“富煤、贫油、少气”是我国能源发展面临的现状．随着能源的日益紧张，发展“煤化工”对我国能源...

高三化学解答题中等难度题查看答案及解析

“富煤、贫油、少气”是我国能源发展面临的现状。随着能源的日益紧张，发展“煤化工”对我国能源结构的调整具有重要意义。下图是煤化工产业链之一。

“洁净煤技术”研究在世界上相当普遍，科研人员通过向地下煤层气化炉中交替鼓入空气和水蒸气的方法，连续产出热值很高的煤炭合成气，其主要成分是CO和H₂。CO和H₂可作为能源和化工原料，应用十分广泛。

（1）已知：C(s)+O₂(g)=CO₂(g)             ΔH₁＝－393.5 kJ·mol^–1           ①

C(s)+H₂O(g)=CO(g)+H₂(g)       ΔH₂＝＋131.3 kJ·mol^–1           ②

则反应CO(g)+H₂(g) +O₂(g)= H₂O(g)+CO₂(g)，ΔH= _________kJ·mol^–1。在标准状况下，33.6 L的煤炭合成气(设全部为CO和H₂)与氧气完全反应生成CO₂和H₂O，反应中转移______mole^－。

（2）在一恒容的密闭容器中，由CO和H₂合成甲醇：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)

①下列情形能说明上述反应已达到平衡状态的是_______

a．体系压强保持不变

b．密闭容器中CO、H₂、CH₃OH(g)3种气体共存

c．CH₃OH与H₂物质的量之比为1:2

d．每消耗1 mol CO的同时生成2molH₂

②CO的平衡转化率(α)与温度、压强的关系如图所示。

A、B两点的平衡常数_____(填“前者”、“后者”或“一样”)大； 达到A、C两点的平衡状态所需的时间t_A________t_C(填“大于”、“小于”或“等于”)。

在不改变反应物用量的情况下，为提高CO的转化率可采取的措施是_____________(答出两点即可)。

（3）工作温度650℃的熔融盐燃料电池，是用煤炭气(CO、H₂)作负极燃气，空气与CO₂的混合气体为正极燃气，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔点混合物做电解质，以金属镍(燃料极)为催化剂制成的。负极的电极反应式为：CO + H₂－4e^－ + 2CO₃^2－= 3CO₂+H₂O；则该电池的正极反应式为____________。

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CO2是生活中常见的化合物之一，随着世界工业经济的发展、人口的剧增，全球能源紧张及世界气候面临越来越严重的问题，人类对CO2的性质研究和综合利用日益重视。

Ⅰ．在催化剂作用下，可由甲醇和CO2直接合成碳酸二甲酯(DMC)：CO2 + 2CH3OH → CO(OCH3)2 + H2O，但甲醇转化率通常不会超过1%，这是制约该反应走向工业化的主要原因。某研究小组在其他条件不变的情况下，通过研究温度、反应时间、催化剂用量分别对转化数(TON)的影响来评价催化剂的催化效果。计算公式为：TON＝转化的甲醇的物质的量/催化剂的物质的量。

（1）根据反应温度对TON的影响图（相同时间内测定），判断该反应的焓变△H________0（填“＞”、“＝”或“＜”），理由是____________________________________。

（2）根据反应时间对TON的影响图（上图），已知溶液总体积10mL，反应起始时甲醇0.25mol，催化剂0.6×10—5 mol，计算该温度下，4～7 h内DMC的平均反应速率：________。

（3）根据该研究小组的实验及催化剂用量对TON的影响图（见上右图），判断下列说法正确的是　　 。

A．由甲醇和CO2直接合成DMC，可以利用甲醇把影响环境的温室气体CO2 转化为资源，在资源循环利用和环境保护方面都具有重要意义

B. 在反应体系中添加合适的脱水剂，将提高该反应的TON

C. 当催化剂用量低于1.2×10—5 mol时，随着催化剂用量的增加，甲醇的平衡转化率显著提高

D. 当催化剂用量高于1.2×10—5 mol时，随着催化剂用量的增加DMC的产率反而急剧下降

Ⅱ.如果人体内的CO2不能顺利排除体外会造成酸中毒，缓冲溶液可以抵御外来少量酸或碱对溶液pH的影响，人体血液里主要通过碳酸氢盐缓冲体系(H2CO3/HCO3-)维持pH稳定。己知正常人体血液在正常体温时，H2CO3的一级电离常数Ka1=10-6.1，c(HCO3-):c(H2CO3)≈20:1，lg2=0.3。

