6分)瑞典皇家科学院宣布,将2007年诺贝尔化学奖授予德国马普学会弗里茨-哈伯(Fritz-Haber)研究所的格哈德·埃特尔(Gerhard Ertl)教授,以表彰他在固体表面化学过程研究领域作出的开拓性成就。合成氨工业生产中所用的α-Fe催化剂的主要成分是FeO、Fe2O3。
(1)某FeO、Fe2O3混合物中,铁、氧的物质的量之比为4:5,其中Fe2+与Fe3+物质的量之比为_________。
(2)当催化剂中Fe2+与Fe3+物质的量之比为1:2时,其催化活性最高,此时铁的氧化物混合物中铁的质量分数为_________(用小数表示)。
(3)以Fe2O3为原料制备上述催化剂,可向其中加入适量碳粉,发生如下反应:
2Fe2O3 +C =4FeO +CO2↑,为制得这种催化活性最高的催化剂,应向480g Fe2O3粉末中加入碳粉的质量为_________ g。
正确答案
(1)1:1 (2分)
(2)0.724 (2分)
(3)6g(2分)
略
已知:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0;2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g) ΔH<0;
回答下列问题:
(1)从影响速率和平衡的因素分析,要有利于NH3和SO3的生成,理论上应采取的措施是_________________。实际生产中采取的措施分别是__________________。
(2)在实际生产的合成氨过程中,要分离出氨气,目的是____________________________;而合成SO3过程中,不需要分离出SO3,原因是__________________。
正确答案
(1)高温、高压、催化剂 合成氨:高温、高压、催化剂;合成SO3:高温、常压、催化剂 (2)减少生成物浓度,使平衡向生成NH3方向移动 该反应向生成SO3的方向进行程度大,达到平衡后SO2余量较少,故不需要分离SO3
根据两个反应的特点:合成氨与二氧化硫的反应均是体积减小、放热的气体反应。所以从提高反应速率和增大反应物转化率来看:选择高温、高压、催化剂的条件均是合理的。但实际上,还要考虑设备的耐压能力、经济技术条件等因素,经过综合分析才能确定生产条件。
硫铁矿与焦炭充分混合(FeS2与C的质量比为5∶2),在有限量的空气中缓慢燃烧,结果可得到硫磺(副产物是两种氧化物),其燃烧的方程式是_____________________________。
正确答案
2FeS2+8C+5O2====2FeO+8CO+4S或3FeS2+12C+8O2====Fe3O4+12CO+6S
根据质量比算出FeS2与C的物质的量之比是1∶4,产物除单质硫外,一是铁的氧化物,二是碳的氧化物(CO),由于焦炭是还原剂且空气是限量的,不会生成高价铁的氧化物。
我国是氧化铝生产大国,工业上每生产1 t氧化铝将排出1~2 t赤泥,赤泥大量堆积会对环境造成严重污染。赤泥中主要成分及含量:CaO约占46%、SiO2约占22%、Al2O3约占7%、Fe2O3约占11%、TiO2约占5%及少量其他物质。
⑴一种利用废弃赤泥的方法是将赤泥配成一定的液固比,作为一种吸收剂,吸收热电厂排放的含SO2的烟气,写出吸收SO2时可能发生的化学反应方程式 ▲ 。
⑵为综合利用赤泥中的各种成分,某科研小组设计了如下工艺流程:
已知:TiO2不溶于稀盐酸、稀硫酸,能溶于浓硫酸生成TiOSO4(硫酸氧钛,易水解)。
①氧化物D的化学式是 ▲ ,原料A最好是下列物质中的 ▲ 。
②写出上述工艺中投入氢氧化钠时反应的离子方程式 ▲ 。
③写出上述工艺中稀释时发生水解反应的化学方程式 ▲ 。
正确答案
⑴CaO+SO2=CaSO3 或Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O
⑵①Fe2O3 C
②OH-+Al(OH)3=AlO2-+2 H2O
