- 化学与自然资源的开发利用
- 共8899题
（12分）氧化锌为白色粉末，无臭、无味，广泛应用于橡胶、涂料、陶瓷、化工、医药、玻璃和电子等行业，为了变废为宝，综合应用资源，经常从锌冶炼、锌制品加工企业回收的废渣（含有ZnO、FeO、Fe2O3、CuO、Al2O3等杂质）来制取氧化锌，其流程如下图所示：
有关氢氧化物沉淀完全的pH见下表
回答下列问题
（1）在酸浸过程中，经常要保持酸过量，而且要通入空气，理由是 。
（2）上述工艺流程中多处涉及“过滤”，实验室中过滤操作需要使用的玻璃仪器有 。
（3）在“除杂Ⅰ”步骤中，经常使用酸性高锰酸钾溶液，并调节溶液的pH。将溶液调至pH=4的目的是 。
（4）在“碳化合成”中，生成的产物之一为碱式碳酸锌［Zn2(OH)2CO3］，请写出碳化合成步骤的化学方程式 。
（5）在“洗涤”过程中，证明沉淀洗涤完全的标志是 。
（6）由于本工艺液固分离次数较多，明显的不足是 。
正确答案
每空2分，共12分
（1）保证锌渣酸浸充分；通空气起搅拌作用，使反应充分。（2分）
（2）烧杯、玻璃棒、漏斗 （2分，漏写一个得1分，漏写两个得0分）
（3）使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀除去（2分）
（4）2Na2CO3+2Zn(NO3)2+H2O=4NaNO3+Zn2(OH)2CO3+CO2↑（2分）
（5）取最后一次洗涤液，做焰色反应，若未见黄色火焰，则表示洗涤干净（2分）
（6）锌的损失较大（2分）
本题为工艺流程题，重点考查实验操作。（1）锌渣中加入硝酸将其溶解和氧化，转化为Zn2+、Fe3+、Cu2+、Al3+，鼓入空气可以起到搅拌的作用，让其充分反应，然后通过过滤，除去不溶性杂质；（2）加入Zn粉，可以置换出铜、铁，并能与过量酸反应，调节pH，使铝、铁、铜转化为对应的氢氧化物沉淀；（3）加入Na2CO3，可以与锌结合转化为Zn2(OH)2CO3沉淀过滤、分离。
小明家责任田里的庄稼生长不茂盛，叶色淡绿、茎叶细小，同时还出现了不同程度的倒伏现象。请问：
(1)小明家的庄稼缺两种营养元素，它们是________(填“N”“P”“K”或“微量元素”)。
(2)某生产资料公司的化肥价格如下表：
在考虑既经济实用又解决问题的条件下，你认为小明应购买的化肥是_____________(填化学式)。
正确答案
(1)N、K (2)NH4HCO3、KCl
根据N、P、K营养元素对农作物生长的作用，易判断该同学家的庄稼
缺氮肥和钾肥。从生产资料公司提供的化肥价格看，花同样多的钱购买化肥，碳铵中氮元素的质量高于尿素中氮元素的质量，氯化钾中钾元素的质量高于硫酸钾中钾元素的质量。因此，该同学应购买NH4HCO3和KCl。
（l）火法炼锌是将闪锌矿（主要成分是ZnS）通过浮选焙烧使它转化为氧化锌，再把氧化锌和焦 炭混合，在鼓风炉中加热到1100~1300℃，使锌蒸馏出来。
①写出火法炼锌的主要反应：
焙烧反应： 。
鼓风炉中可能发生的反应： （任写一个）
②从保护环境和充分利用原料角度看如何处理和利用产生的烟气？
（2）工业上冶炼铝就是电解氧化铝
①冶炼铝的电解槽中的阴极和阳极材料均用石油炼制和煤的干馏产品 （填物质名称）
②氧化铝的熔点很高，在铝的冶炼中要加入冰晶石（Na3AlF），其作用是____ 。
③工业上冶炼铝时用的原料是Al2O3，而不是AlCl3，其原因是 。
（3）工业上“联合制碱法”中主要反应的化学方程式是 。其中的CO2来源于 。
（4）磁酸钙是制玻璃的原料之一，工业上制玻璃是在玻璃熔炉中进行，其中反应之一为：
正确答案
（1）① 2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2；2C＋O2
②用氨水吸收烟气中的SO2生成（NH4）2SO3或NH4HSO3，再让（NH4）2SO3或NH4HSO3与硫酸反应产生SO2，收集SO2用于生产硫酸。
(2)①石墨（或碳）②降低Al2O3熔化后温度，节约能量；③Al2O3熔化后能导电，AlCl3是共价化合物，熔化后不导电。
（3）NH3＋CO2＋H2O＋NaCl（饱和）=NaHCO3↓＋NH4Cl；2NaHCO3
（4）22.4a
