2022年高二化学选修2寒假知识纲要与发散思维训练：01化学与工农业生产 Word版含解析
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一、硫酸的工业生产
【知识纲要】
要点1. 硫酸工业生产中的基本问题
三个反应 | S(s)＋O2(g) SO2(g) 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l) |
三种原料 | 硫黄、空气、98%的浓硫酸 |
三个阶段 | 造气、催化氧化、SO3的吸收 |
三种设备 | 沸腾炉、接触室、吸收塔 |
三种杂质 | 矿尘，砷、硒等的化合物，水蒸气 |
三种净化 | 除尘、洗涤、干燥 |
三个条件 | 400～500 ℃(催化剂活性较高)、常压、催化剂(主要为V2O5) |
三废处理 | 废气(主要为SO2)：石灰水(或氨水)吸收；废水(主要含硫酸)：加石灰乳后排放等；废渣(含铁量较高)：炼铁等 |
要点2. 化学原理在硫酸工业生产中的应用
（1）催化氧化反应条件的选择：
①温度：根据平衡移动原理，应在低温下进行，但低温时催化剂的活性不高，反应速率低，实际生产中采用400～500 ℃的温度。
②常压：根据平衡移动原理，应在高压下进行，但增大压强对SO2的转化率提高不大，且加压会增大成本和能量消耗，而常压下的转化率已很高，实际生产中采用常压操作。
③适当过量的空气：提高SO2的转化率。
（2）逆流生产原理：沸腾炉中原料从炉顶落下，热空气从炉底吹入，使原料与助燃气体充分接触，反应进行彻底充分；吸收塔中使用大量耐酸瓷环(片)，浓硫酸从塔顶喷下，三氧化硫气体从塔底吹入，提高吸收程度。
（3）热交换原理：由于2SO2＋O22SO3是放热反应，在接触室内使用热交换器，用反应放出的热量预热接触室的原料气，达到节约能源，降低生产成本的目的。
（4）循环操作原理：由于2SO2＋O22SO3是可逆反应，尾气中还有一定的SO2和O2，再通过一定措施将这部分气体送回接触室，提高原料利用率，同时减少废气排放。
要点3. “三废”处理和能量充分利用
（1）“三废”的处理方法：
①尾气吸收：SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O，(填化学方程式，下同)CaSO3＋H2SO4===CaSO4＋SO2↑＋H2O。
②废水处理：根据杂质性质的不同，采用不同的化学方法，如酸碱中和法、重金属离子沉淀法。
③废渣利用：制砖或制造水泥，提炼贵重有色金属。
（2）能量的充分利用：硫酸生产中产生的热量可用于预热反应物满足自身能量的需要，还可以由硫酸厂向外界输出大量能量(供热发电)。
【典例分析】
例题1在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都正确的是( )
A．黄铁矿燃烧前要粉碎，因为大块的黄铁矿不能燃烧
B．SO3用98%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以便SO3吸收完全
C．SO2氧化为SO3时需使用催化剂，这样可以提高SO2的转化率
D．从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中SO2会与杂质反应
答案 | 解析 |
D | 合成氨工业不需要对尾气进行吸收；硫酸工业中接触室中发生的反应为2SO2＋O22SO3，利用该反应放出的热量来预热SO2；金属冶炼的实质是Mn＋＋ne－===M，为金属被还原的过程；NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O，NO、NO2完全被碱液吸收 |
变式练习1. 下列关于硫酸工业生产过程的叙述错误的是 ( )
A．在接触室中使用铁粉作催化剂
B．在接触室中运用热交换技术可充分利用能源
C．把硫铁矿磨成细粉末，可以提高原料的利用率
D．该反应采用450 ℃～500 ℃主要是因为该温度下催化剂活性好
答案 | 解析 |
A | 硫酸工业中，接触室中使用的催化剂一般为V2O5，合成氨工业中的催化剂是铁触媒 |
例题2 以黄铁矿为原料，采用接触法生产硫酸的流程可简示如下，请回答下列问题：
(1)在炉气制造中，生成SO2的化学方程式为_____________________________________。
(2)炉气精制的作用是将含SO2的炉气________、________及干燥，如果炉气不经过精制，对SO2催化氧化的影响是_________________________________________。
(3)精制炉气(含SO2体积分数为7%、O2为11%、N2为82%)中SO2平衡转化率与温度及压强关系如图所示。在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择常压、450 ℃左右(对应图中A点)，而没有选择SO2转化率更高的B或C点对应的反应条件，其原因分别是___________________。
