化学与工程整合能力测评试题

化学与工程整合能力测评试题一、选择题（每题3分，共39分）物质转化与工业生产下列工业流程中，物质转化不符合化学反应原理的是（）A.侯氏制碱法：NaCl+NH₃+CO₂+H₂O→NaHCO₃↓+NH₄ClB.接触法制硫酸：4FeS₂+11O₂$\xlongequal{\text{高温}}$2Fe₂O₃+8SO₂C.电解饱和食盐水：2NaCl+2H₂O$\xlongequal{\text{电解}}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑D.工业制漂白粉：Cl₂+2NaOH→NaCl+NaClO+H₂O化学用语与物质结构关于核外电子排布与化学键的说法，错误的是（）A.基态Cr原子的电子排布式为[Ar]3d⁵4s¹，体现洪特规则特例B.水分子中O原子的杂化方式为sp³，分子空间构型为V形C.过氧化钠（Na₂O₂）中存在非极性共价键和离子键，阴阳离子个数比为1:1D.超分子结构中分子间作用力包括氢键、范德华力等，可用于分子识别化工实验基本操作在工业合成氨的模拟实验中，下列操作规范的是（）A.向容量瓶中转移溶液时，玻璃棒末端应靠在刻度线以上B.中和滴定前，需用待测液润洗滴定管2~3次以减小实验误差C.读取滴定管读数时，视线应与凹液面最低处相切，且需估读至小数点后两位D.用pH试纸测定合成氨反应后溶液的pH时，需先用蒸馏水润湿试纸元素周期律与物质性质短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序数依次增大，X的L层电子数是K层的3倍，Y的单质是制造芯片的关键材料，Z的最高价氧化物对应水化物是强碱，W与X同主族。下列说法正确的是（）A.原子半径：Z>W>Y>XB.简单氢化物的稳定性：Y>X>WC.Z与W形成的化合物中只存在离子键D.X、Y、W的最高价氧化物对应水化物均为强酸化学反应原理与工业应用关于黑火药爆炸、电解精炼铜、合成氨反应的说法，正确的是（）A.黑火药爆炸的化学方程式为S+2KNO₃+3C$\xlongequal{\text{点燃}}$K₂S+N₂↑+3CO₂↑，其中氧化剂只有KNO₃B.电解精炼铜时，阳极泥中可回收金、银等贵金属，阴极增重与阳极减重的质量相等C.合成氨反应中，增大压强可提高N₂的平衡转化率，但会增加设备成本，需综合权衡D.工业上用焦炭还原SiO₂制备粗硅，该反应为放热反应，可通过控制温度减少副产物物质分离与提纯技术工业废水中含有Cu²⁺、Pb²⁺、Hg²⁺等重金属离子，需采用合理方法分离回收。下列分离方案与原理匹配的是（）A.加入Na₂S溶液沉淀重金属离子，利用了盐类水解原理B.用萃取法分离废水中的有机物，基于溶质在不同溶剂中溶解度差异C.蒸馏法分离乙醇与水的混合物，利用了两者密度不同的性质D.用渗析法提纯淀粉胶体，依据胶体粒子不能通过半透膜的特性电化学原理与工程设计某新型可充电电池以Zn为负极，V₂O₅为正极，电解液为K₂SO₄溶液，工作原理如图所示。下列说法错误的是（）A.放电时，Zn²⁺向正极移动，正极反应式为V₂O₅+xZn²⁺+2xe⁻→ZnₓV₂O₅B.充电时，阳极发生氧化反应，每转移2mol电子，阴极增重65gC.若用该电池为电解饱和食盐水装置供电，当消耗6.5gZn时，理论上生成Cl₂2.24L（标准状况）D.电池设计时需考虑电极材料的导电性、电解液的离子迁移速率及安全性有机化学与高分子材料聚乳酸（PLA）是一种可降解高分子材料，其合成路线如下：$\text{淀粉}\xrightarrow{\text{水解}}\text{葡萄糖}\xrightarrow{\text{发酵}}\text{乳酸}\xrightarrow{\text{缩聚}}\text{PLA}$下列说法正确的是（）A.淀粉水解的最终产物为葡萄糖，该过程属于取代反应B.乳酸分子中含有羟基和羧基，可发生消去反应和加聚反应C.