高中化学高考三轮冲刺 2023届高三化学总复习巩固练习40化学与工农业生产

巩固练习40化学与工农业生产时间：45分钟分值：100分1．(14分)以黄铁矿为原料生产硫酸的工艺流程图如下：(1)将煅烧黄铁矿的化学方程式补充完整：4________＋11O2eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe2O3＋8SO2。(2)接触室中发生反应的化学方程式是________________________。(3)依据工艺流程图判断下列说法正确的是________(选填序号字母)。a．为使黄铁矿充分燃烧，需将其粉碎b．过量空气能提高SO2的转化率c．使用催化剂能提高SO2的反应速率和转化率d．沸腾炉排出的矿渣可供炼铁(4)每160gSO3气体与H2O化合放出kJ的热量，该反应的热化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，得到较高浓度的SO2和铵盐。①SO2既可作为生产硫酸的原料循环利用，也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的Br2。SO2吸收Br2的离子方程式是_______________________。②为测定该铵盐中氮元素的质量分数，将不同质量的铵盐分别加入到mL相同浓度的NaOH溶液中，沸水浴加热至气体全部逸出(此温度下铵盐不分解)。该气体经干燥后用浓硫酸吸收完全，测定浓硫酸增加的质量。部分测定结果：铵盐质量为10.00g和20.00g时，浓硫酸增加的质量相同；铵盐质量为30.00g时，浓硫酸增加的质量为0.68g；铵盐质量为40.00g时，浓硫酸的质量不变。计算：该铵盐中氮元素的质量分数是________%；若铵盐质量为15.00g。浓硫酸增加的质量为________(计算结果保留两位小数)。[答案](1)FeS2(2)2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3(3)a、b、d(4)SO3(g)＋H2O(l)=H2SO4(l)ΔH＝－kJ/mol(5)①SO2＋Br2＋2H2O=4H＋＋2Br－＋SOeq\o\al(2－,4)②2.31g[解析](1)根据原子守恒即可判断该物质为FeS2。(2)SO2和O2在接触室发生反应生成SO3：2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(加热))2SO3。(3)选项a，将黄铁矿粉碎增加反应接触面积从而加快反应速率。选项b，增加空气(O2)浓度能提高SO2的转化率。选项c，催化剂对转化率无影响。选项d，矿渣中含有Fe2O3，可用于冶炼铁。(4)160gSO3(g)与H2O(l)反应生成H2SO4(l)放出kJ热量，则1molSO3(g)与H2O(l)反应生成H2SO4(l)放出kJ热量，则相关热化学方程式为：SO3(g)＋H2O(l)=H2SO4(l)ΔH＝－kJ/mol。(5)10g时说明铵盐不足，20g时说明氢氧化钠不足，由10.00g和20.00g时浓硫酸增加的质量相同说明铵盐有酸式根，假设氢氧化钠的物质的量浓度为cmol/L,10克中有xmol的(NH4)2SO4和ymol的NH4HSO4则132x＋115y＝10g①式；10g时说明铵盐不足，由N守恒知n(NH3)＝2x＋y20g时铵盐中有(NH4)2SO42xmol，NH4HSO42ymol，因此时铵盐已过量，NaOH先和酸式根反应HSOeq\o\al(－,4)＋OH－=SOeq\o\al(2－,4)＋H2O112y2yNHeq\o\al(＋,4)＋OH－=NH3＋H2O1150c×10－3－2y50c×10－3由于产生的氨气一样多n(NH3)＝2x＋y＝50c×10－3.－2y②30g时含有(NH4)2SO43xmol，NH4HSO43ymol，此时铵盐过量，且生成氨气的量为：n(NH3)＝eq\fg,17g/mol)＝molHSOeq\o\al(－,4)＋OH－=SOeq\o\al(2－,4)＋H2O113y3yNHeq\o\al(＋,4)＋OH－=NH3＋H2O1150c×10－3－3y所以50c×10－3－3y＝③联立①、②、③式解得x＝mol，y＝mol，c＝mol/L；氮的质量百分含量＝eq\f(2x＋y×14,10)×100%＝eq\f(＋×14,10)×100%＝%。15g时铵盐已经过量，则(NH4)2SO4为xmol，NH4HSO4为ymol，HSOeq\o\al(－,4)＋OH－=SOeq\o\al(2－,4)＋H2O111．5yNHeq\o\al(＋,4)＋OH－=NH3＋H2O1150c×10－3－y50c×10n(NH3)＝50c×10－3－y＝50××10－3－×＝mol，m(NH3)＝mol×17g/mol＝2.31g2．(22分)某化学学习小组决定在实验室模拟工业生产原理制备少量氨气，设计了如下实验：①连接好装置并检查实验装置的气密性后，制备少量氢气并检验氢气纯度；②用氢气将空气中的氧气消耗掉，得到氢气与氮气的混合气体；③用铁触媒催化使氢气与氮气反应生成氨气；④检验氨气的生成。(1)检验氢气纯度的目的是_______________________________________。(2)上述各装置的接口正确的连接顺序为_________________________。