（1）①根据题意“将闪锌矿（主要成分是ZnS）通过浮选焙烧使它转化为氧化锌”反应的化学方程式为2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2；根据题意“再把氧化锌和焦 炭混合，在鼓风炉中加热到1100~1300℃，使锌蒸馏出来”可能发生的反应就有：2C＋O2
②分析题意，必须“从保护环境和充分利用原料角度”，而且
“如何处理和利用产生的烟气”，故用氨水吸收烟气中的SO2生成（NH4）2SO3或NH4HSO3，再让（NH4）2SO3或NH4HSO3与硫酸反应产生SO2，收集SO2用于生产硫酸。
(2)①电极材料是石墨碳棒；②电解氧化铝用冰晶石作为助熔剂，其目的是降低Al2O3熔化后温度，节约能量。③从本质上来分析，Al2O3是离子化合物，熔融时发生电离，而AlCl3是共价化合物，熔化后不导电。
（3）NH3＋CO2＋H2O＋NaCl（饱和）=NaHCO3↓＋NH4Cl；2NaHCO3
(4)CaCO3+SiO2
(16分)氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除应用于化学工业本身外，还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。
⑴以前采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2会与NaOH接触，产物中肯定有NaClO，从而影响产品的纯度。能包含这一过程的总反应方程式为
⑵现代氯碱工业多采用隔膜法进行电解，即用隔膜将电解槽分隔成阳极区和阴极区，则从阴极区排出的是 ，电解时用盐酸控制阳极区的PH在2～3，用化学平衡移动原理解释盐酸的作用：
（3）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节（电）能30％以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过。
②这样设计的主要节（电））能之处在于 （至少写一处）
⑷科研人员为减少火力发电厂对环境的污染，曾经考虑让火力发电厂和氯碱厂进行就近联合。请你判断该方案是否可行？ （填可行或不可行），理由是
正确答案
（1）NaCl+H2O
（2）H2和NaOH； Cl2与水反应：Cl2+ H2O= HClO+HCl，增大HCl的浓度使平衡逆向移动，减少Cl2在水中的溶解，有利于Cl2逸出
（3）①＜；在B中右侧为燃料电池正极，氧气被还原产生OH-，同时Na+通过离子膜移到该侧，所以NaOH溶液浓度增大
②燃料电池可以补充电解池消耗的电能（或燃料电池提高了产出碱液的浓度，降低能耗等其他合理答案均可）
（4）可行；将发电厂产生的废气（SO2）与氯碱厂产生的Cl2或NaOH反应，既减少了SO2的排放，又可产生多种化学原料，同时就近联合还能减少电力输送中的损耗（其他合理答案均可）
（1）生成物是次氯酸钠和氢气，所以总反应式为NaCl+H2O
（2）惰性电极电极氯化钠溶液，阴极是氢离子放电，从而破坏阴极周围水的电离平衡，从而阴极溶液显碱性，即阴极生成物是氢气和氢氧化钠。阳极是氯离子放电生成氯气，由于Cl2与水反应：Cl2+ H2O= HClO+HCl，增大HCl的浓度使平衡逆向移动，减少Cl2在水中的溶解，有利于Cl2逸出。
（2）①根据装置图可知，B中右侧通入空气，所以是正极，氧气被还原产生OH-，同时Na+通过离子膜移到该侧，所以NaOH溶液浓度增大。
②这样设计可以通过燃料电池来补充电解池消耗的电能。
（4）由于发电厂产生的废气（SO2）与氯碱厂产生的Cl2或NaOH反应，既减少了SO2的排放，又可产生多种化学原料，同时就近联合还能减少电力输送中的损耗，所以是可以的。
【化学与技术】
钛冶炼厂与氯碱厂、甲醇厂组成一个产业链（如图所示），将大大提高资源的利用率，减少环境污染。
请回答下列问题：
（1）Fe的原子序数为26，其最外层电子数为2，请写出铁原子结构示意图____。
（2）写出钛铁矿在高温下与焦炭经氯化得到四氯化钛的化学方程式 。
（3）氯碱厂获得Cl2的离子方程式为 。
（4）由TiCl4→Ti反应后得到Mg、MgCl2、Ti的混合物，可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，依据下表信息，需加热的温度略高于 ℃即可。
