化學(xué)與工程整合能力測評試題一、選擇題（每題3分，共39分）物質(zhì)轉(zhuǎn)化與工業(yè)生產(chǎn)下列工業(yè)流程中，物質(zhì)轉(zhuǎn)化不符合化學(xué)反應(yīng)原理的是（）A.侯氏制堿法：NaCl+NH?+CO?+H?O→NaHCO?↓+NH?ClB.接觸法制硫酸：4FeS?+11O?$\xlongequal{\text{高溫}}$2Fe?O?+8SO?C.電解飽和食鹽水：2NaCl+2H?O$\xlongequal{\text{電解}}$2NaOH+H?↑+Cl?↑D.工業(yè)制漂白粉：Cl?+2NaOH→NaCl+NaClO+H?O化學(xué)用語與物質(zhì)結(jié)構(gòu)關(guān)于核外電子排布與化學(xué)鍵的說法，錯誤的是（）A.基態(tài)Cr原子的電子排布式為[Ar]3d?4s1，體現(xiàn)洪特規(guī)則特例B.水分子中O原子的雜化方式為sp3，分子空間構(gòu)型為V形C.過氧化鈉（Na?O?）中存在非極性共價鍵和離子鍵，陰陽離子個數(shù)比為1:1D.超分子結(jié)構(gòu)中分子間作用力包括氫鍵、范德華力等，可用于分子識別化工實驗基本操作在工業(yè)合成氨的模擬實驗中，下列操作規(guī)范的是（）A.向容量瓶中轉(zhuǎn)移溶液時，玻璃棒末端應(yīng)靠在刻度線以上B.中和滴定前，需用待測液潤洗滴定管2~3次以減小實驗誤差C.讀取滴定管讀數(shù)時，視線應(yīng)與凹液面最低處相切，且需估讀至小數(shù)點后兩位D.用pH試紙測定合成氨反應(yīng)后溶液的pH時，需先用蒸餾水潤濕試紙元素周期律與物質(zhì)性質(zhì)短周期主族元素X、Y、Z、W的原子序數(shù)依次增大，X的L層電子數(shù)是K層的3倍，Y的單質(zhì)是制造芯片的關(guān)鍵材料，Z的最高價氧化物對應(yīng)水化物是強堿，W與X同主族。下列說法正確的是（）A.原子半徑：Z>W>Y>XB.簡單氫化物的穩(wěn)定性：Y>X>WC.Z與W形成的化合物中只存在離子鍵D.X、Y、W的最高價氧化物對應(yīng)水化物均為強酸化學(xué)反應(yīng)原理與工業(yè)應(yīng)用關(guān)于黑火藥爆炸、電解精煉銅、合成氨反應(yīng)的說法，正確的是（）A.黑火藥爆炸的化學(xué)方程式為S+2KNO?+3C$\xlongequal{\text{點燃}}$K?S+N?↑+3CO?↑，其中氧化劑只有KNO?B.電解精煉銅時，陽極泥中可回收金、銀等貴金屬，陰極增重與陽極減重的質(zhì)量相等C.合成氨反應(yīng)中，增大壓強可提高N?的平衡轉(zhuǎn)化率，但會增加設(shè)備成本，需綜合權(quán)衡D.工業(yè)上用焦炭還原SiO?制備粗硅，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，可通過控制溫度減少副產(chǎn)物物質(zhì)分離與提純技術(shù)工業(yè)廢水中含有Cu2?、Pb2?、Hg2?等重金屬離子，需采用合理方法分離回收。下列分離方案與原理匹配的是（）A.加入Na?S溶液沉淀重金屬離子，利用了鹽類水解原理B.用萃取法分離廢水中的有機物，基于溶質(zhì)在不同溶劑中溶解度差異C.蒸餾法分離乙醇與水的混合物，利用了兩者密度不同的性質(zhì)D.用滲析法提純淀粉膠體，依據(jù)膠體粒子不能通過半透膜的特性電化學(xué)原理與工程設(shè)計某新型可充電電池以Zn為負(fù)極，V?O?為正極，電解液為K?SO?溶液，工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是（）A.放電時，Zn2?向正極移動，正極反應(yīng)式為V?O?+xZn2?+2xe?→Zn?V?O?B.充電時，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，每轉(zhuǎn)移2mol電子，陰極增重65gC.若用該電池為電解飽和食鹽水裝置供電，當(dāng)消耗6.5gZn時，理論上生成Cl?2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）D.電池設(shè)計時需考慮電極材料的導(dǎo)電性、電解液的離子遷移速率及安全性有機化學(xué)與高分子材料聚乳酸（PLA）是一種可降解高分子材料，其合成路線如下：$\text{淀粉}\xrightarrow{\text{水解}}\text{葡萄糖}\xrightarrow{\text{發(fā)酵}}\text{乳酸}\xrightarrow{\text{縮聚}}\text{PLA}$下列說法正確的是（）A.淀粉水解的最終產(chǎn)物為葡萄糖，該過程屬于取代反應(yīng)B.乳酸分子中含有羥基和羧基，可發(fā)生消去反應(yīng)和加聚反應(yīng)C.縮聚反應(yīng)的化學(xué)方程式為nCH?CH(OH)COOH$\xrightarrow{\text{催化劑}}$$\text{[OCH(CH?)CO]?