探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3O-优题课

探究CH₃OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH₃OH的产率。以CO₂、H₂为原料合成CH₃OH涉及的主要反应如下：

Ⅰ．CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁＝﹣49.5 kJ•mol^﹣¹

Ⅱ．CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）△H₂＝﹣90.4 kJ•mol^﹣¹

Ⅲ．CO₂（g）+H₂（g）⇌CO（g）+H₂O（g）△H₃

回答下列问题：

（1）△H₃＝　　kJ•mol^﹣¹。

（2）一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1mol CO₂和3mol H₂发生上述反应，达到平衡时，容器中CH₃OH（g）为amol，CO为bmol，此时H₂O（g）的浓度为　 $\frac{a + b}{V}$ 　mol•L^﹣¹（用含a、b、V的代数式表示，下同），反应Ⅲ的平衡常数为　　。

（3）不同压强下，按照n（CO₂）：n（H₂）＝1：3投料，实验测定CO₂的平衡转化率和CH₃OH的平衡产率随温度的变化关系如图所示。

已知：CO₂的平衡转化率 $= \frac{n {(CO}_{2})_{初始} - n {(CO}_{2})_{平衡}}{n {(CO}_{2})_{初始}} \times$ 100%

CH₃OH的平衡产率 $= \frac{n {(CH}_{3} OH)_{平衡}}{n {(CO}_{2})_{初始}} \times$ 100%

其中纵坐标表示CO₂平衡转化率的是图　　（填“甲”或“乙”）；压强p₁、p₂、p₃由大到小的顺序为　　；图乙中T₁温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是　　。

（4 ）为同时提高CO₂的平衡转化率和CH₃OH的平衡产率，应选择的反应条件为　　（填标号）。

A．低温、高压 B．高温、低压 C．低温、低压 D．高温、高压

科目化学题型解答题难度中等

知识点：用化学平衡常数进行计算用盖斯定律进行有关反应热的计算转化率随温度、压强的变化曲线化学反应速率与化学平衡图象的综合应用化学平衡的计算

$CO {(N H_{2})}_{2} \cdot H_{2} O_{2}$ （俗称过氧化脲）是一种消毒剂，实验室中可用尿素与过氧化氢制取，反应方程式如下：

$CO {(N H_{2})}_{2} + H_{2} O_{2} = CO {(N H_{2})}_{2} \cdot H_{2} O_{2}$

（一）过氧化脲的合成

烧杯中分别加入 $25 mL 30 % H_{2} O_{2} (ρ = 1.11 g \cdot c m^{- 3})$ 、 $40 mL$ 蒸馏水和 $12.0 g$ 尿素，搅拌溶解。 $30 ° C$ 下反应 $40 \min$ ，冷却结晶、过滤、干燥，得白色针状晶体 $9.4 g$ 。

（二）过氧化脲性质检测

I．过氧化脲溶液用稀 $H_{2} S O_{4}$ 酸化后，滴加 $KMn O_{4}$ 溶液，紫红色消失。

Ⅱ．过氧化脲溶液用稀 $H_{2} S O_{4}$ 酸化后，加入 $KI$ 溶液和四氯化碳，振荡，静置。

（三）产品纯度测定

溶液配制：称取一定量产品，用蒸馏水溶解后配制成 $100 mL$ 溶液。

滴定分析：量取 $25.00 mL$ 过氧化脲溶液至锥形瓶中，加入一定量稀 $H_{2} S O_{4}$ ，用准确浓度的 $KMn O_{4}$ 溶液滴定至微红色，记录滴定体积，计算纯度。

回答下列问题：

（1）过滤中使用到的玻璃仪器有_____（写出两种即可）。

（2）过氧化脲的产率为_____。

（3）性质检测Ⅱ中的现象为_____。性质检则I和Ⅱ分别说明过氧化脲具有的性质是_____。

（4）下图为“溶液配制”的部分过程，操作a应重复3次，目的是_____，定容后还需要的操作为_____。

（5）“滴定分析”步骤中，下列操作错误的是_____（填标号）。

A．	$KMn O_{4}$ 溶液置于酸式滴定管中
B．	用量筒量取 $25.00 mL$ 过氧化脲溶液
C．	滴定近终点时，用洗瓶冲洗锥形瓶内壁
D．	锥形瓶内溶液变色后，立即记录滴定管液面刻度

（6）以下操作导致氧化脲纯度测定结果偏低的是_____（填标号）。

A．	容量瓶中液面超过刻度线
B．	滴定管水洗后未用 $KMn O_{4}$ 溶液润洗
C．	摇动锥形瓶时 $KMn O_{4}$ 溶液滴到锥形瓶外
D．	滴定前滴定管尖嘴处有气泡，滴定后气泡消失

钴在新能源、新材料领域具有重要用途。某炼锌废渣含有锌、铅、铜、铁、钴、锰的 $+ 2$ 价氧化物及锌和铜的单质。从该废渣中提取钴的一种流程如下。

注：加沉淀剂使一种金属离子浓度小于等于 $10^{- 5} mol \cdot L - 1$ ，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。