(4)由题给数据可算得正常人体血液的pH________(保留一位小数)。

(5)正常人体血液中H2CO3、HCO3-、OH- 、H+四种微粒浓度由大到小关系为：　　　　　　 。

(6)当少量的酸、碱进入血液中时，血液pH变化不大，其原因是　　　　　　　　　 。

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氧化锌工业品广泛应用于橡胶、涂料、陶瓷、化工、医药、玻璃和电子等行业，随着工业的飞速发展，我国对氧化锌的需求量日益增加，成为国民经济建设中不可缺少的重要基础化工原料和新型材料。用工业含锌废渣(主要成分为ZnO，还含有铁、铝、铜的氧化物，Mn2＋、Pb2＋、Cd2＋等)制取氧化锌的工艺流程如图所示：

已知：相关金属离子[c(Mn＋)＝0.1 mol/L]生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示：

回答下列问题：

(1)为保证锌渣酸浸的充分，先保持酸过量，且c(H＋)＝0.5 mol/L左右。写出一种加快锌渣浸出的方法：_____________________________________

(2)为调节溶液的pH，则试剂X为________(填化学式)，且调节溶液pH的范围是________。

(3)除杂时加入高锰酸钾的作用是___________，发生反应的离子方程式为_______________。

(4)“过滤”所得滤渣的主要成分是___________ (填化学式)。

(5)写出“碳化合成”的化学方程式：_________________________________；“碳化合成”过程需纯碱稍过量，请设计实验方案证明纯碱过量：_________________________________

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氧化锌工业品广泛应用于橡胶、涂料、陶瓷、化工、医药、玻璃和电子等行业，随着工业的飞速发展，我国对氧化锌的需求量日益增加，成为国民经济建设中不可缺少的重要基础化工原料和新型材料。用工业含锌废渣(主要成分为ZnO，还含有铁、铝、铜的氧化物，Mn2+、Pb2+、Cd2+等)制取氧化锌的工艺流程如图所示：

已知：相关金属离子c(Mn+)=0.1mol/L生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示：

回答下列问题:

(1)为保证锌渣酸浸的充分，先保持酸过量，且c(H+)=0.5mol/L左右。写出一种加快锌渣浸出的方法：_______________

(2)为调节溶液的pH，则试剂X为__________________(填化学式)，且调节溶液pH的范围是____________

(3)除杂时加入高锰酸钾的作用是_______________，发生反应的离子方程式为_____________

(4)“过滤”所得滤渣的主要成分是_____________________(填化学式)

(5)写出“碳化合成”的化学方程式：_____________________;“碳化合成”过程需纯碱稍过量，请设计实验方案证明纯碱过量：_____________________

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氧化锌工业品广泛应用于橡胶、涂料、陶瓷、化工、医药、玻璃和电子等行业，随着工业的飞速发展，我国对氧化锌的需求量日益增加，成为国民经济建设中不可缺少的重要基础化工原料和新型材料。用工业含锌废渣(主要成分为ZnO，还含有铁、铝、铜的氧化物，Mn2+、Pb2+、Cd2+等)制取氧化锌的工艺流程如图所示：

已知：相关金属离子c(Mn+)=0.1mol/L生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示：

回答下列问题:

(1)为保证锌渣酸浸的充分，先保持酸过量，且c(H+)=0.5mol/L左右。写出一种加快锌渣浸出的方法：_______________

(2)为调节溶液的pH，则试剂X为__________________(填化学式)，且调节溶液pH的范围是____________

(3)除杂时加入高锰酸钾的作用是_______________，发生反应的离子方程式为_____________

(4)“过滤”所得滤渣的主要成分是_____________________(填化学式)

(5)写出“碳化合成”的化学方程式：_____________________;“碳化合成”过程需纯碱稍过量，请设计实验方案证明纯碱过量：_____________________

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氧化锌工业品广泛应用于橡胶、涂料、陶瓷、化工、医药、玻璃和电子等行业，随着工业的飞速发展，我国对氧化锌的需求量日益增加，成为国民经济建设中不可缺少的重要基础化工原料和新型材料。用工业含锌废渣主要成分为ZnO，还含有铁、铝、铜的氧化物，、、等制取氧化锌的工艺流程如图所示：

已知：相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示：

回答下列问题：

为调节溶液的pH，则试剂X为_________填化学式，

除杂时加入高锰酸钾的作用是_________，发生反应的离子方程式为___________。

“过滤”所得滤渣的主要成分是_________填化学式。

写出“碳化合成”的化学方程式：________；“碳化合成”过程需纯碱稍过量，请设计实验方案证明纯碱过量：_________。

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（16分）活性氧化锌在橡胶、化工、涂料、陶瓷、医药、电子等行业有着广泛的应用。但随着锌资源的不断开发和利用，锌矿资源越来越少，因此研究利用锌二次资源对缓解锌资源枯竭进程具有重要意义。下图是以含锌铜烟尘（火法炼铜的副产品，主要成分是ZnO、CuO和FeO）制备活性氧化锌的工艺流程：