}$+nH?OD.PLA材料在自然環(huán)境中可通過水解反應(yīng)降解為CO?和H?O，減少白色污染化工熱力學(xué)綜合應(yīng)用已知反應(yīng)CO(g)+H?O(g)?CO?(g)+H?(g)ΔH=-41kJ/mol，在某工業(yè)合成工藝中，原料氣中CO與H?O的物質(zhì)的量之比為1:3，在200℃、1MPa下達(dá)到平衡。下列說法正確的是（）A.該反應(yīng)為熵增反應(yīng)，升高溫度可提高CO的平衡轉(zhuǎn)化率B.增大壓強，平衡不移動，但可提高反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時間C.平衡時，若CO的轉(zhuǎn)化率為80%，則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=4D.工業(yè)上可通過過量通入水蒸氣的方式提高CO的轉(zhuǎn)化率，符合原子經(jīng)濟性原則化工流程分析與計算以閃鋅礦（主要成分為ZnS，含少量FeS、CuS等雜質(zhì)）為原料制備ZnO的工藝流程如下：$\text{閃鋅礦}\xrightarrow{\text{焙燒}}\text{焙砂}\xrightarrow{\text{酸浸}}\text{浸出液}\xrightarrow{\text{除雜}}\text{凈化液}\xrightarrow{\text{沉淀}}\text{ZnCO?}\xrightarrow{\text{煅燒}}\text{ZnO}$已知：Ksp(Fe(OH)?)=4×10?3?，Ksp(Cu(OH)?)=2.2×10?2?。下列說法錯誤的是（）A.焙燒時，ZnS與O?反應(yīng)的化學(xué)方程式為2ZnS+3O?$\xlongequal{\text{高溫}}$2ZnO+2SO?B.酸浸過程中，加入過量稀硫酸可提高ZnO的溶解速率，但會增加后續(xù)除雜成本C.除雜時，需先加入H?O?將Fe2?氧化為Fe3?，再調(diào)節(jié)pH至3~4以除去Fe3?D.若浸出液中c(Cu2?)=0.01mol/L，調(diào)節(jié)pH=10時，Cu2?可完全沉淀（離子濃度≤10??mol/L視為沉淀完全）實驗探究與數(shù)據(jù)分析某小組為探究“溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響”，設(shè)計如下實驗：在兩支試管中分別加入5mL0.1mol/LNa?S?O?溶液和5mL0.1mol/LH?SO?溶液，分別置于20℃和40℃水浴中，記錄溶液變渾濁的時間。下列說法錯誤的是（）A.實驗中需控制Na?S?O?和H?SO?的濃度、體積及反應(yīng)時間為無關(guān)變量B.若20℃時反應(yīng)時間為t?，40℃時為t?，則t?>t?，說明升高溫度加快反應(yīng)速率C.該反應(yīng)的離子方程式為S?O?2?+2H?→S↓+SO?↑+H?OD.若將H?SO?溶液濃度改為0.2mol/L，可縮短反應(yīng)時間，但無法驗證溫度對速率的影響水溶液中的離子平衡常溫下，向20mL0.1mol/LCH?COOH溶液中滴加0.1mol/LNaOH溶液，溶液pH隨NaOH溶液體積變化如圖所示。下列說法正確的是（）A.點①所示溶液中：c(CH?COO?)>c(Na?)>c(H?)>c(OH?)B.點②所示溶液中：c(CH?COOH)+c(H?)=c(OH?)+c(CH?COO?)C.點③所示溶液中：c(Na?)=c(CH?COO?)+c(CH?COOH)D.滴加過程中，水的電離程度先增大后減小，pH=7時水的電離程度最大多平衡體系與圖像分析一定溫度下，在密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2NO?(g)?N?O?(g)ΔH<0，反應(yīng)速率v正=k正c2(NO?)，v逆=k逆c(N?O?)，k正、k逆為速率常數(shù)。下列說法正確的是（）A.該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=k正/k逆，升高溫度，K增大B.若起始時c(NO?)=0.2mol/L，平衡時c(N?O?)=0.05mol/L，則K=10C.恒溫恒容下，向平衡體系中再充入NO?，達(dá)到新平衡時，NO?的轉(zhuǎn)化率減小D.速率常數(shù)k正、k逆只與溫度有關(guān)，與濃度、壓強等因素?zé)o關(guān)二、非選擇題（共61分）化工熱力學(xué)與反應(yīng)工程（14分）（1）在合成氨工業(yè)中，N?(g)+3H?(g)?2NH?(g)ΔH=-92.4kJ/mol。已知某合成塔中，原料氣中n(N?):n(H?)=1:3，在400℃、20MPa下達(dá)到平衡時，NH?的體積分?jǐn)?shù)為35%。①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式Kp=（用分壓表示，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。