- 化学与自然资源的开发利用
- 共8899题
（15分）煤的液化是将煤进行深加工的重要工业过程，请结合下图回答相关问题
（1）煤的液化是将煤转化为 的过程。
（2）煤的液化分为两种分别是 和 ，上图中展示的是 。
（3）该流程中将净化后的氢气和一氧化碳在催化剂的作用下合成 、 及化学品等，该过程中可以循环使用的是 。
（4）这种煤的液化操作条件比较温和，几乎不依赖于煤的种类，关键是 的选择。
正确答案
⑴液体燃料(2’)
⑵直接液化、间接液化，间接液化(各2’)
⑶烃类燃料、醇类燃料，H2和CO(各2’)
⑷催化剂(1’)
试题分析：（1）煤的液化是把固体煤炭通过化学加工过程，使其转化成为液体燃料的过程。
（2）煤在氢气和催化剂作用下，通过加氢裂化转变为液体燃料的过程称为直接液化；以煤为原料，先气化制成合成气，然后，通过催化剂作用将合成气转化成烃类燃料、醇类燃料和化学品的过程成为间接液化，上图中展示的是间接液化。
（3）根据图中氢气和一氧化碳的流程可知氢气和一氧化碳在催化剂的作用下合成烃类燃料、醇类燃料，H2和CO经过重整后可循环使用。
（4）催化剂的选择在有机反应中起着至关重要的作用。
鄂尔多斯市已探明煤炭储量1496亿多吨，约占全国总储量的1/6。煤是重要的能源，也是生产化工产品的重要原料。试用所学知识，解答下列问题。
（1）煤的转化技术包括煤的气化技术和液化技术。煤的液化技术又分为 和 。
（2）在煤燃烧前需对煤进行脱硫处理。煤的某种脱硫技术的原理为
FeS2
这种脱硫技术称为微生物脱硫技术。该技术的第一步反应的离子方程式为 ，第二步反应的离子方程式为 。
（3）工业煤干馏得到的产品有焦炭、 。
（4）工业上主要采用氨氧化法生产硝酸，如图是氨氧化率与氨－空气混合气中氧氨比的关系。其中直线表示反应的理论值；曲线表示生产实际情况。当氨氧化率达到100%，理论上r[n(O2)/n(NH3)]＝ ，实际生产要将r值维持在1.7～2.2之间，原因是 。
正确答案
（1）直接液化技术 间接液化技术；
（2）2FeS2＋7O2＋2H2O
（3）焦炉煤气、粗氨水、煤焦油；（4）1.25，O2太少不利于NH3的转化，r值为2.2时NH3氧化率已近100%。
试题分析：（2）原理FeS2
（4）从图中看出当氨氧化率达到100%，理论上r[n(O2)/n(NH3)]＝1.25，实际生产要将r值维持在1.7～2.2之间，原因是O2太少不利于NH3的转化，r值为2.2时NH3氧化率已近100%。
煤和石油是重要的能源，也是化工生产的重要原料。
(1)工业上分馏石油的设备是________，通过该设备制备出的液体燃油有__________________________。
(2)使用催化剂进行石油裂化及裂解获得的主要产品是_____________________________。
(3)煤燃烧产生的废气直接排放到空气中，可能导致的环境污染问题是_______ _____________________。
(4)下图是对煤燃烧产生的废气进行常温脱硫处理的流程示意图。
①废气脱硫过程中，主要反应的化学方程式为__________________________、__________________________。
②在煤中直接添加一种物质，可有效减少煤燃烧产生的SO2，该物质是_________________________。
③石膏在工业生产中的用途是________(写出一种用途即可)。
(5)煤经过________(填加工方法)可以得到炉煤气、煤焦油和焦炭。煤焦油经过________(填加工方法)可得到芳香族化合物。煤也可以用氢化法转化成燃油，氢化法的本质是___________________________。
正确答案
轻质油和气态烯烃(或碳原子数较少的烃)
(3)酸雨、粉尘污染(答出一项即可)
(4)①SO2＋CaCO3
(5)干馏 分馏 增加煤中氢元素含量，提高氢原子数与碳原子数的比值