（5）为了减少产业链生产时产生的工业三废对环境的威胁，当NaCl与FeTiO3的物质的量之比为 时，理论上Cl2的利用率最大。
正确答案
（1）
（2）2FeTiO3＋6C＋7Cl2
（3）2Cl- + 2H2O 
（4）1412
（5）7：1
（1）铁位于元素周期表的第4周期第Ⅷ族，是过渡金属元素的代表，原子序数为26，电子层结构为
（2）从图示可知氯化时的反应物为FeTiO3、C、Cl2，生成物为FeCl3、TiCl4、CO，再根据得失电子和原子守恒即可得出该反应的方程式为FeTiO3＋6C＋7Cl2
（3）工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。阳极反应：2Cl－－2e－=Cl2↑（氧化反应）；阴极反应：2H＋+2e－=H2↑（还原反应）；因此，电解饱和食盐水的总反应可以表示为：2Cl－+2H2O
（4）Ar气中进行防止钛、镁被氧化；控制温度使TiCl4、Mg、MgCl2转化为蒸气，Ti不熔化，故温度略高于1412℃；
（5）根据2Cl－+ 2H2O
合成氨工业中，原料气(N2、H2、混有少量CO、NH3)在进入合成塔之前，常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收CO，其反应为CH3COO[Cu(NH3)2]＋CO＋NH3
CH3COO[Cu(NH3)3]·CO(正反应为放热反应)。
(1)必须除去CO的原因是___________________________。
(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液吸收原料气中CO的适宜条件是______________________。
(3)吸收CO后的醋酸铜(Ⅰ)氨溶液经适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力而循环使用，其再生的条件是______________________________。
正确答案
(1)防止CO使催化剂中毒 (2)高压、低温并于醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液中加入较浓氨水 (3)低压、高温
考查点二 合成氨的生产过程及反应原理
合成氨流程中的除杂，是为了除去能使催化剂中毒的物质，在合成氨的过程中必须除去CO，因为CO能使催化剂中毒。从吸收CO的化学方程式可得：吸收CO的反应是正反应为气体体积缩小的放热反应，因此为了使CO尽最大可能被吸收，应采取高压、低温的办法使平衡正向移动。要使醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生，即使平衡逆向移动，故必须采取低压、高温的办法。
金属钛被称为铁和铝之后崛起的第三金属，它是空间技术、航海、化工、医疗上不可缺少的材料。
I、工业上用钛矿石（FeTiO3，含FeO、Al2O3、SiO2等杂质）经过下述反应制得：
其中，步骤②发生的反应为：2H2SO4+FeTiO3=TiOSO4+FeSO4+2H2O。
（1）净化钛矿石时，是否需要除去杂质FeO？答：_________（填“需要”或“不需要”）
（2）净化钛矿石时，需用浓氢氧化钠溶液来处理，写出该过程中发生反应的离子方程式 。
II、为了提高资源的利用率，减少环境污染，可将氯碱厂、炼钛厂和甲醇厂组成产业链,其关系如下图所示。
（3）写出钛铁矿经氯化法得到四氯化钛的化学方程式_________________________。
（4）已知：①Mg(s)+Cl2(g)＝MgCl2(s)；△H＝一641 kJ·mol-1
②1/2Ti(s)+Cl2(g)＝1/2TiCl4(l)；△H＝一385 kJ·mol-1
则Mg 与TiCl4反应的热化学方程式为 ，
该反应在氩气氛中进行的理由是 。
（5）在上述产业链中,合成192 t 甲醇理论上需额外补充H2 t (不考虑生产过程中物质的任何损失)。
正确答案
I．（1）不需要（2）Al2O3＋2OH—＝2Al O2—＋H2O SiO2＋2OH—＝SiO32—＋H2O
II．（3）2FeTiO3+6C+7Cl2 2FeCl3+2TiCl4+6CO