(4)在SO2催化氧化设备中设置热交换器的目的是____________________，从而充分利用能源。
答案 | 解析 |
(1)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2 (2)除尘 水洗 矿尘，砷、硒等元素的化合物使催化剂中毒，水蒸气对设备和生产有不良影响 (3)不选B点，是因为压强大对设备的投资大，消耗的动能大，同温度下SO2原料的转化率在0.1 MPa已达到97%左右，再提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用0.1 MPa；不选择C点，是因为温度低，SO2转化率虽然更高，但催化剂的催化作用受影响，反应速率低，450 ℃时，催化剂的催化效率最高 (4)利用反应放出的热量预热原料气，上层反应气经热交换器温度降到400～500 ℃进入下层使反应更加完全 | SO2在催化氧化过程中，炉气中含有的砷、硒化合物等杂质和矿尘，都会使催化剂中毒，失去催化能力，因而需要除尘、水洗；水蒸气对设备和生产有不良影响，故需干燥；B点的转化率虽高，但压强高于常压，加压必须增加设备的性能，增大投资和能量消耗，另外，常压下转化率已经达到97%左右，转化率已经很高，加压，对平衡转化率的影响不大，故不选择B点；C点的转化率虽高，但C点的温度低，此时催化剂的活性不是最大，反应速率低，故选择催化剂的活性最大的A点温度 |
变式练习2. 硫酸工厂排放的尾气中，含少量的二氧化硫。为防止污染大气，在排放前必须进行尾气处理并设法进行综合利用。
(1)硫酸工厂排放尾气中的SO2通常用足量石灰水吸收，然后再用稀硫酸处理。
①写出上述过程的化学反应方程式： _____________________________________。
②请写出这种尾气处理方法的优点(写出两点即可)： _______________________。
③若某硫酸厂每天排放的1万立方米(标准状况)尾气中含0.2%(体积百分数)的SO2，通过上述方法处理，理论上需生石灰________kg。
(2)近闻美国和日本正在研究用Na2SO3吸收法作为治理SO2污染的一种新方法，该方法为第一步是用Na2SO3水溶液吸收SO2，第二步是加热吸收溶液，可得到含高浓度SO2的水蒸气副产品。这种尾气处理方法与(1)相比的优点是_________________________。
(3)某研究小组用NaOH溶液吸收尾气中的二氧化硫，将所得的Na2SO3溶液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法；其中阴阳膜组合循环再生机理如图，a、b离子交换膜将电解槽分为三个区域，电极材料为石墨。
①图中a表示________离子交换膜(填“阴”或“阳”)。A～E分别代表生产中的原料或产品，其中C为硫酸，则A表示________，E表示________。
②阳极的电极反应式为__________________________________________。
答案 | 解析 |
(1)①SO2＋Ca(OH)2===CaSO3＋H2O、CaSO3＋H2SO4===CaSO4＋SO2↑＋H2O②原料生石灰、硫酸价格便宜且容易获得；可得到石膏副产品；产生的SO2含量较高可循环作为原料(任选两点)③50 (2)Na2SO3可循环使用 (3)①阳 NaOH溶液 H2 ②SO－2e－＋H2O===2H＋＋SO
| (1)分析其中的化学反应即可解答①②，③中列出关系式： SO2 ～ CaO 1 mol 1 mol x 可求得x＝ mol，m(CaO)＝ mol×56 g·mol－1×10－3kg·g－1＝50 kg。 (2)分析过程中的化学反应，Na2SO3＋H2O＋ SO2===2NaHSO3，2NaHSO3Na2SO3＋H2O＋SO2↑，比较(1)、(2)中的化学反应，发现(2)中Na2SO3实际上没有消耗，可循环使用。(3)根据电解规律，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，促进了水的电离，该极附近溶液碱性增强，生成NaOH，A为NaOH溶液，E为H2，a为阳离子交换膜；阳极发生氧化反应，且生成物为H2SO4，则阳极反应式为SO＋H2O－2e－===2H＋＋SO |
二、氨的工业合成
【知识纲要】
要点1. 基本生产过程
N2＋3H22NH3 ΔH＜0
(1)造气：将空气加压、降温液化后蒸发分离出O2而获得N2；或将空气通过灼热的碳生成CO2，再除去CO2后得N2。H2来源于水和燃料(焦炭、煤、石油、天然气等)的反应，反应式为：C＋H2O(g)CO＋H2，CO＋H2O(g)CO2＋H2
(2)净化：原料气中的主要杂质H2S、CO、CO2、O2等会导致催化剂中毒。H2S用氨水吸收，方程式：NH3·H2O＋H2S===NH4HS＋H2O； CO首先被氧化生成CO2，再被K2CO3溶液吸收，方程式为：CO＋H2OCO2＋H2 K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3
