化学与可持续发展理念整合试题

化学与可持续发展理念整合试题一、选择题（每题4分，共40分）下列化工生产工艺中，不符合“原子经济性”原则的是（）A.乙烯催化氧化制备环氧乙烷（原子利用率100%）B.工业合成氨（N₂+3H₂⇌2NH₃，原子利用率约78%）C.甲烷裂解制炭黑（CH₄→C+2H₂，原子利用率约25%）D.丙烯聚合生产聚丙烯（原子利用率100%）2023年“世界环境日”主题为“塑料污染治理”。下列关于可降解塑料的说法正确的是（）A.聚乳酸（PLA）通过缩聚反应合成，其降解产物为CO₂和H₂OB.聚乙烯醇（PVA）可被微生物完全降解，属于石油基塑料C.光降解塑料的降解速率与光照强度无关D.可降解塑料在任何环境下都能快速分解某工厂拟采用下列流程处理含铬废水（Cr₂O₇²⁻），其中符合绿色化学理念的是（）A.直接加碱沉淀Cr³⁺，污泥填埋处理B.用FeSO₄还原Cr₂O₇²⁻后，再调节pH沉淀回收Cr(OH)₃C.电解法将Cr₂O₇²⁻转化为Cr单质，直接排放废液D.加入活性炭吸附Cr₂O₇²⁻，吸附饱和后焚烧处理下列关于新能源开发的化学原理，错误的是（）A.氢氧燃料电池的总反应为2H₂+O₂=2H₂O，能量转化形式为化学能→电能B.光伏电池通过“光-电”直接转换，利用半导体材料的光电效应C.生物质能发电需经过“生物质→乙醇→CO₂+H₂O”的燃烧过程，属于可再生能源D.核能发电通过核裂变释放能量，化学方程式可表示为²³⁵U+¹n→¹⁴¹Ba+⁹²Kr+3¹n绿色化学的核心是从源头上减少和消除污染。下列实验设计符合绿色化学要求的是（）A.实验室用浓盐酸与MnO₂共热制Cl₂时，多余Cl₂直接排放B.用铜与浓硝酸反应制备Cu(NO₃)₂时，采用“铜片→稀硝酸→蒸发结晶”路线C.用苯和液溴在FeBr₃催化下制溴苯时，用NaOH溶液吸收尾气中的HBrD.用乙醇和浓硫酸共热制乙烯时，将温度计插入反应液中控制温度140℃二、填空题（每空3分，共30分）工业合成氨反应为N₂(g)+3H₂(g)⇌2NH₃(g)ΔH=-92.4kJ/mol，该反应在_______（填“高温”“低温”或“任意温度”）下能自发进行，理由是________。为提高原料利用率，实际生产中采用的措施有________（列举2点）。某海水淡化工厂采用“电渗析法”，其原理是利用离子交换膜对阴、阳离子的选择性透过。淡化过程中，水中的Na⁺向_______极迁移，Cl⁻向_______极迁移，淡水从_______（填“浓水室”或“淡水室”）流出。生物柴油是由动植物油脂与甲醇通过_______反应制备的脂肪酸甲酯，其优点是_______（列举2点）。相比化石柴油，生物柴油的碳排放更低，原因是________。三、简答题（共30分）（15分）以“碳中和”为目标，某化工厂设计了“CO₂捕集-转化”一体化流程：（1）用氨水吸收CO₂生成NH₄HCO₃，写出反应的化学方程式：；（2）NH₄HCO₃与饱和NaCl溶液反应可析出NaHCO₃晶体，该反应的离子方程式为，此过程可用于制备_______（填化工产品名称）；（3）将CO₂与H₂在催化剂作用下转化为CH₃OH，反应为CO₂(g)+3H₂(g)⇌CH₃OH(g)+H₂O(g)ΔH=-49kJ/mol。为提高CH₃OH产率，应选择的反应条件为________（填“高温高压”“低温高压”“高温低压”或“低温低压”），并说明理由：________。（15分）某研究团队开发了一种“光催化CO₂还原”技术，其装置如图所示（示意图）：（1）该装置中，光催化剂的作用是________，电子的转移方向为________（填“催化剂→CO₂”或“CO₂→催化剂”）；（2）若还原产物为CH₄，写出CO₂发生的电极反应式：；（3）与传统“CO₂→碳酸钙”封存技术相比，该技术的优点是（列举2点）。