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2019-2020年高考化學一輪復習 第一講 化學與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)（選修2） [考綱展示] 1．了解我國無機化工的生產(chǎn)資源和產(chǎn)品的主要種類?！?.了解合成氨的主要原理、原料、重要設備、流程和意義，認識催化劑的研制對促進化學工業(yè)發(fā)展的重大意義?！?.了解精細化工產(chǎn)品的生產(chǎn)特點及在社會發(fā)展中的作用?！?.了解化學肥料、農(nóng)藥等在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用。 考 點 一　硫酸的工業(yè)生產(chǎn) 一、生產(chǎn)流程及原理 二、“三廢”處理和能量充分利用 1．“三廢”的處理方法 (1)尾氣吸收：SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O，(填化學方程式，下同)CaSO3＋H2SO4===CaSO4＋SO2↑＋H2O。 (2)廢水處理 根據(jù)雜質性質的不同，采用不同的化學方法，如酸堿中和法、重金屬離子沉淀法。 (3)廢渣利用：制磚或制造水泥，提煉貴重有色金屬。 2．能量的充分利用 硫酸生產(chǎn)中產(chǎn)生的熱量可用于預熱反應物滿足自身能量的需要，還可以由硫酸廠向外界輸出大量能量(供熱發(fā)電)。 三、化學原理在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中的應用及相關計算 1．化學反應速率和化學平衡原理 (1)增大化學反應速率的措施 ①升高溫度。 ②使用催化劑。 ③在沸騰爐中燃燒燃料時，將原料粉碎，增大與空氣的接觸面積。 (2)反應條件的選擇 ①溫度：根據(jù)平衡移動原理，應在低溫下進行，但低溫時催化劑的活性不高，反應速率低，實際生產(chǎn)中采用400～500 ℃的溫度。 ②常壓：根據(jù)平衡移動原理，應在高壓下進行，但增大壓強對SO2的轉化率提高不大，且加壓會增大成本和能量消耗，而常壓下的轉化率已很高，實際生產(chǎn)中采用常壓操作。 ③適當過量的空氣：提高SO2的轉化率。 2．逆流原理 沸騰爐中原料從爐頂落下，熱空氣從爐底吹入，使原料與助燃氣體充分接觸，反應進行徹底充分；吸收塔中使用大量耐酸瓷環(huán)(片)，濃硫酸從塔頂噴下，三氧化硫氣體從塔底吹入，提高吸收程度。 3．熱交換原理 由于2SO2＋O22SO3是放熱反應，在接觸室內使用熱交換器，用反應放出的熱量預熱接觸室的原料氣，達到節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本的目的。 4．循環(huán)操作原理 由于2SO2＋O22SO3是可逆反應，尾氣中還有一定的SO2和O2，再通過一定措施將這部分氣體送回接觸室，提高原料利用率，同時減少廢氣排放。 5．有關計算 (1)元素守恒法：根據(jù)某種關鍵元素的質量守恒，找出關系式，可簡化計算過程，方便快捷。 (2)常見量的計算公式 ①礦物的純度＝100%。 ②原料利用率＝100%。 ③原料轉化率＝原料利用率＝1－原料損失率。 ④產(chǎn)率＝100%。 ⑤多步反應的總轉化率＝各步反應轉化率的乘積。 【特別提醒】　(1)吸收SO3不用水或稀硫酸，而是用98%的H2SO4，是因為用水或稀硫酸吸收SO3會產(chǎn)生酸霧，影響吸收。 (2)煅燒黃鐵礦制得的爐氣需進行凈化處理，主要是避免催化劑中毒、防止腐蝕設備等。 (3)在生產(chǎn)硫酸的工業(yè)生產(chǎn)中，要綜合考慮原料來源、動力、設備、環(huán)境污染等因素，控制適宜的反應條件，以取得最佳經(jīng)濟效益。 1．(教材改編)以黃鐵礦為原料，采用接觸法生產(chǎn)硫酸的流程可簡示如下： 請回答下列問題： (1)在爐氣制造中，生成SO2的化學方程式為________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)爐氣精制的作用是將含SO2的爐氣________、________及干燥，如果爐氣不經(jīng)過精制，對SO2催化氧化的影響是____ ________________________________________________________________________。 (3)精制爐氣(含SO2體積分數(shù)為7%、O2為11%、N2為82%)中SO2平衡轉化率與溫度及壓強關系如圖所示。在實際生產(chǎn)中，SO2催化氧化反應的條件選擇常壓、450 ℃左右(對應圖中A點)，而沒有選擇SO2轉化率更高的B或C點對應的反應條件，其原因分別是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________、 ________________________________________________________________________。 (4)在SO2催化氧化設備中設置熱交換器的目的是________________________________________，從而充分利用能源。 解析：SO2在催化氧化過程中，爐氣中含有的砷、硒化合物等雜質和礦塵，都會使催化劑中毒，失去催化能力，因而需要除塵、水洗；水蒸氣對設備和生產(chǎn)有不良影響，故需干燥。B點的轉化率雖高，但壓強高于常壓，加壓必須增加設備的性能，增大投資和能量消耗，另外，常壓下轉化率已經(jīng)達到97%左右，轉化率已經(jīng)很高，加壓，對平衡轉化率的影響不大，故不選擇B點。C點的轉化率雖高，但C點的溫度低，此時催化劑的活性不是最大，反應速率低，故選擇催化劑的活性最大的A點溫度。 