高三一轮总复习讲与练课时作业42 化学与资源的开发利用

课时作业42 化学与资源的开发利用

时间：45分钟 分值：100分

1．(10分)下面的框图是利用海水和海边贝壳为原料设计的制备漂白粉的工艺流程。分析图示各物质的关系，然后回答问题。

(1)反应条件的选择是工业生产的关键步骤。写出①、③、④三步的反应条件：①________、③________、④________。

(2)反应②需要加入的试剂是________。

(3)写出反应⑤生成漂白粉的化学方程式：________________。 (4)工业生产要注重效益、要关注节能减排，保护环境。请你从这个思路出发，列举上述工艺中的特点：________________(列出两个即可)。

[答案](1)高温加热(或高温) 蒸发结晶 电解 (2)水(或H2O)

(3)2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O

(4)利用废弃物贝壳、利用电解产生的氢气燃烧给贝壳加热、生产副产物NaOH等(或其他合理答案，答出两个即可)

[解析]贝壳受热，其中的有机物燃烧掉，而无机物主要是碳酸钙，分解所得A为CaO，制备漂白粉的反应物为Ca(OH)2和Cl2，故B、D分别为Ca(OH)2和Cl2，C为氯化钠，E为氢气。

－

2．(10分)已知粗盐中常含有泥沙和Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO24等

杂质，必须精制后才能供电解使用。氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程如下：

(1)精制过程中加入净化剂的顺序依次是(用化学式表示) _______________________________________________。 (2)电解过程的总反应方程式为________。

(3)电解槽阳极产物可用于________________(至少写出两种用途)。

(4)已知NaOH、NaCl在水中的溶解度数据如下表： 温度/℃ NaOH/g NaCl/g 20 109 36 30 118 40 129 50 146 37 60 177 70 300 80 313 90 318 39 100 337 39.8 36.3 36.6 37.3 37.8 38.4 根据上述数据，脱盐的主要工序应为________、________。脱盐后的碱液含NaOH约50%，含NaCl仅约2%左右，NaCl能够从溶液中大量析出的原因是__________________。

[答案](1)NaOH、BaCl2、Na2CO3(或BaCl2、NaOH、Na2CO3) 电解2NaOH＋H↑＋Cl↑ (2)2NaCl＋2H2O=====22

(3)制漂白粉、生产盐酸、自来水消毒、制高纯硅、合成塑料等(任写两种)

(4)蒸发浓缩 过滤(多写冷却不对) 蒸发过程中溶剂(水)大量减少，Na＋浓度显著增加促进NaCl的沉淀溶解平衡向沉淀方向移动(或Na＋浓度显著增加抑制NaCl的溶解)(从溶度积角度作答叙述正确也

可)

[解析](1)根据粗盐中所含杂质离子的性质，NaOH可除去Mg2＋、

－

Fe3＋；Na2CO3可除去Ca2＋、Mg2＋；BaCl2可除去SO24。但是选择这－－2＋2－三种溶液又会引入新的杂质离子CO23、OH、Ba，除去CO3和

OH－可通过加适量盐酸将它们转化为CO2和H2O，但过量Ba2＋必须由Na2CO3除去。因此Na2CO3溶液的加入必须在BaCl2溶液之后，而NaOH溶液和BaCl2溶液加入的顺序可以相互调换。故顺序为NaOH、BaCl2、Na2CO3或BaCl2、NaOH、Na2CO3。

电解2NaOH＋(2)电解饱和食盐水的总反应：2NaCl＋2H2O=====H2↑＋Cl2↑。

(3)电解槽阳极得到Cl2，可以用于制取漂白粉、自来水消毒等。 (4)脱盐的主要工序为蒸发浓缩、过滤。蒸发时能够促进NaCl的沉淀溶解平衡向沉淀方向移动，因此NaCl能够从溶液中大量析出。

3．(12分)二氧化氯(ClO2)，黄绿色气体，易溶于水但不易与水反应，是一种高效强氧化剂，世界卫生组织(WHO)将它列为水体安全消毒的首选物质。目前较为先进的生产方法如下：

请回答下列问题：

(1)反应的流程框图中，“高温反应槽”和“吸收槽”中的反应物相同，但反应产物不同，二者反应的区别是___________________。

(2)反应槽中通入的空气不参与反应。写出反应槽中发生的化学反应方程式：__________________，通入空气的作用是

_____________________________________________________。 (3)上述生产流程中，有一个循环过程，循环使用的物质是_____。 (4)该方法生产得到的ClO2中可能含有的杂质是___________。 [答案](1)前者是高温，后者为常温