已知：① $K_{sp} (CuS) = 6.3 \times 10^{- 36}, K_{sp} (ZnS) = 2.5 \times 10^{- 22}, K_{sp} (CoS) = 4.0 \times 10^{- 21}$ 。

②以氢氧化物形式沉淀时， $\lg [c (M) / (mol \cdot L^{- 1})]$ 和溶液 $pH$ 的关系如图所示。

回答下列问题：

（1）“酸浸”前，需将废渣磨碎，其目的是_____。

（2）“酸浸”步骤中， $CoO$ 发生反应的化学方程式是_____。

（3）假设“沉铜”后得到的滤液中 $c (Z n^{2 +})$ 和 $c (C o^{2 +})$ 均为 $0.10 mol \cdot L^{- 1}$ ，向其中加入 $N a_{2} S$ 至 $Z n^{2 +}$ 沉淀完全，此时溶液中 $c (C o^{2 +})$ =_____ $mol \cdot L^{- 1}$ ，据此判断能否实现 $Z n^{2 +}$ 和 $C o^{2 +}$ 的完全分离_____（填“能”或“不能”）。

（4）“沉锰”步骤中，生成 $1.0 molMn O_{2}$ ，产生 $H^{+}$ 的物质的量为_____。

（5）“沉淀”步骤中，用 $NaOH$ 调 $pH = 4$ ，分离出的滤渣是_____。

（6）“沉钴”步骤中，控制溶液 $pH = 5.0 ~ 5.5$ ，加入适量的 $NaClO$ 氧化 $C o^{2 +}$ ，其反应的离子方程式为_____。

（7）根据题中给出的信息，从“沉钴”后的滤液中回收氢氧化锌的方法是_____。

室温下可见光催化合成技术，对于人工模仿自然界、发展有机合成新方法意义重大。一种基于 $CO$ 、碘代烃类等，合成化合物ⅶ的路线如下(加料顺序、反应条件略)：

（1）化合物i的分子式为___________。化合物x为i的同分异构体，且在核磁共振氢谱上只有2组峰。x的结构简式为___________(写一种)，其名称为___________。

（2）反应②中，化合物ⅲ与无色无味气体y反应，生成化合物ⅳ，原子利用率为 $100 %$ 。y为___________。

（3）根据化合物V的结构特征，分析预测其可能的化学性质，完成下表。

序号	反应试剂、条件	反应形成的新结构	反应类型
a	___________	___________	消去反应
b	___________	___________	氧化反应(生成有机产物)

（4）关于反应⑤的说法中，不正确的有___________。

A. 反应过程中，有 $C-I$ 键和 $H-O$ 键断裂

B. 反应过程中，有 $C=O$ 双键和 $C-O$ 单键形成

C. 反应物i中，氧原子采取 ${sp}^{3}$ 杂化，并且存在手性碳原子

D. $CO$ 属于极性分子，分子中存在由p轨道“头碰头”形成的 $π$ 键

（5）以苯、乙烯和 $CO$ 为含碳原料，利用反应③和⑤的原理，合成化合物ⅷ。

基于你设计的合成路线，回答下列问题：

(a)最后一步反应中，有机反应物为___________(写结构简式)。

(b)相关步骤涉及到烯烃制醇反应，其化学方程式为___________。

(c)从苯出发，第一步的化学方程式为___________(注明反应条件)。

配合物广泛存在于自然界，且在生产和生活中都发挥着重要作用。

（1）某有机物 $R$ 能与 ${Fe}^{2+}$ 形成橙红色的配离子 ${[{FeR}_{3}]}^{2+}$ ，该配离子可被 ${HNO}_{3}$ 氧化成淡蓝色的配离子 ${[{FeR}_{3}]}^{3+}$ 。

①基态 ${Fe}^{2+}$ 的 $3d$ 电子轨道表示式为___________。

②完成反应的离子方程式： ${NO}_{3}^{-} +2 {[{FeR}_{3}]}^{2+} {+3H}^{+} ⇌$ ______ $+2 {[{FeR}_{3}]}^{3+} {+H}_{2} O$

（2）某研究小组对(1)中②的反应进行了研究。

用浓度分别为 $2.0 mol \cdot L^{-1} 、 2.5 mol \cdot L^{-1} 、 3.0mol \cdot L^{-1}$ 的 ${HNO}_{3}$ 溶液进行了三组实验，得到 $c ({[{FeR}_{3}]}^{2+})$ 随时间t的变化曲线如图。

① $c ({HNO}_{3}) =3.0 mol \cdot L^{-1}$ 时，在 $0~1 min$ 内， ${[{FeR}_{3}]}^{2+}$ 的平均消耗速率=___________。

