化学与工农业生产

1、,水资源的净化处理 【例1】(2010新课标全国卷)水是一种重要的自然资源，是人类赖以生存不可缺少的物质。水质优劣直接影响人体健康。请回答下列问题： (1)天然水中溶解的气体主要有_、_； (2)天然水在净化处理过程中加入的混凝剂可以是_ (填其中任何两种)，其净水作用的原理是_ _；,(3)水的净化与软化的区别是水的净化是用混凝剂(如明矾等)将_； (4)硬度为1的水是指每升水含10 mg CaO或与之相当的物质(如7.1 mg MgO)。若某天然水中c(Ca2+)1.2 10-3 molL-1，c(Mg2+)610-4 molL-1，则此水的硬度为_； (5)若(4)中的天然水还含有c(H

2、CO3-)810-4 molL-1，现要软化10 m3这种天然水，则需先加入Ca(OH)2_ g，然后加入Na2CO3_g。,【解题关键】水的净化分为两个过程： (1)物理过程除去泥沙和悬浮物； (2)化学方法除去Ca2+、Mg2+。,【精讲精析】(1)空气中的O2、CO2可以溶于水，故天然水中溶解的气体主要有O2、CO2。 (2)天然水在净化处理过程中加入的混凝剂水解生成胶状物质，可吸附杂质而净水。 (3)水的软化是通过化学方法除去水中的钙离子和镁离子，如加热，也可以通过离子交换树脂除去。 (4)1.210-3 mol56 gmol-11 000 mgg-167.2 mg 为6.72；610

3、-4 mol40 gmol-11 000 mgg-1 24 mg为3.38，故此水的硬度为 10.1。,(5)10 m3天然水中:HCO3-为8 mol,Ca2+为12 mol,Mg2+为 6 mol,软化该天然水,除去HCO3-、Mg2+需Ca(OH)2的物质的量为10 mol，质量为740 g，此过程中，Ca2+被生成的CO32-沉淀了8 mol，剩余的Ca2+还有(12+10-8)mol，需Na2CO3 14 mol，质量为1 484 g。,答案：(1)O2 CO2 (2)明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁(任填其中两种) 铝盐或铁盐在水中发生水解反应生成相应氢氧化物胶体，它可以吸附天然水中

4、的悬浮物并破坏天然水中的其他带异电荷的胶体，使其下沉，达到净化目的 (3)水中胶体及悬浮物沉淀下来，而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子 (4)10.1 (5)740 1 484,【互动探究】 (1)高铁酸钠(Na2FeO4)是一种很好的净水消毒剂，其原理是什么？ (2)5.6硬水(若全部由钙离子引起)中Ca2+的物质的量浓度是多少？,提示：(1)Na2FeO4中Fe元素的化合价为+6价，具有强氧化性，可起到杀菌消毒的作用，其还原产物Fe3+可水解产生氢氧化铁胶体，吸附天然水中的悬浮物并破坏天然水中的其他带异电荷的胶粒，使其聚沉，达到净化目的。 (2)5.6硬水中Ca2+的物质的量为： n(C

5、a2+)=(5.61010-3)g56 gmol-1 =1.010-3 mol， c(Ca2+)=10-3 mol1 L=1.010-3 molL-1。,工业合成氨 【例2】 某企业生产氨气的流程如下： 请回答下列问题： (1)操作的名称是_，操作的名称为_。 (2)写出的化学方程式_。,2,(3)合成塔出来的高温高压气体中仅含体积分数为25%的氨气，从混合气中分离出氨气的操作是_，分离出的氮气和氢气则重新回到合成塔中。 (4)检验合成塔中出来的气体中含有氨气的方法是_ _。 (5)下列属于氮的固定的是_。 A.由氮气合成氨 B.由氨制氯化铵 C.雷雨天气由氮气得硝酸盐 D.碳酸氢铵受热分解,

6、【解题关键】(1)细心分析框图，明确化工生产原理。 (2)注意文字叙述的严密性、准确性。,【精讲精析】(1)煤干馏可以获得焦炭，将空气液化后蒸发分离出氧气可以获得氮气。 (2)将水蒸气通过赤热的焦炭层，使水蒸气与碳发生化学反应可以生成一氧化碳和氢气，反应的化学方程式为：C+H2O(g) CO+H2(生成水煤气)。 (3)把混合气体通过冷凝器使氨液化，然后在气体分离器里把液态氨分离出来导入液氨贮罐，分离出的氮气和氢气经过循环压缩机，再送回到合成塔中进行反应。 (4)使气体接触湿润的红色石蕊试纸，若试纸变蓝，证明气体中含有氨气。,(5)氮的固定是由游离态的氮转化为化合态的氮的过程，所以属于氮的固定

