高中化学保护水资源试题

2013年初，雾霾天气多次肆虐我国中东部，该地区PM2.5严重超标。研究表明，PM2.5约60%来源于某些气体污染物在空气中转变而成的二次颗粒物。这些气体污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、氨气、挥发性有机物。因此，控制、治理PM2.5污染源成为环保的重要课题。
（1）研究表明，TiO₂在紫外线照射下会使空气中的某些分子产生活性基团OH，如图所示，OH与NO₂的反应为NO₂＋OHHNO₃。写出OH与NO反应的化学方程式：_____________，该反应中被氧化的元素是       。

（2）如图所示的电解装置能吸收和转化NO₂、NO和SO₂。阴极排出的溶液中含S₂O₄^2-离子，能吸收NO_x气体，生成的SO₃^2-可在阴极区再生。请将S₂O₄^2-吸收NO₂的离子方程式配平，并标明电子转移的方向和数目。
____S₂O₄^2-＋____NO₂＋____OH^－    SO₃^2-＋____N₂＋____

（3）已知上述电解装置阳极反应为：SO₂－2e^－＋2H₂OSO₄^2-＋4H^＋，阴极生成的吸收液每吸收标准状况下7.84 L的气体，阳极区新生成质量分数为49%的硫酸100 g，则被吸收气体中NO₂和NO的物质的量之比为             。
（4）PM2.5产生的主要来源是日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属等有毒物质。一般而言，粒径2.5微米至10微米的粗颗粒物主要来自扬尘等；2.5微米以下的细颗粒物（PM2.5）则主要来自化石燃料的燃烧（如机动车尾气、燃煤）、挥发性有机物的排放等。请你结合信息，给出降低PM2.5排放的对策（至少两条）：           ______     。

为了人类的可持续发展，我们应综合利用资源．保护环境，跟自然和谐相处：
（1）科学家研制出有“自我修复能力”的塑料。塑料属于         （选填 “无机”、“合成”或“复合”）材料，为我们到来了方便，但废弃塑料处理不当会对环境造成不利的影响，人们把废弃塑料给环境带来的危害称为“         ”，发电厂是利用垃圾焚烧产生的               转变为电能。
（2）发射“嫦娥三号”的长三甲火箭燃料是偏二甲肼（X），反应的化学方程式为：X+2N₂O₄=3N₂+2CO₂+4H₂O，则X的化学式为      。
A．H₂          B．CH₄      C．C₂H₈N     D．C₂H₈N₂
（3）2014年3月22日是第二十二个“世界水日”，它的主题是“水与能源”。关于水的知识有下列话题，请按要求填空：
①自来水生产过程中，可用          方法除去水中不溶性杂质。
②在生产生活中水是最常用的溶剂，实验室用蔗糖配制一定溶质质量分数的溶液时，可能涉及以下操作：

Ⅰ、上图操作中有错误的是          （填序号）。
Ⅱ、改正错误后，表示正确的操作顺序是          （填序号）。
A．⑤②①③④    B．⑤①②③④     C．⑤③②④①     D．⑤③①④②
Ⅲ、保护水环境、珍爱水资源，是每个公民应尽的责任和义务。下列做法不利于保护水资源的是          （填序号）。
A．大量使用化肥农药               B．工业废水处理达标后再排放
C．使用含磷洗衣粉                D．生活污水直接排放

SO₂是一种重要的化工原料，也是引起酸雨污染的重要来源。
(1)某兴趣小组采用如图所示装置制取SO₂

①下列实验方案适用如图所示装置制取所需SO₂的试剂是_______(填序号）。

A．Na2SO3溶液与稀硝酸

B．Na2SO3固体与浓硫酸

C．固体硫和氧气

D．铜与浓硫酸

②a的仪器名称是_______。
③尾气吸收装置的连接顺序是b接(   )接 (   )接e。
(2)为了回收利用SO₂废气，研究人员研制了利用低品位软锰矿浆(主要成分是MnO₂)吸收高温焙烧含硫废渣产生的SO₂废气，制备硫酸锰晶体(生产流程，其流程示意图如下：