②下列有关说法中，正确的有___________。

A．平衡后加水稀释， $\frac{c ({[{FeR}_{3}]}^{2+})}{c ({[{FeR}_{3}]}^{3+})}$ 增大

B． ${[{FeR}_{3}]}^{2+}$ 平衡转化率： $α_{III} {>α}_{II} {>α}_{I}$

C．三组实验中，反应速率都随反应进程一直减小

D．体系由橙红色转变为淡蓝色所需时间： $t_{III} {>t}_{II} {>t}_{I}$

（3）R的衍生物L可用于分离稀土。溶液中某稀土离子(用M表示)与L存在平衡：

$M+L ⇌ ML$ $K_{1}$

$ML+L ⇌ {ML}_{2}$ $K_{2}$

研究组配制了L起始浓度 $c_{0} ( L)=0.02 mol \cdot L^{-1} 、 M$ 与L起始浓度比 $c_{0} {(M)/c}_{0} (L)$ 不同的系列溶液，反应平衡后测定其核磁共振氢谱。配体L上的某个特征H在三个物种 $L、ML、 {ML}_{2}$ 中的化学位移不同，该特征H对应吸收峰的相对峰面积S(体系中所有特征H的总峰面积计为1)如下表。

$c_{0} {(M)/c}_{0} (L)$	$S(L)$	$S(ML)$	$S ({ML}_{2})$
0	1.00	0	0
a	x	$<0.01$	0.64
b	$<0.01$	0.40	0.60

【注】核磁共振氢谱中相对峰面积S之比等于吸收峰对应H的原子数目之比；“ $<0.01$ ”表示未检测到。

① $c_{0} {(M)/c}_{0} (L)=a$ 时， $x=$ ___________。

② $c_{0} {(M)/c}_{0} (L)=b$ 时，平衡浓度比 $c_{平} ({ML}_{2}) {:c}_{平} (ML)=$ ___________。

（4）研究组用吸收光谱法研究了(3)中M与L反应体系。当 $c_{0} (L)=1.0 \times 10^{-5} mol \cdot L^{-1}$ 时，测得平衡时各物种 $c_{平} {/c}_{0} (L)$ 随 $c_{0} {(M)/c}_{0} (L)$ 的变化曲线如图。 $c_{0} {(M)/c}_{0} (L)=0.51$ 时，计算M的平衡转化率(写出计算过程，结果保留两位有效数字)。

$Ni 、 Co$ 均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液(含 ${Ni}^{2+} 、 {Co}^{2+} 、 {Al}^{3+} 、 {Mg}^{2+}$ )中，利用氨浸工艺可提取 $Ni 、 Co$ ，并获得高附加值化工产品。工艺流程如下：

已知：氨性溶液由 ${NH}_{3} \cdot H_{2} O$ 、 ${({NH}_{4})}_{2} {SO}_{3}$ 和 ${({NH}_{4})}_{2} {CO}_{3}$ 配制。常温下， ${Ni}^{2+} 、 {Co}^{2+} 、 {Co}^{3+}$ 与 ${NH}_{3}$ 形成可溶于水的配离子： ${lgK}_{b} ({NH}_{3} \cdot H_{2} O) =-4.7$ ； ${Co(OH)}_{2}$ 易被空气氧化为 ${Co(OH)}_{3}$ ；部分氢氧化物的 $K_{sp}$ 如下表。

氢氧化物	${Co(OH)}_{2}$	${Co(OH)}_{3}$	${Ni(OH)}_{2}$	${Al(OH)}_{3}$	${Mg(OH)}_{2}$
$K_{sp}$	$5.9 \times 10^{-15}$	$1.6 \times 10^{-44}$	$5.5 \times 10^{-16}$	$1.3 \times 10^{-33}$	$5.6 \times 10^{-12}$

回答下列问题：

（1）活性 $MgO$ 可与水反应，化学方程式为___________。

（2）常温下， $pH=9.9$ 的氨性溶液中， $c ({NH}_{3} \cdot H_{2} O)$ ___________ $c ({NH}_{4}^{+})$ (填“>”“<”或“=”)。

（3）“氨浸”时，由 ${Co(OH)}_{3}$ 转化为 ${[Co {({NH}_{3})}_{6}]}^{2+}$ 的离子方程式为___________。

（4） ${({NH}_{4})}_{2} {CO}_{3}$ 会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现了 ${NH}_{4} {Al(OH)}_{2} {CO}_{3}$ 的明锐衍射峰。

① ${NH}_{4} {Al(OH)}_{2} {CO}_{3}$ 属于___________(填“晶体”或“非晶体”)。

② ${({NH}_{4})}_{2} {CO}_{3}$ 提高了 $Ni 、 Co$ 的浸取速率，其原因是___________。

（5）①“析晶”过程中通入的酸性气体A为___________。

②由 ${CoCl}_{2}$ 可制备 ${Al}_{x} {CoO}_{y}$ 晶体，其立方晶胞如图。 $Al$ 与O最小间距大于 $Co$ 与O最小间距，x、y为整数，则 $Co$ 在晶胞中的位置为___________；晶体中一个 $Al$ 周围与其最近的O的个数为___________。

（6）①“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，则所得 ${HNO}_{3}$ 溶液中 $n ({HNO}_{3})$ 与 $n (H_{2} O)$ 的比值，理论上最高为___________。

②“热解”对于从矿石提取 $Ni 、 Co$ 工艺的意义，在于可重复利用 ${HNO}_{3}$ 和___________(填化学式)。