2022届高考化学（2019新人教版）考前专题复习题-专题6 化学与技术（23页，含答案解析）

这是一份2022届高考化学（2019新人教版）考前专题复习题-专题6 化学与技术（23页，含答案解析），共21页。试卷主要包含了化学与资源的开发、利用，25，2%，无机非金属材料等内容，欢迎下载使用。

学案18　化学与技术
最新考纲展示　1.化学与资源的开发、利用：(1)了解煤、石油和天然气等综合利用的意义；(2)了解我国无机化工的生产资源和产品的主要种类；(3)了解海水的综合利用，了解化学发展对自然资源利用的作用；(4)了解化学对废旧物资再生与综合利用的作用。2.化学与材料的制造、应用：(1)了解社会发展和科技进步对材料的要求，了解化学对材料科学发展的促进作用；(2)了解金属材料、无机非金属材料、高分子合成材料、复合材料和其他新材料的特点，了解有关的生产原理；(3)了解用化学方法进行金属材料表面处理的原理；(4)了解我国现代材料研究和材料工业的发展情况，了解新材料的发展方向。3.化学与工农业生产：(1)了解化学在水处理中的应用；(2)了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义，认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义；(3)了解精细化工产品的生产特点、精细化工在社会发展中的作用；(4)了解化学肥料、农药等在农业生产中的作用。
基础回扣
1．常见的化工生产原理
(1)硫酸工业中采取的加快反应速率的措施有：____________________________________，用氨水法吸收尾气涉及的反应有____________________________、__________________________________。
(2)合成氨工业的原理是__________________________，用焦炭与水可制取原料气发生的反应为________________________________________________________________________。
(3)侯德榜制碱法制取纯碱发生的反应为______________________，____________________________。
答案　(1)①升高温度；②使用催化剂；③粉碎原料，增大与空气的接触面积
SO2＋2NH3＋H2O===(NH4)2SO3
(NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O
(2)N2＋3H22NH3
C＋H2O(g)CO＋H2
(3)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O
2．材料的制造和应用
(1)传统的硅酸盐材料包括________、________和________，硅、光导纤维属于__________材料。
(2)金属的冶炼方法与金属的________有关，铝的冶炼方法为__________，原料为________，辅料为__________。
(3)玻璃钢、陶瓷塑料属于________材料。
答案　(1)水泥　玻璃　陶瓷　新型无机非金属
(2)活动性　电解法　氧化铝　冰晶石
(3)复合
3．资源的开发利用
(1)含有较多________离子的水称为硬水。硬水加热后产生碳酸盐沉淀的离子方程式为________________________________________________________________________、
________________。天然水在净化处理过程中加入的混凝剂可以是________________________等，水的净化与软化的区别是________________________。
(2)从海水中得到NaCl采用________，把Br－转化为Br2的反应为______________________，把Mg2＋转化为Mg(OH)2加入的物质是________。
(3)石油炼制中的物理方法是________，石油裂化的目的是____________________，裂解的目的是____________；煤的加工方法有____________，属于____________变化。
答案　(1)钙、镁
Ca2＋＋2HCOCaCO3↓＋CO2↑＋H2O
Mg2＋＋2HCOMgCO3↓＋CO2↑＋H2O
明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁
水的净化是用混凝剂将水中胶体及悬浮物沉淀下来，而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子
(2)蒸发法(或盐田法)
Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－　石灰乳
(3)分馏　提高轻质燃料油尤其是汽油的产量　获得有机化工基本原料　干馏、气化和液化　化学
4．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)加入明矾、硫酸铁等物质能净化水质，可使海水变为淡水(×)
(2)阳离子交换膜法电解饱和食盐水往阴极室加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性(√)
(3)接触法制H2SO4时应采用高压条件提高SO2的转化率(×)
(4)工业合成氨时可通过大幅度提高原料气中氮气的比例来提高氢气转化率(×)
(5)复合材料是由基体和增强体两部分组成的，合金是复合材料的一种(×)
(6)炼铁与炼钢都利用了氧化还原反应的原理，炼铁时含铁物质发生氧化反应，炼钢时杂质物质发生还原反应(×)
(7)钢铁制品锈蚀主要是因为钢铁中含有碳而发生原电池反应，因此生铁炼钢时要尽可能完全除去生铁中的碳(×)
(8)线型结构的高分子，可带支链，也可不带支链(√)
(9)通过石油蒸馏可获得纯净物汽油(×)
(10)生产、生活中努力实现资源的循环利用，符合节能降耗的宗旨(√)
(11)合成氨的“造气”阶段会产生废气(√)
(12)电解制铝的过程中，作为阳极材料的烟煤不会消耗(×)题型1　化工生产流程的综合分析

1．(2014·新课标全国卷Ⅰ，36)磷矿石主要以磷酸钙[Ca3(PO4)2·H2O]和磷灰石[Ca5F(PO4)3、Ca5(OH)(PO4)3]等形式存在。图(a)为目前国际上磷矿石利用的大致情况。其中湿法磷酸是指磷矿石用过量硫酸分解制备磷酸。图(b)是热法磷酸生产过程中由磷灰石制单质磷的流程。


