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【化学—选修2：化学与技术】（15分）
化学是人类进步的关键，化学为人类的生产、生活提供了物质保证。
Ⅰ．氮的化合物是重要的化工产品。其生产方法也在逐渐改进中，各国科学家均在为提高其产量，降低能耗做各种有益的探究。
（1）25℃时合成氨反应热化学方程式为：N2(g)+3H2(g)==2NH3(g)，ΔH="-92.4kJ/mol" 。在该温度时，取1molN2和3molH2放在密闭容器中，在催化剂存在下进行反应，测得反应放出的热量总是小于92.4kJ。其原因是_________________________________。
（2）近年有人将电磁场直接加在氮气与氢气反应的容器内，在较低的温度和压强条件下合成氨，获得了较好的产率。从化学反应本质角度分析，电磁场对合成氨反应的作用是 ；与传统的合成氨的方法比较，该方法的优点是 。
Ⅱ．(3)卤水中蕴含着丰富的镁资源，经转化后可获得MgCl2粗产品。从卤水中提取镁的步骤为：
a．将海边大量存在的贝壳煅烧成石灰，并将石灰制成石灰乳；
b．将石灰乳加入到海水沉淀池中经过滤得到Mg(OH)2沉淀；
c.在Mg(OH)2沉淀中加入盐酸得到MgCl2溶液，再经蒸发结晶得到MgCl2·6H2O；
d．将MgCl2·6H2O在一定条件下加热得到无水MgCl2；
e．电解熔融的氯化镁可得到Mg。
①步骤d中的“一定条件”指的是 。
②有同学认为：步骤b后可加热Mg(OH)2得到MgO，再电解熔融的MgO制金属镁，这样可简化实验步骤，你同意该同学的想法吗?为什么?
(4) 铀是核反应最重要的燃料，已经研制成功一种螫合型离子交换树脂，它专门吸附海水中 的U4+，而不吸附其他元素。其反应原理为 (树脂用HR代替)，发生离子交换后的离子交换膜用酸处理还可再生并得到含铀的溶液，其反应原理为： 。
正确答案
（15分）（1）该反应是可逆反应，反应不完全（1分）
（2）在电磁场的作用下氮氮叁键更容易断裂，降低了合成反应所需的能量，反应容易进行。（2分）节能减排，降低了设备要求。（2分）
（3）①在HCl气流中(2分) ②不同意，因为MgO熔点很高，熔融时因耗费大量的能量而增加生产成本(2分)
(4)4HR+U4+=UR4+4H+ (3分) UR4+4H+=4HR+U4+ (3分）
试题分析：（1）该反应是可逆反应，反应物不会全部转化为生成物；
（2）电磁场存在的条件下，合成氨的温度、压强都比较低，说明电磁场的作用使反应的活化能降低，反应容易进行；因为反应的条件降低，所以这种方法对设备的要求不高，而且节能减排；
（3）①MgCl2水解生成氢氧化镁和氯化氢，加热，促进水解，为防止其水解，MgCl2·6H2O在氯化氢的气流中加热得到无水MgCl2，所以一定条件是指在HCl气流中；
②不同意；因为氧化镁的熔点较高，电解熔融的氧化镁需要的能量大，增加成本，所以不能电解氧化镁，而电解氯化镁；
（4）根据题意可知树脂HR只吸附U4+，所以与氢离子发生交换，反应原理为4HR+U4+=UR4+4H+ ；
发生离子交换后的离子交换膜用酸处理，再次发生离子交换，得到含铀的溶液，反应原理为UR4+4H+=4HR+U4+ 。
海洋是个巨大的资源宝库，海水资源的利用具有非常广阔的发展前景。海水中溴元素以Br－形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如下所示：
(1)步骤①反应的廊子方程式为_______________________________。
(2)步骤③反应的化学方程式为_________________________________。
(3)Br的原子序数是________，在周期表中位于第________周期、________族。
(4)步骤⑤蒸馏的过程中，温度应控制在80～90℃。温度过高或过低都不利于生产，请解释原因：________________。
(5)为什么不直接用“溴水混合物Ⅰ”而要用“溴水混合物Ⅱ”进行蒸馏，得出液溴？
正确答案
(1)2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－ (2)SO2＋Br2＋2H2O=2HBr＋H2SO4 (3)35 四 ⅦA (4)温度过高，大量水蒸气随溴蒸气排出，溴蒸气中水增加，温度过低，溴不能完全蒸出，回收率降低 (5)“溴水混合物Ⅰ”中虽然含有溴单质，但浓度低，如果直接蒸馏，处理量大，生产成本高；经过“空气吹出、SO2吸收、氯气氧化”等步骤实际上是将溴水浓缩了
(1)Cl的非金属性大于Br，海水中含有的Br－被氯气置换，Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－。
(2)空气中的Br2与SO2反应，得到含高浓度Br－的溶液，SO2＋2H2O＋Br2=2HBr＋H2SO4。