答案：(1)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2 (2)除塵　水洗　礦塵，砷、硒等元素的化合物使催化劑中毒，水蒸氣對設備和生產(chǎn)有不良影響 (3)不選B點，是因為壓強大對設備的投資大，消耗的動能大，同溫度下SO2原料的轉化率在0.1 MPa已達到97%左右，再提高壓強，SO2的轉化率提高的余地很小，所以采用0.1 MPa　不選擇C點，是因為溫度低，SO2轉化率雖然更高，但催化劑的催化作用受影響，反應速率低，450 ℃時，催化劑的催化效率最高 (4)利用反應放出的熱量預熱原料氣，上層反應氣經(jīng)熱交換器溫度降到400～500 ℃進入下層使反應更加完全 2．(xx寧夏銀川模擬)在硫酸的工業(yè)制法中，下列生產(chǎn)操作與說明生產(chǎn)操作的主要原因二者都正確的是(　　) A．黃鐵礦燃燒前要粉碎，因為大塊的黃鐵礦不能燃燒 B．SO3用98%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以便SO3吸收完全 C．SO2氧化為SO3時需使用催化劑，這樣可以提高SO2的轉化率 D．從沸騰爐出來的爐氣需凈化，因為爐氣中SO2會與雜質反應 解析：選B。本題考查化工生產(chǎn)中的技術處理問題?？蓮幕瘜W反應速率、化學平衡移動及實際生產(chǎn)三個方面考慮各種操作條件的原因。礦石粉碎是為了提高反應速率，并不是因為大塊的黃鐵礦不能燃燒；用濃硫酸吸收SO3是為了防止水與其形成酸霧；使用催化劑可以提高反應速率，但不能提高SO2的轉化率；從沸騰爐出來的爐氣需凈化，因為爐氣中的雜質會使催化劑中毒。 3．(xx遼寧大連高三雙基考)硫酸工廠排放的尾氣中，含少量的二氧化硫。為防止污染大氣，在排放前必須進行尾氣處理并設法進行綜合利用。 (1)硫酸工廠排放尾氣中的SO2通常用足量石灰水吸收，然后再用稀硫酸處理。 ①寫出上述過程的化學反應方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②請寫出這種尾氣處理方法的優(yōu)點(寫出兩點即可)：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③若某硫酸廠每天排放的1萬立方米(標準狀況)尾氣中含0.2%(體積百分數(shù))的SO2，通過上述方法處理，理論上需生石灰________kg。 (2)近聞美國和日本正在研究用Na2SO3吸收法作為治理SO2污染的一種新方法，該方法為第一步是用Na2SO3水溶液吸收SO2，第二步是加熱吸收溶液，可得到含高濃度SO2的水蒸氣副產(chǎn)品。這種尾氣處理方法與(1)相比的優(yōu)點是________________________________________________________________________。 (3)某研究小組用NaOH溶液吸收尾氣中的二氧化硫，將所得的Na2SO3溶液進行電解循環(huán)再生，這種新工藝叫再生循環(huán)脫硫法；其中陰陽膜組合循環(huán)再生機理如圖，a、b離子交換膜將電解槽分為三個區(qū)域，電極材料為石墨。 ①圖中a表示________離子交換膜(填“陰”或“陽”)。A～E分別代表生產(chǎn)中的原料或產(chǎn)品，其中C為硫酸，則A表示________，E表示________。 ②陽極的電極反應式為________________________________________________________________________。 解析：(1)分析其中的化學反應即可解答①②，③中列出關系式： SO2　　　～　 　CaO 1 mol　　　　　　1 mol 　x 可求得x＝ mol，m(CaO)＝ mol56 gmol－110－3kgg－1＝50 kg。 (2)分析過程中的化學反應，Na2SO3＋H2O＋SO2===2NaHSO3，2NaHSO3Na2SO3＋H2O＋SO2↑，比較(1)、(2)中的化學反應，發(fā)現(xiàn)(2)中Na2SO3實際上沒有消耗，可循環(huán)使用。 (3)根據(jù)電解規(guī)律，陰極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，促進了水的電離，該極附近溶液堿性增強，生成NaOH，A為NaOH溶液，E為H2，a為陽離子交換膜；陽極發(fā)生氧化反應，且生成物為H2SO4，則陽極反應式為SO＋H2O－2e－===2H＋＋SO。 答案：(1)①SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O、 CaSO3＋H2SO4===CaSO4＋SO2↑＋H2O ②原料生石灰、硫酸價格便宜且容易獲得；可得到石膏副產(chǎn)品；產(chǎn)生的SO2含量較高可循環(huán)作為原料(任選兩點) ③50 (2)Na2SO3可循環(huán)使用 (3)①陽　NaOH溶液　H2?、赟O－2e－＋H2O===2H＋＋SO 考 點 二　工業(yè)合成氨反應條件的選擇 在合成氨的工業(yè)生產(chǎn)中，要綜合考慮原料來源、動力、設備等因素，控制適宜的反應條件，以取得最佳經(jīng)濟效益。 一、溫度 二、壓強 三、催化劑 加快反應速率但不影響平衡，提高單位時間氨的產(chǎn)量，目前工業(yè)上以鐵觸媒為催化劑。 四、循環(huán)操作 合成氨轉化率較低，要采用循環(huán)操作。混合氣體通過冷凝器，使氨液化，將氨分離出來，并將沒有完全反應的N2和H2經(jīng)過循環(huán)壓縮機，再送入合成塔，使其被充分利用。 【特別提醒】　(1)使用催化劑不影響氨的產(chǎn)率，但能提高單位時間內氨的產(chǎn)量。催化劑對反應有選擇性，容易誤認為一定的催化劑對所有反應都有催化作用。 (2)溫度的選擇，要兼顧三個方面：反應速率、氨的產(chǎn)率、催化劑活性。 (3)易誤認為壓強不能過大的原因是考慮反應速率或氨的產(chǎn)率，實際上是從生產(chǎn)成本上考慮的。 1．(xx高考天津卷節(jié)選)合成氨是人類科學技術上的一項重大突破，其反應原理為 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJmol－1 一種工業(yè)合成氨的簡易流程圖如下： (1)步驟Ⅱ中制氫氣原理如下： ①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋206.4 kJmol－1 ②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.2 kJmol－1 對于反應①，一定可以提高平衡體系中H2百分含量，又能加快反應速率的措施是________。 a．升高溫度　　　　　　　 b．增大水蒸氣濃度 c．加入催化劑 d．降低壓強 利用反應②，將CO進一步轉化，可提高H2的產(chǎn)量。若1 mol CO和H2的混合氣體(CO的體積分數(shù)為20%)與H2O反應，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合氣體，則CO轉化率為________。 (2)圖1表示500 ℃、60.0 MPa條件下，原料氣投料比與平衡時NH3體積分數(shù)的關系。根據(jù)圖中a點數(shù)據(jù)計算N2的平衡體積分數(shù)：________。 (3)依據(jù)溫度對合成氨反應的影響，在圖2坐標系中，畫出一定條件下的密閉容器內，從通入原料氣開始，隨溫度不斷升高，NH3物質的量變化的曲線示意圖。 (4)上述流程圖中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步驟是(填序號)________。簡述本流程中提高合成氨原料總轉化率的方法：________________________________________________________________________ ________________________。 解析：(1)反應①是一個吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，將會增加H2的百分含量，同時提高反應速率；增大水蒸氣的濃度，會提高反應速率，但H2的百分含量會降低；加入催化劑，不會引起H2百分含量的改變；降低壓強，反應速率減??；故a正確。 設CO反應掉n mol。 　　　　　CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) 投入量/mol 0.2 0 0.8 變化量/mol n n n 最終量/mol 0.2－n n 0.8＋n 則：0.2－n＋n＋0.8＋n＝1.18　解得：n＝0.18 CO的轉化率為100%＝90%。 (2)a點時，H2、N2物質的量之比為3∶1，設投入N2和H2的物質的量分別是1 mol、3 mol，平衡時N2反應掉m mol。 　　　　　　　N2(g)?。?H2(g) 2NH3(g) 起始量/mol 1 3 0 變化量/mol m 3m 2m 平衡量/mol 1－m 3－3m 2m 根據(jù)題意：100%＝42%，解得m≈0.59，所以平衡時N2的體積分數(shù)為100%≈14.5%。 (3)通入原料氣，反應開始，氨氣的量增加，因為合成氨是一個放熱反應，當達到平衡后溫度升高，氨氣的含量將減小。所以圖像為 (4)從流程圖看，反應放出的能量得到充分利用是在熱交換器中。提高合成氨原料轉化率的方法是分離液氨后將未反應的原料重新送回反應器中循環(huán)使用、對原料氣加壓。 答案：(1)a　90%　(2)14.5% (3) (4)Ⅳ　對原料氣加壓；分離液氨后，未反應的N2、H2循環(huán)使用 2．(教材改編)工業(yè)合成氨是在一定條件下進行的，反應原理為：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，其部分工藝流程如下： 請回答下列問題： (1)第②步除需要催化劑這個條件外，還需要的條件是________________________________________________________________________ ________________。 (2)第①步操作中的原料氣體的“凈化”目的是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________， 第③步操作的目的是________________________________________________________________________。 (3)工業(yè)合成氨反應后可以通過降低混合氣體的溫度而使氨氣分離出來。這種分離物質方法的原理類似于下列哪種方法？________(填編號)。 a．過濾　　　　　　　　 b．蒸餾 c．分液 d．萃取 你做出這個判斷的理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)可以用氯氣來檢驗輸送氨氣的管道是否漏氣，如果漏氣則會有白煙生成。該反應的化學方程式為________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)根據(jù)化學反應速率、轉化率和催化劑的適宜溫度進行綜合分析，工業(yè)合成氨的條件是高溫、高壓、催化劑。 (2)原料氣中的有些雜質會使催化劑中毒而失去活性，另外雜質較多時會影響原料的利用率。第③步操作是使N2、H2循環(huán)利用，提高原料利用率。 (3)通過溫度的改變而改變物質的狀態(tài)，達到使物質分離的目的，與蒸餾的原理類似。 (4)NH3可被Cl2氧化，生成N2，而Cl2被還原為HCl，HCl與NH3化合生成NH4Cl。反應的化學方程式為8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl。 