(3)操作②时，弹簧夹a、b、c的开、关情况为________________________________________________________________，如何判断氧气已经完全被消耗掉_________________________________________________________________。(4)在步骤③中，先加热铁触媒，后通混合气体的原因是________________，反应管D中发生反应的化学方程式是_______________________________________________________________________________________________________________________________。(5)若有氨气生成，现象为______________________________________。(6)该装置________(填“有”或“无”)缺点，若填有，改进措施为_______________________________________________________________。[答案](1)防止因氢气不纯而发生爆炸(2)①⑤④②③⑥(3)关闭弹簧夹b、c，打开a氢气在C瓶内燃烧，火焰熄灭时，证明氧气完全被消耗掉(4)铁触媒在较高温度时活性增大，加快氨合成的反应速率N2＋3H2eq\o(,\s\up7(铁触媒),\s\do5(△))2NH3(5)E中溶液变红(6)有氢气与氮气的混合气体应该先通过干燥装置，再通入反应装置，⑦后连接一个吸收氨气的装置[解析]点燃易燃气体时，若气体中混有空气(氧气)，点燃会发生爆炸，故点燃之前一定要检验纯度；根据实验步骤的先后，可确定各装置的接口顺序为①⑤④②③⑥；用氢气将空气中的氧气消耗掉时，应该关闭弹簧夹b、c，打开a；点燃氢气，当火焰熄灭时，则氧气被消耗掉；由于铁触媒有一定的活性温度要求，故先加热铁触媒，再通混合气体；若产生氨气，溶于水显碱性，会使E中溶液变红；为防止催化剂中毒，应该在反应前把氢气与氮气的混合气体干燥，另外氨气是一种污染性气体，不能直接排入大气中，应该有尾气处理装置。3．(15分)农作物生长不仅需要阳光、空气和水，还需要多种化学元素。当植物缺乏N元素时，表现为植株生长缓慢、叶色发黄，严重时叶片脱落直至死亡。而农作物的生长仅靠土壤中的N元素不能满足生长的需要，必须靠施肥加以补充。(1)下列可作氮肥的化合物是________，其中含N量最高的是________。A．碳酸氢铵B．磷酸二氢钙C．硫酸钾D．硝酸钾E．尿素(2)尿素的合成有多种方法，请写出一个合成尿素的化学方程式________________________________________。(3)尿素在土壤中需经过水解后方可被农作物吸收，请写出尿素水解的化学方程式____________________________________________。简述尿素作氮肥的优点________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[答案](1)A、D、EE(2)CO2＋2NH3=CO(NH2)2＋H2O(其他合理答案也可)(3)CO(NH2)2＋H2O=CO2↑＋2NH3↑产生农作物光合作用必需的CO2不会引起土壤酸化(或板结)4．(12分)硫酸工业生产应考虑综合经济效益问题。(1)若从下列四个城市中选择一处新建一座硫酸厂，你认为厂址宜选在________(填字母)的郊区；A．有丰富黄铁矿资源的城市B．风光秀丽的旅游城市C．消耗硫酸甚多的工业城市D．人口稠密的文化、商业中心城市(2)CuFeS2是黄铁矿的另一成分，煅烧时CuFeS2转化为CuO、Fe2O3和SO2，该反应的化学方程式为__________________________。(3)在硫酸工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因二者都正确的是________。A．黄铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的黄铁矿不能在空气中燃烧B．从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中二氧化硫会与杂质反应C．二氧化硫氧化为三氧化硫时需使用催化剂，这样可以提高二氧化硫的转化率D．三氧化硫用%的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以提高三氧化硫的吸收效率(4)由硫酸厂沸腾炉排出的矿渣中含有Fe2O3、CuO、CuSO4(由CuO与SO3在沸腾炉中化合而成)，其中硫酸铜的质量分数随沸腾炉温度不同而变化(见下表)沸腾炉温度/℃600620640660矿渣中CuSO4的质量分数/%已知CuSO4在低于660℃时不会分解，请简要分析上表中CuSO4____________________________________________________________。[答案](1)C(2)4CuFeS2＋13O2eq\o(=,\s\up7(煅烧))4CuO＋2Fe2O3＋8SO2(3)D(4)SO2转化为SO3是正反应放热的可逆反应，随温度升高，平衡左移，SO3物质的量减少，所以CuSO4的量减少(或温度升高，SO3物质的量减少，故CuSO4的量减少)[解析]本题考查硫酸工业相关问题。