部分物质的相关性质如下：

熔点/℃
沸点/℃
备注
白磷
44
280.5

PH3
－133.8
－87.8
难溶于水，有还原性
SiF4
－90
－86
易水解
回答下列问题：
(1)世界上磷矿石最主要的用途是生产含磷肥料，约占磷矿石使用量的________%。
(2)以磷灰石为原料，湿法磷酸过程中Ca5F(PO4)3反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
现有1 t折合含有P2O5约30%的磷灰石，最多可制得85%的商品磷酸________ t。
(3)如图(b)所示，热法磷酸生产过程的第一步是将SiO2、过量焦炭与磷灰石混合，高温反应生成白磷。炉渣的主要成分是________________________(填化学式)。冷凝塔1的主要沉积物是__________________，冷凝塔2的主要沉积物是__________________。
(4)尾气中主要含有____________________，还含有少量的PH3、H2S和HF等。将尾气先通入纯碱溶液，可除去________________；再通入次氯酸钠溶液，可除去____________________。(均填化学式)
(5)相比于湿法磷酸，热法磷酸工艺复杂，能耗高，但优点是________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)69　(2)Ca5F(PO4)3＋5H2SO4===5CaSO4＋HF↑＋3H3PO4　0.49　(3)CaSiO3　液态白磷　固态白磷　(4)CO、SiF4　SiF4、H2S、HF　PH3　(5)产品纯度高
解析　(1)4%＋96%×85%×80%≈69%。
(2)Ca5F(PO4)3＋5H2SO4===5CaSO4＋HF↑＋3H3PO4，依据P元素守恒：生成磷酸的量为1×30%÷142×2×98÷85%≈0.49 t。
(3)炉渣主要成分是CaSiO3，冷凝塔1的主要沉积物是液态白磷，冷凝塔2的主要沉积物是固态白磷。
(4)尾气主要含有CO、SiF4，还含有少量PH3、H2S和HF等。通过碱液可以除去SiF4、HF、H2S，再通入NaClO溶液可以除去PH3。
(5)热法磷酸工艺的优点是产品纯度高。

1．常见的工业生产流程的主线和核心

规律：主线主产品、分支副产品、回头为循环。
核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制、三废处理及能量的综合利用等。
2．解题思路
明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步发生的反应及得到的产物→综合基础理论与实际问题思考→注意答题模式与要点。
3．化工生产中的简单计算
(1)元素守恒法：根据某种关键元素的质量守恒，找出关系式，可简化计算过程，方便快捷。
(2)常见量的计算公式：
①矿物的纯度＝×100%；
②原料利用率＝×100%；
③原料转化率＝原料利用率＝1－原料损失率；
④产率＝×100%；
⑤多步反应的总转化率＝各步反应转化率的乘积。
4．化工生产中的绿色化学
中学化学中涉及的化工生产知识渗透绿色化学的观点，具体体现在以下几个方面：
(1)节省资源，提高原料转化率和利用率。例如在合成氨工业、硝酸工业、接触法制硫酸、联合制碱法等工艺流程中采取了循环操作，体现了绿色化学中节省能源的基本原理。
(2)尾气回收方法和处理装置以防止或减少环境污染。例如：氨氧化法制硝酸、接触法制硫酸、炼钢、炼铁等均要有尾气处理或吸收装置。
(3)设计新的化学反应条件，降低对人类健康和环境的危害，减少废弃物的产生和排放。例如无氰电镀，由乙炔制乙醛，工业生产中使用非汞催化剂。