答案：(1)高溫、高壓 (2)防止催化劑中毒而失去活性，提高原料的利用率　使N2、H2循環(huán)利用，提高原料利用率 (3)b　通過溫度的改變來改變物質的狀態(tài)，達到使物質分離的目的，與蒸餾的原理類似 (4)8NH3＋3Cl2===N2＋6NH4Cl 3．(xx廣東中山高三檢測)將N2和H2在一定條件下反應，通過一定方法制得純凈的NH3，將所得NH3和足量的O2通過裝置中的催化劑，發(fā)生氨的催化氧化反應。請根據(jù)你已學知識，回答下列問題： (1)工業(yè)合成NH3時，在有催化劑的條件下，選用了20～50 MPa、500 ℃這一條件，選用500 ℃的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________， 增大壓強有利于N2＋3H22NH3這一反應平衡正向移動，為何不采用更大的壓強：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)如圖所示是NH3和O2通入含催化劑的裝置，發(fā)生反應，從A處導出的氣體成分是________________________________________________________________________。 假設該實驗制得純凈的NO氣體，則應__________________________，使這些氣體完全轉化為HNO3。 (3)若該實驗結束時，有剩余尾氣NO和NO2，為防止污染空氣，將其通入NaOH溶液，能恰好反應生成NaNO2，則尾氣中NO和NO2的物質的量之比為____________，該反應中氧化劑為________，還原產(chǎn)物為____________。 解析：本題從基礎知識切入，綜合考查了NH3的制備、NH3的催化氧化以及NO的性質、化學平衡、氧化還原反應等知識，題目的設置，突出體現(xiàn)了學生運用知識的能力、思維能力和推理能力。(1)選用500 ℃這一條件要從反應速率和原料的轉化率兩個角度來考慮，該溫度下，原料轉化率較高，且催化劑活性最強，反應速率快，在回答這一問題時，很多同學容易漏答原料的轉化率這一要點；雖然增大壓強有利于該反應平衡正向移動，但壓強越大，對制備裝置的要求越高，能耗也越大，會大幅度增加工業(yè)成本，因此不采用更大的壓強。 (2)回答從A處導出的氣體成分時，容易因考慮不全面，錯答為NH3、O2、NO，這是因為忽視了NO和O2之間的反應，而漏掉了NO2的存在，又因為只要有NO2，則一定存在2NO2N2O4，故從A處導出的氣體是NH3、O2、NO、NO2、N2O4的混合氣體。若想令NO完全轉化為HNO3，則必須通入足量的O2，在水中使之發(fā)生反應：4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3。(3)尾氣和NaOH恰好反應生成NaNO2，由NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O可知，尾氣中NO和NO2物質的量相同，NO2作氧化劑，NaNO2既是氧化產(chǎn)物又是還原產(chǎn)物。 答案：(1)該溫度下，原料轉化率較高，且催化劑活性最強，反應速率快　壓強越大，對制備裝置的要求越高，能耗也越大，會大幅度增加工業(yè)成本，因此不采用更大的壓強 (2)NH3、O2、NO、NO2、N2O4的混合氣體　將NO與足量的O2一起通入水中 (3)1∶1　NO2　NaNO2 考 點 三　純堿的生產(chǎn) 氨堿法(索爾維) 聯(lián)合制堿法(侯德榜) 原理 NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl 2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑ 原料 NaCl、NH3、CaCO3(制備CO2和CaO) NaCl、NH3、CO2 生產(chǎn)流程 優(yōu)、缺點 原料便宜，步驟簡單，但是產(chǎn)生大量CaCl2，食鹽利用率低 產(chǎn)品純度高，原料利用率高，同時得到氮肥NH4Cl 【特別提醒】　(1)向飽和食鹽水中通入氨氣和二氧化碳的順序容易答反。應先通氨氣再通二氧化碳，因為氨氣在水中的溶解度大，先通氨氣會吸收更多的二氧化碳，有利于生成較多的碳酸氫鈉而析出。 (2)在氨堿法和聯(lián)合制堿法的過程中，CO2均可循環(huán)利用。 (3)聯(lián)合制堿法和氨堿法相比較，主要優(yōu)點是提高了原料的利用率，同時得到氮肥。 1．工業(yè)上可用食鹽和石灰石為主要原料，經(jīng)不同的方法生產(chǎn)純堿。請回答下列問題： (1)路布蘭法是以食鹽、石灰石、濃硫酸、焦炭為原料，在高溫下進行煅燒，再浸取、結晶而制得純堿。 ①食鹽和濃硫酸反應的化學方程式為________________________________________________________________________ ______________________； ②硫酸鈉和焦炭、石灰石反應的化學方程式為________________________________________________________________________ ________________________(已知產(chǎn)物之一為CaS)； (2)氨堿法的工藝如圖所示，得到的碳酸氫鈉經(jīng)煅燒生成純堿。 ①圖中的中間產(chǎn)物C是____________，D是________________________________________________________________________ (寫化學式)； ②裝置乙中發(fā)生反應的化學方程式為________________________________________________________________________ ______________________； (3)聯(lián)合制堿法是對氨堿法的改進，其優(yōu)點是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； (4)有人認為碳酸氫鉀與碳酸氫鈉的化學性質相似，故也可用氨堿法以氯化鉀和石灰石等為原料制碳酸鉀。