(1)原油在分馏塔内加热，然后冷却，逐渐分馏出汽油、煤油和柴油等。(2)石油裂化及裂解的主要目的是获得碳原子数较少的烃。(3)煤燃烧产生的废气含有SO2等，会导致酸雨的形成，也会造成粉尘污染。(4)①废气脱硫的反应主要包括石灰石与SO2的反应及CaSO3与O2的反应。②煤燃烧时加入CaCO3、CaO、Ca(OH)2，可以减少SO2的产生。③石膏可以用于医疗、建筑材料、模型等。(5)煤的干馏可以得到炉煤气、煤焦油和焦炭。煤焦油分馏可得到芳香族化合物。煤的氢化是为了增加煤中氢元素含量，提高氢原子数与碳原子数的比值。
随着全球性石油危机的来临，使许多国家关注用煤代替石油的研究，科学家发现在443～473 K的温度下，用Co作催化剂，水煤气(主要成分是CO和H2)可以生成碳原子数5～8之间的烷烃，这是用煤合成汽油的方法之一。
(1)用煤合成汽油CnH2n＋2的有关反应方程式是
_________________________________________________________________；
(2)要达到合成上述汽油的要求，CO和H2的体积比的取值范围是 。
正确答案
(1)C＋H2O(g)
nCO＋(2n＋1)H2
(2)
本题以煤的液化为背景分别考查煤化工及一碳化学的相关知识，是一道综合应用较强的题目。
煤的气化可得到CO和H2，CO和H2在上述条件下反应生成汽油(CnH2n＋2)和水，配平此反应化学方程式，取n＝5和n＝8两个极值，计算出CO和H2的体积比，即可确定取值范围。
nCO＋(2n＋1)H2Co443～473 KCnH2n＋2＋nH2O
则
当n＝5时，
当n＝8时，
将下图所列仪器组装成一套实验室蒸馏石油的装置，并进行蒸馏得到汽油和煤油。
(1)上图中A、B、C三种仪器的名称分别是 ； ； 。
(2)将以上仪器(一)→(六)，按连接顺序表示(用字母a，b，c……表示)：
e接i； 接 ；k接l； 接 ； 接 。
(3)A仪器中，c口是 ，d口是 。
(4)蒸馏时，温度计水银球应在 位置。
(5)在B中注入原油后，再加几片碎瓷片的目的是 。
(6)给B加热，收集到沸点在60～150 ℃之间的馏分是 ，收集到150～300 ℃之间的馏分是 。
正确答案
(1)冷凝管、蒸馏烧瓶、锥形瓶
(2)h a b f g q
(3)进水口 出水口 (4)蒸馏烧瓶支管口附近 (5)防止暴沸
(6)溶剂油和汽油 煤油
此实验装置的安装应本着“由下往上，由左到右”的原则进行。注意检查装置气密性，及冷凝管的水流方向是低进高出，温度计水银球的位置应在蒸馏烧瓶支管口附近。收集到汽油和煤油(沸点范围分别在60 ～150 ℃和150～300 ℃)。
如图所示是实验室蒸馏石油的实验装置，实验需要收集60～150℃和150～300℃的馏分．请回答下列问题：
（1）仪器a的规格和名称______，仪器b、c的名称：b______，c______．
（2）实验所选温度计是错误的，正确的选择应该是______．
（3）实验时在仪器a中加入了少量碎瓷片，其目的是______．
（4）实验时在仪器b中通入冷却水，请指明冷却水的流向______．
正确答案
（1）实验所用的仪器a中盛放了100mL石油，故其规格应该是250mL，仪器a的名称是蒸馏烧瓶、b是冷凝管、c是锥形瓶；
故答案为：250mL蒸馏烧瓶；冷凝管；锥形瓶；
（2）图中所用温度计的最大量程为100℃，而实验需要收集最高沸点为300℃的馏分，所以应该选用最大量程大于300℃的温度计，一般选用最大量程为350℃的温度计．
故答案为：最大量程为350℃的温度计；
（3）为防止烧瓶内液体受热不均匀而爆沸冲出烧瓶，需要在烧瓶内加入几块沸石；
故答案为：防止暴沸；
（4）冷凝水应是下进上出，延长热量交换时间，使热量能更充分交换，
故答案为：从B口进，A口出；
已知煤的近代结构模型如图所示。