1．硫酸是无机“三大强酸”之一，其产量是衡量一个国家无机化工发展水平的重要标志。工业制硫酸的工艺流程如下图：

据图回答下列问题：
(1)写出用黄铁矿(主要含FeS2)造气的化学反应方程式________________。
(2)写出A、B物质的名称：A______________________，B______________。
(3)催化氧化之前对SO2和空气的混合气体进行净化、干燥的目的是________，选用B进入吸收塔吸收SO3的优点是________________。
(4)SO2的催化氧化是一个可逆反应，采取适宜的反应条件有利于生产的进行。实际生产中，下列哪些生产条件或措施考虑到了平衡移动原理________(填字母)。
A．矿石加入沸腾炉之前先粉碎
B．使用V2O5作催化剂
C．催化反应室中温度选择400～500 ℃
D．净化后的炉气中要有过量的空气
E．催化氧化在常压下进行
F．将尾气中的SO2循环利用
(5)某硫酸工厂每天消耗黄铁矿石(含FeS2质量分数60%)20吨，生产中三阶段的转化率依次为98%、95%、98%，则该工厂一天能生产B的质量为________吨。
答案　(1)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2
(2)发烟硫酸　98%的浓硫酸　(3)除去混合气体中的有害杂质，防止催化剂中毒及防止形成酸雾腐蚀管道及设备　避免形成酸雾并提高吸收率　(4)CD　(5)18.25
解析　(1)煅烧硫铁矿生成氧化铁和二氧化硫。(2)吸收塔中得到的是发烟硫酸(A)；工业上用98%的浓硫酸(B)吸收SO3。(3)混合气体如果不进行净化就进入催化反应室，会使催化剂中毒；用水吸收三氧化硫会形成酸雾，不利于三氧化硫的吸收，所以工业上用98%的浓硫酸吸收。(4)矿石加入沸腾炉之前先粉碎、使用V2O5作催化剂都是为了加快反应速率，与平衡移动无关，A、B错误；催化反应室中温度选择400～500 ℃而不能过高，是因为合成三氧化硫的反应是放热反应，温度过高不利于二氧化硫的转化，C正确；净化后的炉气中空气过量有利于平衡：2SO2＋O22SO3正向移动，提高二氧化硫的转化率，D正确；催化氧化在常压下进行，是因为在常压下二氧化硫的转化率已经相当高，如果增大压强会加大生产成本，与平衡移动无关，E错误；将尾气中的SO2循环利用是为了节省原料，F错误。(5)根据S元素守恒，得：FeS2～2H2SO4，设可制得98%的硫酸x吨，则有：
FeS2　　　　～　　　　　　　　2H2SO4
120　　　 2×98
20×60%×98%×95%×98% x×98%
则可得x＝18.25。
2．某工厂用软锰矿(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：①A是MnSO4、ZnSO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3的混合液。
②Ⅳ中电解方程式为MnSO4＋ZnSO4＋2H2OMnO2＋Zn＋2H2SO4。
(1)A中属于还原产物的是__________。
(2)加入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________。
答案　(1)MnSO4　(2)增大溶液的pH，使Fe3＋和Al3＋生成沉淀　使形成的氢氧化铝和氢氧化铁胶体也生成沉淀　H2SO4　(3)Fe2O3、Al2O3、S　(4)纯碱、H2SO4　(5)降温(冷却)结晶　(6)1.03(或1)
解析　(1)MnO2中Mn元素化合价为＋4价，MnSO4中化合价＋2价，化合价降低，所以MnSO4为还原产物。
(2)加入MnCO3、Zn2(OH)2CO3，可与H＋反应，降低H＋浓度，促进Al3＋、Fe3＋的水解，生成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，加热可促进Fe3＋、Al3＋的水解。
(3)电解得到MnO2、Zn。在Ⅰ中回收S，在Ⅱ中回收Fe2O3、Al2O3。
(4)在该生产过程中，H2SO4、Na2CO3均需购买。
(5)因含有结晶水，所以应采取降温(冷却)结晶的方法。
(6)根据Mn、Zn元素计算＝1.03。
3．辉铜矿主要成分为Cu2S，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质，软锰矿主要含有MnO2，另外含少量SiO2、Fe2O3等杂质。研究人员综合利用这两种资源，开发出同槽酸浸湿法冶炼工艺，制备硫酸锰和碱式碳酸铜。主要工艺流程如下：

已知：①MnO2有较强的氧化性，能将金属硫化物中的硫氧化为单质硫
②[Cu(NH3)4] SO4常温稳定，在热水溶液中会分解生成NH3
③部分金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH范围(开始沉淀和完全沉淀的pH)：
Fe3＋：1.5～3.2　Mn2＋：8.3～9.8　Cu2＋：4.4～6.4
(1)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施有________(任写一点)。
(2)酸浸时，得到的浸出液中主要含有CuSO4、MnSO4等。写出该反应的化学方程式：__________________。
(3)调节浸出液pH＝4的作用是________________。
(4)该工艺流程中可循环使用的物质是______________(写化学式)。
(5)获得的MnSO4·H2O晶体常用酒精洗涤，主要目的是______________________。
(6)用标准的BaCl2溶液测定样品中MnSO4·H2O的质量分数时，发现样品纯度大于100%(测定过程中产生的误差可忽略)，其可能的原因有________(任写一种)。
答案　(1)粉碎矿石、适当升高温度或搅拌(任写一种，其他合理答案也可)
(2)Cu2S＋2MnO2＋4H2SO4===2CuSO4＋2MnSO4＋S↓＋4H2O
(3)使Fe3＋沉淀完全
(4)NH3
(5)减少MnSO4·H2O晶体的损失
(6)样品中混有硫酸盐杂质或部分晶体失去结晶水
解析　(1)酸浸时，提高浸取率有多种方法，如将矿石粉碎、适当升高温度、搅拌等。(2)酸浸时，得到的浸出液中主要含有CuSO4、MnSO4，结合图示中出现的“S”即可写出化学方程式。(3)Fe3＋完全沉淀时pH为3.2，调节浸出液pH＝4，可使Fe3＋沉淀完全。(4)从图示可知，该工艺流程中可循环使用的物质是NH3。(5)MnSO4·H2O晶体不溶于酒精，用酒精洗涤时可减少其溶解损失。(6)当样品中混有硫酸盐杂质或部分晶体失去结晶水时，用标准的BaCl2溶液测定样品中MnSO4·H2O的质量分数，样品纯度大于100%。
题型2　化学与资源的开发利用

1．(2014·新课标全国卷Ⅱ，36)将海水淡化与浓海水资源化结合起来是综合利用海水的重要途径之一。一般是先将海水淡化获得淡水，再从剩余的浓海水中通过一系列工艺流程提取其他产品。回答下列问题：
(1)下列改进和优化海水综合利用工艺的设想和做法可行的是________(填序号)。
①用混凝法获取淡水　②提高部分产品的质量
③优化提取产品的品种　④改进钾、溴、镁等的提取工艺
(2)采用“空气吹出法”从浓海水吹出Br2，并用纯碱吸收，碱吸收溴的主要反应是Br2＋Na2CO3＋H2O―→NaBr＋NaBrO3＋NaHCO3，吸收1 mol Br2时，转移的电子数为________ mol。
(3)海水提镁的一段工艺流程如下图：

