20化學(xué)與資源開發(fā)利用(時(shí)間:60分鐘　滿分:100分)一、選擇題(本題共8個(gè)小題,每小題6分,共48分。每小題只有一個(gè)正確選項(xiàng))1.某些化學(xué)試劑可用于凈水。水處理中使用的一種無機(jī)高分子混凝劑X的化學(xué)式可表示為[Al2(OH)nClm·yH2O],式中m等于(　　)　　　　　　　　　　　　　　A.3-n B.6-n C.6+n D.3+n解析：由化合價(jià)代數(shù)和為0可知:6=m+n。答案：B2.下列說法中,不正確的是(　　)A.蒸餾法淡化海水是將水加熱至105 ℃蒸發(fā)汽化,然后將蒸氣冷凝而得到蒸餾水的方法B.天然水里一般溶有Ca2+、Mg2+等金屬陽離子,我們把溶有較多量Ca2+、Mg2+的水稱為硬水C.陽離子交換樹脂中的H+可與水中的金屬陽離子Mn+交換D.陰離子交換樹脂中既含有陽離子,又含有陰離子,因此既能與水中的陽離子交換,又能與水中的陰離子交換解析：在進(jìn)行水處理時(shí),陽離子交換樹脂中的H+只能和水中的金屬陽離子Mn+交換,陰離子交換樹脂中的OH-只能和水中的陰離子Ym-交換。答案：D3.下列與處理方法對應(yīng)的反應(yīng)方程式不正確的是(　　)A.用Na2S去除廢水中的Hg2+:Hg2++S2-HgS↓B.用催化法處理汽車尾氣中的CO和NO:CO+NOC+NO2C.向污水中投放明礬,生成能凝聚懸浮物的膠體:Al3++3H2OAl(OH)3(膠體)+3H+D.用高溫催化氧化法去除烴類廢氣(CxHy):CxHy+(x+)O2xCO2+H2O解析：B中生成的NO2仍為大氣污染物,反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)為N2和CO2,故B錯。答案：B4.自來水加工處理流程如下,下列有關(guān)說法不正確的是 (　　)A.若用FeSO4作混凝劑,最終鐵將以Fe(OH)2形式進(jìn)入反應(yīng)沉淀池B.投藥時(shí)常加入適量的石灰,是為了除去水中Mg2+、HC等C.自來水生產(chǎn)中,前加氯起消毒殺菌作用,后加氯是保持水中有效氯的含量,防止自來水二次污染D.用ClO2消毒自來水,消毒效率是同質(zhì)量氯氣的2.63倍解析：根據(jù)流程中提示,進(jìn)入沉淀池之前通入了氯氣,氯氣具有氧化性,所以不可能是Fe(OH)2,只能是Fe(OH)3,A選項(xiàng)錯誤。答案：A5.如右圖所示,將鐵棒和石墨棒插入盛有飽和NaCl溶液的U形管中。下列分析正確的是(　　)A.K1閉合,鐵棒上發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-H2↑B.K1閉合,石墨棒周圍溶液pH逐漸升高C.K2閉合,鐵棒不會被腐蝕,屬于犧牲陽極的陰極保護(hù)法D.K2閉合,電路中通過0.002NA個(gè)電子時(shí),兩極共產(chǎn)生0.001 mol氣體解題指南 解答本題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn):(1)明確電化學(xué)原理;(2)注意電極材料及離子放電順序。解析：K1閉合形成原電池,鐵作負(fù)極,失電子被腐蝕,石墨電極是正極,氧氣得電子變?yōu)?/span>OH-,溶液pH逐漸升高,A錯誤、B正確;K2閉合,鐵棒作陰極被保護(hù),不會被腐蝕,屬于外加電流的陰極保護(hù)法,C錯誤;K2閉合形成電解池,兩極分別產(chǎn)生氯氣和氫氣,電路中通過0.002NA個(gè)電子時(shí),每極上產(chǎn)生0.001 mol氣體,共0.002 mol氣體,D錯誤。答案：B6.煤、石油、天然氣和生物能作為能源的共同特點(diǎn)是 (　　)A.可再生能源,取之不盡,用之不竭B.不可再生能源,用一點(diǎn),少一點(diǎn)C.來自太陽輻射的能量D.污染環(huán)境的能源解析：煤、石油和天然氣是化石能源,不可再生;生物能來自植物,可以再生,但其共同的一點(diǎn)是它們的能量最初都來自于太陽輻射。答案：C7.離子交換膜制堿法的生產(chǎn)過程中,進(jìn)入陽極室的物質(zhì)是(　　)A.精制的飽和食鹽水B.純水C.加一定量NaOH的純水D.飽和粗鹽水解析：陽極室為精制飽和食鹽水,此題正確答案為A。答案：A8.