請結合下圖的溶解度(S)隨溫度變化曲線，分析說明是否可行？________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)①食鹽和濃硫酸反應可制取揮發(fā)性HCl：NaCl＋H2SO4(濃)NaHSO4＋HCl↑、NaCl＋NaHSO4Na2SO4＋HCl↑或2NaCl＋H2SO4(濃)Na2SO4＋2HCl↑。②Na2SO4、CaCO3和C在高溫下反應，其中一種產(chǎn)物為CaS，說明該反應為氧化還原反應，反應的產(chǎn)物中應有CO或CO2氣體：Na2SO4＋CaCO3＋4CCaS＋Na2CO3＋4CO↑或Na2SO4＋2C＋CaCO3CaS＋Na2CO3＋2CO2↑。 (2)由工藝流程圖可知，NH4Cl應與Ca(OH)2反應生成CaCl2并產(chǎn)生NH3，NH3通入NaCl溶液中，D為NH3。乙中發(fā)生反應為NH3＋CO2＋NaCl＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。 (3)聯(lián)合制堿法保留了氨堿法的優(yōu)點，消除了它的缺點，提高了食鹽的利用率；NH4Cl可作氮肥；可與合成氨廠聯(lián)合，使合成氨的原料氣CO轉化成CO2，去除了CaCO3制CO2這一工序。 (4)不可行，由溶解度(S)隨溫度變化曲線可知，NaHCO3的溶解度較小且受溫度的影響不大；KHCO3的溶解度較大且受溫度的影響較大，并且KHCO3的溶解度與NH4Cl相差不大，故不能用氨堿法制碳酸鉀。 答案：(1)①NaCl＋H2SO4(濃)NaHSO4＋HCl↑、NaCl＋NaHSO4Na2SO4＋HCl↑[或2NaCl＋H2SO4(濃)Na2SO4＋2HCl↑] ②Na2SO4＋CaCO3＋4CCaS＋Na2CO3＋4CO↑[或Na2SO4＋2C＋CaCO3CaS＋Na2CO3＋2CO2↑] (2)①Ca(OH)2　NH3 ②NH3＋CO2＋NaCl＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl (3)(4)見解析 2．工業(yè)生產(chǎn)純堿的工藝流程示意圖如下： 完成下列填空： (1)粗鹽水加入沉淀劑A、B除雜質(沉淀劑A來源于石灰窯廠)，寫出A、B的化學式。 A__________________，B__________________。 (2)實驗室提純粗鹽的實驗操作依次為取樣、________、沉淀、________、________、冷卻結晶、________、烘干。 (3)工業(yè)生產(chǎn)純堿工藝流程中，碳酸化時產(chǎn)生的現(xiàn)象是________________________________。碳酸化時沒有析出碳酸鈉晶體，其原因是________________________________________________________________________。 (4)碳酸化后過濾，濾液D最主要的成分是________(填化學式)，檢驗這一成分的陰離子的具體方法是________________________________________________________________________ 　。 (5)氨堿法流程中氨是循環(huán)使用的，為此，濾液D加入石灰水產(chǎn)生氨。加石灰水后所發(fā)生的反應的離子方程式為________________________。濾液D加石灰水前先要加熱，原因是________________________________________________________________________。 (6)產(chǎn)品純堿中含有碳酸氫鈉。如果用加熱分解的方法測定純堿中碳酸氫鈉的質量分數(shù)，純堿中碳酸氫鈉的質量分數(shù)可表示為________________________________________________________________________(加熱 前后固體質量分別用m1、m2表示)。 解析：(1)沉淀劑A來源于石灰窯廠，說明是生石灰或熟石灰；粗鹽中的鎂離子和鈣離子一般用碳酸鈉除去； (2)實驗室提純粗鹽的整個操作過程為取樣、溶解、沉淀、過濾、蒸發(fā)、冷卻結晶、過濾、烘干； (3)純堿生產(chǎn)中碳酸化時，會看到溶液中析出晶體，這是由于碳酸鈉的溶解度大于碳酸氫鈉； (4)根據(jù)操作過程，碳酸化后溶液中主要是NH4Cl，檢驗其中的氯離子時，要先取樣，加硝酸酸化再加硝酸銀溶液，有白色沉淀產(chǎn)生，則該陰離子是氯離子； (5)濾液中主要含有的是氯化銨，和石灰水發(fā)生反應：NH＋OH－NH3↑＋H2O；由于濾液中還含有一定量的碳酸氫鈉，故加石灰水前先加熱，是為防止加石灰水時產(chǎn)生碳酸鈣沉淀； (6)加熱損失的質量為m1－m2，則純堿中碳酸氫鈉的質量為84(m1－m2)/31，故純堿中含有碳酸氫鈉的質量分數(shù)w(NaHCO3)＝。 答案：(1)Ca(OH)2(或CaO)　Na2CO3 (2)溶解　過濾　蒸發(fā)　過濾 (3)有晶體析出(或出現(xiàn)渾濁)　碳酸鈉溶解度比碳酸氫鈉大 (4)NH4Cl　取樣，加硝酸酸化再加硝酸銀溶液，有白色沉淀產(chǎn)生，則該陰離子是氯離子 (5)NH＋OH－NH3↑＋H2O　防止加石灰水時產(chǎn)生碳酸鈣沉淀 (6) 1．(xx高考浙江卷)下列說法不正確的是(　　) A．光催化還原水制氫比電解水制氫更節(jié)能環(huán)保、更經(jīng)濟 B．