7、的是A、C。 答案：(1)干馏 蒸发 (2)C+H2O(g) CO+H2(生成水煤气) (3)降温 (4)使气体接触湿润的红色石蕊试纸，若试纸变蓝，证明气体中含有氨气 (5)A、C,【互动探究】(1)原料气压缩前需要如何处理？为什么？ 提示：原料气压缩前需要进行净化处理，防止催化剂中毒。,(2)问题(5)中属于人工固氮的是哪一项？ 提示：A项。属于人工固氮的是由氮气合成氨。,关注化学品生产和使用的绿色化 【例3】以下是与绿色化学、环境保护和人类健康息息相关的三个主题，请根据已知信息回答有关问题： (1)下列制备氯乙烷的反应中原子经济性最高的是(可多选)_。 A.CH2CH2+HCl CH3CH

8、2Cl B.CH3CH2OH+HCl CH3CH2Cl+H2O C.CH3CH3+Cl2 CH3CH2Cl+HCl D.CH2CHCl+H2 CH3CH2Cl 由上述四个反应可归纳出，原子经济性高的是_反应(填反应类型)。,3,(2)有毒物质的无害化也是绿色化学研究的内容之一。ClO2是一种性能优良的消毒剂，还可将废水中少量的S2-、NO2-和CN-等有毒有害的还原性酸根离子氧化去除。请写出用ClO2将废水中剧毒的CN-氧化成无毒气体的离子方程式，并说明该方法的优点。 (3)如图为某饮用水厂从天然水制备纯净水的工艺流程示意图：,活性炭的作用是_;O3消毒的优点是_。 A、B中放置的物质名称分别

9、是： A_，B_。 【解题关键】 (1)反应物全部转化为产物的反应原子经济性最高。 (2)ClO2氧化CN-生成N2、CO2，无毒无害。 (3)活性炭有很好的吸附作用。,【精讲精析】(1)所谓原子经济性就是原料利用率高，最好 “零排放”。A、D两选项中原料分子中的所有原子全部转 化为指定产物，因此其原子经济性最高。 (2)要除去废水中的CN-，需要使用强氧化性的物质，而且 不会产生二次污染。ClO2与CN-反应产生的无毒物质则是 N2、CO2、Cl-，故离子方程式为：2CN-+2ClO2=2Cl-+N2+2CO2。 (3)天然水首先经砂滤除去大的悬浮颗粒使之由浊变清；再 经活性炭作用可除臭、脱

10、色；A、B两装置分别用于除去金 属阳离子和酸根离子，是氢型阳离子交换树脂(HR)和羟型 阴离子交换树脂(ROH)；O3为绿色杀菌消毒剂。,答案：(1)A、D 加成 (2)2ClO2+2CN-=2Cl-+2CO2+N2 反应产物无毒无害，不污染环境 (3)除臭、脱色 反应产物无毒无害 氢型阳离子交换树脂 羟型阴离子交换树脂,1.下列有关硬水及其软化的说法中错误的是( ) A.离子交换法可以软化硬水 B.硬水中含有较多Ca2+、Mg2+ C.生产、生活中使用的天然水必须经软化 D.加热可使暂时硬水中的Ca2+生成CaCO3沉淀 【解析】选C。A、B、D是一些常识，C中生活使用的天然水不是“必须”经

11、软化使用的。,2.下列使用化肥、农药的描述中正确的是( ) A.高温多雨时比较适合施用钾肥 B.长期施用硫酸铵会造成土壤板结 C.石硫合剂必须与硫酸混合后才能施用 D.过磷酸钙必须经硫酸处理后才能施用,【解析】选B。A中钾肥易溶于水，雨多时易造成化肥的流失；B中硫酸铵溶于水呈酸性，易破坏土壤的胶体结构使土壤板结；C中石硫合剂主要成分是多硫化钙，具有渗透和侵蚀病菌细胞及害虫体壁的能力，能在植物体表面形成一层药膜起保护作用，如果和硫酸混合后施用，会生成硫酸钙使石硫合剂失去作用；D中有效成分为Ca(H2PO4)2，属水溶性速效磷肥，应直接使用。,3.(2010江苏高考)化学与能源开发、环境保护、资源

12、利用等密切相关。下列说法正确的是( ) A为提高农作物的产量和质量，应大量使用化肥和农药 B绿色化学的核心是应用化学原理对环境污染进行治理 C实现化石燃料清洁利用，就无需开发新能源 D垃圾是放错地方的资源，应分类回收利用,【解析】选D。本题主要考查的知识点有化学物质与生活的关系、绿色化学的概念、化肥农药对人类生活的影响。A项，为了提高农作物的产量和质量，应研发高效低毒的农药，降低蔬菜的农药残留量；B项，绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染；C项，化石能源是有限的一次能源，为了长远的可持续发展，必须要开发新能源；D项，垃圾也是一种重要的资源。综上分析可知，本题选D项

13、。,4.为了增强市民的环保意识，变废为宝，某市在全市率先实行垃圾分类回收。市区街道的垃圾箱中，绿色箱用来装可回收再利用垃圾，黄色箱用来装不可回收垃圾。以下物质能扔进绿色垃圾箱的是( ) 废旧报纸 废铜线 一次性塑料饭盒 口香糖 果皮 空矿泉水瓶 废铁锅 A B C D,【解析】选D。口香糖、果皮、一次性塑料饭盒都是一次性消费品或废弃物，不可以再生，也就不能回收再利用。,5.(2011沈阳模拟)自来水加工处理流程如下，下列有关说法不正确的是( ),A.若用FeSO4作混凝剂，最终铁将以Fe(OH)2形式进入反应沉淀池 B.投药时常加入适量的石灰，是为了除去水中Mg2+、HCO3-等 C.自来水生

