高中化学鲁科版化学与技术主题一空气资源氨的合成单元测试 专题1空气分离

课题1空气分离1．知道深冷分离、变压吸附分离和膜分离三种空气分离方法的原理以及它们的适用范围。2．了解蒸馏和精馏的原理以及它们之间的区别和联系，了解吸附作用的原理。(重点)3．理解空气各组分的物理性质与所采用的分离方法的关系。4．认识空气作为一种资源的重要性以及分离技术对开发和利用资源的意义。(重难点)空气中各成分的应用空气是氧气、氮气、二氧化碳、稀有气体等组成的混合物。炼钢和金属焊接需要氧气，合成氨需要氮气，而稀有气体常用做保护气及各种灯泡的填充气。1．稀有气体常用做保护气和灯泡填充气，这是利用气体的什么性质？【提示】稳定性。如何将空气的各组分分离开1.深冷分离(1)定义：先将空气降温、加压液化后，再将液态空气升温，根据空气中各种组分的沸点不同进行精馏分离。(2)空气液化的方法：先加压再进行热交换，最后进行节流膨胀。(3)分离液态空气的方法——精馏精馏也叫分馏，是在一个设备内同时进行多次部分汽化和部分冷凝来分离液态混合物的方法。2．变压吸附(1)原理：沸石分子筛和炭分子筛具有巨大的内表面积，吸附性能很强，且具有较高的选择性，从而得到富氧空气。(2)过程：加压吸附和减压解吸。(3)优点：比深冷分离法能耗低，设备简单。3．膜分离(1)定义：利用具有选择透过性能的薄膜，在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种新的分离方法。(2)优点：过程简单，设备费用低，能耗少等。2．液态空气精馏时，沸点高的组分先挥发出来还是沸点低的组分先挥发出来？【提示】随着温度的升高，沸点低的组分先达到沸点而挥发出来。空气组分的分离【问题导思】①分离空气常用的方法有哪些？【提示】a．深冷分离法；b.变压吸附分离法；c.膜分离法。②精馏液态空气时，先获得液氮(沸点：－196℃)还是液氧(沸点：－183【提示】沸点低的液氮先分离出来。③当空气通过膜分离装置时，氧分子能透过膜而氮分子不能透过膜，说明哪种气体分子的直径更大一些？【提示】直径大的气体分子不能透过膜，故分子直径：N2>O2。1．深冷分离(1)定义：深冷分离是先将空气降温、加压液化，再将液态空气升温，根据空气中各组分的沸点不同进行精馏分离。(2)方法2．变压吸附分离将加压的空气通过分子筛，氮气和氧气因分别被吸附而分离开来，再把被吸附的气体从分子筛中解吸出来的分离方法称为变压吸附。3．膜分离膜分离是利用特殊制造的、具有选择透过性能的薄膜，在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种新的分离方式。下列分离物质的方法中，不是根据粒子大小进行分离的是()A．渗析 B．过滤C．分馏 D．膜分离【解析】A项，渗析是根据胶体粒子直径和溶液中分子、离子直径不同，将溶液中溶质与胶粒分离开的方法；B项，过滤是根据浊液中分散质直径和溶液中分散质直径不同，将二者分离的方法；C项，分馏是利用混合物中各组分沸点不同，将各组分分离的方法；D项，膜分离是利用O2和N2分子直径大小不同使二者分离的方法。【答案】C在压强为×105Pa时液态氮的沸点是－196℃，液态氧的沸点是－183℃，液态氦的沸点是－269℃。采用深冷分离法从空气中分离这3种气体时，随温度升高它们逸出的先后顺序是()【导学号：28920000】A．氦气、氮气、氧气 B．氧气、氮气、氦气C．氮气、氧气、氦气 D．氧气、氦气、氮气【解析】采用深冷分离空气时，随温度升高，沸点低的气体先逸出。【答案】A1．空气的4种成分：O2、N2、CO2、稀有气体。2．空气的3种分离方法：深冷分离法、变压吸附分离法、膜分离法。1．下列各项不属于我国城市空气质量报告内容的是()A．SO2 B．CO2C．NO2 D．【解析】该题是常识性问题。CO2不属于城市空气质量报告内容。【答案】B2．下列说法错误的是()【导学号：28920001】A．空气是氧气、氮气、二氧化碳、稀有气体等组成的混合物B．空气中的氮气可用于合成氨，稀有气体常用做保护气及各种灯泡的填充气C．在深冷分离中，液态空气精馏是利用空气中各组分的沸点不同进行分离D．膜分离是利用分子筛对空气进行分离，从而制得富氧空气【解析】膜分离是利用特制的、具有选择透过性能的薄膜，在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种方法。