2025年下學(xué)期高二化學(xué)新情境問題專練（二）一、工業(yè)流程分析題情境描述：某化工廠以軟錳礦（主要成分為MnO?，含少量Fe?O?、Al?O?）和黃銅礦（主要成分為CuFeS?）為原料聯(lián)合生產(chǎn)硫酸錳晶體（MnSO?·H?O）和膽礬（CuSO?·5H?O），其簡化流程如下：酸浸工序：向原料中加入過量稀硫酸，同時通入氧氣并加熱，充分反應(yīng)后過濾得到浸出液（含Mn2?、Cu2?、Fe3?、Al3?等）。除雜工序：向浸出液中加入MnO?調(diào)節(jié)pH，過濾除去濾渣①；再加入MnS固體，過濾除去濾渣②。分離工序：向除雜后的溶液中加入萃取劑（RH）萃取Cu2?，分液后得到含Mn2?的水相和含Cu2?的有機(jī)相；水相經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到MnSO?·H?O；有機(jī)相經(jīng)反萃取、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到CuSO?·5H?O。題目：（1）酸浸時，MnO?與CuFeS?反應(yīng)生成Mn2?、Cu2?、Fe3?和SO?2?，寫出該反應(yīng)的離子方程式。（2）濾渣①的主要成分是______，調(diào)節(jié)pH的范圍應(yīng)控制在______（已知：Ksp[Fe(OH)?]=4×10?3?，Ksp[Al(OH)?]=1×10?33；當(dāng)離子濃度≤1×10??mol/L時視為沉淀完全）。（3）加入MnS固體的作用是除去溶液中的Fe3?，寫出該反應(yīng)的離子方程式，并通過計算說明其可行性（已知：Ksp(MnS)=2.5×10?13，Ksp(FeS)=6.3×10?1?）。（4）萃取時發(fā)生反應(yīng)：Cu2?+2RH?R?Cu+2H?，若要提高Cu2?的萃取率，可采取的措施是______（寫出1條即可）。解析：（1）根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律，MnO?中Mn元素由+4價降至+2價（得2e?），CuFeS?中S元素由-2價升至+6價（每個S失8e?），F(xiàn)e元素由+2價升至+3價（失1e?），1個CuFeS?共失17e?。根據(jù)得失電子守恒，MnO?與CuFeS?的化學(xué)計量數(shù)之比為17:2，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平得：17MnO?+2CuFeS?+60H?=17Mn2?+2Cu2?+2Fe3?+4SO?2?+30H?O。（2）濾渣①為Fe(OH)?和Al(OH)?。Fe3?完全沉淀時，c(OH?)=3√(Ksp[Fe(OH)?]/c(Fe3?))=3√(4×10?3?/1×10??)=3√4×10?11≈1.58×10?11mol/L，pH≈3.2；Al3?完全沉淀時，c(OH?)=3√(1×10?33/1×10??)=3√1×10?2?≈4.64×10?1?mol/L，pH≈4.6。為避免Mn2?沉淀（Mn(OH)?的Ksp=2.06×10?13，完全沉淀pH≈9.8），調(diào)節(jié)pH范圍為4.6≤pH<9.8。（3）MnS與Fe3?發(fā)生沉淀轉(zhuǎn)化反應(yīng)：MnS(s)+2Fe3?(aq)=2FeS(s)+Mn2?(aq)+S(s)（Fe3?具有強(qiáng)氧化性，可氧化S2?生成S單質(zhì)）。平衡常數(shù)K=[Mn2?]/[Fe3?]2=[Mn2?][S2?]/([Fe3?]2[S2?]2)×[S2?]=Ksp(MnS)/[Ksp(FeS)]2=2.5×10?13/(6.3×10?1?)2≈6.3×1021，K值極大，反應(yīng)可完全進(jìn)行。（4）萃取反應(yīng)為可逆反應(yīng)，降低溶液pH（或加入更多萃取劑）可使平衡正向移動，提高Cu2?萃取率。二、實(shí)驗(yàn)探究題情境描述：某研究小組為探究“Fe3?與SO?2?的反應(yīng)機(jī)理”，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)1：向2mL0.1mol/LFeCl?溶液中滴加2mL0.1mol/LNa?SO?溶液，溶液立即變?yōu)榧t褐色，靜置后產(chǎn)生紅褐色沉淀，上層清液呈淺綠色。實(shí)驗(yàn)2：向2mL0.1mol/LNa?SO?溶液中滴加2mL0.1mol/LFeCl?溶液，溶液立即變?yōu)榧t棕色，靜置后無沉淀，溶液顏色逐漸加深至紫紅色。題目：（1）實(shí)驗(yàn)1中“紅褐色沉淀”的成分是______（填化學(xué)式），用離子方程式解釋其產(chǎn)生的原因：。（2）實(shí)驗(yàn)2中“紅棕色溶液”和“紫紅色溶液”中均含有Fe(SO?)??配離子，該配離子中Fe3?的配位數(shù)為2，SO?2?的配位原子是（填元素符號）。