③TiOSO4+2H2O=TiO(OH)2↓+H2SO4或TiOSO4+2H2O=TiO2·H2O↓+H2SO4
略
一工厂用软锰矿(含MnO2约70%及Al2O3)和闪锌矿(含ZnS约80%及FeS)共同生产MnO2和Zn(干电池原料):
已知① A是MnSO4、ZnSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3的混合液。
② IV中的电解反应式为MnSO4+ZnSO4+2H2OMnO2+ Zn+2H2SO4。
(1)A中属于还原产物的是___________。
(2)MnCO3、Zn2(OH)2CO3的作用是_____________________________;II需要加热的原因是___________;C的化学式是____________。
(3)该生产中除得到MnO2和Zn以外,还可得到的副产品是______________。
(4)如果不考虑生产中的损耗,除矿石外,需购买的化工原料是___________。
(5)要从Na2SO4溶液中得到芒硝(Na2SO4·10H2O),需进行的操作有蒸发浓缩、________、过滤、洗涤、干燥等。
(6)从生产MnO2和Zn的角度计算,软锰矿和闪锌矿的质量比大约是__________。
正确答案
(1)MnSO4
(2)增大溶液的pH,使Fe3+和 Al3+生成沉淀;
使形成胶体的氢氧化铝和氢氧化铁也生成沉淀; H2SO4
(3)Fe2O3、Al2O3、S (4)纯碱、H2SO4 (5)降温结晶 (6)1.03(或1)
略
(16分)
(1)合成氨反应反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g),若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气,平衡 移动(填“向左”“向右”或“不”);使用催化剂 反应的ΔH(填“增大”“减小”或“不改变”)。
(2)已知:N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g);△H=-543kJ·mol-1
H2(g)+
F2(g)=HF(g);△H=-269kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)=H2O(g);△H=-242kJ·mol-1
则反应 N2H4(g)+2F2(g)=N2(g)+4HF(g)的
H="_____________" kJ·mol-1。
(3)已知25℃时Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11,KsP[Cu(OH)2]=2.2×10-20。在25℃下,向浓度均为0.1 mol·L-1的MgCL2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水,先生成__________沉淀(填化学式),生成该沉淀的离子方程式为______。
(4)在25℃下,将a mol·L-1的氨水与0.01 mol·L-1的盐酸等体积混合,反应平衡时溶液中c(NH4+)=c(Cl-),则溶液显_____________性(填“酸”“碱”或“中”);用含a的代数式表示此时溶液中NH3·H2O的物质的量浓度__________ mol·L-1。(说明:溶液的体积可以直接相加)
正确答案
(1)向左(2分) 不改变(2分)
(2)-1135(kJ·mol-1 )(2分)
(3)Cu(OH)2 (2分) Cu2++2NH3·H2O=Cu(OH)2 ↓+2NH4+(3分)
(4)中(2分); mol·L-1(3分)
略
已知反应①、②是化工生产中的两个重要反应
①甲溶液 A + B + C
②乙经过粉碎后在沸腾炉中燃烧,得到D和E