回答下列问题：
(1)从煤的结构模型来看，煤是工业上获得____________的重要来源。
(2)我国大约70%的煤是直接用于燃烧的。从煤的结构模型来看，在提供热量的同时产生大量的____________、____________等气体物质，造成严重的大气污染。
(3)“型煤”技术不仅可以减少87%的废气排放量，烟尘排放量也可减少80%，致癌物苯并[α]芘的排放量也减少，同时节煤20%～30%。“型煤”技术的原理是利用固硫剂在燃烧过程中生成稳定的硫酸盐。某“型煤”生产厂利用石灰石作固硫剂，试用化学方程式表示其固硫过程________________、________________。
(4)为了解决煤燃烧所造成的污染问题和提高煤的利用价值，煤资源的综合利用方法还有____________、____________、____________等。
正确答案
(1)芳香烃 (2)SO2 氮氧化物 (3)CaCO3
从煤的结构模型图可以看出，它是工业上芳香烃的重要来源；直接燃烧会产生SO2及氮氧化物而污染大气；石灰石固硫实际上是利用CaCO3分解产生的CaO结合SO2，在煤燃烧时生成CaSO4；煤的干馏、气化、液化等是对煤的综合利用的重要方法。
目前，在研究新能源的前沿技术上，科学家致力于二氧化碳的“组合转化”技术的研究，把过多的二氧化碳转化为有益于人类的物质。
(1)乙烯的产量是衡量一个国家石油化工发展水平的标志之一，下列石油化工生产能提高乙烯的产量的是________。
A．蒸馏、分馏 B．催化裂化
C．催化裂解 D．催化重整
(2)下列说法不正确的是__________。
A．石油是混合物，分馏后得到的馏分是纯净物
B．煤隔绝空气加强热可以得到黑褐色油状的煤焦油
C．煤的气化和液化是使煤变成清洁能源的有效途径
D．从绿色化学角度考虑，以植物为主的生物质资源，是未来的理想资源
(3)如果将CO2和H2以1∶4的比例混合，通入反应器，在适当的条件下反应，可获得一种重要的能源。请完成以下化学方程式：
CO2＋4H2―→(__________)＋2H2O
(4)若将CO2和H2以1∶3的比例混合，使之发生反应生成某种重要的化工原料和水，该原料可能是________。
A．烷烃 B．烯烃 C．炔烃 D．芳香烃
(5)甲、乙、丙三个化肥厂生产尿素所用的原料不同，但生产流程相同：
原料—
①甲厂以焦炭和水为原料；②乙厂以天然气和水为原料；③丙厂以石脑油(主要成分为C5H12)和水为原料。按工业有关规定，利用原料所制得的原料气H2和CO2的物质的量之比，若最接近合成尿素的原料气NH3(换算成H2的物质的量)和CO2的物质的量之比，则对原料的利用率最高。据此判断甲、乙、丙三个工厂哪个工厂对原料的利用率最高？________。
(6)请根据以上信息，设计工业合成尿素的条件_________________________。
正确答案
(1)C (2)A (3)CH4 (4)B
(5)乙 (6)高压、催化剂、适宜的温度
(1)石油是由烷烃、环烷烃和少量的芳香烃形成的混合物，经过蒸馏得到的产物一定是石油中含有的物质，因为蒸馏是物理变化，若要在石油中得到乙烯，需对石油产品进行裂解，发生化学反应后得到，乙烯产量的高低决定一个国家石油化工水平的高低。
(2)石油分馏得到的产物是一定温度范围的物质，所以，分馏后的馏出物还是混合物；煤隔绝空气加强热可以得到固体的焦炭、黑褐色油状的煤焦油、粗氨水和焦炉煤气；由于煤干馏后的产物中含有煤焦油和粗氨水，为了提高煤的燃烧效率，将煤气化和液化，使煤变成清洁的能源；植物燃烧的产物为CO2和H2O，且CO2和H2O又能被植物吸收，经过光合作用转化成植物内的糖类，符合绿色化学的思想。
(3)根据化学方程式的守恒原则，即可得到答案。
(4)借用(3)的思路，应用原子守恒写出反应化学方程式为：CO2＋3H2―→2H2O＋CH2，其中分子式符合CH2的烃为烯烃，即2CO2＋6H2―→4H2O＋C2H4或3CO2＋9H2―→6H2O＋C3H6。