氨氮廢水(含NH及NH3)可用化學氧化法或電化學氧化法處理 C．某種光學檢測技術具有極高的靈敏度，可檢測到單個細胞(V≈10－12 L)內的數(shù)個目標分子，據(jù)此可推算該檢測技術能測量細胞內濃度約為10－12～10－11 mol L－1的目標分子 D．向汽油中添加甲醇后，該混合燃料的熱值不變 解析：選D。A項中，電解水制氫要消耗大量的電能，光催化還原水制氫可以節(jié)約大量電能，A項正確。B項中，氨氮廢水(含NH及NH3)可用化學氧化法或電化學氧化法氧化為氮氣除去，B項正確。C項中，假設細胞內目標分子數(shù)為N，則N個分子的物質的量濃度為 molL－1，該數(shù)值大小約為10－12～10－11，C項正確。D項中，甲醇的熱值和汽油的熱值不同，向汽油中添加甲醇后，該混合燃料的熱值要發(fā)生變化，D項錯誤。 2．(xx高考新課標全國卷Ⅰ)磷礦石主要以磷酸鈣[Ca3(PO4)2H2O]和磷灰石[Ca5F(PO4)3、Ca5(OH)(PO4)3]等形式存在。圖(a)為目前國際上磷礦石利用的大致情況。其中濕法磷酸是指磷礦石用過量硫酸分解制備磷酸。圖(b)是熱法磷酸生產(chǎn)過程中由磷灰石制單質磷的流程。 部分物質的相關性質如下： 熔點/℃ 沸點/℃ 備注 白磷 44 280.5 PH3 －133.8 －87.8 難溶于水，有還原性 SiF4 －90 －86 易水解 回答下列問題： (1)世界上磷礦石最主要的用途是生產(chǎn)含磷肥料，約占磷礦石使用量的________%。 (2)以磷灰石為原料，濕法磷酸過程中Ca5F(PO4)3反應的化學方程式為 ________________________________________________________________________。 現(xiàn)有1 t折合含有P2O5約30%的磷灰石，最多可制得85%的商品磷酸________t。 (3)如圖(b)所示，熱法磷酸生產(chǎn)過程的第一步是將SiO2、過量焦炭與磷灰石混合，高溫反應生成白磷。爐渣的主要成分是________(填化學式)。冷凝塔1的主要沉積物是________，冷凝塔2的主要沉積物是________。 (4)尾氣中主要含有________，還含有少量的PH3、H2S和HF等。將尾氣先通入純堿溶液，可除去________，再通入次氯酸鈉溶液，可除去________。(均填化學式) (5)相比于濕法磷酸，熱法磷酸工藝復雜，能耗高，但優(yōu)點是 ________________________________________________________________________。 解析：(1)4%＋96%85%80%≈69%。 (2)Ca5F(PO4)3＋5H2SO4===5CaSO4＋HF↑＋3H3PO4，依據(jù)P元素守恒：生成磷酸的量為130%14229885%≈0.49(t)。 (3)爐渣主要成分是CaSiO3，冷凝塔1的主要沉積物是液態(tài)白磷，冷凝塔2的主要沉積物是固態(tài)白磷。 (4)尾氣主要含有CO、SiF4，還含有少量PH3、H2S和HF等。通過純堿溶液可以除去SiF4、HF、H2S，再通入NaClO溶液可以除去PH3。 (5)熱法磷酸工藝的優(yōu)點是產(chǎn)品的純度高。 答案：(1)69　(2)Ca5F(PO4)3＋5H2SO4===5CaSO4＋HF↑＋3H3PO4　0.49　(3)CaSiO3　液態(tài)白磷　固態(tài)白磷　(4)CO、SiF4　SiF4、H2S、HF　PH3　(5)產(chǎn)品純度高 3．(xx高考浙江卷自選模塊)電石漿是氯堿工業(yè)中的一種廢棄物，其大致組成如下表所示： 成分 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaS 其他不 溶于酸 的物質 質量 分數(shù) (%) 65～66 3.5～5.0 1.5～3.5 0.2～0.8 0.2～1.1 1.0～1.8 23～26 用電石漿可生產(chǎn)無水CaCl2，某化工廠設計了以下工藝流程： 已知氯化鈣晶體的化學式是CaCl26H2O；H2S是一種酸性氣體，且具有還原性。 (1)反應器中加入的酸應選用________。 (2)脫色槽中應加入的物質X是________；設備A的作用是________；設備B的名稱為________；設備C的作用是________。 (3)為了滿足環(huán)保要求，需將廢氣H2S通入吸收池，下列物質中最適合作為吸收劑的是________。 A．水　　　B．濃硫酸　　　C．石灰乳　　　D．硝酸 (4)將設備B中產(chǎn)生的母液重新引入反應器的目的是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：分析電石漿中所含成分的性質，結合工藝流程圖進行分析、解決問題。 (1)該工藝的目的是用電石漿生產(chǎn)無水CaCl2，為防止引入雜質陰離子，可向電石漿中加入鹽酸，溶解其中的CaO、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaS等物質。 (2)沉降池中加入石灰乳，可將Al3＋、Fe3＋、Mg2＋沉淀。脫色槽的作用是對過濾器中所得濾液進行脫色，可選用吸附性能較強的活性炭。濾液在設備A中進行蒸發(fā)濃縮，在結晶池中降溫結晶，然后在設備B中進行過濾，得到氯化鈣晶體，最后在設備C中脫水干燥，得到無水CaCl2。 (3)H2S氣體在水中的溶解度不大，與濃硫酸反應易產(chǎn)生污染性氣體SO2，與硝酸反應易產(chǎn)生污染性氣體NO2或NO，這些物質都不能作為H2S的吸收劑。H2S氣體易被石灰乳吸收，且石灰乳的價格較低。 (4)設備B中的母液含有CaCl2等物質，對母液進行回收利用，可以提高經(jīng)濟效益，同時降低廢棄物的排放量，有助于保護環(huán)境。 