高考化学一轮总复习 化学与工农业生产课时作业

课时作业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________＋11O 2=====高温2Fe 2O 3＋8SO 2。

(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SO 2的转化率
c ．使用催化剂能提高SO 2的反应速率和转化率
d ．沸腾炉排出的矿渣可供炼铁
(4)每160 g SO 3气体与H 2O 化合放出260.6 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SO 2和铵盐。

①SO 2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Br 2。

SO 2吸收Br 2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50.00 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10.00 g 和20.00 g 时，浓硫酸增加的质量相同；铵盐质量为30.00 g 时，浓硫酸增加的质量为0.68 g ；铵盐质量为40.00 g 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15.00 g 。

浓硫酸增加的质量为________(计算结果保留两位小数)。

[答案](1)FeS 2
(2)2SO 2＋O 2催化剂△2SO 3
(3)a、b、d
(4)SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l)
ΔH＝－130.3 kJ/mol
(5)①SO2＋Br2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO2－4
②14.56 2.31 g
[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＋O2催化剂
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)160 g SO3(g)与H2O(l)反应生成H2SO4(l)放出260.6 kJ热量，则1 mol SO3(g)与H2O(l)反应生成H2SO4(l)放出130.3 kJ热量，则相关热化学方程式为：SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l) ΔH＝－130.3 kJ/mol。

(5)10 g时说明铵盐不足，20 g时说明氢氧化钠不足，由10.00 g和20.00 g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c mol/L,10克中有x mol的(NH4)2SO4和y mol的NH4HSO4则132 x＋115 y＝10 g ①式；
10 g时说明铵盐不足，由N守恒知n(NH3)＝2x＋y20 g时铵盐中有(NH4)2SO4 2x mol，NH4HSO4 2y mol，因此时铵盐已过量，NaOH先和酸式根反应
HSO－4＋OH－===SO2－4＋H2O
1 1
2y2y
NH＋4＋OH－===NH3＋H2O
1 1
50c×10－3－2y50c×10－3－2y
由于产生的氨气一样多
n(NH3)＝2x＋y＝50c×10－3.－2y②式
30 g时含有(NH4)2SO4 3x mol，NH4HSO4 3y mol，此时铵盐过量，且生成氨气的量为：
n(NH3)＝0.68 g
17 g/mol
＝0.04 mol HSO－4＋OH－===SO2－4＋H2O 1 1
3y3y
NH＋4＋OH－===NH3＋H2O
1 1
50 c×10－3－3y0.04
所以50 c×10－3－3y＝0.04 ③式
联立①、②、③式解得
x＝0.02 mol，y＝0.064 mol，c＝4.64 mol/L；
氮的质量百分含量＝x＋y
10
×100%＝
＋
10
×100%＝14.56%。

15 g时铵盐已经过量，则(NH4)2SO4为1.5 x mol，NH4HSO4为1.5 y mol，
HSO－4＋OH－===SO2－4＋H2O
1 1
1．5y 1.5y
NH＋4＋OH－===NH3＋H2O
1 1
50c×10－3－1.5 y50c×10－3－1.5y
n(NH3)＝50c×10－3－1.5 y＝50×4.64×10－3－1.5×0.064＝0.136 mol，m(NH3)＝0.136 mol×17 g/mol＝2.31 g。

2．(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＋3H2铁触媒
△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、E E
(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)CuFeS 2是黄铁矿的另一成分，煅烧时CuFeS 2转化为CuO 、Fe 2O 3和SO 2，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98.3%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Fe 2O 3、CuO 、CuSO 4(由CuO 与SO 3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)
已知CuSO 44降低的原因_________________________________________
____________________________________________________________。

[答案](1)C (2)4CuFeS 2＋13O 2=====煅烧4CuO ＋2Fe 2O 3＋8SO 2 (3)D (4)SO 2转化为SO 3是正
反应放热的可逆反应，随温度升高，平衡左移，SO 3物质的量减少，所以CuSO 4的量减少(或温度升高，SO 3物质的量减少，故CuSO 4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)CuFeS 2中硫的化合价是－2价，Cu 和Fe 的化合价是＋2价，故每摩尔CuFeS 2参加反应转移电子数为13 mol 。