(3)溴为第四周期，ⅦA族元素；根据各周期元素的个数，计算第四周期稀有气体元素的原子序数，由此推出Br的原子序数＝2＋8＋8＋18－1＝35。
(4)根据蒸馏分离原理进行回答。水的沸点为100℃，温度过高水蒸发量增大，温度过低，溴的挥发量减少，不能完全蒸出，回收率降低。
(5)海水中Br－的含量很低，因此“溴水混合物Ⅰ”中溴的含量很低，直接蒸馏，处理液体的量很大，能耗高，成本增加；经过一系列处理后的“溴水混合物Ⅱ”中Br2的浓度增大，蒸馏时，所需处理的液体量大大减少，能耗降低，成本降低。
海水中镁的总储量约为2.1×1015t，目前世界上60%的镁来自海水，工业规模海水提镁的流程如图所示：
试回答下列问题：
(1)海水提镁的过程中①、②反应的化学方程式：
①_____________________________________，
②______________________________________。
(2)由氯化镁溶液制取无水氯化镁固体，其操作过程是____________________
(3)为了使MgSO4完全转化为Mg(OH)2，则加入的生石灰要过量，然后分离得Mg(OH)2沉淀，考虑Ca(OH)2溶解度，应该用________法分离。
(4)金属镁、铝的工业冶炼方法既有相似之处，又有不同之别，下表是氧化镁和氯化镁的熔沸点数据：
工业上炼镁采用电解熔融氯化镁，而冶炼铝则用电解熔融的Al2O3，其原因是____________________________________
正确答案
(1)①CaCO3
②MgCl2(熔融)
(2)先加热蒸发、冷却结晶得到MgCl2·6H2O，然后在HCl气氛中加热得到无水MgCl2
(3)低温过滤
(4)MgCl2的熔点较MgO的熔点低，熔融MgCl2消耗较少的能量，节约能源，降低成本；AlCl3是共价化合物，熔融不导电，只能电解熔融(熔于冰晶石中)Al2O3生产铝
(1)贝壳的主要成分是CaCO3，高温CaCO3分解生成CaO和CO2，CaO与H2O生成的Ca(OH)2又与Mg2＋生成Mg(OH)2，Mg(OH)2加HCl在一定条件下生成无水MgCl2，电解MgCl2(熔融)在阴、阳极上分别得Mg和Cl2。
(2)对MgCl2溶液加热蒸发得到MgCl2·6H2O，由于MgCl2·6H2O在受热条件下易水解，为防止水解应在HCl气氛中加热脱水转化为无水MgCl2。
(3)因为Ca(OH)2的溶解度是随温度升高而降低，为了减少Ca(OH)2与Mg(OH)2共沉，所以在低温下过滤，所得Mg(OH)2纯度较高。
(4)AlCl3是共价化合物，熔化后不导电，故可电解熔化的Al2O3得铝单质；而从表可看出MgO的熔点较MgCl2高，虽然电解两种物质均可得到单质镁，但熔化MgO比MgCl2消耗更多的能量，从经济角度考虑，一般多用电解熔融MgCl2法制Mg。
（12分）以硫铁矿（主要成分为FeS2）为原料制备氯化铁晶体（FeCl3·6H2O）的工艺流程如下：
回答下列问题：
（1）在一定条件下，SO2转化为SO3的反应为2SO2(g)+O2(g)
（2）酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量，其目的是 、 。
（3）通氯气氧化时，发生的主要反应的离子方程式为
该过程产生的尾气可用碱溶液吸收，尾气中污染空气的气体为 （写化学式）。
正确答案
（12分）（1）
（2）提高铁元素的浸出率 抑制Fe3+水解
（3）Cl2+2Fe2+=2Cl—+2Fe3+ Cl2、HCl
】（1）平衡常数是指在一定条件下可逆反应达到平衡时，生成物浓度的幂之积与反应物浓度幂之积的比值。所以该反应的平衡常数表达式为。过量的SO2与NaOH溶液反应生成物是酸式盐，方程式为SO2＋NaOH===NaHSO3。
（2）因为Fe3＋在溶液中易水解，所以为了抑制水解需要加入盐酸。
（3）因为溶液中可能会生成Fe2＋，所以为了抑制其生成，需要加入氧化剂氯气，方程式为Cl2＋2Fe2＋===2Cl－＋2Fe3＋。
阅读以下内容，回答问题。
冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气(或H2，或CO)法；③活泼金属置换法；④电解法。四种方法各有优缺点，在工业上均有应用。
(1)一种无色气体A与红热的炭反应，得到另一种无色气体B，B与灼热的氧化铜反应，又得到A，则A、B分别为_______(填序号)。
A.O2、CO2 B.O2、CO C.CO2、CO D.CO、CO2
(2)下列说法错误的是_______(填序号)。
A.对废旧金属的最好处理方法是回收再利用
B.提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步
C.活泼金属的冶炼都是通过电解其盐溶液制得
D.热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气或活泼金属等