(3)合成与分离：合成氨的主要设备为合成塔。氨的分离是通过冷凝器将氨液化，然后将液氨分离，分离出来的混合气体经循环压缩机，再送到合成塔中继续合成。合成氨的流程为：原料气的制取→净化→压缩→→液氨
要点2. 工业合成氨反应条件的选择
在合成氨的工业生产中，要综合考虑原料来源、动力、设备等因素，控制适宜的反应条件，以取得最佳经济效益。
（1）温度：
（2）、压强
（3）催化剂：加快反应速率但不影响平衡，提高单位时间氨的产量，目前工业上以铁触媒为催化剂。
（4）循环操作：合成氨转化率较低，要采用循环操作。混合气体通过冷凝器，使氨液化，将氨分离出来，并将没有完全反应的N2和H2经过循环压缩机，再送入合成塔，使其被充分利用。
【典例分析】
例题3合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。哈伯法合成氨需要在20～50 MPa的高压和500 ℃的高温下，并用铁作为催化剂，氨的转化率为10%～15%；最近美国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为transFe(DMeOPrPE)2的催化剂，在常温下合成出氨。下列有关说法中错误的是 ( )
A．哈伯法合成氨是吸热反应，新法合成氨是放热反应
B．新法合成和哈伯法相比不需要在高温条件下，可节约大量能源
C．新法合成在常温下进行也需要断裂化学键
D．新的催化剂降低了反应所需要的能量
答案 | 解析 |
A
| 吸热反应和放热反应是由反应物和生成物所具有的能量的相对大小决定，与反应条件无关；催化剂降低了反应所需能量，所以反应在常温下进行时，可节约大量能源；而化学反应一定要断裂旧的化学键同时生成新的化学键，这是化学反应的实质 |
变式练习3. 下列有关合成氨工业的说法中，正确的是 ( )
A．从合成塔出来的混合气体中，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂的效率都很低
B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中循环使用，所以总体来说，氨的产率很高
C．合成氨工业的反应温度控制在500 ℃左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动
D．我国合成氨厂采用的压强是10～30 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大
答案 | 解析 |
B
| 虽然合成氨反应中N2、H2的转化率较低，但是由于氨易液化，及时将氨液化分离，N2、H2循环使用，总体来说氨的产率还是很高的，B正确 |
例题4氨在国民经济中占有重要地位，下图是合成氨的简要流程：
Ⅰ.原料气的制备：
(1)合成氨所需氮气来自空气，方法之一是将空气液化后再加热分馏；请另设计一种从空气中分离出氮气的方法：____________。
(2)请写出工业上获得氢气的一种方法(用化学方程式表示)_____________。
Ⅱ.原料气的净化：
为防止催化剂“中毒”，原料气在进入压缩机之前必须经过净化、精制处理，“精制”过程通常是将含有少量CO、CO2、O2和H2S等杂质的原料气体通入含有氨水的醋酸亚铜二氨([Cu(NH3)2]CH3COO)溶液，以获得纯净原料气。其中，吸收CO的反应为：CO＋[Cu(NH3)2]CH3COO＋NH3·H2O[Cu(NH3)3CO]CH3COO＋H2O(l) ΔH＜0
(3)为提高CO吸收率，可采取的有效措施是_______________。
(4)除去氧气时，氧气将[Cu(NH3)2]CH3COO氧化为[Cu(NH3)4](CH3COO)2，则反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比是________。
Ⅲ.氨的合成：
(5)500 ℃，50 MPa时，在容积为V L的容器中加入n mol N2,3n mol H2，反应达平衡后测得平衡常数K，此时N2的转化率为x。则K和x的关系为：K＝__________。
(6)据报道，科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H＋)为介质，用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜作电极，实现了高温常压下高转化率的电化学合成氨。其实验装置如图。请写出钯电极A上的电极反应式______________。
答案 | 解析 |
(1)将空气中的O2与碳作用生成CO2，再除去CO2得到氮气 (2)C＋H2OCO＋H2或 CO＋H2OCO2＋H2或 CH4＋H2OCO＋3H2 (3)降低温度或增大压强 (4)4∶1 (5)K＝ (6)N2＋6H＋＋6e－===2NH3 | (1)利用O2的氧化性可以除去氧气(如碳、铜等)，得到氮气。 (2)工业上制取氢气，通常是用燃料与水反应制取的。(3)除去CO的反应为气体体积减小的、放热反应，为提高CO吸收率(平衡右移)，应降低温度或增大压强。 (4)[Cu(NH3)2]CH3COO、[Cu(NH3)4](CH3COO)2中Cu的化合价分 别为＋1、＋2价，而每个O2参加反应得到4e－，故还原剂与氧化剂的物质的量之比为4∶1。 (5) N2(g) ＋ 3H2(g) 2NH3(g) 0