浓海水的主要成分如下：
离子
Na＋
Mg2＋
Cl－
SO
浓度/(g·L－1)
63.7
28.8
144.6
46.4
该工艺过程中，脱硫阶段主要反应的离子方程式为____________________，产品2的化学式为____________，1 L 浓海水最多可得到产品2的质量为________ g。
(4)采用石墨阳极、不锈钢阴极电解熔融的氯化镁，发生反应的化学方程式为______________________；电解时，若有少量水存在会造成产品镁的消耗，写出有关反应的化学方程式________________________________。
答案　(1)②③④　(2)
(3)Ca2＋＋SO===CaSO4↓　Mg(OH)2　69.6
(4)MgCl2Mg＋Cl2↑
Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑
解析　(1)将海水经过处理得到淡水和浓海水，这是综合利用海水的重要途径之一，从而可以提高部分产品的质量，优化提取产品的品种，改进钾、溴、镁等的提取工艺。
(2)根据反应原理，将方程式配平：3Br2＋6Na2CO3＋3H2O===5NaBr＋NaBrO3＋6NaHCO3。每3 mol Br2被吸收时转移5 mol电子，则吸收1 mol Br2转移 mol电子。
(3)工艺流程中，脱硫加入的是得到产品2过程中过滤时的滤液，而此滤液中所含的能够脱硫的离子来源于合成步骤中的石灰乳，故脱硫阶段的主要离子方程式为Ca2＋＋SO===CaSO4↓；而产品2是由加入石灰乳之后得到的沉淀得来的，即Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2＋Ca2＋，故产品2为Mg(OH)2；1 L浓海水中Mg2＋为28.8 g，故可得到产品2即Mg(OH)2的质量为×58 g·mol－1＝69.6 g。
(4)电解熔融MgCl2会得到Mg和Cl2，故化学方程式为MgCl2Mg＋Cl2↑。因为Mg会与H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，故水存在会造成产品Mg的消耗，有关反应的化学方程式为Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑。
2．(2014·山东理综，32)工业上用重铬酸钠(Na2Cr2O7)结晶后的母液(含少量杂质Fe3＋)生产重铬酸钾(K2Cr2O7)。工艺流程及相关物质溶解度曲线如图：


(1)由Na2Cr2O7生产K2Cr2O7的化学方程式为________________________________________。通过冷却结晶析出大量K2Cr2O7的原因是_____________________________________。
(2)向Na2Cr2O7母液中加碱液调pH的目的是_____________________________________
________________________________________________________________________。
(3)固体A主要为________(填化学式)。固体B主要为____________(填化学式)。
(4)用热水洗涤固体A，回收的洗涤液转移到母液______(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)中，既能提高产率又可使能耗最低。
答案　(1)Na2Cr2O7＋2KCl===K2Cr2O7＋2NaCl　低温下K2Cr2O7溶解度远小于其他组分，随温度的降低，K2Cr2O7溶解度明显减小(答案合理即可)
(2)除去Fe3＋
(3)NaCl　K2Cr2O7
(4)Ⅱ
解析　(1)(2)Na2Cr2O7结晶后的母液中含有Fe3＋，加碱液调节pH＝4，目的就是要以Fe(OH)3的形式除去Fe3＋，则过滤后得到纯的Na2Cr2O7(母液Ⅰ)；加入KCl并加热至沸腾，冷却结晶得到K2Cr2O7，反应方程式为Na2Cr2O7＋2KCl===K2Cr2O7＋2NaCl；通过冷却结晶析出大量K2Cr2O7的原因是低温下K2Cr2O7溶解度远小于其他组分，随着温度的降低，K2Cr2O7溶解度明显减小。
(3)母液Ⅱ中含有K2Cr2O7和NaCl，蒸发浓缩得到的固体A是NaCl，因为高温下K2Cr2O7的溶解度大；母液Ⅲ中的主要成分是K2Cr2O7，冷却结晶得到的固体B是K2Cr2O7。
(4)固体A表面附着K2Cr2O7，应将洗涤液转移到母液Ⅱ中，这样，既能提高产率(回收了K2Cr2O7)，又可使能耗降低。

化学与资源开发利用的答题注意事项
(1)正确区分以下“三组概念”
①分馏和干馏的本质区别
分馏是对石油固有的成分的分离，是物理变化；干馏是对煤隔绝空气加强热分解得到新产物，是化学变化。
②煤和木炭、焦炭组成成分不同
煤是以碳元素为主的复杂有机物和无机物组成的混合物，而木炭、焦炭的成分就是碳单质。
③天然气和焦炉气不同
a．天然气是一种化石燃料，它蕴藏在地层内，从气井上开采的可燃性气体，其含有CH4、C2H6、C3H8等小分子烷烃，主要成分是CH4，它既是一种重要的能源，又是一种重要的工业资源。
b．焦炉气是煤干馏所得产物之一，其主要成分是H2、CH4、CO、C2H4等，它也是重要的气体燃料和化工原料。
(2)掌握海水利用的方法