已知：浸出液的pH<2，其中的金属离子主要是Mn2+，还含有少量的Fe^2＋、Al^3＋等其他金属离子。有关金属离子形成氢氧化物沉淀时溶液的pH见下表：

请回答：
①含Al^3＋的盐常用作净水剂，用离子方程式表示其净水原理________________________。
②浸出过程中主要反应的化学方程式是___________________________________________。
③氧化过程中加入MnO₂粉的目的是______________________________________________;
反应的离子方程式是_________________________________________________________。
④用石灰浆调节pH，pH应调节的范围是___________________________________。
⑤滤渣的主要成分是____________________________________。

运用化学反应原理研究碳、氮、硫、氯等单质及其化合物的反应，对生产、生活、环境保护等领域有着重要的意义。
（1）下列措施中，不利于环境保护的有        （填编号）。
a.大量开采使用化石燃料
b.使用无氟冰箱、空调
c.多步行多乘公交车，少用专车和私家车
d.将工业“废气”、“废液”、“废渣”直接排放
（2）工业上的“脱碳”指的是从“脱硝”、“脱硫”后的烟气用碱液吸收并得到浓缩的二氧化碳。利用二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向。
①写出吸收二氧化碳的离子方程式                      。
②常温下，0.1mol/LNaHCO₃溶液的pH＞8，则溶液中c(H₂CO₃) _______c(CO₃^2－) （填“＞”、“＜”或“＝”）。
③合成的甲醇可以做为新型燃料电池的原料，若电解液是碱性的，则其负极的电极反应式为       。
（3）二氧化氯（ClO₂），为一种黄绿色气体，是公认的高效、广谱安全的杀菌消毒剂。工业上制备ClO₂的反应原理为：4HC1(浓)+2NaClO₃＝2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O+2NaCl。上述反应中，产生1 mol ClO₂，则被氧化的HC1为        。
（4）SO₂溶于水可以得到二元弱酸H₂SO₃（亚硫酸）。
①25℃时，将NaOH深液与亚硫酸混合至恰好中和，则混合液中各种离子浓度的大小关系为         。
②25℃时，当NaOH溶液与H₂SO₃等物质的量混合时，发现混合液pH＜7，请你简要解释其原因     。

(16分)污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。某研究小组利用软锰矿(主要成分为MnO₂，另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物)作脱硫剂，通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO₂，又制得电池材料MnO₂(反应条件已省略)。

请回答下列问题：
（1）上述流程中多次涉及到过滤操作，实验室进行过滤操作时需要用到的硅酸盐仪器有玻璃棒、       、      ；其中玻璃棒的作用是                。
（2）用MnCO₃能除去溶液中的Al^3＋和Fe^3＋，其原理是                             。
（3）已知K_sp(CuS)＝8.4×10^－45，K_sp(NiS)＝1.4×10^－24；在除铜镍的过程中，当Ni^2＋恰好完全沉淀 (此时溶液中c(Ni^2＋)＝1.0×10^－5mol/L)，溶液中Cu^2＋的浓度是     mol/L。
（4）工业上采用电解K₂MnO₄水溶液的方法来生产KMnO₄，其中隋性电极作阳极，铁作阴极，请写出阳极的电极反应式                                  。
（5）下列各组试剂中，能准确测定一定体积燃煤尾气中SO₂含量的是__________。(填编号)
a.NaOH溶液、酚酞试液
b.稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液
c.碘水、淀粉溶液
d.氨水、酚酞试液
（6）除杂后得到的MnSO₄溶液可以通过                  (填操作名称)制得硫酸锰晶体(MnSO₄•H₂O，相对分子质量为169)。已知废气中SO₂浓度为8.4 g/m³，软锰矿浆对SO₂的吸收率可达90%，则处理1000 m³燃煤尾气，可得到硫酸锰晶体质量为        kg(结果保留3位有效数字)。