故K＝ (6)N2与H2生成氨的反应中，氮气发生还原反应，氢气发生氧化反应。N2参与反应的电极为正极，注意陶瓷中转移的是H＋ |
变式练习4. 制取硝酸铵的流程图如下，请回答下列问题：
(1)合成氨原料的来源：____________________________________。
(2)已知N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)ΔH＝－92 kJ·mol－1。请解释：①可逆反应：________________________________________________。②为有效提高氨的产率，实际生产中宜采取的措施是___________________________。
(3)氨催化氧化的化学方程式为__________________________，铂铑合金网的作用为__________，铂铑合金网未预热也呈红热状态的原因是____________________________。
(4)生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物，如何消除它们对大气的污染________，写出有关化学反应方程式： ________________________________________。
(5)硝酸铵的两种主要用途是________________________________________。
(6)在一定温度和压强的密闭容器中，将平均相对分子质量为8.5的H2和N2混合，当该反应达到平衡时，测出平衡混合气的平均相对分子质量为10，试求此时N2的转化率和平衡混合气体中NH3的体积分数分别为____________、___________。
答案 | 解析 |
(1)N2来源于空气，H2可来源于水煤气 (2)①在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应，叫作可逆反应②增压、适当温度和使用铁触媒等 (3)4NH3＋5O24NO＋6H2O 作催化剂 氨的催化氧化反应是放热反应，可使PtRh合金网达到一定温度而不必预热(4)可用碱溶液吸收氮的氧化物 NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O (5)可作化肥和炸药(6)30% 17.6% | (1)氮气的来源是空气，而氢气来源于燃料(煤、石油产品等)与水反应的产物。(2)①可逆反应是指在同一条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应；②为提高合成氨的产率，可采取增压、适当温度和使用铁触媒等措施。(3)氨的催化氧化反应为放热反应，故铂铑合金网虽未预热也呈红热状态。(4)氮的氧化物可以用碱液吸收消除其危害。(6)根据“十字交叉法”可得：，则n(N2)∶n(H2)＝6.5∶19.5＝1∶3。设反应前混合气体的总物质的量为4 mol，平均相对分子质量与气体的总物质的量成反比，设反应后气体的总物质的量为x mol，则有：＝，x＝3.4，反应前后气体的物质的量差值为0.6 mol，设反应消耗N2的物质的量为y mol，生成氨的物质的量为z mol，则有： N2 ＋ 3H2 2NH3 物质的量之差 1 2 2 y mol z mol 0.6 mol y＝0.3，z＝0.6， N2的转化率为×100%＝30%； 氨的体积分数为×100%＝17.6% |
三、纯碱的生产
【知识纲要】
| 氨碱法(索尔维) | 联合制碱法(侯德榜) |
原理 | NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑ | |
原料 | NaCl、NH3、CaCO3(制备CO2和CaO) | NaCl、NH3、CO2 |
生产流程 | ||
优、缺点 | 原料便宜，步骤简单，但是产生大量CaCl2，食盐利用率低 | 产品纯度高，原料利用率高，同时得到氮肥NH4Cl，但加重设备的腐蚀 |
(1)向饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳的顺序容易答反。应先通氨气再通二氧化碳，因为氨气在水中的溶解度大，先通氨气会吸收更多的二氧化碳，有利于生成较多的碳酸氢钠而析出。
(2)在氨碱法和联合制碱法的过程中，CO2均可循环利用。
(3)联合制碱法和氨碱法相比较，主要优点是提高了原料的利用率，同时得到氮肥。
【典例分析】
例题5纯碱是一种重要的化工原料。目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺。下列说法不正确的是 ( )
A．“联合制碱法”和“氨碱法”的化学反应原理中都有下列化学反应：NH3＋CO2＋NaCl＋H2O= NaHCO3↓＋NH4Cl，2NaHCO3 Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑
B．“联合制碱法”生产中有氨的循环利用工艺
C．“氨碱法”生产中有氨的循环利用工艺
D．“联合制碱法”和“氨碱法”都有一定的局限性
答案 | 解析 |
B
| “氨碱法”将NH4Cl和Ca(OH)2再反应，使NH3循环利用；“联合制碱法”是制得纯碱和副产品氯化铵 |
变式练习5. 与氨碱法比较，下列关于联合制碱法优点的判断中不正确的是( )
A．提高了原料的原子利用率 B．降低了生产成本
C．减少了环境污染 D．减轻了对设备的腐蚀
答案 | 解析 |
D | 联合制碱法把合成氨和纯碱两种产品联合生产，提高了食盐的利用率，缩短了生产流程，减少了环境污染 |
例题6纯碱是工业生产的重要原料，很长一段时间纯碱的制法都被欧美国家所垄断。上个世纪初，我国著名的工业化学家侯德榜先生经过数年的反复研究，终于发明了优于欧美制碱技术的联合制碱法(又称侯氏制碱法)，并在天津建造了我国独立研发的第一家制碱厂。其制碱原理的流程如下：
(1)侯德榜选择天津作为制碱厂的厂址有何便利条件(举两例说明)________、________。
(2)合成氨工厂需要向制碱厂提供两种原料气体，它们分别是________、________(填化学式)。这两种气体在使用过程中是否需要考虑添加的顺序：________(填“是”或“否”)，原因是：________________________________________________________________。
(3)在沉淀池中发生反应的化学方程式是：____________________________________。
(4)使原料水中溶质的利用率从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。从母液中可以提取的副产品的应用是________(举一例)。
答案 | 解析 |
(1)原料丰富 运输便利 (2)CO2 NH3 是 氨气在水中溶解度大，先通氨气后通CO2产生碳酸氢铵多，有利于碳酸氢钠析出 (3)NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl (4)循环Ⅰ 作化肥(其它合理答案均可) | (1)侯氏制碱法是以NH3、食盐水、CO2为原料制纯碱，天津属沿海城市，原料丰富，交通便利。(2)由制碱工业的原料可知需要的气体为NH3和CO2；制碱时应先向饱和食盐水中通入溶解度大的NH3，再通入足量CO2，相当于用NH3·H2O吸收CO2，这样反应更充分，吸收CO2效果更好，有利于产生大量NH4HCO3。(3)沉淀池中发生反应：NH3＋NaCl＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，NaHCO3溶解度小，以沉淀形式析出。(4)母液中有大量NH4Cl，原料水中溶质为NaCl，设计循环Ⅰ可提高Na＋的利用率；母液中NH4Cl提取后可制氮肥 |
变式练习6. 工业生产纯碱的工艺流程示意图如下，完成下列填空：
(1)粗盐水加入沉淀剂A、B除杂质(沉淀剂A来源于石灰窑厂)，写出A、B的化学式。
A________，B____。
(2)实验室提纯粗盐的实验操作依次为取样、________、沉淀、________、________、冷却结晶、________、烘干。
(3)工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是________________________________。碳酸化时没有析出碳酸钠晶体，其原因是___________________________________。
(4)碳酸化后过滤，滤液D最主要的成分是________(填化学式)，检验这一成分的阴离子的具体方法是____________________________。
(5)氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液D加入石灰水产生氨。加石灰水后所发生的反应的离子方程式为_______________。滤液D加石灰水前先要加热，原因是_____________。
(6)产品纯碱中含有碳酸氢钠。如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为_________________________________________(加热前后固体质量分别用m1、m2表示)。
答案 | 解析 |