(5)写出生成尿素的化学方程式为CO2＋2NH3―→CO(NH2)2＋H2O，又N2＋3H2
已知煤的近代结构模型如图所示：
（1）从煤的结构模型来看，煤是工业上获得___________烃的重要来源．
（2）我国大约70%的煤是直接用于燃烧的，从煤的结构模型来看，在提供热量的同时产生大量的___________等气体物质，造成严重的大气污染．
（3）“型煤”技术不仅可以减少87%的废气排放量，烟尘排放量也可减少80%，致癌物苯并［α］芘的排放量也减少，同时节煤20%～30%．“型煤”技术的原理是利用固硫剂在燃烧过程中生成稳定的硫酸盐．下列物质中适宜于做固硫剂的是___________．
（4）某“型煤”生产厂利用石灰石作固硫剂，试用化学方程式表示其“固硫”过程．
（5）除上述的“型煤”技术外，为了解决煤燃烧所造成的污染问题和提高煤的利用价值，煤资源的综合利用方法还有___________，___________，___________等．
正确答案
（1）芳香（2）二氧化硫、氮氧化物 （3）BD
（4）CaCO3
（5）煤的干馏 气化 液化
（1）煤结构中含有较多的苯环，隔绝空气给煤加强热可以使它分解，从而获得芳香烃．
（2）煤结构中含有S和N，所以直接燃煤能产生SO2和氮氧化物，污染环境．
（3）煤燃烧产生SO2，固硫过程是使其生成稳定的硫酸盐，所以固硫剂可选用氧化钙或氢氧化钙．固硫反应为：SO2+CaO
Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O 2CaSO3+O2
（4）若利用石灰石作固硫剂，则发生的反应可表示为：CaCO3
2CaO+2SO2+O2
（5）此问正是本节选学主要内容之一：煤的干馏、气化和液化．
液化石油气燃料已普遍进入现代家庭的厨房中，它的主要成分是烷烃和烯烃系列混合物，现将各物质在一个大气压下的沸点分别列表如下：
有人发现液化石油气用完后，残留在钢瓶内的液体能溶解油脂，就将它倒出来作洗涤剂，洗涤物件上的油污，这种废物利用的做法是否可取，为什么？
_______________________。
正确答案
不可取。从表中可知，在常温下未能汽化的残液主要是沸点相对较高的戊烷和戊烯。此两种物质在空气中较易挥发成气体，当这些气体在室内达到一定比例后，如遇明火，就会发生爆炸。
【化学——选修2：化学与技术】（15分）
下列问题涉及煤在化工生产中的应用：
（1）煤的转化技术包括煤的气化技术和液化技术。
煤的液化技术又分为 和
（2）在煤燃烧前需对煤进行脱硫处理。煤的某种脱硫技术的原理如下图所示：
这种脱硫技术称为微生物脱硫技术。该技术的第一步反应的离子方程式为 ；第二步反应的离子方程式为 。
（3）工业煤干馏得到的产品有焦炭、 、 等。
（4）湿式石灰石—石膏法脱硫工艺是烟气脱硫技术中最成熟的一种方法。其工艺流程是：烟气经锅炉预热器出来，进入电除尘器除掉大部分粉煤灰烟尘，再经过一个专门的热交换器，然后进入吸收塔，烟气中的SO2与含有石灰石的浆液进行气液接触，通入空气后生成石膏，经脱硫的烟气，应用循环气体加热器进行再加热，进入烟囱，排入大气。
①写出湿法石灰石—石膏法脱硫所涉及的化学反应方程式：____________________________。
②用石灰石浆液作SO2吸收剂而不用熟石灰吸收SO2的原因是：__________________________
③上述过程中得到的石膏，如果含氯化合物(主要来源于燃料煤)超过 杂质极限值，则石膏产品性能变坏。工业上消除可溶性氯化物的方法是___________________________________。