其中,A、D在常温常压下为刺激性气味气体,C为无色无味气体。请回答:
(1)A的电子式是 。
(2)将A通入B的溶液中,反应的离子方程式是 。
(3)1 g C在A中燃烧时放出92.3 kJ的热量,该反应的热化学方程式是 。
(4)工业上可利用E为原料冶炼其中所含的金属,方法是 。
(5)化工生产②中第二步、第三步用到的设备名称分别为 、 。第二步采用的反应条件为 。
(6)将A和D按物质的量1:1通入下列装置中:
该过程中的化学方程式是: _______________________。
上述实验装置设计不完整,请将所缺部分在装置图的右边方框中画出。
(7)一定条件下,将12 g乙放入过量的的浓硝酸中,反应过程中转移1.5 mol电子,该反应的离子方程式是 。
正确答案
(1) (1分)
(2)Cl2+ 2OH- = Cl- + ClO- + H2O (1分)
(3)H2 (g) + Cl2(g) =" 2HCl" (g);△H =" -184.6kJ/mol " (1分)
(4)热还原法 (1分)
(5)接触室、吸收塔。常压、400~5000C、催化剂(3分)
(6) Cl2 + SO2 + BaCl2 +2H2O = BaSO4↓+ 4HCl (1分)
⑺ FeS2 + 14H+ + 15NO3- = Fe3+ + 2SO42- + 15 NO2 ↑+ 7H2O (2分)
略
面粉加工厂的车间里若悬浮着较多的面粉粉尘,遇明火就有发生爆炸的危险。下面是模拟粉尘爆炸的一个实验。如下图,在小塑料筒里放入干燥面粉,点燃蜡烛,用塑料盖盖住金属筒,迅速鼓入大量空气,不久,便会听到“砰”的一声,爆炸的气浪将金属筒上的塑料盖掀起。试问:
(1)在上述实验中,鼓入空气的作用是______________。
(2)下列情况下,不会发生爆炸的是_______________(填序号)。
①金属筒不加盖时;②蜡烛没有点燃时;③塑料筒中装的是煤粉时。
(3)面粉厂为了避免爆炸事故发生,应采取的安全措施有____________(写出一种即可)。
正确答案
(1)使面粉充满金属筒(2)①②(3)严禁烟火
本题考查燃烧的条件、爆炸及易燃易爆物的安全知识。实验中不断的鼓入空气,会把面粉吹起来,使金属筒内充满面粉,一旦遇到明火引起燃烧,就可能发生爆炸。燃烧引起的爆炸是可燃物在有限的空间内燃烧才可能发生,去掉金属盖使空间扩大了,就不容易发生爆炸,而蜡烛没有点燃根本就不会发生爆炸。
(11分)A是一种重要的化工原料,A的产量可以用来衡量一个国家的石油化工水平。D是一种日常生活中常用的调味品。A、B、C、D在一定条件下存在如下转化关系(部分反应条件、产物被省略)。
(1)工业上,由石油获得石蜡油的方法是 ;
(2)丁烷是由石蜡油获得A过程中的中间产物之一,它的一种同分异构体中含有三个甲基,写出这种同分异构体的结构简式: ;
(3)B、D分子中官能团的名称分别是 、 ;
A→B的反应类型是 ;
写出反应B→C的化学方程式: ;
(4)大多数的有机反应速率比较缓慢,我们在实验或生产中为了提高有机反应的速率,通常采取的措施有 (填一项即可)。
正确答案
略
目前世界上60%的镁是从海水中提取的。学生就这个课题展开了讨论的。已知海水提镁的主要步骤如下
学生就这个课题提出了以下问题:
(一)在海水提镁的过程中如何实现对镁离子的富集?有三个学生提出自己的观点。
学生1的观点:直接往海水中加入沉淀剂。
学生2的观点:高温加热蒸发海水后,再加入沉淀剂。
学生3的观点:利用晒盐后的苦卤水,再加入沉淀剂。
请你评价三个学生提出的观点是否正确(填是或否),并简述理由。
(二)在海水提镁的过程中如何实现对镁离子的分离?
(1)为了使镁离子沉淀下来,加入的足量试剂①是_______________(填化学式)。
(2)加入的足量试剂②是_____________(填化学式)。
(3)试从节约能源,提高金属镁的纯度分析,以下适宜的冶镁方法是_________________。
A.
B.
C.
D.