(一)海水资源的综合利用
1．海水占地球总储水量的97.2%。若把海水淡化和化工生产结合起来，既能解决淡水资源缺乏的问题，又能充分利用海洋资源。
(1)天然海水的pH约为8，原因是海水中________的水解。
(2)就目前技术而言，结合能源节约等问题，下列适用于“海水淡化”的技术是________(填字母)。
A．蒸馏法 B．电渗析法
C．冷结法 D．离子交换法
E．反渗透法
(3)海水晒盐利用的原理是______________；分离出食盐晶体后的母液中含有____________，经过分离、提纯后，可用于______________。
(4)海水提镁过程中，与石灰窑和盐酸厂有着紧密的联系，试说明海水提镁与盐酸厂之间的必然联系__________________________。
(5)利用氯碱工业产生的氢气和氯气可以将粗硅制成高纯硅，写出发生反应的化学方程式：________________、________________。
答案　(1)CO、HCO　(2)CDE
(3)蒸发结晶　KCl、MgCl2　工业上冶炼金属钾和镁
(4)盐酸厂为溶解氢氧化镁提供盐酸；电解氯化镁制镁的过程中得到氯气，为盐酸厂提供原料
(5)Si＋2Cl2SiCl4　SiCl4＋2H2Si＋4HCl
解析　(1)天然海水中CO、HCO发生水解反应使海水呈碱性。(2)蒸馏法、电渗析法消耗能量，不适用于海水淡化。(3)海水晒盐的原理是蒸发结晶，分离食盐晶体后的母液中含有KCl、MgCl2。(4)盐酸厂为溶解氢氧化镁提供盐酸；电解氯化镁制镁的过程中得到氯气，为盐酸厂提供原料。(5)由粗硅制取纯硅的反应为Si＋2Cl2SiCl4、SiCl4＋2H2Si＋4HCl。
2．海水中蕴藏的元素高达80多种，是人类财富的重要集散地。如图是从海水中提取溴、镁的工艺流程图：

请回答下列问题：
(1)写出海水淡化的一种方法：________________。
(2)地球上99%以上的溴元素存在于海洋中，资料显示海水中溴的含量约为66 mg·L－1。上图中制备溴涉及步骤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，分别写出步骤Ⅰ和步骤Ⅲ中反应的离子方程式：______________、______________。
(3)制备镁的工艺中，从卤水到MgCl2(aq)经历了Mg2＋―→Mg(OH)2―→Mg2＋的过程，生成Mg(OH)2的过程看似多余，其实该过程的作用是______________；步骤Ⅶ实际上电解的物质是__________(要求注明物质状态)，阳极反应式为____________。
答案　(1)离子交换法(答案合理即可)
(2)2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2　5Br－＋BrO＋6H＋===3Br2＋3H2O
(3)富集Mg2＋　熔融MgCl2　2Cl－－2e－===Cl2↑
解析　(1)海水淡化最古老的方法是蒸馏法，新的方法有电渗析法、离子交换法等。(2)步骤Ⅰ是卤水中的Br－被Cl2氧化，生成单质溴；步骤Ⅱ是单质溴在碳酸钠溶液中发生氧化还原反应，生成Br－和BrO；步骤Ⅲ是Br－与BrO在酸性条件下发生氧化还原反应生成Br2。(3)海水中Mg2＋浓度极稀，而且杂质离子较多，故采用加入廉价的熟石灰的方法，使其富集，然后酸化即得到较高浓度的MgCl2溶液；步骤Ⅶ实际上电解的是熔融的MgCl2，阴极得到Mg，阳极得到氯气。
(二)化石燃料的综合利用
3．煤是重要的能源，也是化工生产的重要原料。
(1)煤是工业上获得____________烃的重要来源。
(2)煤的干馏得到的气态产品为__________，其主要成分为________。
(3)煤的氢化可以将煤转化为燃油，氢化的本质是________________________。
(4)烟气净化技术主要是指对煤燃烧的废气进行______、________和________处理，从而减少________、________和________的排放。
答案　(1)芳香
(2)焦炉气　CH4、H2、C2H4、CO(或CH4、H2)
(3)增加煤中氢元素含量，提高氢原子数与碳原子数的比值
(4)除尘　脱硫　去氮　烟尘　二氧化硫　氮氧化物
解析　(1)煤的干馏可以得到苯、甲苯等芳香烃。(2)煤的干馏产品中固体为焦炭，液体为煤焦油，气体为焦炉气，焦炉气的主要成分为CH4、H2、C2H4、CO。(3)煤的氢化的本质是增加煤中氢元素含量，提高氢原子数与碳原子数的比值。(4)烟气净化技术主要是指对煤燃烧的废气进行除尘、脱硫和去氮处理，从而减少烟尘，二氧化硫和氮氧化物的排放。
4．煤是重要的能源，也是化工生产的重要原料。
(1)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______________。
(2)如图是对煤燃烧产生的废气进行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__________(写出一种即可)；
③石膏在工业生产中的用途是____________(写出一种用途即可)。
(3)煤经过____________(填加工方法)可以得到焦炉气、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__________________。
答案　(1)酸雨、粉尘污染(答出一项即可)　(2)①SO2＋CaCO3CaSO3＋CO2　2CaSO3＋O2===2CaSO4　②CaCO3、CaO或Ca(OH)2(填一种即可)
③作医用材料、建筑材料等(填一种即可)
(3)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
解析　(1)煤燃烧产生大量的烟尘和SO2，其中烟尘会造成粉尘污染，SO2会形成酸雨。(2)①脱硫过程中主要发生两个反应：SO2转化为CaSO3，CaSO3转化为CaSO4，化学方程式分别为SO2＋CaCO3CaSO3＋CO2、2CaSO3＋O2===2CaSO4；②向煤中加入CaCO3、CaO或Ca(OH)2，可吸收煤燃烧产生的SO2，使其最终转化为CaSO4；③石膏广泛应用于医疗、建筑等行业。(3)煤经干馏可得到焦炭、煤焦油和焦炉气，煤焦油经分馏后可得苯、二甲苯等芳香族化合物。
(三)工业“三废”的综合利用
5．(2013·山东理综，31)废旧硬质合金刀具中含碳化钨(WC)、金属钴(Co)及少量杂质铁，利用电解法可回收WC和Co。工艺流程简图如下：