(2)2NaCl＋2NaClO3＋2H2SO4===2Na2SO4＋2ClO2↑＋Cl2↑＋2H2O 吹出ClO2和Cl2 (3)NaCl、NaClO3

(4)Cl2

[解析]Cl2与NaOH溶液在高温下反应的产物是NaClO3和NaCl。反应槽中发生的化学反应为：2NaCl＋2NaClO3＋2H2SO4===2Na2SO4＋2ClO2↑＋Cl2↑＋2H2O，通入空气的作用是为了吹出ClO2和Cl2。上述生产流程中，NaCl、NaClO3可循环使用，最后的吸收槽中加入NaOH溶液的作用是吸收多余的Cl2，防止污染空气，该方法生产得到的ClO2中可能含有的杂质是Cl2。

4．(12分)请回答氯碱工业的如下问题：

(1)氯气、烧碱是电解食盐水时按照固定的比率k(质量比)生成的产品。理论上k＝______(要求计算表达式和结果)。

－(2)原料粗盐中常含有泥沙和Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO24等杂质，

必须精制后才能供电解使用。精制时，粗盐溶于水过滤后，还要加入的试剂分别为①Na2CO3、②HCl(盐酸)、③BaCl2，这3种试剂添加的合理顺序是________(填序号)。

(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。

①图中X、Y分别是________、________(填化学式)，分析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小________；

②分别写出燃料电池B中正极、负极上发生的电极反应 正极：______________；负极：______________；

③这样设计的主要节(电)能之处在于(写出2处)________、________。

M?Cl2?71

[答案](1)＝＝1∶1.13或0.89

2M?NaOH?80(2)③①② (3)①Cl2 H2 a%小于b%

1

②O2＋H2O＋2e－===2OH－ H2＋2OH－－2e－===2H2O 2

③燃料电池可以补充电解池消耗的电能 提高产出碱液的浓度，降低能耗(其他合理答案也可以)

[解析]本题考查氯碱工业生产原理，除杂及电化学原理。 (1)电解食盐水的化学方程式为：

电解2NaOH＋H↑＋Cl↑ 2NaCl＋2H2O=====22k＝71∶80

(2)除杂时，加入的Na2CO3、盐酸、BaCl2溶液均过量，后加试剂应能将前面引入的杂质除去，先加BaCl2溶液，后加的Na2CO3溶液能把多余的BaCl2溶液反应掉，最后加入盐酸又可以反应掉多余的Na2CO3溶液，所以添加试剂的合理顺序为③①②。

(3)①由装置图可知，燃料电池左边为负极，Y为H2，燃料电池

右边为正极，Na＋通过离子膜进入正极区，O2在正极得电子生成OH

－

，所以正极区NaOH浓度增大，a%

5．(14分)为研究“海水提溴”工艺，甲、乙两同学分别设计的

流程如下，请你对他们的方案进行评价与分析：

(1)甲、乙两同学在第一阶段得到含溴海水时，Cl2的利用率较高的是________(填“甲”或“乙”)，为什么？__________________

_____________________________________________________。 (2)甲同学步骤④的离子方程式为：

____________________________________________________ _____________________________________________________。 (3)甲同学步骤⑦中溴蒸气冷凝后得到液溴与溴水的混合物，可利用它们的相对密度相差很大的特点进行分离。分离操作的名称是________，分离时液溴从分离器的________(填“上口”或“下口”)排出。

(4)对比两方案，最大的区别在于含溴海水的处理方法不同，试对其评价，符合工业生产的是________(填“甲”或“乙”)，理由是__________________________________________________________

______________________________________________________ _____________________________________________________。 [答案](1)甲 酸化可防止Cl2、Br2与水反应

－

(2)Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO24

(3)分液 下口

(4)甲 氯化后的海水虽然含有溴单质，但浓度低，如果直接蒸馏原料，成本高，甲中③④⑤实际上是一个溴的富集过程，以提高Br2的浓度，从而减少能源的消耗

[解析](1)Cl2、Br2与水的反应是存在的，酸化可防止Cl2、Br2

与水反应，减少原料的消耗，所以甲方案中Cl2的利用率较高。(2)根据氧化还原反应原理可知甲中④的离子方程式为Br2＋SO2＋

2－

2H2O===4H＋＋2Br－＋SO4。(3)物质分离是常见考点，液液分离常

采用分液操作，不可答成“萃取”，注意密度大的要从下口排出，所以液溴从下口排出。(4)工业生产中，往往要先进行物质的富集，增大其浓度，以达到节能减排的目的。含溴的海水中Br2浓度低，直接蒸馏将浪费大量能源，达不到工业生产的基本要求。

6．(14分)四川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图所示(图中某些转化步骤及生成物未列出)：

请填写下列空白：

(1)已知0.5 mol甲烷和0.5 mol水蒸气在t ℃，p kPa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)在合成氨的实际生产过程中，常采取的措施之一是：将生成的氨从混合气体中及时分离出来，并将分离出氨后的氮气和氢气循环利用，同时补充氮气和氢气。请应用化学反应速率和化学平衡的观点说明采取该措施的理由：___________________________________

______________________________________________________。

[答案](1)CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH(t ℃，p kPa)＝＋2a kJ/mol