(1)Ca(OH)2(或CaO) Na2CO3 (2)溶解 过滤 蒸发 过滤(3)有晶体析出(或出现浑浊) 碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大(4)NH4Cl 取样，加硝酸酸化再加硝酸银溶液，有白色沉淀产生，则该阴离子是氯离子(5)NH＋OH－NH3↑＋H2O 防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀(6) | (1)沉淀剂A来源于石灰窑厂，说明是生石灰或熟石灰；粗盐中的镁离子和钙离子一般用碳酸钠除去；(2)实验室提纯粗盐的整个操作过程为取样、溶解、沉淀、过滤、蒸发、冷却结晶、过滤、烘干；(3)纯碱生产中碳酸化时，会看到溶液中析出晶体，这是由于碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠；(4)根据操作过程，碳酸化后溶液中主要是NH4Cl，检验其中的氯离子时，要先取样，加硝酸酸化再加硝酸银溶液，有白色沉淀产生，则该阴离子是氯离子；(5)滤液中主要含有的是氯化铵，和石灰水发生反应：NH＋OH－NH3↑＋H2O；由于滤液中还含有一定量的碳酸氢钠，故加石灰水前先加热，是为防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀；(6)加热损失的质量为m1－m2，则纯碱中碳酸氢钠的质量为84(m1－m2)/31，故纯碱中含有碳酸氢钠的质量分数w(NaHCO3)＝ |
【强化练习】
一、选择题（本小题共7小题，每题只有一个选项正确，每题6分，共42分）
1. 实验室合成氨装置如下图所示，则以下说法中错误的是 ( )
A．装置甲的作用之一是干燥 B．装置甲的作用是化合
C．乙处导出的气体是N2、H2、NH3 D．检验产物可用湿润的红色石蕊试纸或浓盐酸等
2. 符合实际并用于工业生产的是( )
A.CO2通入氢氧化钠溶液中制Na2CO3 B.H2和Cl2光照制HCl
C.Cl2通入澄清石灰水中制漂白粉 D.用硫黄制硫酸
3. 某工厂用CaSO4、H2O、NH3、CO2制备(NH4)2SO4。其工艺流程如下：
下列推断不合理的是 ( )
A．往甲中通CO2有利于(NH4)2SO4生成 B．生成1 mol(NH4)2SO4至少消耗2 mol NH3
C．在实际生产中CO2可被循环使用 D．直接蒸干滤液能得到纯净的(NH4)2SO4
4. 工业上以黄铁矿为原料制硫酸所产生的尾气除了含有N2、O2外，还含有SO2等对环境有较大影响的有害气体。能用于测定硫酸尾气中SO2含量的是( )
A．NaOH溶液、酚酞试液 B．石灰水、石蕊试液
C．碘水、淀粉溶液 D．氨水、酚酞试液
5. 在H2SO4、HNO3、NH3的工业生产中，具有的共同点是( )
A．使用H2作原料 B．使用催化剂 C．使用吸收塔设备 D．使用尾气吸收装置
6. 下列有关工业生产的叙述正确的是( )
A．在硫酸工业、合成氨工业、硝酸工业中，均必须对尾气进行吸收处理
B．硫酸工业中，在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量
C．炼铁是铁矿石在高温下被氧化的过程
D．用烧碱溶液吸收硝酸工业尾气中的氮氧化物，不仅可以防止有害物质的排放，还可以生产有用的NaNO2
7. 在下表的工业生产与所排放的对应污染物中，正确的是( )
选项 | A | B | C | D |
生产名称 | 炼铁 | 炼钢 | 氨氧化法制硝酸 | 接触法制硫酸 |
污染物 | 一氧化氮、二氧化氮 | 一氧化碳、棕色烟尘 | 二氧化硫、三氧化硫 | 一氧化碳、黑色烟尘 |
二、非选择题（本小题共4小题，共58分）
8. 以天然气、焦炭、水、空气为初始原料，可以制得若干化工产品：
请回答下列问题：
(1)合成氨中原料气体N2来源于空气，可采用将空气________和________两种方法，H2可采用上述反应①，其化学方程式为_____________________________________。
(2)对于合成氨N2＋3H22NH3 ΔH＜0，其中N2与H2体积比高于1∶3的原因是____________________；及时分离NH3的方法是__________________。
(3)制取NH4NO3时，NH3的用途有两种，制HNO3的量大于与HNO3反应的量的原因_____________。
(4)发生反应⑤的化学方程式为_______________________。
(5)发生反应③生成C8H18的化学方程式为____________________。
9. (1)由硫酸厂沸腾炉排出的矿渣中含有Fe2O3、CuO、CuSO4(由CuO与SO3在沸腾炉中化合而成)，其中硫酸铜的质量分数随沸腾炉温度不同而变化(见下表)。
沸腾炉温度/℃ | 600 | 620 | 640 | 660 |
矿渣中CuSO4 |
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的质量分数/% | 9.3 | 9.2 | 9.0 | 8.4 |
已知CuSO4在低于660 ℃时不会分解，请简要分析上表中CuSO4的质量分数随温度升高而降低的原因__________________________________________________________。
(2)制硫酸时，混合气体的组成是SO2 7%、O2 11%、N2 82%,100体积混合气体进入接触室反应后，将导出的气体恢复到原温度和压强时变为96.7体积，