(3)钛(Ti)有“未来钢铁”之称。工业上常以：TiCl4+2Mg
A.稀有气体中 B.空气中 C.氮气中 D.CO2气体中
正确答案
(1)C (2)C (3)A
(1)CO具有还原性，可还原CuO得到Cu；(2)对于Na、Mg、Al等活泼金属不能通过电解其盐溶液制得，而是电解熔融态的氧化物或盐制得；(3)Mg容易和O2、N2、CO2反应，故该反应需在稀有气体中进行
Ⅰ利用化学原理对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。
（1）染料工业排放的废水中含有大量有毒的
常温下部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
（2）印刷电路铜板腐蚀剂常用FeCl3。腐蚀铜板后的混合浊液中，若
Ⅱ.下图表示某些化工生产的流程（部分反应条件和产物略去）
（1）反应Ⅰ需在500℃进行，其主要原因是_________________。
（2）G转化为H的过程中，需要不断补充空气，其原因是_________________。
（3）写出反应Ⅲ的化学方程式_________________。
（4）工业上，向析出K的母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却后可析出副产品。通入氨气的作用是_________________（填序号）。
a. 增大
b. 使K更多地析出
c. 使K转化为M，提高析出的J的纯度
（5）写出上述流程所涉及的化学工业的名称_________________。
正确答案
Ⅰ. （6分，每空2分）（1）
（2）①向溶液中通入足量Cl2、②向溶液中加入CuO调节pH3.2－4.7
Ⅱ. （14分）（1）此温度下催化剂活性最高（2分）
（2）使NO不断转化为NO2提高原料利用率（3分）
（3）
（5）合成氨工业 氨催化氧化制硝酸，侯德榜制碱法（3分）
试题分析：Ⅰ.（1）加入铝粉后产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，这说明该气体应该是氨气。由于溶液显碱性，则铝被氧化生成AlO2－，所以该反应的离子方程式是NO2－＋2Al＋OH－＋H2O＝2AlO2－＋NH3↑。
（2）由于亚铁离子开始沉淀时的pH大于铜离子开始沉淀时的pH值，所以应该首先通入氯气将亚铁离子氧化生成铁离子，然后加入氧化铜，通过控制溶液的pH在3.2～4.7之间即可除去铁离子。
Ⅱ. 液态空气蒸馏主要得到O2和N2，焦炭和水蒸气在高温下反应生成CO和H2，二者得到的气体B、C在催化剂条件下能发生反应，则应为N2和H2的反应，生成的气体为NH3，所以，A为O2，B为N2，C为H2，D为CO，E为NH3。NH3和O2在催化剂条件下发生氧化还原反应生成NO，NO与氧气反应生成NO2，进而与水反应生成硝酸和NO，所以G为NO，H为NO2，I为HNO3，L为NH4NO3。CO和O2反应生成CO2，CO2、NaCl和NH3反应生成NaHCO3，为侯氏制碱法的主要反应，NaHCO3加热分解生成Na2CO3，则F为CO2，J为NH4Cl，K为NaHCO3，M为Na2CO3。
（1）反应I是工业合成氨气的反应，需在500℃进行，其主要原因是此温度下催化剂活性最高。
（2）H转化为N的过程中是二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮的反应，反应是化学平衡，需要不断补充空气使一氧化氮气体不断转化为二氧化氮，提高原料的利用率。
（3）反应Ⅲ是候氏制碱法的反应原理，氨化的饱和食盐水中通入二氧化碳生成碳酸氢钠晶体和氯化铵，反应的化学方程式为NaCl+CO2+NH3+H2O＝NaHCO3↓+NH4Cl。
（4）工业上，向析出K的母液氯化铵中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却后可析出副产品J氯化铵，通入氨气的作用是增大铵根离子浓度使氯化铵晶体析出，氨气溶于水后生成氨水，氨水电离成铵根，增大铵根的浓度有利于氯化铵的析出；同时通入氨气使溶液碱性增强，使碳酸氢钠转化为溶解度较大的碳酸钠，可以提高氯化铵的纯度，故答案为ac。
（5）上述流程所涉及的化学工业的名称为：工业合成氨、氨气的催化氧化、侯德榜制碱法。
点评：该题是高考中的常见题型，属于中等难度的试题，对学生的要求高。试题综合性强，贴近高考，侧重对学生能力的培养和训练，有利于培养学生的逻辑推理能力和规范严谨的实验设计能力以及动手操作能力。该类试题主要是以常见仪器的选用、实验基本操作为中心，通过是什么、为什么和怎样做重点考查实验基本操作的规范性和准确及灵活运用知识解决实际问题的能力。在进行无机物的推断时注意从空气的蒸馏和碳与水蒸气的反应入手，根据物质反应的条件作为突破口进行推断，学习中注意相关基础知识的积累、运用和总结。
技术的发展与创新永无止境，我国化工专家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下图：