(2)增大氮气和氢气的浓度有利于增大反应速率；减小氨气的浓度、增大氮气和氢气的浓度都有利于平衡向正反应方向移动

(3)CO2＋2NH3催化剂=====CO(NH2)2＋H2O

[解析](1)据题中所给的数据可直接写出热化学方程式： 1113

CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) 2222ΔH(t ℃，p kPa)＝＋a kJ/mol

(2)分离氨气目的是减小生成物浓度，使平衡正向移动，增大氮气和氢气浓度既可加快反应速率又可使平衡向正反应方向移动。

7．(14分)“低碳”既是时尚，也是环保要求。“低碳”在工业生产中意义重大，充分利用原材料，不排放或减少排放“三废”，不同工厂联合生产等都是很好的“低碳”生产方式。下面是几个工厂利用废气、废渣(液)联合生产化肥硫酸铵的工艺：

请回答下列问题：

(1)工艺操作①②分别为________________________________、 _____________________________________________________。 (2)工业合成氨的化学方程式为：________________________ ____________________________________________________。 (3)写出生成“产品”的离子方程式：

____________________________________________________ ____________________________________________________。 (4)检验合成氨厂废气中是否含有氨气的方法是

_____________________________________________________ _____________________________________________________。 (5)副产品的化学式为________。该联合生产工艺中可以循环使用的物质是________________。

[答案](1)将空气液化后蒸发分离出氧气获得氮气 过滤 高温、高压

(2)N2＋3H22NH3

催化剂

2－

(3)CaSO4＋CO2＋2NH3＋H2O===CaCO3＋2NH＋4＋SO4

(4)用湿润的红色石蕊试纸放在导气管口，若试纸变蓝，则证明有NH3(或其他可行的方法) (5)CaO CO2

[解析](1)合成氨原料之一氮气来源于空气，分离方法是将空气液化后蒸发分离出氧气获得氮气。

(2)工业合成氨的条件是高温、高压和催化剂。

(3)“产品”是硫酸铵，反应物是硫酸钙悬浊液、二氧化碳、氨气等，产物除产品硫酸铵外，还有碳酸钙沉淀。

(4)氨气显碱性，实验室中可以用湿润的红色石蕊试纸检验，或利用氨气与浓盐酸的反应进行检验等。

(5)分析框图中各物质的关系可知“副产品”为氧化钙，能够循环使用的物质是二氧化碳。

8．(14分)下图所示是以海水为原料，获得某产物的工艺流程图。已知在吸收塔中，溶液的pH显著减小。试回答下列问题：

(1)图中两次氯化的作用是否相同？________(选填“是”或“否”)。

(2)吸收塔中反应的化学方程式为_______________________， 第二次氯化的离子方程式为_____________________________。 (3)资料证实，在酸性介质中，第一次氯化过程中可用O2或空气替代。但在实际工业生产中为什么不用更廉价的空气替代Cl2？__________________________________________________________

______________________________________________________ _____________________________________________________。 (4)本工艺的处理方法可简单概括为“空气吹出、X气体吸收、氯化”。某同学认为在工业生产过程中对第一次氯化液直接蒸馏也可得到产物，不必进行上述过程，请对该同学的说法作出正确的评价：_________________________________________________________

_____________________________________________________ _____________________________________________________。 [答案](1)是 (2)Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr 2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－

(3)若用廉价的空气替代Cl2进行第一次氯化，反应的离子方程式为4Br－＋O2＋4H＋===2Br2＋2H2O，很显然反应时需要将大量的盐卤(浓度不大)酸化，反应后又要将废液中和才能排放，在经济上显然没有吸引力

(4)氯化后的海水虽然含有溴单质，但浓度低，如果直接蒸馏，产品成本高，“空气吹出、SO2吸收、氯化”的过程实际上是一个溴的富集过程，提高其浓度，以减少能源的消耗

[解析]本工艺流程是海水提溴。根据题中信息，吸收塔内溶液pH显著减小，可确定气体X是SO2，吸收塔内反应的化学方程式为Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，生成的Br－再被Cl2氧化，生成的Br2用蒸气蒸出，再冷凝得到液态溴。

_____________________________________________________ _____________________________________________________。 [答案](1)是 (2)Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr 2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－

(3)若用廉价的空气替代Cl2进行第一次氯化，反应的离子方程式为4Br－＋O2＋4H＋===2Br2＋2H2O，很显然反应时需要将大量的盐卤(浓度不大)酸化，反应后又要将废液中和才能排放，在经济上显然没有吸引力

(4)氯化后的海水虽然含有溴单质，但浓度低，如果直接蒸馏，产品成本高，“空气吹出、SO2吸收、氯化”的过程实际上是一个溴的富集过程，提高其浓度，以减少能源的消耗

[解析]本工艺流程是海水提溴。根据题中信息，吸收塔内溶液pH显著减小，可确定气体X是SO2，吸收塔内反应的化学方程式为Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，生成的Br－再被Cl2氧化，生成的Br2用蒸气蒸出，再冷凝得到液态溴。

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