缩聚反应的化学方程式为nCH₃CH(OH)COOH$\xrightarrow{\text{催化剂}}$$\text{[OCH(CH₃)CO]ₙ}$+nH₂OD.PLA材料在自然环境中可通过水解反应降解为CO₂和H₂O，减少白色污染化工热力学综合应用已知反应CO(g)+H₂O(g)⇌CO₂(g)+H₂(g)ΔH=-41kJ/mol，在某工业合成工艺中，原料气中CO与H₂O的物质的量之比为1:3，在200℃、1MPa下达到平衡。下列说法正确的是（）A.该反应为熵增反应，升高温度可提高CO的平衡转化率B.增大压强，平衡不移动，但可提高反应速率，缩短达到平衡的时间C.平衡时，若CO的转化率为80%，则该温度下反应的平衡常数K=4D.工业上可通过过量通入水蒸气的方式提高CO的转化率，符合原子经济性原则化工流程分析与计算以闪锌矿（主要成分为ZnS，含少量FeS、CuS等杂质）为原料制备ZnO的工艺流程如下：$\text{闪锌矿}\xrightarrow{\text{焙烧}}\text{焙砂}\xrightarrow{\text{酸浸}}\text{浸出液}\xrightarrow{\text{除杂}}\text{净化液}\xrightarrow{\text{沉淀}}\text{ZnCO₃}\xrightarrow{\text{煅烧}}\text{ZnO}$已知：Ksp(Fe(OH)₃)=4×10⁻³⁸，Ksp(Cu(OH)₂)=2.2×10⁻²⁰。下列说法错误的是（）A.焙烧时，ZnS与O₂反应的化学方程式为2ZnS+3O₂$\xlongequal{\text{高温}}$2ZnO+2SO₂B.酸浸过程中，加入过量稀硫酸可提高ZnO的溶解速率，但会增加后续除杂成本C.除杂时，需先加入H₂O₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再调节pH至3~4以除去Fe³⁺D.若浸出液中c(Cu²⁺)=0.01mol/L，调节pH=10时，Cu²⁺可完全沉淀（离子浓度≤10⁻⁵mol/L视为沉淀完全）实验探究与数据分析某小组为探究“温度对化学反应速率的影响”，设计如下实验：在两支试管中分别加入5mL0.1mol/LNa₂S₂O₃溶液和5mL0.1mol/LH₂SO₄溶液，分别置于20℃和40℃水浴中，记录溶液变浑浊的时间。下列说法错误的是（）A.实验中需控制Na₂S₂O₃和H₂SO₄的浓度、体积及反应时间为无关变量B.若20℃时反应时间为t₁，40℃时为t₂，则t₁>t₂，说明升高温度加快反应速率C.该反应的离子方程式为S₂O₃²⁻+2H⁺→S↓+SO₂↑+H₂OD.若将H₂SO₄溶液浓度改为0.2mol/L，可缩短反应时间，但无法验证温度对速率的影响水溶液中的离子平衡常温下，向20mL0.1mol/LCH₃COOH溶液中滴加0.1mol/LNaOH溶液，溶液pH随NaOH溶液体积变化如图所示。下列说法正确的是（）A.点①所示溶液中：c(CH₃COO⁻)>c(Na⁺)>c(H⁺)>c(OH⁻)B.点②所示溶液中：c(CH₃COOH)+c(H⁺)=c(OH⁻)+c(CH₃COO⁻)C.点③所示溶液中：c(Na⁺)=c(CH₃COO⁻)+c(CH₃COOH)D.滴加过程中，水的电离程度先增大后减小，pH=7时水的电离程度最大多平衡体系与图像分析一定温度下，在密闭容器中发生反应：2NO₂(g)⇌N₂O₄(g)ΔH<0，反应速率v正=k正c²(NO₂)，v逆=k逆c(N₂O₄)，k正、k逆为速率常数。下列说法正确的是（）A.该反应的平衡常数K=k正/k逆，升高温度，K增大B.若起始时c(NO₂)=0.2mol/L，平衡时c(N₂O₄)=0.05mol/L，则K=10C.恒温恒容下，向平衡体系中再充入NO₂，达到新平衡时，NO₂的转化率减小D.速率常数k正、k逆只与温度有关，与浓度、压强等因素无关二、非选择题（共61分）化工热力学与反应工程（14分）（1）在合成氨工业中，N₂(g)+3H₂(g)⇌2NH₃(g)ΔH=-92.4kJ/mol。已知某合成塔中，原料气中n(N₂):n(H₂)=1:3，在400℃、20MPa下达到平衡时，NH₃的体积分数为35%。①该反应的平衡常数表达式Kp=（用分压表示，分压=总压×物质的量分数）。