污染与环境保护已经成为现在我国最热门的一个课题，污染分为空气污染，水污染，土壤污染等。


（1）为了减少空气中SO₂的排放，常采取的措施有：
①将煤转化为清洁气体燃料。
已知：H₂(g)＋O₂(g)===H₂O(g) ΔH₁＝－241.8 kJ·mol^－1
C(s)＋O₂(g)===CO(g)  ΔH₂＝－110.5 kJ·mol^－1
C(s)＋H₂O(g) ＝ CO(g) ＋H₂(g)   ΔH＝          。
该反应的平衡常数表达式为K=           。
②洗涤含SO₂的烟气。以下物质可作洗涤剂的是     （选填序号）。
a．CaCl₂      b．氨水       c．Na₂CO₃       d．NaHSO₃
（2）为了减少空气中的CO₂，目前捕碳技术在降低温室气体排放中具有重要的作用，捕碳剂常用(NH₄)₂CO₃，反应为：(NH₄)₂CO₃(aq)＋H₂O(l)＋CO₂(g)＝2NH₄HCO₃(aq)  ΔH₃
为研究温度对(NH₄)₂CO₃捕获CO₂效率的影响，在某温度T₁下，将一定量的(NH₄)₂CO₃溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO₂气体（用氮气作为稀释剂），在t时刻，测得容器中CO₂气体的浓度。然后分别在温度为T₂、T₃、T₄、T₅下，保持其他初始实验条件不变，重复上述实验，
经过相同时间测得CO₂气体浓度，其关系如图，则：

①T₂、T₄温度下，该反应的反应速率v₂     v₄(填“＞”、“＝”或“＜”)。
②在T₃～T₄这个温度区间，容器内CO₂气体浓度变化趋势的原因是：        。
（3）催化反硝化法降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
①催化反硝化法中，用H₂将NO还原为N₂，一段时间后，
溶液的碱性明显增强。则反应离子方程式为：                   。
②Murphy等人利用粉末铝去除废水总硝酸盐，反应主要产物为氨，占60～95%，可以通过气提法除去。反应方程式为：
3NO₃^- + 2Al + 3H₂O → 3NO₂^- + 2Al(OH)₃
NO₂^- + 2Al + 5H₂O → NH₃ + 2Al(OH)₃ + OH^-
2NO₂^- + 2Al + 4H₂O → N₂ + 2Al(OH)₃ + 2OH^-
若足量的铝与硝酸盐反应产生224mL(标准状况)混合气体，其中氨占80%，则被NO₃^-氧化的铝的物质的量为            。

SO₂和NO_x都是大气污染物。
（1）直接排放含SO₂的烟气会形成酸雨，危害环境。用化学方程式表示SO₂形成硫酸型酸雨的过程                        。
（2）右表是某小组同学测得的不同天气情况下的某县城空气中SO₂的平均含量。请你分析雨后或风速较大时SO₂平均含量较低的原因：

①雨后：_________________；
②风速较大时：____________________。
（3）洗涤含SO₂的烟气。以下物质不能作为洗涤剂的是________（填字母序号）。
a．熟石灰   b．纯碱    c．CaCl₂     d．NaHSO₃
（4）煤燃烧前需进行脱硫处理，某种脱硫技术的基本原理如下：

①该技术的第一步反应的离子方程式为              。
②处理1 kg含80% FeS₂的黄铁矿，第二步消耗O₂（标况）的体积为         L（保留一位小数）。
（5）某研究性学习小组为模拟光化学烟雾的形成，用紫外线照射装在密闭容器内的被污染空气样品，所得物质的浓度随时间的变化如图所示。由图可知，光化学烟雾是指等污染物气体和颗粒物所形成的烟雾。

（6）氧化—还原法消除NO_x的转化如下：

①反应Ⅰ为NO＋O₃＝NO₂＋O₂，生成11.2 L O₂（标况）时，转移电子的物质的量是          mol。
②反应Ⅱ中，反应的化学方程式是              。
（7）利用氨水可以将SO₂和NO₂吸收，原理如下图所示：

NO₂被吸收的离子方程式是                       。

常见锌锰干电池因含有汞、酸或碱等，废弃后进入环境将造成严重危害。某化学兴趣小组拟采用如下处理方法回收废电池中的各种资源。
（1）填充物用60℃温水溶解，目的是          。
（2）操作A的名称为            。
（3）铜帽溶解时加入H₂O₂的目的是                       （用化学方程式表示）。铜帽溶解完全后，可采用_____________方法除去溶液中过量的H₂O₂。
（4）碱性锌锰干电池的电解质为KOH，总反应为Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn(OH)₂，其负极的电极反应式为           。
（5）滤渣的主要成分为含锰混合物，向含锰混合物中加入一定量的稀硫酸、稀草酸，并不断搅拌至无气泡为止。主要反应为  2MnO(OH)+MnO₂+2H₂C₂O₄+3H₂SO₄=3MnSO₄+4CO₂↑+6H₂O。
①当1 mol MnO₂参加反应时，共有     mol电子发生转移。
②MnO(OH)与浓盐酸在加热条件下也可发生反应，试写出该反应的化学方程式：                   。
（6）锌锰干电池所含的汞可用KMnO₄溶液吸收。在不同pH下，KMnO₄溶液对Hg的吸收率及主要产物如下图所示：