(1)电解时废旧刀具作阳极，不锈钢作阴极，HCl溶液为电解液。阴极主要的电极反应式为________________。
(2)净化步骤所得滤饼的主要成分是______________。回收的洗涤液代替水配制电解液，目的是回收利用其中的________。
(3)溶液Ⅰ的主要成分是________。洗涤CoC2O4不充分对最终产品纯度并无明显影响，但焙烧时会造成环境污染，原因是___________________________________________________。
(4)将Co2O3还原成Co粉的化学反应方程式为____________________。
答案　(1)2H＋＋2e－===H2↑　(2)Fe(OH)3　Co2＋(或Co)　(3)NH4Cl　焙烧时NH4Cl分解产生NH3和HCl　(4)Co2O3＋3H22Co＋3H2O
解析　(1)电解时，阴极：2H＋＋2e－===H2↑，
阳极：Fe－2e－===Fe2＋(很少)、Co－2e－===Co2＋，当Co、Fe被充分电解后，剩余的为WC。
(2)由于2Fe2＋＋2H＋＋H2O2===2Fe3＋＋2H2O，通入NH3，控制pH值，使Fe3＋生成Fe(OH)3沉淀，所以滤饼为Fe(OH)3。由于Fe(OH)3表面会附着Co2＋，所以通过回收洗涤液，可以回收利用Co2＋。
(3)根据后续流程中的CoC2O4，加入(NH4)2C2O4后，发生的反应为CoCl2＋(NH4)2C2O4===2NH4Cl＋CoC2O4↓，所以溶液Ⅰ的主要成分为NH4Cl。过滤得到的CoC2O4中会含有NH4Cl，加热焙烧时NH4Cl分解，生成NH3、HCl逸出，所以对产品纯度不会造成影响，但NH3、HCl会污染环境。
(4)H2还原Co2O3的方程式：Co2O3＋3H22Co＋3H2O。
6．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。具体生产流程如图所示：

请回答下列问题：
(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)在装置a中还生成两种酸式盐，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。
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)参与反应的SO2和O2　发电(其他合理答案均可)
(5)吸收塔　98%的浓硫酸
题型3　化学与材料的制造和优化

1．(2014·海南，20—Ⅱ)锌是一种应用广泛的金属，目前工业上主要采用“湿法”工艺冶炼锌。某含锌矿的主要成分为ZnS(还含少量FeS等其他成分)，以其为原料冶炼锌的工艺流程如图所示：

回答下列问题：
(1)硫化锌精矿的焙烧在氧气气氛的沸腾炉中进行，所产生焙砂的主要成分的化学式为__________。
(2)焙烧过程中产生的含尘烟气可净化制酸，该酸可用于后续的__________操作。
(3)浸出液“净化”过程中加入的主要物质为__________，其作用是______________________。
(4)电解沉积过程中的阴极采用铝板，阳极采用Pb—Ag合金惰性电极，阳极逸出的气体是____________。
(5)改进的锌冶炼工艺，采用了“氧压酸浸”的全湿法流程，既省略了易导致空气污染的焙烧过程，又可获得一种有工业价值的非金属单质。“氧压酸浸”中发生主要反应的离子方程式为____________________________________。
(6)我国古代曾采用“火法”工艺冶炼锌。明代宋应星著的《天工开物》中有关于 “升炼倭铅”的记载：“炉甘石十斤，装载入一泥罐内，……，然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红，……，冷淀，毁罐取出，……，即倭铅也。”该炼锌工艺过程主要反应的化学方程式为________________________________________________。(注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，倭铅是指金属锌)
答案　(1)ZnO　(2)浸出　(3)锌粉　 置换出Fe等　(4)O2　(5)2ZnS＋4H＋＋O2===2Zn2＋＋2S＋2H2O
(6)ZnCO3＋2CZn＋3CO↑
解析　(1)硫化锌精矿的主要成分为ZnS，在沸腾炉中与氧气发生反应的化学方程式为2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2，故产生焙砂的主要成分的化学式为ZnO。(2)从流程图可以看出，“浸出”环节需要加入酸，所以焙烧过程中产生的含尘烟气制取的酸，可用于后续的浸出操作。(3)为了保证“浸出”环节焙砂能够全部溶解，所以加入的酸是过量的，此时杂质Fe3＋也存在于“浸出液”中，所以加入锌粉的目的就是置换出Fe。(4)根据题目中的信息“阴极采用铝板，阳极采用Pb—Ag等合金惰性电极”，则阳极为惰性电极，此时阳极参加反应的微粒是OH－，电极反应式4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故阳极逸出的气体是O2。(5)根据信息“氧压酸浸”，可知参加反应的物质是ZnS、O2和酸提供的H＋，生成物“有工业价值的非金属单质”即为S，所以离子方程式为2ZnS＋4H＋＋O2===2Zn2＋＋2S＋2H2O。(6)该炼锌工艺参加反应的物质是煤炭饼和炉甘石(碳酸锌)，得到的物质是倭铅(金属锌) 和CO：ZnCO3＋2CZn＋3CO↑。
2．(2013·海南，20—Ⅱ)硅在地壳中的含量较高。硅及其化合物的开发由来已久，在现代生活中有广泛应用。回答下列问题：
(1)1810年瑞典化学家贝采利乌斯在加热石英砂、木炭和铁时，得到一种“金属”。这种“金属”可能是________。
(2)陶瓷、水泥和玻璃是常用的硅酸盐材料。其中，生产普通玻璃的主要原料有________。
(3)高纯硅是现代信息、半导体和光伏发电等产业都需要的基础材料。工业上提纯硅有多种路线，其中一种工艺流程示意图及主要反应如下：