（5）某化学兴趣小组为了测定烟气脱硫所得石膏的组成(CaSO4·xH2O)即测定x值，做如下实验：将石膏加热使之脱水，加热过程中固体的质量与时间的变化关系如图所示。数据表明当固体的质量为2.72g后不再改变。①石膏的化学式为_______________。②图像中AB段对应化合物的化学式为_________________。
正确答案
（15分）（1）直接液化技术 （1分） 间接液化技术（1分）
（2）2FeS2+7O2+2H2O=4H++2Fe2++4SO42-（2分）
4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O (2分)
（3）焦炉煤气、粗氨水（煤焦油） （2分）
（4）①CaCO3+SO2=CaSO3+CO2 （1分） 2CaSO3+O2=2CaSO4 （1分）
②用石灰石浆液的成本较低（1分） ③用水洗涤（1分）
（5）①CaSO4.2H2O(1分) ②2CaSO4. H2O（2分）
试题分析：（1）煤的液化技术又分为直接液化技术， 间接液化技术
（2）FeS2在微生物作用下，与氧气、水反应先生成Fe2+、4SO42-，所以离子方程式为2FeS2+7O2+2H2O=4H++2Fe2++4SO42-；后继续被氧气氧化，生成Fe3+，离子方程式为4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O；
（3）工业煤干馏得到的产品有焦炭、焦炉煤气、粗氨水、煤焦油等；
（4）①湿法石灰石—石膏法脱硫工艺中，碳酸钙与二氧化硫反应生成亚硫酸钙，亚硫酸钙再被氧气氧化生成石膏，化学方程式有SO2+CaCO3=CaSO3+CO2，2CaSO3+O2+4H2O=2（CaSO4•2H2O）；
②石灰石浆液可由自然界直接加工得到，价格低；熟石灰需要用石灰石制取；
③因为是可溶性氯化物，石膏不溶于水，所以可溶性氯化物选择用水洗的方法，比较经济实惠；
（5）①固体质量最初是3.44g，变为2.72g时，质量减少0.72g，之后固体质量不再变化，说明原固体中CaSO4的物质的量是2.72g/136g/mol=0.02mol，水的物质的量是0.72g/18g/mol=0.04mol，所以二者的物质的量之比是1:2，则石膏的化学式为CaSO4•2H2O；
②A点对应固体质量是2.90g，B点对应固体是2.72g，与①的计算方法相同，说明A固体中CaSO4的物质的量是2.72g/136g/mol=0.02mol，水的物质的量是（2.90-2.72）g/18g/mol=0.01mol，所以二者的物质的量之比是2:1，则石膏的化学式为2CaSO4•H2O。
下图是实验室干馏煤的装置图：
（1）指出图中仪器名称：a.________，d.________。
（2）仪器d的作用是________，c中液体有________和________，其中无机物里溶有________，可用________检验出来。有机物可以通过________的方法使其中的重要成分分离出来。
（3）e处点燃的气体主要成分有____________，火焰的颜色是____________。
正确答案
（1）酒精喷灯 烧杯
（2）盛装冷水对蒸气进行冷却 粗氨水 煤焦油 氨 酚酞溶液 分馏
（3）H2、CH4、CH2=CH2、CO 淡蓝色
本题是关于煤干馏的实验，根据煤干馏的主要产品，b中得到的应是焦炭，c中得到的应是粗氨水和煤焦油，e处点燃的应是焦炉气。其中粗氨水中溶有氨，呈碱性，可用酚酞溶液等检验；煤焦油主要是苯、甲苯、二甲苯的混合物，应用分馏的方法分离；焦炉气的主要成分有CH4、CO、H2、CH2=CH2，燃烧时呈淡蓝色火焰。
（12分）（2012•山东）石油和煤炭加工过程涉及多种技术和设备．
（1）石油分馏时，在不断向 （填工业设备名称）内投放原料的同时获得产品，该过程为 操作过程．
（2）石油裂化分为热裂化、 和加氢裂化，裂化的目的是提高 的产量．
（3）煤的洗选是为了降低原煤中灰分和 的含量．煤的流化床燃烧是指空气从底部吹向煤炭颗粒，并使全部煤炭颗粒 进行燃烧的过程．