根据上图可知：
①pH对Hg吸收率的影响规律是随pH升高，汞的吸收率__        _.
②在强酸性环境下Hg的吸收率高的原因可能是KMnO₄在酸性条件下        强.

我省的海水资源丰富，海水中主要含有Na^＋、K^＋、Ca^2＋、Mg^2＋、Cl^－、SO₄^2－、Br^－、CO₃^2－、HCO₃^－等离子。合理利用资源和保护环境是我省可持续发展的重要保证。
（1）海水经过处理后可以得到无水氯化镁，无水氯化镁是工业制取镁的原料。试写出由无水氯化镁制取金属镁的化学反应方程式   。
（2）某化工厂生产过程中会产生含有Cu^2＋和Pb^2＋的污水。排放前拟用沉淀法除去这两种离子，根据下列数据，你认为投入   （选填“Na₂S”或“NaOH”）效果更好。

难溶电解质	Cu(OH)2	CuS	Pb(OH)2	PbS
Ksp	4.8×10^－20	6.3×10^－36	1.2×10^－15	1.0×10^－28

（3）火力发电在江苏的能源利用中占较大比重，但是排放出的SO₂会造成一系列环境和生态问题。利用海水脱硫是一种有效的方法，其工艺流程如下图所示：

①天然海水的pH≈8，试用离子方程式解释天然海水呈弱碱性的原因   （任写一个）。
②某研究小组为探究提高含硫烟气中SO₂的吸收效率的措施，进行了天然海水吸收含硫烟气的模拟实验，实验结果如图所示。

请你根据图示实验结果，就如何提高一定浓度含硫烟气中SO₂的吸收效率，提出一条合理化建议：   。
③天然海水吸收了含硫烟气后会溶有H₂SO₃、HSO₃^－等分子或离子，氧气氧化的化学原理是   （任写一个化学方程式或离子方程式）。氧化后的“海水”需要引入大量的天然海水与之混合后才能排放，该操作的主要目的是   。

(15分)雾霾含有大量的污染物SO₂、NO。工业上变“废”为宝，吸收工业尾气SO₂和NO，可获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的流程图如下(Ce为铈元素)：
 
（1）装置Ⅰ中的主要离子方程式为           。
（2）含硫各微粒(H₂SO₃、HSO₃^－和SO₃^2－)存在于SO₂与NaOH溶液反应后的溶液中。
向pH=5的NaHSO₃溶液中滴加一定浓度的CaCl₂溶液，溶液中出现浑浊，pH降为2，用化学平衡移动原理解释溶液pH降低的原因：           。
（3）装置Ⅱ中，发生了两个氧化还原反应，产物分别为NO₂^-和NO₃^-，写出酸性条件下生成NO₃^-的反应的离子方程式               。
（4）装置Ⅲ还可以使Ce⁴⁺再生，其原理如下图所示。

①生成Ce⁴⁺从电解槽的           (填字母序号)口流出。
②写出阴极的反应式           。
（5）已知进入装置Ⅳ的溶液中，NO₂^－的浓度为a g·L^-1，要使1 m³该溶液中的NO₂^－完全转化为NH₄NO₃，需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的O₂             L。(用含a代数式表示)