（4）2Mg(s)+TiCl4(l) ="==" 2MgCl2(s)+Ti(s)；△H＝－512 kJ·mol－1
Mg和Ti都有强还原性，在Ar气氛中可以防止被氧化（5）10（3分）
略
我国有丰富的天然气资源。以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示(图中某些转化步骤及生成物未列出)：
填写下列空白：
(1)已知0.5 mol甲烷和0.5 mol水蒸气在t ℃，p k Pa时，完全反应生成一氧化碳和氢气(合成气)，吸收了a kJ热量，该反应的热化学方程式是 。
(2)上述流程中，工业上分离H2 、CO2合理的方法是 。
A混合气先通入氢氧化钠溶液，再在溶液中加盐酸
B混合气加压冷却，使CO2液化
C混合气用氨水洗涤
D混合气先通入到石灰浆，然后高温煅烧固体，
(3)为了保证氨气顺利合成，在空气进入合成塔之前必须对空气进行 ，目的是____________________；在合成氨的实际生产过程中，常采取将生成的氨从混合气体中分离出来，分离出氨的方法 。
(4)合理地利用资源不仅可以提高经济效益，而且也是对社会、对全人类负责的表现，阐述图中的两处可以合理利用资源情况 。
正确答案
(1)CH4(g)+H2O(g)
(2)B C
(3)净化；防止空气中某些杂质使催化剂中毒；液化氨(或分离液态氨)
(4)分离氨后的剩余气体可以循环利用，分离出的二氧化碳气体可用来合成尿素
(1)0.5mol甲烷和0.5mol水蒸气完全反应生成一氧化碳和氢气(合成气)，吸收了a kJ热量，则反应物各1mol完全反应吸收2aKJ热量，热化学方程式是CH4(g)+H2O(g)
(2)混合气先通入氢氧化钠溶液，再在溶液中加盐酸，生成的二氧化碳中混有HCl，A错；利用二者的沸点不同分离，混合气加压冷却，使CO2液化，从而分离，B正确；用氨水吸收二氧化碳，剩下的是氢气，C正确；混合气先通入到石灰浆，然后高温煅烧固体，操作比较复杂，不容易实现，D错；选BC。
(3)空气中的某些物质能是催化剂中毒，所以在空气进入合成塔之前必须对空气进行净化；实际生产过程中，常采用液化氨气，使氨气分离出来，促进平衡正移，提高反应物的转化率。
(4)合成氨的转化率较低，产物中有较多的原料气，循环使用；分离出的二氧化碳可以用来制备尿素。
氨是一种重要的化工原料，氨的合成和应用是当前的重要研究内容之一。
（1）传统哈伯法合成氨工艺中相关的反应式为：
①该反应的平衡常数K的表达式为：K＝_________。升高温度，K值________（填“增大”“减小”或“不变”）。
②不同温度、压强下，合成氨平衡体系中NH3的物质的量分数见下表（N2和H2的起始物质的量之比为1：3）。分析表中数据，__________（填温度和压强）时H2转化率最高，实际工业生产不选用该条件的主要原因是________________。
③下列关于合成氨说法正确是___________（填字母）
A. 使用催化剂可以提高氮气的转化率
B. 寻找常温下的合适催化剂是未来研究的方向
C. 由于△H<0、△S>0，故合成氨反应一定能自发进行
（2）最近美国Simons等科学家发明了不必使氨先裂化为氢就可直接用于燃料电池的方法。它既有液氢燃料电池的优点，又克服了液氢不易保存的不足。其装置为用铂黑作为电极，加入电解质溶液中，一个电极通人空气，另一电极通入氨气。其电池反应为
你认为电解质溶液应显______性（填“酸性”、“中性”、“碱性”），写出负极电极反应式________。
正确答案
（12分）（1）①K＝
温度低速率慢，而压强太高生产设备条件难以实现（2分） ③B（2分）
（2）碱性（2分） 
试题分析：（1）①化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，则根据反应的方程式可知，该反应的平衡常数K＝
②根据表中数据可知，在温度为200℃、压强为100MPa时，氨气的含量最高。由于温度低速率慢，而压强太高生产设备条件难以实现，所以实际工业生产不选用该条件。
③催化剂不能改变平衡状态，只能改变反应速率，A不正确；寻找常温下的合适催化剂是未来研究的方向，B正确；根据方程式可知，该反应的熵值是减小，需要在一定条件下才能自发进行的，C不正确，答案选B。