正确答案
(一)
(二)(1)NaOH;(2)HCl;(3)C
目前世界上60%的镁是从海水中提取的,某校学生设计从海水中提取镁的实验流程如下图。请思考并回答
I.上述实验过程中涉及的①、②、③反应属于氧化还原反应的是_____________(填序号)。
II.从海水中提取镁的过程中,为实现对镁离子的富集,有三种预设方案:
A.直接往海水中加沉淀剂;
B.加热蒸发海水后,加入沉淀剂;
C.利用晒盐后的苦卤水,加入沉淀剂。
通过分析比较,你认为方案________正确(填序号),其理由是_________________________。
III.从海水中提取镁的过程中,另一重要的环节是实现对Mg2+的分离。
(1)为了使镁离子完全沉淀下来,若加入足量的试剂甲为澄清的石灰水,其反应的离子方程式为
_________________________。
(2)加入试剂甲后,能够分离得到Mg(OH)2沉淀的方法是______________(填实验操作名称)。
正确答案
I、③
II、C;该方法因Mg2+浓度大,节约能源,成本较低
III、(1)Mg2++2OH-==Mg(OH)2↓;(2)过滤
南通濒江临海,有较长的海岸线,海洋资源十分丰富。
(1)海水晒盐可获得粗盐,在实验室中粗盐经过溶解、_________、_________可制得精盐。
(2)目前世界上60%的镁是从海水中提取的。其主要步骤如下
①提取Mg的过程中,试剂A可以选用_________,试剂B选用_________,由无水MgCl2制取Mg的反应类型为______________。
②分离出Mg(OH)2后的NaCl溶液中还含有CaCl2、Na2SO4等杂质,为了获得NaCl溶液,在分离后的溶液中依次加入过量的BaCl2溶液、Na2CO3溶液,过滤,再向滤液中加入适量盐酸。实验中加入过量BaCl2溶液是为了除去_________;加入过量Na2CO3溶液的目的是__________________。
(3)目前海水淡化普遍采用“多级闪急蒸馏法”,证明蒸馏得到的水为淡水的方法是_________。
正确答案
(1)过滤;蒸发
(2)①氢氧化钠或氢氧化钙;盐酸;分解反应
②Na2SO4;除去CaCl2和过量的BaCl2(3)取样并滴加AgNO3溶液,若没有白色沉淀,说明蒸馏海水为淡水
最近,我国利用生产磷铵排放的废渣磷石膏制取硫酸并联产水泥的技术研究获得成功。
具体生产流程如下:
回答下列问题:
(1)操作a的名称是________,实验室中进行此操作的非玻璃仪器或用品有__________;在实验室中操作b的名称是________________________。
(2)装置a中生成两种酸式盐,它们的化学式分别是____________________________ 。
(3)依题意猜测固体A中一定含有的物质的化学式是__________(结晶水部分不写)。
(4)“热交换器”是利用“废热”预热_____________,除此之外还可利用硫酸工业的“废热”_________。
(5)SO3在______________(填设备名称)中用______________吸收转化为发烟硫酸。
正确答案
(1)过滤,铁架台(含铁圈)、滤纸,蒸发浓缩、冷却结晶;(2)NH4H2PO4 (NH4)2HPO4.