14、产中，前面加氯起消毒杀菌作用，后面加氯是保持水中有效氯的含量，防止自来水二次污染 D.用ClO2消毒自来水，消毒效率是等质量氯气的2.63倍,【解析】选A。A项中Fe2+具有较强的还原性，能被氯气氧化为 Fe3+，最终将以Fe(OH)3的形式进入反应沉淀池，A项错误；B 项中加入石灰，是因反应Mg2+2OH-=Mg(OH)2,Ca2+OH- +HCO3-=CaCO3+H2O,使水的硬度降低，B项正确；多次处理 自来水过程中易造成二次污染，再次加氯，可消除这一影响， C项正确；D项中消毒过程中氯元素的化合价发生变化： ClO2Cl-，1 mol ClO2得5 mol e-；Cl22Cl-，等质量

15、的Cl2 得 2=1.9 mol e-，两者消毒效率之比为51.9 =2.63，D项正确。,6.(2011南安模拟)某金属冶炼厂的管道烟泥中含有某些金属，随机取样对烟泥进行分析。由下表可知，在烟泥中含有相当量的铜、锌以及能够造成污染的硫。因此从效益和环境保护角度出发，应该考虑把铜、锌回收利用，并对硫进行适当处理。 烟泥样品中部分元素质量分数表,某同学设计了如下方案：,试回答下列问题： (1)写出步骤中含铜元素的物质发生反应的化学方程式： _； _。 (2)写出本方案中处理废气的方法(用化学方程式来表示)： _。 (3)步骤中所用的操作方法是_。 (4)在步骤中，可以选用_试剂从混合液A中得到铜

16、。,【解析】烟泥在空气中加热时会发生如下反应：2Cu+O2 2CuO、2Zn+O2 2ZnO和S+O2 SO2，所以得到的废气中含SO2，可以用廉价的石灰乳来处理；步骤得到的固体加入稀硫酸后发生如下反应：CuO+H2SO4=CuSO4+H2O、ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O，所以固、液混合物过滤后的混合溶液A中含有CuSO4和ZnSO4，再加入过量锌将CuSO4中的Cu置换出来，用稀硫酸将过量的锌转化为ZnSO4，得到纯净的铜；将两步反应得到的ZnSO4溶液合并，然后加热、蒸发、结晶、过滤即得ZnSO4固体。,答案：(1)2Cu+O2 2CuO CuO+H2SO4=CuSO4+H2O

17、(2)Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O (或2Ca(OH)2+2SO2+O2=2CaSO4+2H2O) (3)加热、蒸发、结晶、过滤 (4)过量锌粉和稀硫酸,7.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

18、速率和化学平衡的观点说明采取该措施的理由：_ _。,(3)当甲烷合成氨气的转化率为75时，以5.60107 L甲烷为原料能够合成_ L 氨气。(假设体积均在标准状况下测定) (4)已知尿素的结构简式为 ，请写出两种 含有碳氧双键的尿素的同分异构体的结构简式： _， _。,【解析】(1)书写热化学方程式时要注意反应物的量与反应热的关系，同时还要注意反应物和生成物的状态。 (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。 (3)根据反应关系式可知： CH4 2NH3 5.60107 L75% 8.4107 L,答案：(1)CH4(g

19、)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) H(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)8.4107 NH4NCO,8.我国规定饮用水质量标准必须符合下列要求： 以下是原水处理成自来水的工艺流程示意图：,请填空： (1)原水中含Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-等，加入生石灰后生成Ca(OH)2，进而发生若干复分解反应，一级沉降池中生成的主要沉淀是_。 (2)通入CO2除了能除去过量石灰外，还能起到_的作用。 (3)上图中的混凝剂常用_。其作用原理是(用离子方程式表示)_

20、。,(4)有些自来水厂在用氯气对水进行消毒时，还加入一定量的氨，使氨和氯气生成消毒效果更好的氯胺(NH2Cl)。氯胺的消毒原理是_。 A.NH2Cl+HCl=NH3+Cl2 B.NH2Cl+H2O NH3+HClO C.NH2Cl=NH2+Cl- D.NH2Cl+HClO NH2ClO+HCl (5)洪水泛滥后，水中含有大量的细菌和杂质，灾民喝了这样的水后很容易患肠道传染病。如果你是支援灾区的志愿者，请你设计方案使用最廉价的化学试剂，将被污染的水处理成饮用水的操作是_。,【解析】(1)碳酸氢钙与碱反应能够生成碳酸钙沉淀，由于氢氧化镁的溶解度小，故碱会将镁离子沉淀下来而不转化为碳酸镁沉淀。 (2)二氧化碳溶解于水显酸性，故可以调节溶液的pH。 (3)明矾常用于净水。 (5)可先净水再杀菌消毒。,答案： (1)Mg(OH)2、