【答案】D3．下列操作利用吸附作用分离的是()A．深冷分离 B．变压吸附C．蒸馏法海水淡化 D．膜分离【解析】深冷分离是根据各组分的沸点不同进行精馏分离；变压吸附是利用分子筛具有较大的内表面积，吸附性能很强的特点，进行加压吸附和减压解吸的分离方法；海水淡化利用各组分沸点不同而分离；膜分离是利用具有透过性能的薄膜进行分离的方法。【答案】B4．下列关于空气分离的叙述中，不正确的是()A．深冷分离法分离空气时，使空气温度降低的方法是先加压，再进行热交换，最后进行节流膨胀B．变压吸附法是由在生产中加压吸附和减压解吸交替操作而得名C．膜分离法所使用的薄膜不需要具有特殊的性质D．分离技术伴随着生产力的发展、科学的进步，从低级到高级不断地改进、创新【解析】膜分离法使用的薄膜具有选择透过性能。【答案】C5．空气液化和各组分分离流程图如下，填写下列空白。【答案】热交换气态蒸馏精馏学业分层测评(一)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．氮气是空气的主要组成部分。因此有科学家根据蒸汽机的原理，设计制造出了液氮蒸汽机，即利用液态氮的蒸发来驱动机车，从而达到环境保护的目的。其原理是()A．N2在空气中燃烧放热B．N2与H2反应放热C．N2在空气中约占78%(体积分数)D．液态氮的沸点为－196°C，远低于常温【解析】根据深冷分离空气的基本原理，液氮在常温常压下，由液态汽化为气体，体积膨胀做功。故答案为D。【答案】D2．(2023·南京高二质检)当液态空气温度升高达到刚沸腾时，在蒸发出的气体中()A．基本上不含氧气B．氮气占体积的78%C．基本上不含氮气D．氮气含量稍高于体积的78%【解析】由于氧气的沸点比氮气高，当液态的空气温度升高达到刚沸腾时，首先蒸发出来的气体是氮气，所以基本上不含氧气。工业上用分离液态空气的方法制氧气，就是根据空气中各组分的沸点不同进行精馏分离的。【答案】A3．采用深冷分离液态空气时，先逸出稀有气体的原因是()【导学号：28920002】A．稀有气体性质不活泼B．在空气中含量最少C．分子直径最小D．沸点最低【解析】深冷分离空气是利用空气各组分沸点不同而分离的方法。【答案】D4．在下列物质的应用中，属于利用物质的吸附性的是()①氢氧化铝胶体用于净水②无水硫酸铜用作干燥剂③木炭用于工业制糖中的脱色④四氯化碳用于提取溴水中的溴A．①②③ B．①③C．②③ D．①②③④【解析】无水硫酸铜用作干燥剂的原理是硫酸铜跟水发生化合反应。四氯化碳用于提取溴水中的溴是利用了溴在四氯化碳中的溶解性。【答案】B5．下列说法中不正确的是()A．膜分离可应用于化工、石油、燃料等工业中回收各种气体B．当空气通过膜分离装置时，氧分子能透过膜，而氮分子不能透过膜C．膜分离法制备的富氧空气含氧量在25%～40%之间D．膜分离法分离过程复杂，设备费用高，耗能多【答案】D6．下列操作原理与渗析原理相同的是()A．深冷分离 B．变压吸附C．蒸馏和精馏 D．膜分离【解析】渗析、膜分离原理均是利用粒子直径大小而进行分离、提纯的方法。【答案】D7．(双选)下列说法中正确的是()【导学号：28920003】A．深冷分离法是大规模生产高纯度氧气、氮气等气体的方法，并且能耗小，生产成本较低B．空气的成分自古至今都是不变的C．在绝热的条件下，将空气加压通过节流阀后突然膨胀，叫做节流膨胀D．分馏是化学变化【解析】A项，深冷分离法能耗大；B项，空气的成分受人类活动的影响；D项，分馏是物理变化。【答案】C8．下列关于膜分离技术的说法中，不正确的是()A．膜分离所使用的薄膜必须具有使某些物质可以通过，另一些物质不能通过的特性B．膜分离法制备富氧空气是利用空气透过气体分离膜时，由于氧气和氮气透过的能力不同而使二者分离的方法C．膜分离技术制备的富氧空气的含氧量在35%左右D．膜分离技术只能用于空气的分离【解析】膜分离技术也可以用于其他混合物的分离，如氯碱工业中使用的阳离子膜。【答案】D[能力提升]9．正常情况下，大气中含有约78%的N2,21%的O2，还含有少量的CO2、水蒸气以及稀有气体和杂质。如果大气中二氧化碳的含量明显增加，就会引起“温室效应”，导致全球变暖。(1)二氧化碳是共价化合物，它的电子式可表示为________________。(2)实验室中检验CO2气体最方便的方法是将CO2气体通入饱和的澄清石灰水中，产生的实验现象是________，相应的反应方程式为___________________。