①反应后混合气体中N2和O2的体积比为________；
②SO2的转化率是________。
(3)据测算，接触法制硫酸过程中，若反应热都未被利用，则每生产1 t 98%的硫酸需消耗3.6×105 kJ的热量。请通过计算判断，若只有反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3 ΔH＝－197 kJ·mol－1放出的热量能在生产过程中得到充分利用，则每生产1 t 98%的硫酸只需外界提供(或可向外界输出)热量为________kJ(H2SO4的摩尔质量为98 g·mol－1)。
10. 工业上可用食盐和石灰石为主要原料，经不同的方法生产纯碱。请回答下列问题：
(1)路布兰法是以食盐、石灰石、浓硫酸、焦炭为原料，在高温下进行煅烧，再浸取、结晶而制得纯碱。
①食盐和浓硫酸反应的化学方程式为________________；
②硫酸钠和焦炭、石灰石反应的化学方程式为_______________(已知产物之一为CaS)；
(2)氨碱法的工艺如下图所示，得到的碳酸氢钠经煅烧生成纯碱。
①图中的中间产物C是__________，D是_________________(写化学式)；
②装置乙中发生反应的化学方程式为_________________________；
(3)联合制碱法是对氨碱法的改进，其优点是__________________；
(4)有人认为碳酸氢钾与碳酸氢钠的化学性质相似，故也可用氨碱法以氯化钾和石灰石等为原料制碳酸钾。请结合下图的溶解度(S)随温度变化曲线，分析说明是否可行？ ______。
11. 如图所示“合成氨”的演示实验(夹持仪器均已省略)。在Y形管的一侧用Zn粒和稀H2SO4反应制取H2，另一侧用NaNO2固体和NH4Cl饱和溶液反应制取N2，N2和H2混合后通过还原铁粉来合成NH3，再将产生的气体通入酚酞试液中，若酚酞试液变红，则说明产生了氨气。
某课外活动小组通过查阅资料和多次实验，得到了如下信息：
信息一：NaNO2固体和饱和NH4Cl溶液混合加热的过程中发生如下反应：①NaNO2＋NH4ClNH4NO2＋NaCl②NH4NO2NH3↑＋HNO2③2HNO2N2O3↑＋H2O④2NH3＋N2O32N2＋3H2O
信息二：查阅资料，不同体积比的N2、H2混合气体在相同实验条件下合成氨，使酚酞试液变红所需要的时间如下：
N2和H2的体积比 | 5∶1 | 3∶1 | 1∶1 | 1∶3 | 1∶5 |
酚酞变红色所需时间/min | 8～9 | 7～8 | 6～7 | 3～4 | 9～10 |
据此回答下列问题：
(1)Y形管左侧管中发生反应的离子方程式________________________。
(2)铁粉撒在石棉绒上的目的是_____________________。
(3)课外活动小组的同学们认为，该实验中即使酚酞变红也不能说明N2和H2反应合成了NH3，得出此结论的理由是________________。请你另设计一个简单的实验验证你的理由_______。欲解决这一问题，可以选用下图中的________装置连接在原装置中的________和________之间。
(4)在上述实验过程中，为尽快观察到酚酞试液变红的实验现象，应该控制N2和H2的体积比为________比较适宜；但该装置还难以实现此目的，原因是___________。
(5)实验过程中通入试管C中的气体成分有________。
答案与解析
选择题
题号 | 答案 | 解析 |
1 | B | 装置甲的作用有三点：①干燥气体；②观察气体逸出速率便于控制比例；③使气体混合均匀。装置甲中不发生化学反应，B错误 |
2 | D | 制Na2CO3的方法是侯氏制碱法,A错误;H2和Cl2的混合气体光照会引起爆炸,工业制HCl的方法是使Cl2在H2中燃烧,B错误;澄清石灰水浓度太小,制取漂白粉的方法是向石灰乳中通Cl2,C错误 |
3 | D | 该反应原理为2NH3＋CO2＋H2O=== (NH4)2CO3，CaSO4＋(NH4)2CO3=== CaCO3↓＋(NH4)2SO4，CaCO3CaO＋CO2↑。直接蒸干会导致(NH4)2SO4分解 |
4 | C | 测定SO2含量必须要能跟SO2反应，而且可以用颜色变化来准确确定反应终点。A项和D项虽然能反应，但A在完全生成Na2SO3时溶液还是碱性，酚酞试液变色不明显，而D在SO2还没与氨水完全反应时就开始变色了。B项石灰水中所含溶质较少，且石蕊试液的颜色变化不明显 |
5 | B | H2SO4以硫黄(或黄铁矿)、空气等为原料，设备有沸腾炉、接触室、吸收塔；HNO3以氨气、氧气为原料；NH3以氢气、氮气为原料，设备主要为合成塔 |
6 | D | 合成氨工业不需要对尾气进行吸收；硫酸工业中接触室中发生的反应为2SO2＋O22SO3，利用该反应放出的热量来预热SO2；金属冶炼的实质是Mn＋＋ne－===M，为金属被还原的过程；NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O，NO、NO2完全被碱液吸收 |