(1)B、D项显然不可选，因硫酸的运输要比矿石的运输难度大，故最适宜的城市还是在消耗硫酸的工业城市。(2)CuFeS2中硫的化合价是－2价，Cu和Fe的化合价是＋2价，故每摩尔CuFeS2参加反应转移电子数为13mol。(3)A项将矿石粉碎的主要原因是使其与空气充分接触，燃烧充分；B项从沸腾炉中出来的气体净化的主要原因是其中的杂质会使SO2转化为SO3的催化剂中毒；C项催化剂只能加快反应速率，不能提高SO2的转化率。(4)因为“CuSO4是CuO与SO2反应”生成的，而SO2生成SO3的反应为放热的可逆反应，故随着温度的升高，生成SO2的物质的量减少，CuSO4的物质的量自然减少。5．(19分)(1)火山喷发所产生的硫磺可用于生产重要的化工原料硫酸。某企业用下图所示的工艺流程生产硫酸：请回答下列问题：①为充分利用反应放出的热量，接触室中应安装______(填设备名称)。吸收塔中填充有许多瓷管，其作用是______。②为使硫磺充分燃烧，经流量计1通入燃烧室的氧气过量50%。为提高SO2转化率，经流量计2的氧气量为接触室中二氧化硫完全氧化时理论需氧量的倍，则生产过程中流经流量计1和流量计2的空气体积比应为________。假设接触室中SO2的转化率为95%，b管排出的尾气中二氧化硫的体积分数为________。(空气中氧气的体积分数按计)，该尾气的处理方法是________。③与以硫铁矿为原料的生产工艺相比，该工艺的特点是________(可多选)。A．耗氧量减少 B．二氧化硫的转化率提高C．产生的废气减少 D．不需要使用催化剂(2)硫酸的用途非常广泛，可应用于下列哪些方面________(可多选)。A．橡胶的硫化B．表面活性剂“烷基苯磺酸钠”的合成C．铅蓄电池的生产D．过磷酸钙的制备(3)矿物燃料的燃烧是产生大气中SO2的主要原因之一。在燃煤中加入适量的石灰石，可有效减少煤燃烧时SO2的排放，请写出此脱硫过程中反应的化学方程式________。[答案](1)①热交换器增加SO3与浓硫酸的接触面，有利于SO3的吸收②用氨水吸收③A、C(2)B、C、D(3)CaCO3eq\o(=,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑、2SO2＋2CaO＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CaSO4(或2SO2＋2CaCO3＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2CaSO4＋2CO2)[解析]①本题考查了工业制取H2SO4的过程，在熟悉设备及工艺流程基础上可知接触室应安装热交换器，吸收塔为便于充分吸收SO2而填充了许多瓷管。②考查了学生分析及处理数据进行计算的能力，可假设有1mol硫磺充分燃烧，则据反应S＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))SO2知反应耗O21mol，流量计1充入O2为mol，生成SO21mol，据反应2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3知理论上1molSO2反应耗O2mol，流量计2充入O2为mol，则流量计1、2充入氧气体积比(等于空气体积比)为6∶5(或∶1)；假设SO2转化率为96%，则尾气中SO2体积分数为eq\f,＋×5－1－×95%)×100%＝%。6．(18分)(2023·海南，20－Ⅱ)工业上可用食盐和石灰石为主要原料，经不同的方法生产纯碱。请回答下列问题：(1)路布兰法是以食盐、石灰石、浓硫酸、焦炭为原料，在高温下进行煅烧，再浸取、结晶而制得纯碱。①食盐和浓硫酸反应的化学方程式为________；②硫酸钠和焦炭、石灰石反应的化学方程式为____________(已知产物之一为CaS)；(2)氨碱法的工艺如下图所示，得到的碳酸氢钠经煅烧生成纯碱。①图中的中间产物C是________，D是________。(写化学式)；②装置乙中发生反应的化学方程式为________；(3)联合制碱法对氨碱法的改进，其优点是________；(4)有人认为碳酸氢钾与碳酸氢钠的化学性质相似，故也可用氨碱法以氯化钾和石灰石为原料制碳酸钾。请结合下图的溶解度(S)随温度变化曲线，分析说明是否可行？________。[答案](1)①NaCl＋H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))NaHSO4＋HCl↑或2NaCl＋H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))Na2SO4＋2HCl↑②Na2SO4＋2C＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高温))CaS＋Na2CO3＋2CO2↑(2)①Ca(OH)2NH3②NH3＋CO2＋NaCl＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl(3)简化生产设备、提高食盐利用率、减少环境污染、降低了碱的成本(4)不可行，因KHCO3的溶解度大于NH4Cl的溶解度，当CO2通入到