氮氧化物和SO₂是造成雾霾天气的主要原因之一。
（1）为减少SO₂的排放，常采取的措施有：
①将煤转化为清洁气体燃料。
已知：H₂(g)+1/2O₂(g)＝H₂O(g)ΔH＝－241.8kJ·mol^－1，C(s)+1/2O₂(g)＝CO(g) ΔH＝－110.5kJ·mol^－1
写出焦炭与水蒸气高温反应的热化学方程式：                                    。
②洗涤含SO₂的烟气。下列物质可作洗涤剂的是       (填字母)。
a．Ca(OH)₂     b．Na₂CO₃      c．CaCl₂       d．NaHSO₃
（2）①已知汽车发动机工作时汽缸中生成NO的反应为：N₂(g)＋O₂(g)2NO(g) ΔH＝＋183kJ·mol^－1。若1mol空气含0.8molN₂和0.2molO₂，1300℃时在密闭容器内反应达到平衡，测得NO为8×10^－4mol。该温度下的平衡常数K＝           。汽车启动后，汽缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，请用反应速率和化学平衡知识解释NO排放量增大的原因：                      。
（3）硫酸工业尾气中二氧化硫的含量超过0.05%(体积分数)时需经处理后才能排放。某校化学兴趣小组欲测定某硫酸工厂排放尾气中二氧化硫的含量，采用以下方案：如图所示，图中气体流量计B用于准确测量通过的尾气体积。

将尾气通入一定体积已知浓度的碘水中测定SO₂的含量。当洗气瓶C中溶液蓝色消失时，立即关闭活塞A。
①洗气瓶C中导管末端连接一个多孔球泡D，可以提高实验的准确度，其理由是                。
②洗气瓶C中溶液蓝色消失后，没有及时关闭活塞A，测得的SO₂含量________(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。
（4）将某PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试液。若测得该试液所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度[c(H⁺)、c(OH^－)待测]如下表：

离子	K^+	Na^+	NH4^＋	SO4^2^－	NO3^－	Cl^-
浓度/mol·L^－1	4×10^－6	6×10^－6	2×10^－5	4×10^－5	3×10^－5	2×10^－5

根据表中数据判断PM2.5的酸碱性为           ，待测试液的pH＝       。

水处理技术在生产、生活中应用广泛。
（1）根据水中Ca²⁺、：Mg²⁺的多少，把天然水分为硬水和软水，硬水必须经过软化才能使用。
①硬水软化的方法通常有            、            和离子交换法。离子交换树脂使用了一段时间后，逐渐由NaR型变为CaR₂(或MgR₂)型，而失去交换能力。把CaR₂(或MgR₂)型树脂置于           中浸泡一段时间，便可再生。
②当洗涤用水硬度较大时，洗衣粉与肥皂相比，          洗涤效果较好，原因是          。
（2）工业上常用绿矾做混凝剂除去天然水中含有的悬浮物和胶体，为了达到更好的效果，要将待处理的水pH调到9左右，再加入绿矾。请解释这一做法的原因：                      。(用必要的离子方程式和文字描述)。
（3）最近我国某地苯胺大量泄漏于生活饮用水的河道中，当地采取的应急措施之一是向河水中撒入大量的活性炭，活性炭的作用是                                   。

化学与人类生活、生产和社会可持续发展密切相关，下列说法正确的是

A．为测定熔融氢氧化钠的导电性，可将氢氧化钠固体放在石英坩埚中加热熔化

B．采取“静电除尘”、“燃煤固硫”、“汽车尾气催化净化”等方法，可提高空气质量

C．铝及其合金是电气、工业、家庭广泛使用的材料，通常用电解氯化铝的方法制取铝

D．DNOP（邻苯二甲酸二辛酯）是一种由邻苯二甲酸和正辛醇经酯化反应而得的一种酯类有机化合物，常用作增塑剂、溶剂以及气相色谱固定液，对人体无害，可用作食品添加剂

工、农业及城市生活污水中含磷。家用洗涤剂是污水中磷的一个重要来源（洗涤剂中含有磷酸钠）。关于处理污水时要不要除去磷的说法正确的是：

A．磷是生物所需的营养元素，不必除去

B．含磷的污水是很好的肥料，不必除去

C．含磷污水排到自然水中引起藻类增殖，使水变质，必须除去

D．磷对人无毒，除去与否都无关紧要

汽车尾气(含有烃类、CO、SO₂与NO等物质)是城市空气的污染源．治理方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化剂转换器”(用铂、钯合金作催化剂)．它的特点是使CO与NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体．
（1）写出CO与NO反应的化学方程式______________．
（2）控制城市空气污染源的方法可以有__________．
a．开发氢能源       b．使用电动车
c．植树造林        d．戴上呼吸面具
（3）“催化剂转换器”的缺点是在一定程度上提高空气的酸度，其原因是_______________________。