（2）由于氨气是碱性气体，能和酸反应生成铵盐，所以电解质溶液应显碱性。原电池中负极失去电子，发生氧化反应，则氨气在负极通入，电极反应式是2NH3－6e－＋6OH－＝N2＋3H2O。
点评：该题是高考中的常见考点和题型，属于中等难度试题的考查，试题综合性强，侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练，旨在考查学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力，有利于培养学生的逻辑推理能力和发散思维能力，提升学生的学科素养。
（15分）【化学——化学与技术】
（1）火山喷发所产生的硫黄可用于生产重要的化工原料硫酸。某企业用如图所示的工艺流程生产硫酸。
请回答下列问题：
①为充分利用反应放出的热量，接触室中应安装______________(填设备名称)。吸收塔中填充有许多瓷管，其作用是__________________________。
②为使硫黄充分燃烧，经流量计1通入燃烧室的氧气过量50%。为提高SO2转化率，经流量计2的氧气量为接触室中二氧化硫完全氧化时理论需氧量的2.5倍，则生产过程中流经流量计1和流量计2的空气体积比应为________。假设接触室中SO2的转化率为95%，b管排出的尾气中二氧化硫的体积分数为________。(空气中氧气的体积分数按0.2计)，该尾气的处理方法是____________________________________________。
③与以硫铁矿为原料的生产工艺相比，该工艺的特点是________。
A．耗氧量减少 B．二氧化硫的转化率提高
C．产生的废气减少 D．不需要使用催化剂
（2）硫酸的用途非常广泛，可应用于下列哪些方面________(可多选)。
A．橡胶的硫化 B．表面活性剂“烷基苯磺酸钠”的合成
C．铅蓄电池的生产 D．过磷酸钙的制备
（3）矿物燃料的燃烧是产生大气中SO2的主要原因之一。在燃煤中加入适量的石灰石，可有效减少煤燃烧时SO2的排放，请写出此脱硫过程中反应的化学方程式__________________________________________、______________________________、___________________________________________。
正确答案
（15分）
（1）①热交换器（1分） 使浓H2SO4与SO3充分接触（1分）
②6∶5（2分） 0.41% （2分）用氨水吸收（2分） ③A（2分）
（2）BCD（2分）
（3） CaCO3===CaO+CO2↑ SO2＋CaO===CaSO3 2CaSO3＋O2===2CaSO4（3分）
试题分析：（1）①SO2与O2的反应为放热反应，为了充分利用能量，应安装热交换器；吸引塔中填充许多瓷管，增大三氧化硫与浓硫酸的接触面，有利于三氧化硫的吸收。
②燃烧室中的反应为S＋O2
③硫铁矿中铁的氧化需要消耗O2，A项正确；原料选择与SO2的转化率无关，B项错误；用硫铁矿为原料产生的废渣较多，但废气量相同，C项错误；用SO2制取SO3的过程中都需要使用催化剂，D项错误。
（2）橡胶硫化所用到的为单质硫，A项错误；烷基苯磺酸钠中含有磺酸基，制取过程中需要发生磺化反应，B项正确；铅蓄电池中需要用到硫酸和硫酸铅，C项正确；过磷酸钙的制取过程中需要浓硫酸和磷矿石，D项正确。
（3）CaCO3高温分解生成CO2和CaO，SO2为酸性氧化物，可以和碱性氧化物CaO反应生成CaSO3，而CaSO3易被氧化为CaSO4，所以发生反应的化学方程式为：CaCO3===CaO+CO2↑ SO2＋CaO===CaSO3 2CaSO3＋O2===2CaSO4
用离子交换法从海带中提取碘是一种较为先进的制碘工艺应用技术。
①浸泡海带：取海带500g，加13～15倍水量分两次浸泡，得浸出液6000mL左右，碘含量为0.5g/L。
②碱化浸出液除褐藻糖胶：即海带浸出液1000mL，加入浓度为40% 的NaOH溶液，控制pH值为12左右，充分搅拌后使褐藻酸钠絮状沉淀而沉降。采用倾析法分离出清液。
③氧化游离：向上述清液中加入浓度为6mol× L-1的H2SO4溶液，使pH值为1.5～2。往酸化后溶液中加入NaClO溶液或H2O2溶液，充分搅拌并观察溶液颜色变化。待溶液由淡黄逐渐变成棕红色即表明I－离子已转变为多碘离子（I3－）。