四、计算题（共20分）（10分）某火力发电厂燃烧含硫4%的煤1000t（假设S全部转化为SO₂），若采用“钙基固硫法”（CaO+SO₂=CaSO₃，2CaSO₃+O₂=2CaSO₄），至少需要CaO的质量为多少吨？若不进行脱硫处理，这些SO₂在标准状况下的体积为多少L？（10分）氢氧燃料电池以KOH溶液为电解质，工作时总反应为2H₂+O₂=2H₂O。（1）写出负极的电极反应式：________；（2）若电池输出电流强度为1A（1A=1C/s），理论上每小时消耗H₂的质量为多少g？（已知法拉第常数F=96500C/mol，计算结果保留2位小数）五、综合探究题（共30分）某化学兴趣小组设计实验探究“废电池的回收与利用”，实验流程如下：【实验背景】废旧锌锰干电池主要含Zn、MnO₂、NH₄Cl、C及少量Hg²⁺、Pb²⁺等重金属离子，随意丢弃会造成土壤污染和水体污染。【实验目的】（1）回收Zn和MnO₂；（2）处理重金属离子，实现无害化；（3）设计“资源→产品→再生资源”的循环流程。【实验步骤】Ⅰ.拆解电池：分离碳棒、锌筒、黑色粉末（含MnO₂、C、NH₄Cl及重金属化合物）。Ⅱ.浸取：将黑色粉末加入水中，搅拌后过滤，得滤液A和滤渣B。Ⅲ.处理滤液A：。Ⅳ.处理滤渣B：。【问题探究】（1）步骤Ⅱ中，“浸取”的目的是________，滤渣B的主要成分是________。（2）设计步骤Ⅲ的实验方案：（用文字描述，包含试剂选择、操作及目的）。（3）步骤Ⅳ中，欲回收MnO₂，需先除去C，可采用的方法是，涉及的化学方程式为________。（4）若检测出滤液A中含Hg²⁺，需加入________（填试剂名称）将其转化为沉淀，反应的离子方程式为________。（5）结合可持续发展理念，评价该实验方案的优点和不足：________。【拓展思考】（6）某企业计划利用废电池中的Zn制备ZnO，设计两种不同的工艺路线：路线①：Zn→ZnSO₄溶液→Zn(OH)₂沉淀→ZnO路线②：Zn→ZnO（直接在空气中煅烧）从原子经济性和能耗角度分析，更优的路线是________，理由是________。参考答案及评分标准（部分）一、选择题C2.A3.B4.D5.C二、填空题低温；ΔH<0，ΔS<0，低温下ΔG=ΔH-TΔS<0；高压、催化剂、循环利用未反应的N₂和H₂阴；阳；淡水室酯交换（或取代）；可再生、可降解、燃烧污染小；生物柴油燃烧释放的CO₂可被植物光合作用吸收，实现碳循环三、简答题（1）NH₃·H₂O+CO₂=NH₄HCO₃（2）NH₄⁺+HCO₃⁻+Na⁺+Cl⁻=NaHCO₃↓+NH₄Cl；纯碱（或碳酸钠）（3）低温高压；该反应为气体分子数减少的放热反应，低温有利于平衡正向移动，高压有利于提高反应物转化率（1）吸收光能并转化为化学能，促进电子转移；催化剂→CO₂（2）CO₂+8e⁻+8H⁺=CH₄+2H₂O（3）将CO₂转化为燃料（如CH₄），实现碳资源循环；减少碳排放，缓解温室效应（注：完整参考答案包含计算题和综合探究题的详细解析，此处略）命题思路说明核心素养导向：试题整合“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“科学态度与社会责任”等化学学科核心素养，强调理论联系实际。情境真实性：以“双碳目标”“新能源开发”“环境保护”等真实议题为背景，如废电池回收、CO₂捕集转化等，体现化学在解决可持续发展问题中的应用。能力层级覆盖：从基础概念（选择题）到综合探究（实验设计），难度梯度合理，既考查知识记忆（如电极反应式书写），又注重逻辑推理（如反应自发