高中化學魯科版化學與技術主題一空氣資源氨的合成單元測試 專題1空氣分離

課題1空氣分離1．知道深冷分離、變壓吸附分離和膜分離三種空氣分離方法的原理以及它們的適用范圍。2．了解蒸餾和精餾的原理以及它們之間的區(qū)別和聯(lián)系，了解吸附作用的原理。(重點)3．理解空氣各組分的物理性質與所采用的分離方法的關系。4．認識空氣作為一種資源的重要性以及分離技術對開發(fā)和利用資源的意義。(重難點)空氣中各成分的應用空氣是氧氣、氮氣、二氧化碳、稀有氣體等組成的混合物。煉鋼和金屬焊接需要氧氣，合成氨需要氮氣，而稀有氣體常用做保護氣及各種燈泡的填充氣。1．稀有氣體常用做保護氣和燈泡填充氣，這是利用氣體的什么性質？【提示】穩(wěn)定性。如何將空氣的各組分分離開1.深冷分離(1)定義：先將空氣降溫、加壓液化后，再將液態(tài)空氣升溫，根據空氣中各種組分的沸點不同進行精餾分離。(2)空氣液化的方法：先加壓再進行熱交換，最后進行節(jié)流膨脹。(3)分離液態(tài)空氣的方法——精餾精餾也叫分餾，是在一個設備內同時進行多次部分汽化和部分冷凝來分離液態(tài)混合物的方法。2．變壓吸附(1)原理：沸石分子篩和炭分子篩具有巨大的內表面積，吸附性能很強，且具有較高的選擇性，從而得到富氧空氣。(2)過程：加壓吸附和減壓解吸。(3)優(yōu)點：比深冷分離法能耗低，設備簡單。3．膜分離(1)定義：利用具有選擇透過性能的薄膜，在外力推動下對混合物進行分離、提純、濃縮的一種新的分離方法。(2)優(yōu)點：過程簡單，設備費用低，能耗少等。2．液態(tài)空氣精餾時，沸點高的組分先揮發(fā)出來還是沸點低的組分先揮發(fā)出來？【提示】隨著溫度的升高，沸點低的組分先達到沸點而揮發(fā)出來?？諝饨M分的分離【問題導思】①分離空氣常用的方法有哪些？【提示】a．深冷分離法；b.變壓吸附分離法；c.膜分離法。②精餾液態(tài)空氣時，先獲得液氮(沸點：－196℃)還是液氧(沸點：－183【提示】沸點低的液氮先分離出來。③當空氣通過膜分離裝置時，氧分子能透過膜而氮分子不能透過膜，說明哪種氣體分子的直徑更大一些？【提示】直徑大的氣體分子不能透過膜，故分子直徑：N2>O2。1．深冷分離(1)定義：深冷分離是先將空氣降溫、加壓液化，再將液態(tài)空氣升溫，根據空氣中各組分的沸點不同進行精餾分離。(2)方法2．變壓吸附分離將加壓的空氣通過分子篩，氮氣和氧氣因分別被吸附而分離開來，再把被吸附的氣體從分子篩中解吸出來的分離方法稱為變壓吸附。3．膜分離膜分離是利用特殊制造的、具有選擇透過性能的薄膜，在外力推動下對混合物進行分離、提純、濃縮的一種新的分離方式。下列分離物質的方法中，不是根據粒子大小進行分離的是()A．滲析 B．過濾C．分餾 D．膜分離【解析】A項，滲析是根據膠體粒子直徑和溶液中分子、離子直徑不同，將溶液中溶質與膠粒分離開的方法；B項，過濾是根據濁液中分散質直徑和溶液中分散質直徑不同，將二者分離的方法；C項，分餾是利用混合物中各組分沸點不同，將各組分分離的方法；D項，膜分離是利用O2和N2分子直徑大小不同使二者分離的方法?！敬鸢浮緾在壓強為×105Pa時液態(tài)氮的沸點是－196℃，液態(tài)氧的沸點是－183℃，液態(tài)氦的沸點是－269℃。采用深冷分離法從空氣中分離這3種氣體時，隨溫度升高它們逸出的先后順序是()【導學號：28920000】A．氦氣、氮氣、氧氣 B．氧氣、氮氣、氦氣C．氮氣、氧氣、氦氣 D．氧氣、氦氣、氮氣【解析】采用深冷分離空氣時，隨溫度升高，沸點低的氣體先逸出。【答案】A1．空氣的4種成分：O2、N2、CO2、稀有氣體。2．空氣的3種分離方法：深冷分離法、變壓吸附分離法、膜分離法。1．下列各項不屬于我國城市空氣質量報告內容的是()A．SO2 B．CO2C．NO2 D．【解析】該題是常識性問題。CO2不屬于城市空氣質量報告內容?！敬鸢浮緽2．下列說法錯誤的是()【導學號：28920001】A．空氣是氧氣、氮氣、二氧化碳、稀有氣體等組成的混合物B．空氣中的氮氣可用于合成氨，稀有氣體常用做保護氣及各種燈泡的填充氣C．在深冷分離中，液態(tài)空氣精餾是利用空氣中各組分的沸點不同進行分離D．膜分離是利用分子篩對空氣進行分離，從而制得富氧空氣【解析】膜分離是利用特制的、具有選擇透過性能的薄膜，在外力推動下對混合物進行分離、提純、濃縮的一種方法?！敬鸢浮緿3．下列操作利用吸附作用分離的是()A．深冷分離 B．