④交换吸附：氯型强碱性阴离子交换树脂（R—Cl表示）注入交换柱中（树脂层高度为12cm），如右图连接交换装置，待溶液全部通过后，树脂颜色变为黑红色。
⑤洗脱：分两步进行
第一步：取8～10% 的NaOH溶液40mL注入交换柱中。在强碱作用下，树脂颜色逐渐变浅，待树脂基本褪色后，放出溶液，收集于一小烧杯中为碱性洗脱液。
第二步：取10% 的NaCl溶液40mL注入上述交换柱中。稍待一会儿，慢慢放出溶液收集于另一小烧瓶中，为氯化钠洗脱液。
⑥往碱性洗脱液中滴加H2SO4溶液（6mol/L），烧杯底部会析出一层泥状粗碘。
⑦往氯化钠洗脱液中滴加H2SO4溶液（6mol/L）使之酸化，再滴加10% 的NaNO2溶液（在通风橱中进行）。待溶液由无色转变为棕红色直至出现棕黑色浑浊。
⑧离心分离即得粗碘。
试回答下列问题
（1）步骤③在酸性条件下用NaClO（或H2O2）氧化碘的离子方程式： ，
及I2 +I－
（2）第④步发生的离子反应为： 。
（3）步骤⑤洗脱时第一步发生的离子反应为（洗脱液中含有I－和IO3－离子）：
；第二步洗脱发生的离子反应为： 。
（4）步骤⑦发生反应的离子方程式为 。
正确答案
（1）2I－＋ClO－＋2H+ = I2＋Cl－＋H2O（或 2I－+2H++H2O2=I2+2H2O）； 用淀粉试纸
（2）R－Cl＋I3－= R－I3＋Cl－
（3）3R－I3＋6OH－ = 3R－I＋5I－＋IO3－＋3H2O；R－I＋Cl－ = R－Cl＋I－。
（4）2I－＋2NO2－＋4H+ = I2＋2NO↑＋2H2O
本题考查用离子交换法从海带中提取碘。（1）NaClO（或H2O2）在酸性条件下有强氧化性，将I－氧化成I2；（2）离子交换的原理，根据颜色变化可知，I3－交换Cl－，方程式为R－Cl＋I3－= R－I3＋Cl－ ；（3）在强碱作用下，树脂颜色逐渐变浅，根据洗脱液中含有I－和IO3－离子，说明R－I3转化为I－和IO3－，方程式为：3R－I3＋6OH－ = 3R－I＋5I－＋IO3－＋3H2O；加入Cl－与I－交换，R－I＋Cl－ = R－Cl＋I－；（4）在酸性条件下NO2－具有氧化性，将I－氧化成 I2。
（10分）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节能30％以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出：
回答下列有关问题：
（1）电解池的阴极反应式为___________________________。
（2）通入空气的电极的电极反应式为___________________________，燃料电池中阳离子的移动方向_________________________（“从左向右”或“从右向左”）。
（3）电解池中产生2 mol Cl2，理论上燃料电池中消耗O2的物质的量为_____________。
（4）a、b、c的大小关系为：_____________。
正确答案
（1）2H2O + 2e－= H2↑ + 2OH－ （或2H++ 2e－="==" H2↑）
（2）O2 + 2H2O + 4e－= 4OH－ 从左向右
（3）1 mol （4）c>a>b
(1)电解饱和氯化钠溶液时，阴极是氢离子放电，生成氢气。
（2）在原电池中负极失去电子，发生氧化反应。正极得到电子发生还原反应。通入空气，说明该电极是正极，氧气得到电子。在原电池中电子通过导线从负极传递到正极上，所以溶液中的阳离子向正极移动。
（3）电解池中产生2 mol Cl2，则反应中转移电子4mol，根据得失电子守恒可知，消耗氧气是1mol。
（4）因为在燃料电池的正极附近产生大量的OH－，而在负极附近，氢离子放电的同时需要消耗OH－，所以其浓度大小顺序为c>a>b。
实验室模拟合成氨和氨催化氧化的流程如下：
已知实验室可用饱和亚硝酸钠（NaNO2）溶液与饱和氯化铵溶液经加热后反应制取氮气。
（1）从图中选择制取气体的合适装置：
氮气 、氢气
（2）氮气和氢气通过甲装置，甲装置的作用除了将气体混合外，还有 、