設(shè)計實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“紅棕色溶液”中存在Fe3?：。（3）對比實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2，推測導(dǎo)致反應(yīng)差異的主要因素是，并結(jié)合離子反應(yīng)速率和平衡原理解釋：______。解析：（1）Fe3?與SO?2?發(fā)生雙水解反應(yīng)：2Fe3?+3SO?2?+3H?O=2Fe(OH)?↓+3SO?↑，生成的Fe(OH)?為紅褐色沉淀。同時可能存在氧化還原反應(yīng)：2Fe3?+SO?2?+H?O=2Fe2?+SO?2?+2H?，上層清液中的淺綠色為Fe2?的顏色。（2）SO?2?中S原子有孤對電子，可作為配位原子與Fe3?形成配離子，故配位原子為S。驗(yàn)證Fe3?的實(shí)驗(yàn)方案：取少量紅棕色溶液，滴加KSCN溶液，若溶液變?yōu)檠t色，則證明存在Fe3?（Fe(SO?)??配離子在溶液中存在解離平衡：Fe(SO?)???Fe3?+2SO?2?，SCN?與Fe3?結(jié)合生成更穩(wěn)定的Fe(SCN)?，使平衡正向移動）。（3）導(dǎo)致差異的因素是反應(yīng)物的滴加順序（或Fe3?與SO?2?的相對濃度）。實(shí)驗(yàn)1中Fe3?過量，SO?2?主要發(fā)生水解反應(yīng)生成Fe(OH)?沉淀（雙水解反應(yīng)速率快于配位反應(yīng)）；實(shí)驗(yàn)2中SO?2?過量，F(xiàn)e3?優(yōu)先與SO?2?形成Fe(SO?)??配離子（配位反應(yīng)平衡常數(shù)大，SO?2?濃度高時促進(jìn)配離子生成），抑制了雙水解反應(yīng)。三、化學(xué)反應(yīng)原理綜合題情境描述：CO?的資源化利用是應(yīng)對氣候變化的重要途徑。工業(yè)上可通過“CO?-H?”催化體系合成甲醇（CH?OH），主要反應(yīng)如下：主反應(yīng)：CO?(g)+3H?(g)?CH?OH(g)+H?O(g)ΔH?=-49.0kJ/mol副反應(yīng)：CO?(g)+H?(g)?CO(g)+H?O(g)ΔH?=+41.2kJ/mol在某恒溫恒壓密閉容器中，按n(CO?):n(H?)=1:3投料，測得CO?的平衡轉(zhuǎn)化率及CH?OH的選擇性（生成CH?OH的CO?占轉(zhuǎn)化CO?總量的百分比）隨溫度變化的曲線如圖所示（圖中未給出，假設(shè)200℃時CO?轉(zhuǎn)化率為25%，CH?OH選擇性為80%；300℃時CO?轉(zhuǎn)化率為40%，CH?OH選擇性為40%）。題目：（1）計算200℃時主反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp（用分壓表示，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；假設(shè)總壓為p?，寫出計算式即可）。（2）300℃時，副反應(yīng)的平衡常數(shù)K?______（填“>”“<”或“=”）主反應(yīng)的平衡常數(shù)K?，判斷依據(jù)是______。（3）在實(shí)際生產(chǎn)中，選擇250℃而非200℃或300℃的原因是______。解析：（1）設(shè)初始n(CO?)=1mol，n(H?)=3mol，總物質(zhì)的量n總=4mol。200℃時CO?轉(zhuǎn)化率為25%，則轉(zhuǎn)化的CO?為0.25mol，其中80%生成CH?OH（0.2mol），20%發(fā)生副反應(yīng)（0.05mol）。主反應(yīng)：CO?(g)+3H?(g)?CH?OH(g)+H?O(g)轉(zhuǎn)化（mol）：0.20.60.20.2副反應(yīng)：CO?(g)+H?(g)?CO(g)+H?O(g)轉(zhuǎn)化（mol）：0.050.050.050.05平衡時各物質(zhì)的量（mol）：CO?=1-0.25=0.75，H?=3-0.6-0.05=2.35，CH?OH=0.2，H?O=0.2+0.05=0.25，CO=0.05?？偽镔|(zhì)的量n總=0.75+2.35+0.2+0.25+0.05=3.6mol。各物質(zhì)的分壓：p(CO?)=0.75/3.6p?，p(H?)=2.35/3.6p?，p(CH?OH)=0.2/3.6p?，p(H?O)=0.25/3.6p?。主反應(yīng)平衡常數(shù)Kp=[p(CH?OH)·p(H?O)]/[p(CO?)·p(H?)3]=[(0.2×0.25)/(0.75×2.353)]×(3.62/p?2)。（2）300℃時CH?OH選擇性為40%，說明副反應(yīng)占比更高，且副反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫平衡正向移動，K?