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1 AI DPSK原创 [中]绿色化学倡导人类创造出来的化学物质在造福人类的同时，还要减少或停止产生对人类健康和生态环境有害的物质。某项目化学习小组就化学实验和反应中的绿色化学进行实践探究，开展了以下活动。
活动1:了解绿色化学原则
【查阅资料】国际上认可的绿色化学原则有预防废弃物产生、使用催化剂、极少的副产物、原子经济性、低毒性的化学产品等。
(1)了解了绿色化学原则后，小组同学整理了生产、生活中的一些做法，不符合绿色化学原则的是 (
A.液氢作为火箭燃料
B.化工厂产生的废气直接向高空排放
C.利用过氧化氢溶液制氧气
活动2:探索绿色化学的应用
【评价化学反应与化学实验】(2)下列实验属于化合反应的是
①蜡烛在空气中燃烧 ②硫在氧气中燃烧
③红磷在空气中燃烧 ④氢气在氧气中燃烧生成水
【指导物质转化】(3)$\ce{CO}$和$\ce{H_{2}}$在一定条件下按照不同的比例可以合成不同的化工原料。$\ce{CO}$和$\ce{H_{2}}$合成的下列物质中,不符合零排放(即反应的原子利用率达到100%)要求的是 (
A.乙醇($\ce{C_{2}H_{6}O}$)
B.乙酸($\ce{C_{2}H_{4}O_{2}}$)
C.甲醛($\ce{CH_{2}O}$)
D.甲醇($\ce{CH_{4}O}$)
【指导实验方案设计】该小组欲根据绿色化学的原则探究实验室制取氧气的优劣。归纳整理是学习化学的重要途径，
中梳理了六种制氧气的途径。
(4)甲、己途径中$\ce{MnO_{2}}$均起到
(5)写出实验室中通过乙、己两种途径制取氧气的化学方程式。乙:
(6)从实现原料和反应过程绿色化的角度考虑,你认为在中学化学实验室中,
(7)
是实验室制取氧气的一些装置,请回答有关问题。
①写出仪器b的名称:
②实验室采用高锰酸钾制取氧气,应选用的发生装置是
③如用装置D收集气体,检验瓶内气体是否为氧气的方法是
④装置F可用来测量生成氧气的体积,进行操作时,集气瓶未装满水是否会影响实验结果?
活动1:了解绿色化学原则
【查阅资料】国际上认可的绿色化学原则有预防废弃物产生、使用催化剂、极少的副产物、原子经济性、低毒性的化学产品等。
(1)了解了绿色化学原则后，小组同学整理了生产、生活中的一些做法，不符合绿色化学原则的是 (
B
)A.液氢作为火箭燃料
B.化工厂产生的废气直接向高空排放
C.利用过氧化氢溶液制氧气
活动2:探索绿色化学的应用
【评价化学反应与化学实验】(2)下列实验属于化合反应的是
②③④
(填序号,下同),其中最符合绿色化学理念的是④
。①蜡烛在空气中燃烧 ②硫在氧气中燃烧
③红磷在空气中燃烧 ④氢气在氧气中燃烧生成水
【指导物质转化】(3)$\ce{CO}$和$\ce{H_{2}}$在一定条件下按照不同的比例可以合成不同的化工原料。$\ce{CO}$和$\ce{H_{2}}$合成的下列物质中,不符合零排放(即反应的原子利用率达到100%)要求的是 (
A
)A.乙醇($\ce{C_{2}H_{6}O}$)
B.乙酸($\ce{C_{2}H_{4}O_{2}}$)
C.甲醛($\ce{CH_{2}O}$)
D.甲醇($\ce{CH_{4}O}$)
【指导实验方案设计】该小组欲根据绿色化学的原则探究实验室制取氧气的优劣。归纳整理是学习化学的重要途径，
中梳理了六种制氧气的途径。(4)甲、己途径中$\ce{MnO_{2}}$均起到
催化
作用；通过丁途径制取氧气，利用的原理是空气中不同组分的沸点不同
。(5)写出实验室中通过乙、己两种途径制取氧气的化学方程式。乙:
$\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta}K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$
；己:$\ce{2KClO_{3}\xlongequal[\Delta]{MnO_{2}} 2KCl + 3O_{2}\uparrow}$
。这两个反应的原子利用率分别为10%
、39%
（原子利用率=$\frac{预期产物的质量}{全部生成物的质量总和}×100\%$,计算结果均精确至1%）。(6)从实现原料和反应过程绿色化的角度考虑,你认为在中学化学实验室中,
甲
(填“甲”“乙”“丙”“戊”或“己”)途径更体现实验的绿色化追求。(7)
是实验室制取氧气的一些装置,请回答有关问题。①写出仪器b的名称:
锥形瓶
。②实验室采用高锰酸钾制取氧气,应选用的发生装置是
A
(填序号),将高锰酸钾放入试管的操作是将试管横放,用药匙将高锰酸钾粉末送入试管底部,然后将试管慢慢竖立
。试管口要放一团棉花
,目的是防止高锰酸钾粉末进入导管,使导管堵塞
,用装置E收集氧气,当导管口处有气泡连续均匀冒出
时开始收集。③如用装置D收集气体,检验瓶内气体是否为氧气的方法是
将带火星的木条伸入集气瓶,若木条复燃,则证明瓶内气体是氧气
。④装置F可用来测量生成氧气的体积,进行操作时,集气瓶未装满水是否会影响实验结果?