（3）氨合成器出来经冷却的气体连续通人乙装置的水中吸收氨， （“会”或“不会”）发生倒吸，原因是： 。
（4）写出乙装置中氨催化氧化的化学方程式：
（5）反应结束后锥形瓶内的溶液中含有H+、OH-、 、 离子。
正确答案
（1）氮气:a 、氢气b （2分）
（2）干燥气体； 控制氢气和氮气的流速 （2分）
（3）不会，因为混合气体中含大量的不溶于水的氮气和氢气 （2分）
（4）4NH3 +5 O2 
（5）NH4+, NO3-（2分）
试题分析：（2）浓硫酸作干燥气体用，同时可控制氢气和氮气的流速；
（3）混合气体中含大量的不溶于水的氮气和氢气，不会使装置内压强急剧下降，因而不会发生倒吸现象；
（4）不难看出，该反应中，铂作催化剂，再配平方程式即可；
（5）反应中有部分NO与氧气反应溶于水，同时有部分NH3溶于水，因而溶液中还含有NH4+, NO3-离子。
点评：本题考查合成氨和氨催化氧化，结合氮气、氧气、一氧化氮及氨气的性质，不难给出答案。
（13分）工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：
（1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO+H2O(g)
（2）合成塔中发生反应N2(g)+3H2(g)
（3）N2和H2在铁作催化剂作用下从145℃就开始反应，不同温度下NH3产率如图所示。温度高于900℃时，NH3产率下降的原因 。
（4）在上述流程图中，氧化炉中发生反应的化学方程式为___________。
（5）硝酸厂的尾气直接排放将污染空气。目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮的氧化物还原为氮气和水，反应机理为：
CH4(g)+4NO2(g)＝4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= －574kJ·mol－1
CH4(g)+4NO(g)＝2N2(g)+CO2(g) +2H2O(g) △H= －1160kJ·mol－1
则甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为：________________________。
（6）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水，试写出该反应的化学方程式____________________，科学家利用此原理，设计成氨气-氧气燃料电池，则通入氨气的电极是__________（填“正极”或“负极”）；碱性条件下，该电极发生反应的电极反应式为_______________________。
正确答案
（1）1 （2）＜ （3）温度高于900℃时，平衡向左移动。（4）
（5）CH4(g)+2NO2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g)+N2(g) △H＝－867kJ/mol
（6）4NH3+3O2 2N2+6H2O；负极； 2NH3 — 6e- + 6OH- =N2 +6H2O
（1）起始时CO和水蒸气的物质的量浓度分别是0.2mol/L和0.3mol/L。平衡时氢气时0.12mol/L，所以生成CO2也是0.12mol/L，消耗CO和水蒸气都是0.12molL/L，因此平衡时CO和水蒸气的物质的量浓度分别是0.08mol/L和0.18mol/L，因此平衡常数K＝
（2）因为是放热反应，所以升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，所以T1＜300℃。
（3）因为是放热反应，所以升高温度，平衡向逆反应方向移动，即温度高于900℃时，平衡向左移动，所以产率降低。
（4）氧化炉中发生的是氨的催化氧化，所以方程式为
（5）考查盖斯定律的应用，（①＋②）÷2即得到CH4(g)+2NO2(g)＝CO2(g)＋2H2O(g)+N2(g)，所以反应热是（－574kJ·mol－1－1160kJ·mol－1）÷2＝－867kJ/mol。
（6）根据反应物和生成物可知，方程式为4NH3+3O2 2N2+6H2O。氨气在反应中失去电子，所以在负极通入，电极反应式为2NH3 — 6e- + 6OH- =N2 +6H2O。