含锌铜烟尘经过预处理后的主要成分为ZnO，还含有少量的CuO和Fe2O3。

（1）操作a名称是____　　　　　　 ，在实验室中，该过程用到的主要玻璃仪器有　　　　　　　　 。

（2）溶解池中待固体全部溶解后，加入锌粉的作用有：

①将Fe3+还原为Fe2+;②　　　　　　　　 ：③调节溶液的pH（控制其在5,0－5．4之间）。

（3）检验溶解池中Fe3+已全部被还原为Fe2+的最佳试剂是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ；

（4）右表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为

1．0 mol－l计算）。反应池中的温度控制在90－95℃，请写出反应池中所发生反应的离子方

程式：　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（5）操作b的名称是________　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ；

（6）沉淀池中得到的沉淀化学式可以表示为：aZnCO3·bZn（OH）2·cH2O（a、b、c均为整数）。某校化学兴趣小组的同学为了确定其组成，进行如下实验：称取3．59g沉淀进行焙烧，将焙烧过程中产生的气体依次通过足量的浓硫酸和碱石灰，它们分别增重0．72g和0．44g，则该沉淀的组成为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

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随着世界工业经济的发展、人口的剧增，全球能源紧张及世界气候面临越来越严重的问题，如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2引起了全世界的普遍重视。

（1）如图为C及其氧化物的变化关系图，若①变化是置换反应，则其化学方程式可为______________________________________；

图中变化过程哪些是吸热反应________（填序号）。

（2）甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上可用如下方法合成甲醇：

方法一　CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）

方法二　CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）

在25℃、101 kPa下，1克甲醇完全燃烧放热22.68 kJ，写出甲醇燃烧的热化学方程式：_____________________________________________；

某火力发电厂CO2的年度排放量是2 200万吨，若将此CO2完全转化为甲醇，则理论上由此获得的甲醇完全燃烧放热约是________kJ（保留三位有效数字）。

（3）金属钛冶炼过程中其中一步反应是将原料金红石转化：TiO2（金红石）＋2C＋2Cl2高温,TiCl4＋2CO　已知：C（s）＋O2（g）=CO2（g）　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1

2CO（g）＋O2（g）=2CO2（g）　ΔH＝－566 kJ·mol－1

TiO2（s）＋2Cl2（g）=TiCl4（s）＋O2（g）　ΔH＝＋141 kJ·mol－1

则TiO2（s）＋2Cl2（g）＋2C（s）=TiCl4（s）＋2CO（g）的ΔH＝________。

（4）臭氧可用于净化空气，饮用水消毒，处理工业废物和作为漂白剂。臭氧几乎可与除铂、金、铱、氟以外的所有单质反应。如：

6Ag（s）＋O3（g）=3Ag2O（s）　ΔH＝－235.8 kJ·mol－1，

已知：2Ag2O（s）=4Ag（s）＋O2（g）ΔH＝＋62.2 kJ·mol－1，

则O3转化为O2的热化学方程式为_________________________。

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（17分）随着世界工业经济的发展、人口的剧增，全球能源紧缺面临着越来越严重的问题，煤经过化学加工可转化为气体或液体以及各种化工产品，从而提高了煤的利用率。

（1）将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气。反应为：

    C（s）+H₂O（g）      CO（g）+H₂（g）   △H=+131.5kJ·mol^-1

①该反应的平衡常数表达式为________。

②下列措施中，不能提高碳的转化率的是________（填字母序号）

A．容器的体积不变，增加水蒸气的物质的量 B．缩小容器的体积，增大压强

C．及时将水煤气从容器中移走             D．其他条件不变，升高温度

    ③又知C（s）+CO₂（g）       2CO（g）  △H=+172.5kJ·mol^-1

则CO（g）+H₂O（g）       CO₂（g）+H₂（g）的焓变（△H）为________。

（2）CO和H₂在一定条件下可反应生成甲醇，CO（g）+2H₂（g）      CH₃OH（g）。甲醇作为一种可再生能源燃料，可用于燃料电池。下图是甲醇燃料的原理示意图：

①a处通入的是________（填物质名称），该电池工作过程中，H⁺的移动方向

为从________到________（填“左”或“右”）

②该电池正极反应式为。

③若用该电池提供的电能电解600ml  0.2mol·L^-1NaCl溶液，设有0.01molCH₃OH完全放电，且电解产生的Cl₂全部溢出，电解前后忽略溶液体积的变化，则电解时阴极反应式为________，电解结束后所得溶液的pH=________。若向电解后的溶液加入适量的醋酸至溶液的pH恰好等于7（反应前后忽略溶液体积的变化），则此时溶液中c（Na⁺）：c（CH₃COO^-）=________。

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