(3)CaSO4 (4)即将参与反应的SO2和O2 发电 (5)吸收塔 98%的浓硫酸
试题分析:(1)分离难溶性固体与液体的方法是过滤。实验室中进行该操作的非玻璃仪器或用品有铁架(含铁圈)、滤纸。磷酸和氨气发生反应可以产生磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵。。H3PO4+3NH3="(" NH4)3PO4. H3PO4+2NH3=(NH4)2HPO4。H3PO4+NH3= NH4H2PO4。这些磷酸的铵盐都容易溶解于水。将其从溶液中分离出来。首先要将溶液蒸发、浓缩,然后冷却、结晶,最后过滤得到。(2)若装置a中生成两种酸式盐,则它们的化学式分别是NH4H2PO4、(NH4)2HPO4。(3)磷灰主要成分是磷酸钙。磷酸钙和硫酸发生反应产生磷酸和硫酸钙。所以猜测固体A中一定含有的物质是磷酸钙,化学式是CaSO4。(4)“热交换器”是利用“废热”预热即将参与反应的SO2和O2 ,除此之外还可利用硫酸工业的“废热”发电。(5)SO3在吸收塔中被吸收的。由于水被浓硫酸吸收时容易形成酸雾,不利于三氧化硫的吸收。所以通常用98.3%的浓硫酸来吸收形成发烟硫酸。然后再用水稀释成需要的浓度。
【化学与技术】
工业上制取硝酸铵的流程图如下,请回答下列问题:
(1)在上述工业制硝酸的生产中,B设备的名称是 ,其中发生反应的化学方程式为 。
(2)此生产过程中,N2与H2合成NH3所用的催化剂是 。1909年化学家哈伯在实验室首次合成了氨,2007年化学家格哈德·埃特尔在哈伯研究所证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程,示意图如下:
分别表示N2、H2、NH3。图⑤表示生成的NH3离开催化剂表面,图②和③的含义分别是 、 。
(3)在合成氨的设备(合成塔)中,设置热交换器的目的是 ;在合成硝酸的吸收塔中通入空气的目的是 。
(4)生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物,可用如下两种方法处理:
碱液吸收法:NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O
NH3还原法:8NH3+6NO2催化剂△ 7N2+12H2O(NO也有类似的反应)
以上两种方法中,符合绿色化学的是 。
(5)某化肥厂用NH3制备NH4NO3。已知:由NH3制NO的产率是96%、NO制HNO3的产率是92%,则制HNO3所用去的NH3的质量占总耗NH3质量(不考虑其它损耗)的 %。
(6)硝酸铵是一种常用的氮肥,在贮存和使用该化肥时,应注意的事项及理由是:
正确答案
(1)氧化炉,4NH3+5O24NO+6H2O
(2)铁砂网(或铁)。N2、H2被吸附在催化剂表面;在催化剂表面,N2、H2中化学键断裂
(3)利用余热,节约能源;使NO循环利用,全部转化成HNO3
(4)NH3还原法
(5)53
(6)①不能与碱性肥料混施;硝酸铵溶液呈酸性;
②不能剧烈撞击;硝酸铵易爆炸;
③不能在雨水较多的地区使用 硝酸铵吸收性强,易流失。
(1)工业制硝酸用氨氧化法制硝酸,其方法以氨和空气为原料,用Pt-Rh合金网为催化剂在氧化炉中进行,加热条件下生成NO和水,NO在冷却与O2反应生成NO2,NO2在吸收塔内用水吸收过量空气中O2的作用下转化为硝酸。最高浓度可达50%。制浓硝酸就是把50%HNO3与Mg(NO3)2或浓H2SO4蒸馏而得。方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。
(2)N2和H2合成NH3所用催化剂是铁,由图知②所示N2和H2被吸附在催化剂表面,而图③表示在催化剂表面,N2、H2中化学键断裂。
(3)在合成氨的设备(合成塔)中,设置热交换器的目的是利用余热,节约能源;在合成硝酸的吸收塔中不断通入空气,目的是提供充足的氧气,以便使NO循环利用,全部转化成硝酸;
(4)根据“绿色化学”要求,从根本上减少或杜绝污染,尽可能使原料和利用率提高来看,符合绿色的要求。
(5)由NH3制NO的产率是96%、NO制HNO3的产率是92%。
根据氮原子守恒可知:NH3—NO—HNO3,则1mol NH3可得硝酸为
1mol×96%×92%=0.8832mol;由HNO3—NH3—NH4NO3,则该反应消耗的氨气的物质的量为0.8832mol,氨气的质量之比等于物质的量之比,硝酸所用去的NH3的质量占总消耗NH3的质量分数为1mol/(1mol+0.8832mol)×100%=53.1%.
(6)根据硝酸铵的性质来解答,由于硝酸铵受到撞击时易爆炸。因此硝酸铵不能与易燃物混放;不能用铁锤等物将结块的硝酸铵砸碎;硝酸铵溶液呈酸性,所以不能与碱性肥料混施。
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