否
(填“是”或“否”)。答案
(1)B
(2)②③④ ④
(3)A
(4)催化 空气中不同组分的沸点不同
(5)$\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta}K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$ $\ce{2KClO_{3}\xlongequal[\Delta]{MnO_{2}} 2KCl + 3O_{2}\uparrow}$ 10% 39%
(6)甲
(7)①锥形瓶
②A 将试管横放,用药匙将高锰酸钾粉末送入试管底部,然后将试管慢慢竖立 一团棉花 防止高锰酸钾粉末进入导管,使导管堵塞 导管口处有气泡连续均匀冒出
③将带火星的木条伸入集气瓶,若木条复燃,则证明瓶内气体是氧气
④否
【解析】(1)液氢燃烧生成水,不污染环境,符合绿色化学原则。化工厂产生的废气直接向高空排放会造成大气污染,不符合绿色化学原则。过氧化氢溶液分解生成氧气和水,不污染环境,符合绿色化学原则。故选B。
(2)化合反应是指多种物质生成一种物质的反应,其中硫、红磷和氢气燃烧的生成物均只有一种,但蜡烛燃烧的产物有两种,则②③④属于化合反应;其中氢气燃烧的生成物只有水,符合绿色化学理念,故选④。
(3)反应的原子利用率达到100%,也就是说反应类型一般是化合反应,$\ce{CO}$和$\ce{H_{2}}$在一定条件下按照不同的比例可以合成不同的化工原料,可假定反应时的化学计量数之比为$m:n$,则各选项中物质的化学式能转化为$\ce{(CO)_{m}(H_{2})_{n}}$形式的符合要求。乙醇($\ce{C_{2}H_{6}O}$)不能转化为$\ce{(CO)_{m}(H_{2})_{n}}$的形式,A符合题意;乙酸($\ce{C_{2}H_{4}O_{2}}$)可转化为$\ce{(CO)_{2}(H_{2})_{2}}$,B不符合题意;甲醛($\ce{CH_{2}O}$)可转化为$\ce{(CO)_{1}(H_{2})_{1}}$,C不符合题意;甲醇($\ce{CH_{4}O}$)可转化为$\ce{(CO)_{1}(H_{2})_{2}}$,D不符合题意。
(4)用氯酸钾和过氧化氢制取氧气时,二氧化锰都是起催化作用;丁途径是利用空气中各组分的沸点不同制取氧气的。
(5)乙途径是加热高锰酸钾制取氧气,反应的化学方程式为$\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta}K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$,己途径是在二氧化锰的催化作用下,加热氯酸钾制取氧气,反应的化学方程式为$\ce{2KClO_{3}\xlongequal[\Delta]{MnO_{2}} 2KCl + 3O_{2}\uparrow}$,乙途径的原子利用率为$\frac{32}{197+87+32}×100\% \approx 10\%$,己途径的原子利用率为$\frac{96}{149+96}×100\% \approx 39\%$。
(6)乙、戊、己途径都需要加热,丙途径需要通电,均需要消耗能量,戊反应的产物中有有毒的汞,故最符合绿色化追求的是甲途径。
(7)①仪器b的名称是锥形瓶。②高锰酸钾制取氧气的反应物是固体,反应条件是加热,应选用的发生装置是A。将高锰酸钾放入试管的操作是将试管横放,用药匙将高锰酸钾粉末送入试管底部,然后将试管慢慢竖立。试管口要放一团棉花,目的是防止高锰酸钾粉末进入导管,使导管堵塞。用装置E收集氧气,当导管口处有气泡连续均匀冒出时开始收集。③如用装置D收集气体,检验瓶内气体是否为氧气的方法是将带火星的木条伸入集气瓶,若木条复燃,则证明瓶内气体是氧气。④装置F可用来测量生成氧气的体积,进行操作时,集气瓶未装满水不会影响实验结果。