答案：(1)鹽酸　(2)活性炭　蒸發(fā)濃縮　過濾器　脫水干燥　(3)C　(4)對母液回收利用，降低廢棄物排放量，提高經(jīng)濟效益 一、選擇題 1．化學已滲透到人類生活的各個方面。下列有關化學與科技、社會、生活、環(huán)境等的敘述錯誤的是(　　) A．農(nóng)藥和化肥對環(huán)境和人類健康有害，應該禁止使用 B．用K2FeO4替代Cl2作水處理劑，既可以消毒殺菌，又可以除去懸浮雜質 C．肥皂、合成洗滌劑的去污原理相同，都含有憎水基與親水基 D．精細化工產(chǎn)品在使用時都有嚴格的使用劑量、適用范圍等 解析：選A。合理使用化肥、農(nóng)藥可提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，A項錯誤。 2．固硫劑是把煤燃燒時生成的二氧化硫以鹽的形式固定在爐渣中的物質，可減少二氧化硫對大氣的污染。下列物質中可用作固硫劑的有(　　) A．CaO　　　　　　　　　 B．Na2HSO3 C．NH4NO3 D．P2O5 解析：選A。CaO是堿性氧化物，可與SO2反應；NaHSO3、NH4NO3、P2O5均不與SO2反應。 3．在H2SO4、HNO3、NH3的工業(yè)生產(chǎn)中，具有的共同點是(　　) A．使用H2作原料 B．使用催化劑 C．使用吸收塔設備 D．使用尾氣吸收裝置 解析：選B。H2SO4以硫黃(或黃鐵礦)、空氣等為原料，設備有沸騰爐、接觸室、吸收塔；HNO3以氨氣、氧氣為原料；NH3以氫氣、氮氣為原料，設備主要為合成塔。 4．下列關于化工生產(chǎn)原理的敘述中，均符合目前工業(yè)生產(chǎn)實際的是(　　) A．氯堿工業(yè)中的陽離子交換膜阻止陽離子通過 B．氯氣和氫氣混合在光照條件下反應生成氯化氫，用水吸收得到鹽酸 C．合成氨工業(yè)中，用鐵觸媒作催化劑，可提高單位時間氨的產(chǎn)量 D．二氧化硫在接觸室被氧化成三氧化硫，三氧化硫在吸收塔內被水吸收制成濃硫酸 解析：選C。解答本題要注意以下兩點：(1)氯堿工業(yè)中的陽離子交換膜的作用是阻止陰離子通過；(2)氯氣和氫氣混合在光照條件下發(fā)生爆炸，反應不易控制，不能用于工業(yè)生產(chǎn)。 5．(xx江蘇徐州模擬)聯(lián)合制堿法中關鍵的一步是把NH4Cl從幾乎飽和的NaHCO3溶液中分離出來，為此根據(jù)NaCl和NH4Cl溶解度的差異，向混合溶液中通入某種氣體，同時加入磨細的食鹽，可析出不夾帶NaHCO3的NH4Cl。NaCl和NH4Cl共同存在時的溶解度曲線如圖所示，以下操作正確的是(　　) 選項 通入氣體 溫度控制 A CO2 30～40 ℃ B CO2 0～10 ℃ C NH3 30～40 ℃ D NH3 0～10 ℃ 解析：選D。由圖可知，溶液的溫度在0～10 ℃的范圍內，有利于NaCl的溶解和NH4Cl的析出。向溶液中加NaCl增大Na＋和Cl－的濃度，向溶液中通NH3增大OH－和NH的濃度，這些都有利于NH4Cl的析出。 6．(xx東北三校聯(lián)考)下列有關工業(yè)生產(chǎn)的敘述正確的是(　　) A．在硫酸工業(yè)、合成氨工業(yè)、硝酸工業(yè)中，均必須對尾氣進行吸收處理 B．硫酸工業(yè)中，在接觸室安裝熱交換器是為了利用SO3轉化為H2SO4時放出的熱量 C．煉鐵是鐵礦石在高溫下被氧化的過程 D．用燒堿溶液吸收硝酸工業(yè)尾氣中的氮氧化物，不僅可以防止有害物質的排放，還可以生產(chǎn)有用的NaNO2 解析：選D。合成氨工業(yè)不需要對尾氣進行吸收；硫酸工業(yè)中接觸室中發(fā)生的反應為2SO2＋O22SO3，利用該反應放出的熱量來預熱SO2；金屬冶煉的實質是Mn＋＋ne－===M，為金屬被還原的過程；NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O，NO、NO2完全被堿液吸收。 7．下列關于合成氨工業(yè)的說法中正確的是(　　) A．從合成塔出來的混合氣體中，氨氣占15%，所以合成氨工廠的效率都很低 B．由于氨易液化，N2和H2在實際生產(chǎn)中循環(huán)使用，所以總體來說，氨的產(chǎn)率很高 C．合成氨工業(yè)的反應溫度控制在500 ℃，目的是使化學平衡向正反應方向移動 D．我國合成氨廠采用的壓強是10～30 MPa，因為該壓強下鐵觸媒的活性最大 解析：選B。在氨的實際生產(chǎn)中N2、H2要循環(huán)使用，且氨易液化分離，故產(chǎn)率很高。 8．(xx山西太原高三模擬)化學工業(yè)在經(jīng)濟發(fā)展中的作用舉足輕重。下列有關工業(yè)生產(chǎn)的敘述中，正確的是(　　) A．硫酸生產(chǎn)中常采用高壓條件來提高SO2的轉化率 B．合成氨中采用及時分離液態(tài)氨來提高反應速率 C．電解精煉銅中，溶液中c(Cu2＋)基本保持不變 D．氯堿工業(yè)中陽極得到氫氧化鈉和氫氣 解析：選C。2SO2＋O22SO3，該反應在常壓下轉化率非常高，不需要采用高壓來提高轉化率；N2＋3H22NH3，由于NH3液化后使混合氣體中c(NH3)降低，引起v(正)、v(逆)均降低；電解精煉銅時，陽極反應式為Cu－2e－Cu2＋，陰極反應式為Cu2＋＋2e－Cu，所以溶液中c(Cu2＋)基本保持不變；2NaCl＋2H2O，D錯誤。 二、非選擇題 9．(xx湖北武漢調研)化學肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有重要作用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，大量施用的化肥主要是氮肥、磷肥和鉀肥。 (1)普鈣是磷肥，它的有效成分是________(寫化學式)。 (2)尿素是一種含氮量較高的氮肥，工業(yè)生產(chǎn)尿素是將氨氣與二氧化碳在加壓、加熱的條件下反應生成氨基甲酸銨(H2NCOONH4)，再使氨基甲酸銨脫水得到尿素。