變壓吸附C．蒸餾法海水淡化 D．膜分離【解析】深冷分離是根據各組分的沸點不同進行精餾分離；變壓吸附是利用分子篩具有較大的內表面積，吸附性能很強的特點，進行加壓吸附和減壓解吸的分離方法；海水淡化利用各組分沸點不同而分離；膜分離是利用具有透過性能的薄膜進行分離的方法。【答案】B4．下列關于空氣分離的敘述中，不正確的是()A．深冷分離法分離空氣時，使空氣溫度降低的方法是先加壓，再進行熱交換，最后進行節(jié)流膨脹B．變壓吸附法是由在生產中加壓吸附和減壓解吸交替操作而得名C．膜分離法所使用的薄膜不需要具有特殊的性質D．分離技術伴隨著生產力的發(fā)展、科學的進步，從低級到高級不斷地改進、創(chuàng)新【解析】膜分離法使用的薄膜具有選擇透過性能?！敬鸢浮緾5．空氣液化和各組分分離流程圖如下，填寫下列空白。【答案】熱交換氣態(tài)蒸餾精餾學業(yè)分層測評(一)(建議用時：45分鐘)[學業(yè)達標]1．氮氣是空氣的主要組成部分。因此有科學家根據蒸汽機的原理，設計制造出了液氮蒸汽機，即利用液態(tài)氮的蒸發(fā)來驅動機車，從而達到環(huán)境保護的目的。其原理是()A．N2在空氣中燃燒放熱B．N2與H2反應放熱C．N2在空氣中約占78%(體積分數)D．液態(tài)氮的沸點為－196°C，遠低于常溫【解析】根據深冷分離空氣的基本原理，液氮在常溫常壓下，由液態(tài)汽化為氣體，體積膨脹做功。故答案為D?！敬鸢浮緿2．(2023·南京高二質檢)當液態(tài)空氣溫度升高達到剛沸騰時，在蒸發(fā)出的氣體中()A．基本上不含氧氣B．氮氣占體積的78%C．基本上不含氮氣D．氮氣含量稍高于體積的78%【解析】由于氧氣的沸點比氮氣高，當液態(tài)的空氣溫度升高達到剛沸騰時，首先蒸發(fā)出來的氣體是氮氣，所以基本上不含氧氣。工業(yè)上用分離液態(tài)空氣的方法制氧氣，就是根據空氣中各組分的沸點不同進行精餾分離的?！敬鸢浮緼3．采用深冷分離液態(tài)空氣時，先逸出稀有氣體的原因是()【導學號：28920002】A．稀有氣體性質不活潑B．在空氣中含量最少C．分子直徑最小D．沸點最低【解析】深冷分離空氣是利用空氣各組分沸點不同而分離的方法?！敬鸢浮緿4．在下列物質的應用中，屬于利用物質的吸附性的是()①氫氧化鋁膠體用于凈水②無水硫酸銅用作干燥劑③木炭用于工業(yè)制糖中的脫色④四氯化碳用于提取溴水中的溴A．①②③ B．①③C．②③ D．①②③④【解析】無水硫酸銅用作干燥劑的原理是硫酸銅跟水發(fā)生化合反應。四氯化碳用于提取溴水中的溴是利用了溴在四氯化碳中的溶解性。【答案】B5．下列說法中不正確的是()A．膜分離可應用于化工、石油、燃料等工業(yè)中回收各種氣體B．當空氣通過膜分離裝置時，氧分子能透過膜，而氮分子不能透過膜C．膜分離法制備的富氧空氣含氧量在25%～40%之間D．膜分離法分離過程復雜，設備費用高，耗能多【答案】D6．下列操作原理與滲析原理相同的是()A．深冷分離 B．變壓吸附C．蒸餾和精餾 D．膜分離【解析】滲析、膜分離原理均是利用粒子直徑大小而進行分離、提純的方法?！敬鸢浮緿7．(雙選)下列說法中正確的是()【導學號：28920003】A．深冷分離法是大規(guī)模生產高純度氧氣、氮氣等氣體的方法，并且能耗小，生產成本較低B．空氣的成分自古至今都是不變的C．在絕熱的條件下，將空氣加壓通過節(jié)流閥后突然膨脹，叫做節(jié)流膨脹D．分餾是化學變化【解析】A項，深冷分離法能耗大；B項，空氣的成分受人類活動的影響；D項，分餾是物理變化?！敬鸢浮緾8．下列關于膜分離技術的說法中，不正確的是()A．膜分離所使用的薄膜必須具有使某些物質可以通過，另一些物質不能通過的特性B．膜分離法制備富氧空氣是利用空氣透過氣體分離膜時，由于氧氣和氮氣透過的能力不同而使二者分離的方法C．膜分離技術制備的富氧空氣的含氧量在35%左右D．膜分離技術只能用于空氣的分離【解析】膜分離技術也可以用于其他混合物的分離，如氯堿工業(yè)中使用的陽離子膜。【答案】D[能力提升]9．正常情況下，大氣中含有約78%的N2,21%的O2，還含有少量的CO2、水蒸氣以及稀有氣體和雜質。如果大氣中二氧化碳的含量明顯增加，就會引起“溫室效應”，導致全球變暖。(1)二氧化碳是共價化合物，它的電子式可表示為________________。(2)實驗室中檢驗CO2氣體最方便的方法是將CO2氣體通入飽和的澄清石灰水中，產生的實驗現象是________，相應的反應方程式為___________________。