(2)②③④ ④
(3)A
(4)催化 空气中不同组分的沸点不同
(5)$\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta}K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$ $\ce{2KClO_{3}\xlongequal[\Delta]{MnO_{2}} 2KCl + 3O_{2}\uparrow}$ 10% 39%
(6)甲
(7)①锥形瓶
②A 将试管横放,用药匙将高锰酸钾粉末送入试管底部,然后将试管慢慢竖立 一团棉花 防止高锰酸钾粉末进入导管,使导管堵塞 导管口处有气泡连续均匀冒出
③将带火星的木条伸入集气瓶,若木条复燃,则证明瓶内气体是氧气
④否
【解析】(1)液氢燃烧生成水,不污染环境,符合绿色化学原则。化工厂产生的废气直接向高空排放会造成大气污染,不符合绿色化学原则。过氧化氢溶液分解生成氧气和水,不污染环境,符合绿色化学原则。故选B。
(2)化合反应是指多种物质生成一种物质的反应,其中硫、红磷和氢气燃烧的生成物均只有一种,但蜡烛燃烧的产物有两种,则②③④属于化合反应;其中氢气燃烧的生成物只有水,符合绿色化学理念,故选④。
(3)反应的原子利用率达到100%,也就是说反应类型一般是化合反应,$\ce{CO}$和$\ce{H_{2}}$在一定条件下按照不同的比例可以合成不同的化工原料,可假定反应时的化学计量数之比为$m:n$,则各选项中物质的化学式能转化为$\ce{(CO)_{m}(H_{2})_{n}}$形式的符合要求。乙醇($\ce{C_{2}H_{6}O}$)不能转化为$\ce{(CO)_{m}(H_{2})_{n}}$的形式,A符合题意;乙酸($\ce{C_{2}H_{4}O_{2}}$)可转化为$\ce{(CO)_{2}(H_{2})_{2}}$,B不符合题意;甲醛($\ce{CH_{2}O}$)可转化为$\ce{(CO)_{1}(H_{2})_{1}}$,C不符合题意;甲醇($\ce{CH_{4}O}$)可转化为$\ce{(CO)_{1}(H_{2})_{2}}$,D不符合题意。
(4)用氯酸钾和过氧化氢制取氧气时,二氧化锰都是起催化作用;丁途径是利用空气中各组分的沸点不同制取氧气的。
(5)乙途径是加热高锰酸钾制取氧气,反应的化学方程式为$\ce{2KMnO_{4}\xlongequal{\Delta}K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow}$,己途径是在二氧化锰的催化作用下,加热氯酸钾制取氧气,反应的化学方程式为$\ce{2KClO_{3}\xlongequal[\Delta]{MnO_{2}} 2KCl + 3O_{2}\uparrow}$,乙途径的原子利用率为$\frac{32}{197+87+32}×100\% \approx 10\%$,己途径的原子利用率为$\frac{96}{149+96}×100\% \approx 39\%$。
(6)乙、戊、己途径都需要加热,丙途径需要通电,均需要消耗能量,戊反应的产物中有有毒的汞,故最符合绿色化追求的是甲途径。
(7)①仪器b的名称是锥形瓶。②高锰酸钾制取氧气的反应物是固体,反应条件是加热,应选用的发生装置是A。将高锰酸钾放入试管的操作是将试管横放,用药匙将高锰酸钾粉末送入试管底部,然后将试管慢慢竖立。试管口要放一团棉花,目的是防止高锰酸钾粉末进入导管,使导管堵塞。用装置E收集氧气,当导管口处有气泡连续均匀冒出时开始收集。③如用装置D收集气体,检验瓶内气体是否为氧气的方法是将带火星的木条伸入集气瓶,若木条复燃,则证明瓶内气体是氧气。④装置F可用来测量生成氧气的体积,进行操作时,集气瓶未装满水不会影响实验结果。