发生的主要反应
电弧炉
SiO2＋2CSi＋2CO↑
流化床反应器
Si＋3HCSiHCl3＋H2
还原炉
SiHCl3＋H2Si＋3HCl

①用石英砂和焦炭在电弧炉中高温加热也可以生产碳化硅，该反应的化学方程式为____________________；碳化硅又称________，其晶体结构与________相似。
②在流化床反应的产物中，SiHCl3大约占85%，还有SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl等，有关物质的沸点数据如下表，提纯SiHCl3的主要工艺操作依次是沉降、冷凝和________________________。
物质
Si
SiCl4
SiHCl3
SiH2Cl2
SiH3Cl
HCl
SiH4
沸点/℃
2 355
57.6
31.8
8.2
－30.4
－84.9
－111.9
③SiHCl3极易水解，其完全水解的产物为____________。
(4)氯碱工业可为上述工艺生产提供部分原料，这些原料是____________。
答案　 (1)含有硅、碳的铁合金(或硅铁)
(2)石英砂、纯碱和石灰石
(3)①SiO2＋3CSiC＋2CO↑　金刚砂　金刚石(或单晶硅)　②精馏(或蒸馏)　③H4SiO4(或H2SiO3)、H2、HCl
(4)H2、HCl
解析　(3)比较SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl的沸点，可得常温下SiHCl3、SiCl4为液体、SiH2Cl2、SiH3Cl为气体，沉降除去产物中的固体后，冷凝得到SiHCl3、SiCl4的混合液体，用蒸馏法可分离二者。

1．炼铁、炼铝比较

炼铁
炼铝
原理
在高温下用还原剂将铁从其氧化物中还原出来
电解熔融的氧化铝
阳极：6O2－－12e－===3O2↑
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al
原料
铁矿石、焦炭、石灰石和空气
冰晶石(Na3AlF6)、氧化铝
设备
炼铁高炉
电解槽
主要化
学反应
Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
2Al2O34Al＋3O2↑
2.无机非金属材料


(一)金属冶炼及材料的优化
1．联合钢铁工业利用铁矿石炼钢的基本生产流程示意图如下：

请回答下列问题：
(1)工业上冶炼生铁的设备A的名称是__________，设备B的名称是____________。
(2)高炉炼铁中焦炭的作用是______________，发生反应的化学方程式为______________。
(3)炼铁时需要用到石灰石，其作用是____________，发生反应的化学方程式为____________________。
(4)利用赤铁矿冶炼铁的反应方程式为__________________，发生在设备A的______________部分。
(5)工业炼钢时用纯氧而不用空气的原因是________________________。
(6)炼钢过程中添加合金材料的作用是________________。
答案　(1)高炉　炼钢炉　(2)提供热量和生成还原剂　C＋O2CO2、CO2＋C2CO　(3)作溶剂，除脉石，形成炉渣　CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑
(4)Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2　炉身
(5)使反应更加剧烈，并获得更多的热量
(6)作脱氧剂，调整钢水的成分
2．铝是一种重要的金属材料，铝合金大量用于飞机和其他构件的制造。19世纪曾用电解熔融Al2O3的方法制备金属铝，当时铝由于价格昂贵而只被贵族用作装饰品。现代工业中是通过在1 000 ℃左右的高温下电解Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)的熔融液制备铝的。请回答下列问题：
(1)以现代工业方法制备的铝价格下降的可能原因是__________________________________。
(2)电解NaCl—AlCl3熔融液制备铝比电解的Al2O3—Na3AlF6的熔融液制备铝节省电能约30%，推测现在仍用后一种方法制备铝的主要原因是______________。
(3)由熔盐电解法获得的粗铝中含有一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝。工艺流程如下：

