高中化学人教版选修二（学业分层测评）第一单元 走进化学工业 学业分层测评3含解析 10页

学业分层测评(三) (建议用时：45 分钟) [学业达标] 1．反应 NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl 是著名的侯氏制碱法的 重要反应。下面是 4 位同学对该反应涉及的有关知识发表的部分见解。其中不正确 的是( ) 【解析】 析出 NaHCO3 后的溶液为 NaHCO3 的饱和溶液。 【答案】 C 2．1892 年比利时人索尔维以 NaCl、CO2、NH3、H2O 为原料制得了纯净的 Na2CO3，该法又称氨碱法，其主要生产流程如下： 下列有关说法中不正确的是( ) A．从理论上看，循环生产时不需要再补充 NH3 B．从绿色化学原料充分利用的角度看，该方法有两个明显的缺陷是：氯化钠 未能充分利用和产生 CaCl2 废弃物 C．氨碱法生产过程中将 NH4Cl 作为一种化工产品，不再生产 NH3 来循环使用 D．从理论上看，每再生产 1 mol Na2CO3，再补充的物质及其物质的量分别是 2 mol NaCl 和 1 mol CO2 【解析】 工业制碱的原理涉及反应：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓ ＋NH4Cl,2NaHCO3===== △ Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。索尔维法用生成的氯化铵制备氨 气，将氯化铵进行了循环利用，所以从理论上讲，是不需要补充氨的。但是在生产 过程中，NaCl 母液被弃去，氯化铵制备氨气生成了无用的氯化钙，这两点是索尔维 法的缺陷。根据反应关系式及原子守恒，从理论上看每生产 1 mol Na2CO3，再补充 的物质及其物质的量分别是 2 mol NaCl 和 1 mol CO2。 【答案】 C 3．我国化工专家侯德榜根据 NaHCO3 溶解度比 NaCl、Na2CO3、NH4HCO3、 NH4Cl 溶解度都小的性质，运用 CO2＋NH3＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl 的 反应原理制备纯碱。下面是在实验室进行模拟实验的生产流程示意图： 气体 A 的饱和溶液 ――→ 加入食盐 Ⅰ A 和食盐的饱和溶液 ――→ 通入足量气体 B Ⅱ 悬浊液――→ 过滤 Ⅲ 晶体,Ⅳ纯碱 则下列叙述错误的是( ) A．A 气体是 NH3，B 气体是 CO2 B．第Ⅲ步得到的晶体是发酵粉的主要成分 C．第Ⅲ步操作用到的主要玻璃仪器是烧杯、漏斗、玻璃棒 D．第Ⅳ步操作的主要过程有溶解、蒸发、结晶 【解析】 侯氏制碱法是先制得氨化的饱和食盐水，再往其中通入 CO2(即往饱 和食盐水中依次通入足量的 NH3、CO2，不能依次通入 CO2、NH3，因为 NH3 在水 中的溶解度远远大于 CO2 的溶解度，先将溶液氨化后，吸收 CO2 的效果更好)，第 Ⅱ步即得到 NaHCO3 悬浊液，第Ⅳ步应将 NaHCO3 加热分解，以得到 Na2CO3。 【答案】 D 4．在制小苏打(NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl)的操作中，应在 饱和食盐水中( ) A．先通入 CO2，达到饱和后再通入 NH3 B．先通入 NH3，达到饱和后再通入 CO2 C．CO2 和 NH3 同时通入 D．以上三种方法都行 【解析】 CO2 在 NaCl 溶液中溶解度小，先通 NH3 溶液呈碱性，能溶解大量 的 CO2，生成大量的 HCO－ 3 ，从而析出大量的 NaHCO3 晶体。 【答案】 B 5．纯碱和小苏打是厨房中两种常见的用品，它们都是白色固体，下列区分这 两种物质的方法中正确的是( ) A．分别用砂锅加热两种样品，全部分解挥发没有残留物的是小苏打 B．用洁净铁丝蘸取两种样品在煤气火焰上灼烧，使火焰颜色发生明显变化的 是小苏打 C．用两只小玻璃杯，分别加入少量的两种样品，再加入等量的食醋，产生气 泡快的是小苏打 D．先将两样品配成溶液，分别加入澄清石灰水，无白色沉淀生成的是小苏打 【解析】 小苏打 NaHCO3 分解生成 Na2CO3、H2O 和 CO2，有 Na2CO3 残留， A 项错误；纯碱和小苏打的火焰颜色均为黄色，B 项错误；二者的溶液中分别加入 澄清石灰水，均有 CaCO3 沉淀生成，D 项错误。 【答案】 C 6．下面是几种物质在指定温度下的溶解度(g/100H2O) 工业上将相同物质的量的 NaCl、CO2、NH3 在 30 ℃时配成溶液，此时溶液中 无晶体。当降温至某温度时，开始析出晶体，此晶体是( ) A．NH4Cl B．NH4HCO3 C．NaHCO3 D．