②若总压增大至30MPa，平衡（填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”），理由是________________。③计算400℃时该反应的平衡常数Kp（写出计算过程，保留两位有效数字）。（2）某化工厂用甲烷水蒸气重整制氢：CH₄(g)+H₂O(g)⇌CO(g)+3H₂(g)ΔH=+206kJ/mol。为提高H₂的产率，可采取的措施有________（填字母）。A.升高温度B.增大压强C.加入催化剂D.及时分离出H₂有机合成与工艺设计（15分）布洛芬是一种非甾体抗炎药，其合成路线如下：$\text{A}\xrightarrow{\text{AlCl₃}}\text{B}\xrightarrow{\text{H₂/Ni}}\text{C}\xrightarrow{\text{KMnO₄/H⁺}}\text{D}\xrightarrow{\text{SOCl₂}}\text{E}\xrightarrow{\text{(CH₃)₂CHNH₂}}\text{布洛芬}$已知：①A的分子式为C₁₀H₁₄；②D能与NaHCO₃溶液反应生成CO₂。（1）A的结构简式为________，B→C的反应类型为________。（2）写出C→D的化学方程式：。（3）E的官能团名称为________，布洛芬分子中含有________个手性碳原子。（4）设计以苯和CH₂=CHCH₃为原料制备A的合成路线（无机试剂任选）：。化工流程与分离技术（15分）以钛铁矿（主要成分为FeTiO₃，含Fe₂O₃、SiO₂等杂质）为原料制备TiO₂的工艺流程如下：$\text{钛铁矿}\xrightarrow[\text{过滤}]{\text{浓H₂SO₄,加热}}\text{滤液}\xrightarrow[\text{冷却结晶}]{\text{水解}}\text{TiOSO₄·xH₂O}\xrightarrow{\text{煅烧}}\text{TiO₂}$已知：①TiOSO₄易溶于水，在热水中水解生成H₂TiO₃沉淀；②Fe³⁺在pH=2时开始沉淀，pH=3.7时沉淀完全。（1）酸溶时，FeTiO₃与H₂SO₄反应的化学方程式为________________。（2）加入铁粉的目的是________________，检验Fe³⁺是否除尽的试剂是________。（3）水解过程中需加热至90℃并搅拌，目的是________________。（4）若钛铁矿中TiO₂的质量分数为50%，生产1tTiO₂需钛铁矿________t（假设转化率为100%）。实验设计与工程安全（17分）某化学兴趣小组设计实验探究“电解法处理含Cr₂O₇²⁻废水”的效果。实验装置如图所示（电极均为石墨），模拟废水含Cr₂O₇²⁻、H⁺、SO₄²⁻，浓度均为0.1mol/L。（1）电解时，Cr₂O₇²⁻在________极（填“阴”或“阳”）发生反应，还原产物为Cr³⁺，写出该电极反应式：。（2）实验中，需控制溶液pH在2~3，若pH过高，Cr³⁺会转化为Cr(OH)₃沉淀，影响处理效果，写出该反应的离子方程式：。（3）测定处理后废水中Cr³⁺的浓度：取25.00mL处理后的废水，加入过量EDTA标准溶液（Na₂H₂Y），发生反应Cr³⁺+H₂Y²⁻→CrY⁻+2H⁺；用0.01mol/LZn²⁺标准溶液滴定过量的EDTA，消耗Zn²⁺溶液15.00mL。已知滴定前EDTA的总物质的量为0.001mol，则废水中c(Cr³⁺)=mol/L。（4）工业上处理含Cr₂O₇²⁻废水时，除电解法外，还可加入FeSO₄作为还原剂，反应的离子方程式为________。从工程安全角度分析，该方法的优点是________________。材料化学与工程应用（17分）（1）铝锂合金是C919大飞机机身的关键材料，其密度小、强度高。铝原子的结构示意图为________，Li与Na同主族，Li的金属性比Na________（填“强”或“弱”），判断依据是________________。（2）碳纤维复合材料由碳纤维与树脂基体复合而成，其中碳纤维的主要成分是________，该材料具有________（填字母）的优点。A.密