(3)在宇宙飞船和太空站上工作的宇航员，在密闭的工作舱内需要吸入氧气，呼出CO2，飞船内可以使用一种物质，它能吸收CO2，并产生氧气，该物质是________，其反应方程式为_____________________________________________。【答案】(1)(2)产生白色沉淀(或白色浑浊)Ca(OH)2＋CO2=CaCO3↓＋H2O(3)Na2O22Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O210．(1)图瓦卢是由多个珊瑚礁形成的岛国。由于大气中CO2含量的剧增，大量珊瑚礁(主要成分是碳酸钙)被海水侵蚀，其原因是(用化学方程式表示)：_____________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)温室效应导致海平面上升，引起温室效应的人为原因主要是：_________。(3)为了控制温室效应。各国科学家提出了不少方法和设想。有人根据液态CO2密度大于海水密度的事实，设想将CO2液化后，送入深海海底。以减小大气中CO2的浓度。为使CO2液化，可采用的措施是________。A．减压、升温 B．增压、升温C．减压、降温 D．增压、降温(4)科学家致力于二氧化碳的“组合转化”技术研究，把过多的二氧化碳转化为有益于人类的物质。如将CO2和H2以1∶4的比例混合，通入反应器。在适当的条件下即反应，可获得一种重要的能源。请完成以下化学方程式：CO2＋4H2→()＋2H2O若将CO2与H2混合，在一定条件下以1∶3的比例发生反应，生成某种重要的化工原料和水。该化工原料可能是________。A．烷烃 B．烯烃C．炔烃 D．芳香烃(5)快速、有效地减缓大气中CO2大量增加的生态学措施是________。A．使用天然气等燃料B．控制全球人口增长C．植树造林，保护森林D．立即减少煤和石油的燃烧【答案】(1)CaCO3＋CO2＋H2O=Ca(HCO3)2(2)大量化石燃料(煤、石油、天然气)的燃烧(3)D(4)CH4B(5)C11．下面是关于汽车燃料及其燃烧产物性质的问题。(1)如图对三种不同类型汽车(以序号①、②、③表示)的废气排放情况进行了比较。这三种汽车分别是以汽油为燃料的汽车、以天然气(主要成分是甲烷)为燃料的汽车和电动汽车。请判断其中序号为①的是________汽车，序号为③的是________汽车。(以下为废气成分)碳氢化合物一氧化碳(CO)氮氧化物(NOx)二氧化碳(CO2)(2)下图为一定量饱和Ca(OH)2溶液中通入二氧化碳气体后，产生CaCO3白色沉淀的质量与二氧化碳体积之间的关系曲线。试回答：OA段曲线和AB段曲线所表示的反应方程式是OA：_____________________________________________________________AB：_____________________________________________________________A点时已参加反应的CO2和Ca(OH)2的物质的量之比为________。B处溶液中存在的浓度较大的两种离子是______和________。(填离子符号)将B处生成的溶液煮沸，可见到的现象是________。【解析】(1)燃料燃烧越不充分，产生的废气就越多。由于含碳量：汽油>天然气，故汽油不如天然气燃烧充分。(2)OA表示CaCO3沉淀量随通入CO2的量增加而增加；AB表示CaCO3不断溶解；A点表示CO2与Ca(OH)2完全反应，且沉淀量最大，即n(CO2)∶n[Ca(OH)2]＝1∶1；B处为Ca(HCO3)2溶液，Ca(HCO3)2受热易分解：Ca(HCO3)2eq\o(=,\s\up8(△))CaCO3↓＋CO2↑＋H2O。【答案】(1)电动以汽油为燃料的(2)Ca(OH)2＋CO2=CaCO3↓＋H2OCaCO3＋CO2＋H2O=Ca(HCO3)21∶1Ca2＋HCOeq\o\al(－,3)生成白色沉淀12．航天飞行器座舱内空气更新过程如图所示：【导学号：28920004】(1)Ⅱ是CO2和H2的反应装置，该反应的化学方程式为___________________(2)从装置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可