7 | B | 工业生产名称与主要污染物的正确对应关系是：炼铁——一氧化碳、黑色烟尘；炼钢——一氧化碳、棕色烟尘；氨氧化法制硝酸——一氧化氮、二氧化氮；接触法制硫酸——二氧化硫、三氧化硫 |
非选择题
题号 | 答案 | 解析 |
8 | (1)深冷分离 氧燃烧 CH4＋2H2OCO2＋4H2 (2)制H2的成本高于制N2，为了提高H2的转化率，可以提高N2的加入量 冷却使NH3液化 (3)由于NH3转化为HNO3的过程中，发生3NO2＋H2O==== 2HNO3＋NO及各步反应有损失，用于制HNO3的NH3量应较大 (4)CO2＋2NH3CO(NH2)2＋H2O (5)8CO＋17H2C8H18＋8H2O | (1)由空气中获得N2，去掉O2，可采用深冷分离空气或氧燃烧法。制取H2的反应①为CH4＋2H2OCO2＋4H2。(2)由于原料气H2制取比N2成本高，为了使H2的转化率提高，可提高N2的加入量，故N2与H2加入体积比高于1∶3；及时分离NH3，使化学平衡向右进行，可以使NH3冷却液化分离。(3)由于NH3转化为HNO3的过程中发生了反应：3NO2＋H2O==== 2HNO3＋NO及各步反应有损失，一般应为制HNO3时NH3用量较大。(4)根据反应条件信息及元素守恒，反应⑤应为： CO2＋2NH3CO(NH2)2＋H2O。 (5)根据反应条件信息及元素守恒，反应③应为： 8CO＋17H2C8H18＋8H2O |
9 | (1)SO2转化为SO3是正反应放热的可逆反应，随温度升高，平衡逆向移动，SO2的转化率减小，SO3物质的量减少，所以CuSO4的量减少(2)①82∶7.7 ②94.3% (3)6.25×105
| (2)差量法：2SO2＋O22SO3，体积差量 2 1 2 1 y x 3.3 所以反应的SO2：y＝6.6体积，反应的O2：x＝3.3体积。 ①氮气在反应中不变，故体积比为82∶(11－3.3)＝82∶7.7②SO2的转化率为×100%＝94.3% (3)根据原子守恒，得出关系式 SO2～SO3～H2SO4～放出热量98.5 kJ 98 g 98.5 kJ 1×106 g×98% Q ＝ 解得Q＝9.85×105 kJ 可向外界输出的能量：9.85×105 kJ－3.6×105 kJ＝6.25×105 kJ |
10 | (1)①NaCl＋H2SO4(浓)NaHSO4＋HCl↑ NaCl＋NaHSO4Na2SO4＋HCl↑ ②Na2SO4＋CaCO3＋4CCaS＋Na2CO3＋4CO↑ (2)①Ca(OH)2 NH3 ②NH3＋CO2＋NaCl＋H2O==== NaHCO3↓＋NH4Cl (3)(4)见解析
| (1)①食盐和浓硫酸反应可制取挥发性HCl：NaCl＋H2SO4(浓)NaHSO4＋HCl↑、NaCl＋NaHSO4Na2SO4＋HCl↑或2NaCl＋H2SO4(浓)Na2SO4＋2HCl↑。②Na2SO4、CaCO3和C在高温下反应，其中一种产物为CaS，说明该反应为氧化还原反应，反应的产物中应有CO气体：Na2SO4＋CaCO3＋4CCaS＋Na2CO3＋4CO↑。(2)由工艺流程图可知，NH4Cl应与Ca(OH)2反应生成CaCl2并产生NH3，NH3通入NaCl溶液中，D为NH3。乙中发生反应为NH3＋CO2＋NaCl＋H2O==== NaHCO3↓＋NH4Cl。(3)联合制碱法保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的利用率提高到96%；NH4Cl可作氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气CO转化成CO2，革除了CaCO3制CO2这一工序。(4)不可行，由溶解度(S)随温度变化曲线可知，NaHCO3的溶解度较小且受温度的影响不大；KHCO3的溶解度较大且受温度的影响较大，并且KHCO3的溶解度与NH4Cl相差不大，故不能用氨碱法制碳酸钾。 |
11 | (1)Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ (2)增大混合气体与催化剂的接触面积，使反应进行得更快 (3)由信息一可知，产生N2的过程中，有可能直接产生氨气 将混合加热产生的气体直接通入酚酞试液，若试液变红，则说明理由成立；否则，说明理由不成立③ A B (4)1∶3 无法控制通入B中N2和H2的体积比 (5)NH3、N2、H2
| (1)根据Y形管右侧管需加热，说明右侧管反应制取N2，左侧管反应制取H2。(2)铁粉撒在石棉绒上的目的是增大与混合气体的接触面积，从而提高催化效率，增大反应速率。(3)因为NH4NO2分解可产生NH3，所以不能证明N2和H2反应生成了NH3。直接将Y形管中混合气体通入酚酞试液，若试液变红，则理由成立，否则理由不成立。在A、B之间加一个除NH3的装置，排除了NH3的干扰。(4)由表可知V(N2)∶V(H2)＝1∶3时，反应最快，在Y形管中，无法控制气体的体积。(5)气体成分中有生成的NH3，同时还有未反应的N2、H2 |
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