②若總壓增大至30MPa，平衡（填“正向移動”“逆向移動”或“不移動”），理由是________________。③計算400℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp（寫出計算過程，保留兩位有效數(shù)字）。（2）某化工廠用甲烷水蒸氣重整制氫：CH?(g)+H?O(g)?CO(g)+3H?(g)ΔH=+206kJ/mol。為提高H?的產(chǎn)率，可采取的措施有________（填字母）。A.升高溫度B.增大壓強C.加入催化劑D.及時分離出H?有機合成與工藝設(shè)計（15分）布洛芬是一種非甾體抗炎藥，其合成路線如下：$\text{A}\xrightarrow{\text{AlCl?}}\text{B}\xrightarrow{\text{H?/Ni}}\text{C}\xrightarrow{\text{KMnO?/H?}}\text{D}\xrightarrow{\text{SOCl?}}\text{E}\xrightarrow{\text{(CH?)?CHNH?}}\text{布洛芬}$已知：①A的分子式為C??H??；②D能與NaHCO?溶液反應(yīng)生成CO?。（1）A的結(jié)構(gòu)簡式為________，B→C的反應(yīng)類型為________。（2）寫出C→D的化學(xué)方程式：。（3）E的官能團名稱為________，布洛芬分子中含有________個手性碳原子。（4）設(shè)計以苯和CH?=CHCH?為原料制備A的合成路線（無機試劑任選）：。化工流程與分離技術(shù)（15分）以鈦鐵礦（主要成分為FeTiO?，含F(xiàn)e?O?、SiO?等雜質(zhì)）為原料制備TiO?的工藝流程如下：$\text{鈦鐵礦}\xrightarrow[\text{過濾}]{\text{濃H?SO?,加熱}}\text{濾液}\xrightarrow[\text{冷卻結(jié)晶}]{\text{水解}}\text{TiOSO?·xH?O}\xrightarrow{\text{煅燒}}\text{TiO?}$已知：①TiOSO?易溶于水，在熱水中水解生成H?TiO?沉淀；②Fe3?在pH=2時開始沉淀，pH=3.7時沉淀完全。（1）酸溶時，F(xiàn)eTiO?與H?SO?反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________。（2）加入鐵粉的目的是________________，檢驗Fe3?是否除盡的試劑是________。（3）水解過程中需加熱至90℃并攪拌，目的是________________。（4）若鈦鐵礦中TiO?的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，生產(chǎn)1tTiO?需鈦鐵礦________t（假設(shè)轉(zhuǎn)化率為100%）。實驗設(shè)計與工程安全（17分）某化學(xué)興趣小組設(shè)計實驗探究“電解法處理含Cr?O?2?廢水”的效果。實驗裝置如圖所示（電極均為石墨），模擬廢水含Cr?O?2?、H?、SO?2?，濃度均為0.1mol/L。（1）電解時，Cr?O?2?在________極（填“陰”或“陽”）發(fā)生反應(yīng)，還原產(chǎn)物為Cr3?，寫出該電極反應(yīng)式：。（2）實驗中，需控制溶液pH在2~3，若pH過高，Cr3?會轉(zhuǎn)化為Cr(OH)?沉淀，影響處理效果，寫出該反應(yīng)的離子方程式：。（3）測定處理后廢水中Cr3?的濃度：取25.00mL處理后的廢水，加入過量EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液（Na?H?Y），發(fā)生反應(yīng)Cr3?+H?Y2?→CrY?+2H?；用0.01mol/LZn2?標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過量的EDTA，消耗Zn2?溶液15.00mL。已知滴定前EDTA的總物質(zhì)的量為0.001mol，則廢水中c(Cr3?)=mol/L。（4）工業(yè)上處理含Cr?O?2?廢水時，除電解法外，還可加入FeSO?作為還原劑，反應(yīng)的離子方程式為________。從工程安全角度分析，該方法的優(yōu)點是________________。材料化學(xué)與工程應(yīng)用（17分）（1）鋁鋰合金是C919大飛機機身的關(guān)鍵材料，其密度小、強度高。鋁原子的結(jié)構(gòu)示意圖為________，Li與Na同主族，Li的金屬性比Na________（填“強”或“弱”），判斷依據(jù)是________________。（2）碳纖維復(fù)合材料由碳纖維與樹脂基體復(fù)合而成，其中碳纖維的主要成分是________，該材料具有________（填字母）的優(yōu)點。A.密