增大；主反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動，K?減小。因此K?>K?。（3）200℃時CO?轉(zhuǎn)化率低，生產(chǎn)效率低；300℃時CH?OH選擇性低，目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率低；250℃時可兼顧較高的CO?轉(zhuǎn)化率和CH?OH選擇性，綜合經(jīng)濟(jì)效益最佳。四、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)題情境描述：鈣鈦礦材料（ABX?）是光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其中“甲脒鉛碘”（CH(NH?)?PbI?，簡寫為FAPbI?）具有優(yōu)異的光電性能。其晶體結(jié)構(gòu)中，Pb2?位于立方晶胞的體心，I?位于面心，F(xiàn)A?（甲脒離子）位于頂點(diǎn)。題目：（1）Pb2?的價電子排布式為______，I?的核外電子運(yùn)動狀態(tài)有______種。（2）FA?的結(jié)構(gòu)式為[H?N-CH=NH?]?，其中C原子的雜化方式是______，1molFA?中含有的σ鍵數(shù)目為______。（3）FAPbI?的晶胞參數(shù)為anm，阿伏加德羅常數(shù)的值為N?，則該晶體的密度ρ=______g/cm3（用含a、N?的代數(shù)式表示，Pb的相對原子質(zhì)量為207，I為127，F(xiàn)A?的相對分子質(zhì)量為43）。解析：（1）Pb為82號元素，價電子排布式為6s26p2，Pb2?失去2個6p電子，故價電子排布式為6s2。I?的核外有54個電子，每個電子的運(yùn)動狀態(tài)均不同，因此運(yùn)動狀態(tài)有54種。（2）FA?中C原子形成3個σ鍵（2個C-N鍵、1個C-H鍵），無孤電子對，雜化方式為sp2。1個FA?中含有的σ鍵：C-H鍵2個，C-N單鍵1個，C=N雙鍵中σ鍵1個，N-H鍵4個（每個N原子與2個H原子成鍵），共2+1+1+4=8個，故1molFA?含σ鍵數(shù)目為8N?。（3）晶胞中Pb2?位于體心，數(shù)目=1；I?位于面心，數(shù)目=6×1/2=3；FA?位于頂點(diǎn)，數(shù)目=8×1/8=1。晶胞的化學(xué)式為FAPbI?，摩爾質(zhì)量M=43+207+3×127=631g/mol。晶胞體積V=(a×10??cm)3=a3×10?21cm3。密度ρ=m/V=(631/N?)/a3×10?21=6.31×1023/(a3N?)g/cm3。五、有機(jī)合成推斷題情境描述：化合物G是一種新型抗抑郁藥物的中間體，其合成路線如下：A（C?H?O）→[O?,Cu/△]B（C?H?O）→[HCN,OH?]C（C?H?NO）→[H?O/H?,△]D（C?H?O?）→[SOCl?]E（C?H?OCl）→[F（C??H??N?）,堿]G（C??H??N?O）已知：①A的核磁共振氫譜有4組峰，峰面積比為1:2:2:3；②D能與NaHCO?溶液反應(yīng)生成CO?；③E與F發(fā)生取代反應(yīng)生成G和HCl。題目：（1）A的結(jié)構(gòu)簡式為______，B中官能團(tuán)的名稱是______。（2）寫出C→D的化學(xué)方程式：。（3）F的結(jié)構(gòu)簡式為，E→G的反應(yīng)類型是______。（4）同時滿足下列條件的D的同分異構(gòu)體有______種（不考慮立體異構(gòu)）：①能發(fā)生銀鏡反應(yīng)；②能與FeCl?溶液發(fā)生顯色反應(yīng)；③苯環(huán)上有三個取代基。解析：（1）A的分子式為C?H?O，不飽和度為4，結(jié)合核磁共振氫譜峰面積比1:2:2:3，推測A為對甲基苯酚，結(jié)構(gòu)簡式為p-CH?C?H?OH。A經(jīng)催化氧化生成B（C?H?O），B為對甲基苯甲醛，官能團(tuán)為醛基。（2）B（對甲基苯甲醛）與HCN加成生成C（C?H?NO），C的結(jié)構(gòu)為p-CH?C?H?CH(OH)CN；C在酸性條件下水解生成D（C?H?O?），D能與NaHCO?反應(yīng)，說明含羧基，故D為p-CH?C?H?CH?COOH。C→D的化學(xué)方程式為：p-CH?C?H?CH(OH)CN+2H?O+H?→p-CH?C?H?CH?COOH+NH??。（3）E為D與SOCl?反應(yīng)生成的酰氯（p-CH?C?H?CH?COCl），E與F（C??H??N?）發(fā)生取代反應(yīng)生成G（C??H??N?O）和HCl，由原子守恒可知F的結(jié)構(gòu)簡式為**(CH?)?NCH?CH?NH?**（二元胺），反應(yīng)類型為取代反應(yīng)（或?；磻?yīng)）。（4）D的結(jié)構(gòu)為p-CH?C?H?CH?COOH，同分異構(gòu)體需滿足