煤的氣化是煤高效、潔凈利用的方向之一。右圖為加熱某地煤樣所得煤氣組成及體積分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線圖。由圖可知該煤氣中(　　)A.只含有碳、氫兩種元素B.所含的有機(jī)物是CH4、CnHm、COC.800 ℃時(shí)CO體積分?jǐn)?shù)小于CH4體積分?jǐn)?shù)D.氫氣體積分?jǐn)?shù)最大解析：根據(jù)圖像知,該煤氣中含CO、CH4、H2、CnHm,則該煤氣中含碳、氫、氧元素,故A錯誤;CO不是有機(jī)物,屬于無機(jī)物,故B錯誤;隨著溫度升高,甲烷含量降低,CO含量升高,溫度在400~1 000 ℃時(shí),CO的體積分?jǐn)?shù)比CH4的體積分?jǐn)?shù)小,可能在較高溫度下CO的體積分?jǐn)?shù)高于甲烷的,故C正確;根據(jù)圖像知,在600 ℃以下,H2的體積分?jǐn)?shù)不是最高的,故D錯誤。答案：C二、非選擇題(本題共3個(gè)小題,共52分)9.(16分)假如你是一位企業(yè)家,在開發(fā)海水資源的眾多項(xiàng)目中,選擇了海水提鎂,在前期考察過程中你將遇到許多問題,請根據(jù)背景材料的提示,按要求回答相關(guān)問題:背景材料1:下圖為海水中各元素含量情況(mg·L-1)背景材料2:部分化學(xué)試劑的市場價(jià)格試劑氫氧化鉀氫氧化鈉氫氧化鈣氧化鈣價(jià)格(元/噸)5 238.02 300.001 200.00700.00 請回答下列問題:(1)在海水提鎂的過程中要實(shí)現(xiàn)對鎂離子的富集、分離,有以下三個(gè)方案:方案一:直接往海水中加入沉淀劑;方案二:加熱蒸發(fā)海水后再加入沉淀劑;方案三:在曬鹽后的鹵水中加入沉淀劑。你認(rèn)為方案　　　　最合理。 不選方案　　　　的理由是　。 不選方案　　　　的理由是　。 (2)應(yīng)該選擇　　　　試劑作為鎂離子的沉淀劑。不考慮其他費(fèi)用,沉淀相同量的鎂離子所用氫氧化鈉和氧化鈣的價(jià)格比為　。 (3)為了節(jié)省成本,你可考慮以海邊上的貝殼為原料,試簡述其理由:　。 解析：(1)海水提鎂首先要對海水進(jìn)行濃縮,然后加入沉淀劑,顯然方案一浪費(fèi)原料,方案二浪費(fèi)能量,最合理的是方案三。(2)根據(jù)市場價(jià)格,CaO作為鎂離子的沉淀劑最為經(jīng)濟(jì)。假設(shè)沉淀a mol Mg2+,需要?dú)溲趸c和氧化鈣的價(jià)格比為:(2a×40×2 300.00)∶(a×56×700.00)=230∶49。(3)貝殼的主要成分為碳酸鈣,可以通過高溫煅燒貝殼的方式生產(chǎn)氧化鈣,作為鎂離子的沉淀劑,降低成本。答案：(1)三　一　海水中鎂濃度太低,要沉淀必須加入大量的沉淀劑,浪費(fèi)原料　二　要加熱海水需很多的能源(2)CaO　230∶49(3)貝殼中含碳酸鈣,加熱分解生成氧化鈣可作為沉淀劑,節(jié)省了成本10.(18分)氯堿工業(yè)中用離子交換膜法電解制堿的主要生產(chǎn)流程示意圖如下:依據(jù)上圖完成下列填空:(1)與電源正極相連的電極上所發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為　　　　　　　　　　　　　,與電源負(fù)極相連的電極附近,溶液的pH　　　　(填“不變”“升高”或“降低”)。 (2)工業(yè)食鹽中含Ca2+、Mg2+、S等雜質(zhì),為有效除去它們,加入試劑的合理順序?yàn)?/span>　　　　。 a.先加NaOH,后加Na2CO3,再加鋇試劑b.先加NaOH,后加鋇試劑,再加Na2CO3c.先加鋇試劑,后加NaOH,再加Na2CO3(3)如果粗鹽中S含量較高,必須添加鋇試劑除去S,該鋇試劑是否添加過量的判斷方法是　　　　　　　　。 (4)脫鹽工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差異,通過蒸發(fā)、冷卻、　　　　　(填寫操作名稱)除去NaCl。 (5)由圖示可知用離子交換膜法電解制堿工藝中,　　　　產(chǎn)品可循環(huán)使用。 (6)已知NaCl在60 ℃時(shí)的溶解度為37.1 g,現(xiàn)電解60 ℃時(shí)的粗制飽和食鹽水1 371 g,經(jīng)分析,電解后溶液密度為1.37 g·cm-3,其中含有20 g NaCl,則電解后NaOH的物質(zhì)的量濃度為　　　　 mol·L-1。 解析：在電解飽和NaCl溶液時(shí),電解池陰極附近溶液的pH會升高的原因是:電解時(shí),Na+、H+趨向陰極,而H+放電能力比Na+強(qiáng),故H+在陰極放電:2H++2e-H2↑,而H+在陰極不斷放電打破了水的電離平衡,使陰極附近溶液中c(OH-)增大,故電解一段時(shí)間后在陰極生成NaOH。離子交換膜法電解制堿技術(shù)同以前無隔膜法相比避免了因Cl2進(jìn)入陰極區(qū)與NaOH溶液接觸發(fā)生如下反應(yīng):Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2O,影響產(chǎn)品的質(zhì)量。答案：(1)2Cl--2e-Cl2↑　升高(2)b、c(3)靜置后取上層清液(或直接取上層清液)繼續(xù)加入鋇試劑,若溶液變渾濁則證明鋇試劑不足,若溶液無明顯變化則證明鋇試劑已經(jīng)過量(4)過濾(5)NaCl(或淡鹽水)(6)7.1411.(18分)海水是巨大的資源寶庫,在海水淡化及綜合利用方面,天津市位居全國前列。從海水中提取食鹽和溴的過程如下:(1)請列舉海水淡化的兩種方法:　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)將NaCl溶液進(jìn)行電解,在電解槽中可直接得到的產(chǎn)品有H2、　　　、　　　或H2、　　　。 (3)步驟Ⅰ中已獲得Br2,步驟Ⅱ中又將Br2還原為Br-,其目的是　　　　。 (4)步驟Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2,吸收率可達(dá)95%,有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為　　　　　　　　　,由此反應(yīng)可知,除環(huán)境保護(hù)外,在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)解決的主要問題是　　　　　。 (5)某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組為了解從工業(yè)溴中提純溴的方法,查閱了有關(guān)資料,Br2的沸點(diǎn)為59 ℃,微溶于水,有毒性和強(qiáng)腐蝕性。他們參觀生產(chǎn)過程后,繪制了如下裝置簡圖:請你參與分析討論:①圖中儀器B的名稱是　　　　　。 ②整套實(shí)驗(yàn)裝置中儀器連接均不能用橡膠塞和橡膠管,其原因是　　　　　　　　　　　。 ③實(shí)驗(yàn)裝置氣密性良好,要達(dá)到提純溴的目的,操作中如何控制關(guān)鍵條件:　。 ④C中液體產(chǎn)物顏色為　　　,為除去該產(chǎn)物中仍殘留的少量Cl2,可向其中加入NaBr溶液,充分反應(yīng)后,再進(jìn)行的分離操作是　　　　。 解析：(2)電解NaCl溶液:2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑,若產(chǎn)生的Cl2直接與溶液中NaOH反應(yīng),可以生產(chǎn)消毒液NaClO;(4)SO2吸收溴,依據(jù)氧化還原反應(yīng)生成物書寫基本規(guī)律,溴元素在自然界中-1價(jià)穩(wěn)定而寫出離子方程式。由于此反應(yīng)有強(qiáng)酸HBr和H2SO4生成而得出工業(yè)生產(chǎn)需要解決的問題;(5)由于題干中給出信息Br2的沸點(diǎn)是59 ℃,提純溴應(yīng)該收集59 ℃時(shí)的餾分。答案：(1)蒸餾法、電滲析法、離子交換膜法(任意兩種)(2)Cl2　NaOH　NaClO(3)富集溴元素(4)Br2+SO2+2H2O4H++S+2Br-　強(qiáng)酸對設(shè)備的嚴(yán)重腐蝕(5)①冷凝管　②Br2腐蝕橡膠　③控制溫度計(jì)b的溫度,并收集59 ℃時(shí)的餾分　④深紅棕色　分液(或蒸餾)  

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