NaCl 【解析】 在配成的混合溶液中，由于 CO2 和 NH3 发生反应：CO2＋H2O＋ NH3===NH＋ 4 ＋HCO－ 3 ，溶液中存在的离子有 Na＋、Cl－、NH＋ 4 、HCO－ 3 。从 30 ℃时降 温，溶解度小的物质将析出。据表中数据可知：随温度的降低，NaHCO3 的溶解度 始终保持最小，故析出的物质应是 NaHCO3。 【答案】 C 7.把 NH4Cl 从几乎饱和 NaHCO3 溶液中分离出来是联合制碱法中的关键。为此， 应向混合溶液中通入某种气体，同时加入磨细的食盐，可析出不含 NaHCO3 的 NH4Cl。NH4Cl 和 NaCl 共同存在时的溶解度曲线如图所示，下列操作正确的是( ) 组别 通入气体 控制温度 A CO2 30～40 ℃ B CO2 0～10 ℃ C NH3 30～40 ℃ D NH3 0～10 ℃ 【解析】 析出 NH4Cl 应选择 NH4Cl 的溶解度很小的范围，即 0～10 ℃，同 时通入 NH3 以增大溶液中 NH ＋ 4 的浓度，利于 NH4Cl 的析出。 【答案】 D 8．工业上常用氨碱法制取 Na2CO3，将 NH3 和 CO2 先后通入饱和食盐水而析出 小苏打，再经过滤、煅烧得纯碱。但却不能用此方法制取 K2CO3，其主要原因是 ( ) A．KHCO3 溶解度较大 B．KHCO3 溶解度较小 C．K2CO3 溶解度较小 D．K2CO3 溶解度较大 【解析】 一般金属的碳酸氢盐的溶解度大于其碳酸盐的溶解度。钾盐就符合 这一规律。 【答案】 A 9．下列说法中不正确的是( ) A．用联合制碱法制造纯碱和氯化铵，原料的利用率高，全然不必考虑环境保 护的问题 B．化工生产技术始终是在不断创新中发展，侯氏制碱法也还需要改进 C．社会对纯碱的需求是纯碱生产技术创新发展的原动力 D．纯碱生产技术的再创新需要多门学科、多种技术的协同作用 【解析】 化工生产一般都会产生污染物，要科学地评价纯碱生产技术及其他 化工生产技术。 【答案】 A 10．1791 年，法国医生路布兰首先获得制碱专利，以食盐、浓硫酸、石灰石、 煤为原料制碱，该方法分三步： ①用 NaCl 与浓 H2SO4 反应制 Na2SO4： 2NaCl＋H2SO4(浓)===== △ Na2SO4＋2HCl↑ ②用焦炭还原 Na2SO4 制 Na2S： Na2SO4＋2C===== 煅烧 Na2S＋2CO2↑ ③用硫化钠与石灰石反应制 Na2CO3： Na2S＋CaCO3===== 煅烧 Na2CO3＋CaS 下列说法正确的是( ) A．第②③两步都是氧化还原反应 B．只有第②步是氧化还原反应 C．该方法对生产设备基本没有腐蚀 D．该方法成本较低 【解析】 依据氧化还原反应是有化合价变化的反应可知，只有第②步是氧化 还原反应，故 A 错，B 对；该生产中产生 HCl，对生产设备严重酸蚀；该方法具有 原料利用不充分、成本较高等特点，故 C、D 错。 【答案】 B [能力提升] 11．1892 年，比利时人索尔维以 NaCl、CO2、H2O、NH3 为原料生产 Na2CO3， 叫索尔维法。其主要步骤是： ①在 NH3 饱和的 NaCl 溶液中通入 CO2 制得 NaHCO3； ②再将 NaHCO3 焙烧制得纯碱，CO2 循环使用； ③在析出小苏打的母液中加入生石灰，生成的 NH3 循环使用。1940 年，我国 著名化工专家侯德榜先生，冲破了索尔维法的技术封锁，并加以改进，用 NaCl 固 体代替生石灰，加入母液使 NH4Cl 晶体析出，生产出纯碱和氯化铵。这便是举世闻 名的侯氏制碱法。 试回答： (1)在氨饱和的 NaCl 溶液中通入 CO2 的两步反应方程式为 ____________________________________________________ ____________________________________________________。 (2)不能在 NaCl 溶液中通入 CO2 制 NaHCO3 的原因是 ____________________________________________________ ____________________________________________________。 (3)析出小苏打的母液中加入生石灰的反应方程式是 ____________________________________________________ ____________________________________________________。 (4)侯氏制碱法与索尔维法相比，其优点是 ____________________________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________。 