(1)向沉淀池中要通入CO2和氨气，应先通入________(填化学式)，原因是________________。
(2)沉淀池中发生的化学反应方程式是________________。
(3)母液中的溶质主要是________。向母液中通氨气后再加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通入氨气的作用是________________。
(4)使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了________(填上述流程中的编号)的循环，物质X是________，从沉淀池中提取沉淀的操作是________________。
(5)写出煅烧炉中发生反应的化学方程式____________________________。
(6)这样制得的产品碳酸钠中可能含有的杂质是________(填化学式)，为检验该杂质的存在，具体操作是__________________________________。
正确答案
(1)NH3 因为CO2溶解度较小，而NH3易溶于水，先通NH3有利于CO2吸收
(2)NH3＋CO2＋NaCl＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl
(3)NH4Cl 增大NH4+浓度，使NH4Cl更多析出
(4)循环Ⅰ CO2 过滤
(5)2NaHCO3
(6)NaCl 取少量试样溶解，加用HNO3酸化的AgNO3溶液，若有白色沉淀，说明含有NaCl杂质
向沉淀池中通入氨气，使溶液显碱性，有利于CO2吸收；母液中的溶质主要是副产品NH4Cl，通氨气及加入细小食盐颗粒都可使NH4Cl的溶解平衡向结晶方向移动；采取循环操作可提高原料的利用率；由于用了饱和食盐水使析出的碳酸氢钠含氯化钠，则纯碱中含氯化钠。
目前世界上60%的镁是从海水中提取的。海水提镁的主要流程如下:
请回答下列问题:
(1)从离子反应的角度思考,在海水中加入石灰乳的作用是 ,写出在沉淀池中发生反应的离子方程式 。
(2)石灰乳是生石灰与水形成的化合物,从充分利用海洋化学资源,提高经济效益的角度,生产生石灰的主要原料来源于海洋中的 。
(3)操作A是 ,操作B是 。
(4)加入的足量试剂a是 (填化学式)。
(5)无水MgCl2在熔融状态下,通电后会产生Mg和Cl2,该反应的化学方程式为 。从考虑成本和废物循环利用的角度,副产物氯气可以用于 。
(6)海水提镁的过程,为什么要将海水中的氯化镁转变为氢氧化镁,再转变为氯化镁?
_____________________________________________
正确答案
(1)沉淀Mg2+[或使Mg2+形成Mg(OH)2沉淀](1分)
Mg2++2OH-
(2)贝壳(或牡蛎壳等)(1分)
(3)过滤 蒸发结晶(或加热浓缩)(每空0.5分)
(4)盐酸(1分)
(5)MgCl2(熔融)
(6)海水中氯化镁的含量很大,但镁离子浓度很低,该过程可以使镁离子富集,浓度增大且成本低(2分)
(1)由框图我们可以看出加入石灰乳后生成了Mg(OH)2,很明显作用就是为了将Mg2+沉淀;(2)CaCO3
海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素，碘元素以碘离子的形式存在。实验室里从海藻中提取碘的流程如下：
(1)指出取提碘的过程中有关的实验操作名称：①______；②_____；写出过程②中有关反应的化学方程式______，________。
(2)提取碘过程中，可供选择的有机试剂是_______。 [ ]
(3)为使海藻灰中碘离子转化为碘的有机溶液，实验室里有烧杯、玻璃棒、集气瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器、物品。尚缺少的玻璃仪器是_____。
正确答案
(1)①过滤，③萃取：Cl2+2KI=2KCl+I2；(2)B；(3)分液漏斗
(1)①是将悬浊液分离成清液和残渣，故操作是过滤；②是将碘从溶剂水中提取到另一溶剂(有机溶剂)中，故此操作是萃取。
(2)萃取剂不能与水混溶，故A．酒精；C．乙酸；D．甘油都不可做萃取剂。
(3)萃取分液用的仪器是分液漏斗。故此处缺少的玻璃仪器是分液漏斗。
聚合铝（PAC）是一种新型高效的无机高分子絮凝剂，广泛用于水的处理。用铝灰、铝土矿、铝渣等为原料（主要成分为Al、Al2O3）可制取聚合铝。实验步骤如下：
聚合铝（PAC）的分子式为[Al2(OH)aCl b]m，聚合铝中OH-与Al3+的比值对净水效果有很大影响，定义盐基度B=n(OH-)/3n(Al3+)，当B=2/3时，b = （填入合适数字）。
正确答案
2
略
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