电子产品产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。某化学兴趣小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：
按要求回答下列问题：
(1)滤渣1中存在的金属有_____________。
(2)已知沉淀物的pH如下表：
①则操作②中X物质最好选用的是___________(填编号)
a．酸性高锰酸钾溶液 b．漂白粉 c．氯气 d．双氧水
②理论上应控制溶液pH的范围是________________________。
(3)检验滤液2中既不存在Fe2+又不存在Fe3+的操作步骤是____________________。
(4)用一个离子方程式表示在酸浸液中加入适量铝粉的反应：___________________。
(5)由CuSO4·5H2O制备CuSO4时，应把CuSO4·5H2O放在______(填仪器名称)中加热脱水。
(6)现在某些电器中使用的高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为 3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O
正确答案
(15分，除标明1分外，其余每空均为2分) (1)Au、Pt(对一个给1分，错一个倒扣1分)
(2)①d ；②4.4≤pH＜4.9(1分，或大于等于4.4，小于4.9；或［4.4，4.9)；其它合理均正确，但要准确：大于等于4.4，小于4.9。如果不准确该空不得分。)
(3)①取少量滤液于试管中，②向其中加入少量KSCN溶液，如果溶液不变红证明不存在Fe3+，③继续向溶液中滴入新制的氯水，如果溶液不变红证明不存在Fe2+。(三点少一点扣1分，扣完为止。其它答案合理酌情给分。)
(4)Al+ Fe3+＝Fe＋Al3+(如果有加氢离子的也给分) (5)坩埚(1分，字错误不得分)
(6) Zn—2e— +2OH—= Zn(OH)2；3(1分)；Fe(OH)3—3e— + 5OH—= FeO42－ + 4H2O
试题分析：（1）向混合物中加稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热，Cu、Al、Fe被硝酸氧化，而Au或Pt不能被硝酸氧化，所以滤渣1的成分是Pt和Au。
（2）①滤液1中的含有的金属阳离子Cu2+、Al3+、Fe2+，根据沉淀氢氧化物时的pH值可知，要得到硫酸铜硫酸铜晶体，需要形成氢氧化铁或氢氧化铝晶体。由于溶液中含有亚铁离子，而亚铁离子沉淀时的pH超过铜离子的，所以第②步加入氧化剂的目的是把Fe2+氧化为Fe3+，该氧化剂的优点是不引入杂质，产物对环境物污染，所以最好的是双氧水，答案选d。
②调溶液PH的目的是使Fe3+和Al3+形成沉淀，而铜离子不能形成沉淀，所以理论上应控制溶液pH的范围是4.4≤pH＜4.9。
（3）亚铁离子具有还原性，而铁离子能和KSCN溶液发生显色反应，所以检验滤液2中既不存在Fe2+又不存在Fe3+的操作步骤是①取少量滤液于试管中，②向其中加入少量KSCN溶液，如果溶液不变红证明不存在Fe3+，③继续向溶液中滴入新制的氯水，如果溶液不变红证明不存在Fe2+。(三点少一点扣1分，扣完为止。其它答案合理酌情给分。)
（4）滤渣2的成分为氢氧化铁和氢氧化铝，加入稀硫酸生成硫酸铁和硫酸铝，所以要得到硫酸铝晶体，需要除去铁离子，因此加入单质铝的目的是置换出溶液中的铁，反应的离子方程式是Al+ Fe3+＝Fe＋Al3+。
（5）固体加热脱水应该在坩埚值完成，所以第③步由五水硫酸铜制备硫酸铜的方法应是在坩埚中加热脱水。
（6）原电池中负极失去电子，发生氧化反应。所以根据总的方程式可知，锌是还原剂，作负极，电极反应式是Zn—2e— +2OH—= Zn(OH)2；铁元素的化合价从＋6价降低到＋3价，得到3个电子，所以每有1mol K2FeO4被还原，转移电子的物质的量为3mol；充电相当于电解，电解池中阳极失去电子，发生氧化反应，所以根据反应的总方程式可知，充电时阳极电极反应式是Fe(OH)3—3e— + 5OH—= FeO42－ + 4H2O。
扫码查看完整答案与解析