(3)在宇宙飛船和太空站上工作的宇航員，在密閉的工作艙內需要吸入氧氣，呼出CO2，飛船內可以使用一種物質，它能吸收CO2，并產生氧氣，該物質是________，其反應方程式為_____________________________________________。【答案】(1)(2)產生白色沉淀(或白色渾濁)Ca(OH)2＋CO2=CaCO3↓＋H2O(3)Na2O22Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O210．(1)圖瓦盧是由多個珊瑚礁形成的島國。由于大氣中CO2含量的劇增，大量珊瑚礁(主要成分是碳酸鈣)被海水侵蝕，其原因是(用化學方程式表示)：_____________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)溫室效應導致海平面上升，引起溫室效應的人為原因主要是：_________。(3)為了控制溫室效應。各國科學家提出了不少方法和設想。有人根據液態(tài)CO2密度大于海水密度的事實，設想將CO2液化后，送入深海海底。以減小大氣中CO2的濃度。為使CO2液化，可采用的措施是________。A．減壓、升溫 B．增壓、升溫C．減壓、降溫 D．增壓、降溫(4)科學家致力于二氧化碳的“組合轉化”技術研究，把過多的二氧化碳轉化為有益于人類的物質。如將CO2和H2以1∶4的比例混合，通入反應器。在適當的條件下即反應，可獲得一種重要的能源。請完成以下化學方程式：CO2＋4H2→()＋2H2O若將CO2與H2混合，在一定條件下以1∶3的比例發(fā)生反應，生成某種重要的化工原料和水。該化工原料可能是________。A．烷烴 B．烯烴C．炔烴 D．芳香烴(5)快速、有效地減緩大氣中CO2大量增加的生態(tài)學措施是________。A．使用天然氣等燃料B．控制全球人口增長C．植樹造林，保護森林D．立即減少煤和石油的燃燒【答案】(1)CaCO3＋CO2＋H2O=Ca(HCO3)2(2)大量化石燃料(煤、石油、天然氣)的燃燒(3)D(4)CH4B(5)C11．下面是關于汽車燃料及其燃燒產物性質的問題。(1)如圖對三種不同類型汽車(以序號①、②、③表示)的廢氣排放情況進行了比較。這三種汽車分別是以汽油為燃料的汽車、以天然氣(主要成分是甲烷)為燃料的汽車和電動汽車。請判斷其中序號為①的是________汽車，序號為③的是________汽車。(以下為廢氣成分)碳氫化合物一氧化碳(CO)氮氧化物(NOx)二氧化碳(CO2)(2)下圖為一定量飽和Ca(OH)2溶液中通入二氧化碳氣體后，產生CaCO3白色沉淀的質量與二氧化碳體積之間的關系曲線。試回答：OA段曲線和AB段曲線所表示的反應方程式是OA：_____________________________________________________________AB：_____________________________________________________________A點時已參加反應的CO2和Ca(OH)2的物質的量之比為________。B處溶液中存在的濃度較大的兩種離子是______和________。(填離子符號)將B處生成的溶液煮沸，可見到的現象是________?！窘馕觥?1)燃料燃燒越不充分，產生的廢氣就越多。由于含碳量：汽油>天然氣，故汽油不如天然氣燃燒充分。(2)OA表示CaCO3沉淀量隨通入CO2的量增加而增加；AB表示CaCO3不斷溶解；A點表示CO2與Ca(OH)2完全反應，且沉淀量最大，即n(CO2)∶n[Ca(OH)2]＝1∶1；B處為Ca(HCO3)2溶液，Ca(HCO3)2受熱易分解：Ca(HCO3)2eq\o(=,\s\up8(△))CaCO3↓＋CO2↑＋H2O。【答案】(1)電動以汽油為燃料的(2)Ca(OH)2＋CO2=CaCO3↓＋H2OCaCO3＋CO2＋H2O=Ca(HCO3)21∶1Ca2＋HCOeq\o\al(－,3)生成白色沉淀12．航天飛行器座艙內空氣更新過程如圖所示：【導學號：28920004】(1)Ⅱ是CO2和H2的反應裝置，該反應的化學方程式為___________________(2)從裝置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可