（4）煤的直接液化是煤与适当溶剂混合后在高温和 存在下与 作用生成液体燃料的过程．
正确答案
（1）分馏塔；连续（2）催化裂化；轻质燃料油（或汽油）（3）硫；浮动（4）催化剂；水
（1）石油分溜在分馏塔中进行；
（2）裂化的目的是提高汽油的产量；
（3）煤的洗选是为了降低原煤中灰分和硫分的含量．煤的流化床燃烧是指空气从底部吹向煤炭颗粒，并使全部煤炭颗粒进行燃烧的过程；
（4）煤的直接液化是煤在高温和催化剂存在下与H2O作用生成液体燃料的过程．
解：（1）石油分溜在分馏塔中进行，故答案为：分馏塔；连续；
（2）石油裂化分为热裂化、催化裂化和加氢裂化，裂化的目的是提高汽油的产量，故答案为：催化裂化；轻质燃料油（或汽油）；
（3）煤的洗选是为了降低原煤中灰分和硫分、矸石的含量；煤的流化床燃烧是指空气从底部吹向煤炭颗粒，并使全部煤炭颗粒进行燃烧的过程，故答案为：硫；浮动；
（4）煤的直接液化是煤与适当溶剂混合后在高温和催化剂存在下与H2O作用生成液体燃料的过程，故答案为：催化剂；水．
点评：本题考查石油分馏、裂化裂解、煤的燃烧和液化，题目难度不大，注意基础知识的积累．
将下图所列仪器组装为一套实验室蒸馏石油的装置，并进行蒸馏，得到汽油和煤油．
（1）图中A、B、C三种仪器的名称是___________．
（2）将以上仪器按（一）（六）顺序，用字母a，b，c…表示连接顺序：
e接（ ）（ ）接（ ）（ ）（ ）接（ ）（ ）接（ ）．
（3）A仪器中c口是___________，d口是___________（填“进水口”或“出水口”）
（4）蒸馏时，温度计水银球应在___________位置．
（5）在B中注入原油后，加几片碎瓷片的目的是____________________________．
（6）给B加热，收集到沸点60℃～150℃间的馏分是___________，收集到150℃～300℃间的馏分是___________．
正确答案
（1）A是冷凝管；B是蒸馏烧瓶；C是锥形瓶
（2）i h a k b f g w
（3）进水口 出水口
（4）蒸馏烧瓶支管口
（5）防止暴沸
（6）汽油 煤油
石油的分馏装置为：
(1)可用改进汽油组成的办法来改善汽油的燃烧性能。例如，加入CH3OC（CH3）3来生产“无铅汽油”。CH3OC（CH3）3分子中必存在的原子间连接形式有_________(填写编号，多选倒扣)。
(2)天然气的燃烧产物无毒、热值高、管道输送方便，将成为我国西部开发的重点之一，天然气常和石油伴生，其主要的成分是_________。能说明它是正四面体而非正方形平面结构的理由是 (填写编号，多选倒扣)。
①其一氯取代物不存在同分异构体 ②其二氯取代物不存在同分异构体
③它是非极性分子 ④它的键长和键角都相等
(3)1980年我国首次制成一辆燃氢汽车，乘员12人，以50公里／小时行驶了40公里。为了有效发展民用氢能源，首先必须制得廉价的氢气。下列可供开发又较经济的制氢方法是
(填写编号，多选倒扣)。
①电解水 ②锌和稀硫酸反应 ③光解海水
其次，制得纯氢气后还需要解决的问题是 (写出其中一个)。
正确答案
(1)③ （2）甲烷 ② (3)③ 氢气的输送和贮存
(1)只要写出结构简式 就可以看出答案；(2)天然气的
主要成分是甲烷，若为平面正方形结构，则其二元取代物有两种同分异构体，而正四面体的二元取代物不存在同分异构体；(3)电解水消耗大量的电能，锌和稀酸的反应也不适合工业大量生产，只有利用太阳光使海水光解才是最经济的方法。但氢气的密度小、沸点低，输送和贮存有一定的难度。
此题考查了有机物的结构和环保知识，有机物的结构是有机化学的基础，是每年必考内容，环保问题也日益受到重视，必将在今后的高考中重现。
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