(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SO 2转化为SO 3的催化剂中毒；C 项催化剂只能加快反应速率，不能提高SO 2的转化率。

(4)因为“CuSO 4是CuO 与SO 2反应”生成的，而SO 2生成SO 3的反应
为放热的可逆反应，故随着温度的升高，生成SO 2的物质的量减少，CuSO 4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SO 2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2.5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SO 2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0.2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SO 2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SO 2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SO 3与浓硫酸的接触面，有利于SO 3的吸收 ②1.2 0.004 用氨水吸收 ③A、C
(2)B 、C 、D
(3)CaCO 3=====高温CaO ＋CO 2↑、2SO 2＋2CaO ＋O 2=====△2CaSO 4(或2SO 2＋2CaCO 3＋O 2=====△2CaSO 4
＋2CO 2)
[解析]①本题考查了工业制取H 2SO 4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SO 2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1 mol 硫磺充分燃烧，则据反
应S ＋O 2=====点燃SO 2知反应耗O 2 1 mol ，流量计1充入O 2为1.5 mol ，生成SO 2 1 mol ，据反应2SO 2＋O 2催化剂△
2SO 3知理论上1 mol SO 2反应耗O 2 0.5 mol ，流量计2充入O 2为1.25 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1.2∶1)；假设SO 2转化率为96%，则尾气中SO 2体积分数为 0.05＋－1－0.5×95%
×100%＝0.4%。

6．(18分)(2011·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＋H 2SO 4(浓)=====△NaHSO 4＋HCl↑或2NaCl ＋H 2SO 4(浓)=====△Na 2SO 4＋
2HCl↑ ②Na 2SO 4＋2C ＋CaCO 3=====高温 CaS ＋Na 2CO 3＋2CO 2↑
(2)①Ca(OH)2 NH 3
②NH 3＋CO 2＋NaCl ＋H 2O===NaHCO 3↓＋NH 4Cl
(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KHCO 3的溶解度大于NH 4Cl 的溶解度，当CO 2通入到溶有NH 3的KCl 溶液中时，不会析出KHCO 3
[解析]本题是对纯碱制取的考查，重在考查学生理解、辨别能力。

(1)食盐和浓硫酸反
应可以制取HCl ，反应方程式为NaCl ＋H 2SO 4(浓)=====△NaHSO 4＋HCl↑或2NaCl ＋
H 2SO 4(浓)=====△Na 2SO 4＋2HCl↑。

因为在无机化合物中C 元素的稳定化合价为＋4价，故根据电子守恒可知，参加反应时硫酸钠与焦炭的物质的量之比为1∶2，根据原子守恒可知硫酸
钠与碳酸钙的物质的量之比为1∶1，故反应的方程式为Na 2SO 4＋2C ＋CaCO 3=====高温CaS ＋Na 2CO 3
＋2CO 2↑。

(2)在甲装置中进行的是石灰石的高温分解，故B 为CO 2，A 为CaO ，在丙装置中发生反应CaO ＋H 2O===Ca(OH)2，故C 为Ca(OH)2，在丁装置中发生反应2NH 4Cl ＋Ca(OH)2===CaCl 2＋2NH 3↑＋2H 2O ，在戊装置中生成饱和氨盐水，在乙装置中发生反应NaCl ＋NH 3＋H 2O ＋CO 2===NaHCO 3↓＋NH 4Cl ，在己装置中经过过滤、洗涤得到的NaHCO 3微小晶体，再加热煅烧制得纯碱产品。

(3)“联合制碱法”指该法将合成氨工业与制碱工业组合在一起，利用了产生氨时的副产品CO 2，革除了用石灰石分解来生产，简化了生产设备。

此外，联合制碱法也避免了生产氨碱法中用处不大的副产物氯化钙，而用可作化肥的氯化铵来回收，提高了食盐利用率，缩短了生产流程，减少了对环境的污染，降低了纯碱的成本。

(4)不可行，由图中的曲线可以看出，NaHCO 3要远小于NH 4Cl 的溶解度，而KHCO 3的溶解度要高于NH 4Cl 的溶解度，故当CO 2通入到溶有NH 3的KCl 溶液中时，不会析出KHCO 3。