①精炼前，需清除坩埚内的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，铝与氧化铁反应的化学方程式为__________________。
②将Cl2连续通入粗铝熔体中，杂质随气泡上浮除去。气泡的成分有________；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在的物质为____________。
③镀铝电解池中，电镀选择在170 ℃下进行的原因是______________________。
④铝是高耗能产品，废旧铝材的回收利用十分重要。在工业上，最能体现节能减排思想的是将回收铝做成________(填字母)。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
a．冰晶石 b．氧化铝
c．铝锭 d．硫酸铝
答案　(1)纯氧化铝熔点很高，加入Na3AlF6后由于形成共熔体使其熔点大大降低，从而使制备铝的成本降低
(2)由于AlCl3没有天然矿藏，制备AlCl3仍需要大量电能
(3)①2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe　②Cl2、HCl和AlCl3　NaCl　③防止AlCl3升华　④c
解析　(3)②由于粗铝中含有氢气，因此在加热条件下气泡的成分有Cl2、HCl，还有升华得到的AlCl3。由于粗铝中还含有金属钠，因此浮渣中肯定存在NaCl。由流程图可知气体A是Cl2和HCl，固体B是AlCl3。
(二)非金属材料综合题
3．材料在人类生产、生活和科学研究中具有广泛的用途，而化学与材料的制备有着密切的关系。
请回答下列问题：
(1)传统硅酸盐材料属于无机非金属材料，其中需要经过原料混合→成型→干燥→烧结→冷却等工序的是______________________________________，工业上生产玻璃的化学方程式为__________________________________________(写出一个即可)。
(2)下列属于新型无机非金属材料的是__________(填字母)。
a．光学玻璃 b．混凝土 c．单晶硅 d．氮化硅
(3)自然界中的金属元素多以化合态的形式存在于天然矿物中。金属冶炼所依据的反应原理是________；根据不同金属的性质，金属冶炼采用不同的方法，铝的冶炼采用______法。
(4)复合材料是一种新型材料，复合材料由两部分组成，其中起黏结作用的是______________，碳纤维复合材料中的碳纤维是__________________________________________________。
答案　(1)陶瓷　Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑(或CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑)
(2)cd
(3)氧化还原反应　电解
(4)基体　增强体
解析　(1)陶瓷的制备工序不同于玻璃、水泥制备工序的是需要成型、干燥；制备玻璃时主要涉及的两个化学反应为SiO2与石灰石、纯碱之间的反应。
(2)光学玻璃只是在普通玻璃的基础上加入了含钾、铅等元素的配料，还属于普通硅酸盐材料，a错误；混凝土是水泥与沙子的混合物，也是传统的无机非金属材料，b错误。
(3)金属材料利用的是金属单质，而天然矿物中的金属元素多以化合态的形式存在，故需要利用氧化还原反应原理对其进行冶炼；铝的性质活泼，不能采用碳还原法，只能采用电解法。
(4)复合材料由起黏结作用的基体和起骨架作用的增强体组成。
4．普通纸张的主要成分是纤维素。在早期的纸张生产中，常采用纸张表面涂敷明矾的工艺，以填补其表面的微孔，防止墨迹扩散。请回答下列问题：
(1)人们发现纸张会发生酸性腐蚀而变脆、破损，严重威胁纸质文物的保存。经分析检验，发现酸性腐蚀主要与造纸中涂敷明矾的工艺有关，其中的化学原理是______________________
__________________________________________________；
为了防止纸张的酸性腐蚀，可在纸浆中加入碳酸钙等添加剂，该工艺原理的离子方程式为________________________________________________________________________。
(2)为了保护这些纸质文物，有人建议采取下列措施：
①喷洒碱性溶液，如稀氢氧化钠溶液或氨水等。这样操作产生的主要问题是________；
②喷洒Zn(C2H5)2。Zn(C2H5)2可以与水反应生成氧化锌和乙烷。该方法生成氧化锌及防止酸性腐蚀的原理______________(用化学方程式表示)、______________(用离子方程式表示)。
(3)现代造纸工艺常用钛白粉(TiO2)替代明矾。钛白粉的一种工业制法是以钛铁矿(主要成分为FeTiO3)为原料按下列过程进行的，请完成下列化学方程式：
①FeTiO3＋C＋Cl2TiCl4＋FeCl3＋CO
②TiCl4＋O2TiO2＋Cl2
答案　(1)明矾水解产生酸性环境，在酸性条件下纤维素水解，使高分子链断裂　CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O　(2)①过量的碱同样可能会导致纤维素水解，造成书籍污损　②Zn(C2H5)2＋H2O===ZnO＋2C2H6↑　ZnO＋2H＋===Zn2＋＋H2O　(3)①2　6　7　2　2　6
②1　1　1　2
解析　(1)明矾中的Al3＋水解使溶液显酸性，在酸性条件下纤维素水解，使高分子链断裂；碳酸钙可与H＋反应，从而防止纸张的酸性腐蚀。(2)①纸张中的主要成分是纤维素，过量的碱同样可能会导致纤维素发生水解而被腐蚀；②根据题给信息的描述，反应方程式为Zn(C2H5)2＋H2O===ZnO＋2C2H6↑，ZnO＋2H＋===Zn2＋＋H2O。(3)第①个方程式用化合价升降法配平，FeTiO3中铁元素化合价为＋2价，钛元素化合价为＋4价，2FeTiO3＋6C＋7Cl22TiCl4＋2FeCl3＋6CO；第②个方程式通过观察法就可以得出答案，TiCl4＋O2TiO2＋2Cl2。