【解析】 通入氨气后，氨气在水溶液中发生反应：NH3＋ H2O NH3·H2O NH＋ 4 ＋OH－；再通入 CO2 后发生反应 CO2＋OH－===HCO－ 3 ， 可以使溶液中 HCO － 3 的浓度变大，由于 NaHCO3 溶解度较小，所以可析出 NaHCO3 晶体；母液中含有 NH4Cl，加入生石灰可生成 NH3 和 CaCl2。副产品 NH4Cl 可用作 肥料；析出 NH4Cl 的母液循环使用，提高 NaCl 利用率；不生成 CaCl2。 【答案】 (1)NH3＋H2O＋CO2===NH4HCO3， NH4HCO3＋NaCl===NH4Cl＋NaHCO3↓ (2)H2CO3 的酸性比盐酸的弱，CO2 与 NaCl 不反应 (3)2NH4Cl＋CaO===CaCl2＋H2O＋2NH3↑ (4)使 NH4Cl 析出，可作氮肥；不生成 CaCl2；原料 NaCl 充分利用 12．工业生产纯碱的工艺流程示意图如下： 完成下列填空： (1)粗盐水加入沉淀剂 A、B 除杂质(沉淀剂 A 来源于石灰窑厂)，写出 A、B 的 化学式。 A____________；B____________。 (2)工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是____________。碳酸化时 没有析出碳酸钠晶体，其原因是____________。 (3)碳酸化后过滤，滤液 D 最主要的成分是__________(填化学式)，检验这一成 分的阴离子的具体方法是： ____________________________________________________ ____________________________________________________。 (4)氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液 D 加入石灰水加热产生氨气。加 石灰水后发生反应的离子方程式为 ____________________________________________________。 (5)产品纯碱中含有碳酸氢钠。如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质 量分数，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为： ____________________________________________________ ____________________________________________________。 (注明你的表达式中所用的有关符号的含义)。 【解析】 (1)根据沉淀剂 A 的来源，可知 A 可能是 CaO 或 Ca(OH)2。B 的作 用是用来除去加入的过量沉淀剂，为不引入新的杂质则选用 Na2CO3。 (2)氨化后的氯化钠溶液中通入 CO2 酸化，因为在氨气的作用下会产生碳酸氢 钠：NaCl＋NH3＋H2O＋CO2===NaHCO3↓＋NH4Cl，由于 NaHCO3 的溶解度较小， 从溶液中析出。 (3)滤液中含有 NH4Cl，Cl－的检验通常是用硝酸酸化的 AgNO3 溶液，若能产生 白色沉淀，即可证明 Cl－的存在。 (5)设样品质量为 m1，加热后固体质量为 m2。 2NaHCO3===== △ Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑ Δm 168 62 x m1－m2 x＝84(m1－m2)/31 则 NaHCO3 的质量分数为：w(NaHCO3)＝84(m1－m2)/31m1。 【答案】 (1)Ca(OH)2(或 CaO) Na2CO3 (2)有晶体析出(或出现浑浊) 碳酸钠的溶解度比碳酸氢钠大 (3)NH4Cl 取样，加硝酸酸化，加硝酸银溶液，若有白色沉淀，证明该阴离子 是氯离子 (4)NH＋ 4 ＋OH－===== △ NH3↑＋H2O (5)w(NaHCO3)＝84m1－m2 31m1 (m1 表示反应前样品的质量，m2 表示加热后固体的 质量) 13．我国化学家侯德榜改革国外的纯碱生产工艺，探索出了一种生产纯碱的方 法，其生产流程可简要表示如下： 【导学号：64570008】 (1)上述生产纯碱的方法称________，副产品的一种用途为________。 (2)沉淀池中发生反应的化学方程式是 ____________________________________________________ ____________________________________________________。 (3)写出上述流程中 X 物质的分子式为________。 (4)从沉淀池中取出沉淀的操作叫_____________________。 (5)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加 ________。 (6)向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有 ________。 a．增大 NH ＋ 4 的浓度，使 NH4Cl 更多地析出 b．使 NaHCO3 更多地析出 c．使 NaHCO3 转化为 Na2CO3，提高析出 NH4Cl 的纯度 【解析】 将 NH3 和 CO2 两种气体通入 NaCl 溶液后，发生化学反应： NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl NaHCO3 溶解度较小，结晶析出；NH4Cl 溶解度较大，留在母液中；溶液里还 有未反应的 NaCl 和未结晶的 NaHCO3。从母液中提取 NH4Cl 后，含有 NaCl 和 NaHCO3 的溶液循环到沉淀池中再次利用，这样就大大提高了氯化钠的利用率。 NaHCO3 在煅烧炉中发生化学反应 2NaHCO3===== Δ Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑。生成的 CO2 循环到沉淀池中再次利用。 含 NH4Cl、NaHCO3、NaCl 的母液中通入 NH3 后，发生反应 NH3＋ H2O NH3·H2O NH＋ 4 ＋OH－，这样有利于 NH4Cl 的析出和 NaHCO3 转化为 Na2CO3。 【答案】 (1)侯德榜制碱法(或联合制碱法) 用做农作物的化肥(其他合理的答 案亦可) (2)NH3＋CO2＋H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl (3)CO2 (4)过滤 (5)硝酸酸化的硝酸银溶液 (6)ac 14．某化学课外活动小组欲制取纯 Na2CO3 溶液并讨论实验过程中的相关问题。 可供选择的试剂有： A．大理石 B．盐酸 C．氢氧化钠溶液 D．澄清石灰水 三名同学设计的制备实验方案的反应流程分别如下： 甲：NaOH 溶液 ――→ CO2 Na2CO3 溶液 乙：NaOH 溶液 ――→ CO2 ① NaHCO3 溶液 ――→ 加热、蒸干、灼烧 ② Na2CO3 固体 ――→ H2O Na2CO3 溶液 丙：NaOH 溶液 ――→ CO2 ③ NaHCO3 溶液 ――→ NaOH ④ Na2CO3 溶液 请回答下列问题： (1)请指出甲、乙两方案的主要缺点： 甲方案：____________________________________________________； 乙方案：____________________________________________________。 (2)若采用丙方案制取纯 Na2CO3 溶液，其实验的关键有______________。 (3)假设反应③所得的 NaHCO3 溶液中含 Na2CO3。现要利用 A～D 四种试剂证 明 Na2CO3 的存在，你所选择的试剂有________(填字母)。 (4)假设反应②所得的 Na2CO3 固体中混有未分解的 NaHCO3。乙同学选择澄清 石灰水测定其中 NaHCO3 的质量分数，乙同学能否达到实验目的________(填“能” 或“不能”)。若能，请说明计算所需的数据；若不能，请简要说明理由： ____________________________________________________ ____________________________________________________。 【解析】 (2)丙方案制取 Na2CO3 的原理为：NaOH＋CO2===NaHCO3，NaHCO3 ＋NaOH===Na2CO3＋H2O。所以实验的关键是首先向 NaOH 溶液中通入足量 CO2， 使之转化为 NaHCO3，发生两个反应的 NaOH 的量要相同。 (3)检验NaHCO3溶液中的 Na2CO3不能用澄清石灰水，因为二者都可生成CaCO3 沉淀，所选试剂的检验原理为： CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑，CaCl2＋Na2CO3=== CaCO3↓＋2NaCl， CaCl2 与 NaHCO3 不反应。 (4)使 Na2CO3、NaHCO3 全部与 Ca(OH)2 反应生成 CaCO3 沉淀，称量出固体样 品的质量和 CaCO3 的质量就可列方程组求解。 【答案】 (1)CO2 的通入量不易控制 过程烦琐，操作复杂 (2)反应③应充分 进行，反应③与④所用 NaOH 溶液的体积应相等 (3)AB (4)能 固体样品的质量和 沉淀的总质量