反應的化學方程式為________________________________________________________________________、 ________________________________________________________________________。 (3)農(nóng)諺說的“糞和灰，肥料飛”指的是糞尿與草木灰攪和在一起會降低肥效。請你說明其中的化學原理： ________________________________________________________________________。 解析：(1)普鈣的成分為Ca(H2PO4)2H2O與CaSO4，其有效成分為Ca(H2PO4)2H2O。(2)由題中信息，利用原子守恒可直接寫出反應的方程式： 2NH3＋CO2H2NCOONH4、H2NCOONH4H2NCONH2＋H2O。 答案：(1)Ca(H2PO4)2H2O (2)2NH3＋CO2H2NCOONH4 H2NCOONH2H2NCONH2＋H2O (3)糞尿中的氮元素最終轉化為銨鹽，而草木灰的有效成分為K2CO3，K2CO3受潮后水解為KOH，顯堿性，NH與OH－可發(fā)生反應生成NH3逸出而降低肥效 10．(xx遼寧沈陽模擬)制取硝酸銨的流程圖如下： 請回答下列問題： (1)合成氨原料的來源：________________________________________________________________________。 (2)已知N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92 kJmol－1。 請解釋： ①可逆反應：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②為有效提高氨的產(chǎn)率，實際生產(chǎn)中宜采取的措施是 ________________________________________________________________________。 (3)氨催化氧化的化學方程式為________________________________________________________________________， 鉑銠合金網(wǎng)的作用為________________，鉑銠合金網(wǎng)未預熱也呈紅熱狀態(tài)的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)生產(chǎn)硝酸的過程中常會產(chǎn)生一些氮的氧化物，如何消除它們對大氣的污染？__________________，寫出有關化學反應方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)硝酸銨的兩種主要用途是________________________________________________________________________。 (6)在一定溫度和壓強的密閉容器中，將平均相對分子質量為8.5的H2和N2混合，當該反應達到平衡時，測出平衡混合氣的平均相對分子質量為10，試求此時N2的轉化率和平衡混合氣體中NH3的體積分數(shù)分別為____________、___________。 解析：(1)氮氣的來源是空氣，而氫氣來源于燃料(煤、石油產(chǎn)品等)與水反應的產(chǎn)物。 (2)①可逆反應是指在同一條件下，既能向正反應方向進行，又能向逆反應方向進行的反應；②為提高合成氨的產(chǎn)率，可采取增壓、適當溫度和使用鐵觸媒等措施。 (3)氨的催化氧化反應為放熱反應，故鉑銠合金網(wǎng)雖未預熱也呈紅熱狀態(tài)。 (4)氮的氧化物可以用堿液吸收消除其危害。 (6)根據(jù)“十字交叉法”可得：，則n(N2)∶n(H2)＝6.5∶19.5＝1∶3。設反應前混合氣體的總物質的量為4 mol，平均相對分子質量與氣體的總物質的量成反比，設反應后氣體的總物質的量為x mol，則有：＝，x＝3.4，反應前后氣體的物質的量差值為0.6 mol，設反應消耗N2的物質的量為y mol，生成氨的物質的量為z mol，則有： N2?。?H2　2NH3　物質的量之差 1 2 2 y mol z mol 0.6 mol y＝0.3，z＝0.6， N2的轉化率為100%＝30%； 氨的體積分數(shù)為100%＝17.6%。 答案：(1)N2來源于空氣，H2可來源于水煤氣 (2)①在同一條件下，既能向正反應方向進行，又能向逆反應方向進行的反應，叫作可逆反應 ②增壓、適當溫度和使用鐵觸媒等 (3)4NH3＋5O24NO＋6H2O　作催化劑　氨的催化氧化反應是放熱反應，可使PtRh合金網(wǎng)達到一定溫度而不必預熱 (4)可用堿溶液吸收氮的氧化物　NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O (5)可作化肥和炸藥　 (6)30%　17.6% 11．生態(tài)工業(yè)園區(qū)的建設，不僅僅是體現(xiàn)環(huán)保理念更要依據(jù)循環(huán)經(jīng)濟理論和充分考慮經(jīng)濟成本的可持續(xù)發(fā)展。如圖是某企業(yè)設計的硫酸—磷銨—水泥聯(lián)產(chǎn)，海水—淡水多用，鹽—熱—電聯(lián)產(chǎn)三大生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈流程圖。 根據(jù)上述產(chǎn)業(yè)流程回答下列問題： (1)從原料、能源、交通角度考慮該企業(yè)應建在________。 A．西部山區(qū)　　　　　　 B．沿海地區(qū) C．發(fā)達城市 D．東北內陸 (2)將硫鐵礦磨成細粉末的目的是______________________________。吸收塔中用________吸收SO3，