2024 全国甲卷 化学

人类对能源的利用经历了柴薪、煤炭和石油时期，现正向新能源方向高质量发展。下列有关能源的叙述错误的是

下列过程对应的离子方程式正确的是

四瓶无色溶液 $\mathrm { { N H _ { 4 } N O _ { 3 } } \cdot \ N a _ { 2 } C O _ { 3 } \cdot \ B a ( O H ) _ { 2 } \cdot \ A l C l _ { 3 } }$ ，它们之间的反应关系如图所示。其中a、b、c、d代表四种溶液，e和g为无色气体，f为白色沉淀。下列叙述正确的是

科学家使用 $\mathsf { \delta { - } \mathrm { M n O } } _ { 2 }$ 研制了一种 $\mathrm { M n O } _ { 2 } { \cdot } Z \mathrm { n }$ 可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后， $\mathbf { M n O } _ { 2 }$ 电极上检测到MnOOH和少量 $\mathrm { Z n M n } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 4 }$ 。下列叙述正确的是

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 $\mp 1 0 ^ { - 5 } \mathrm { m o l \cdot L ^ { - 1 } }$ ，其他金属离子不沉淀，即认为完全分离。

已知：① $\mathrm { K _ { \mathrm { s p } } ( C u S ) { = } 6 . 3 { \times } 1 0 ^ { - 3 6 } , \mathrm { K _ { \mathrm { s p } } ( Z n S ) { = } 2 . 5 { \times } 1 0 ^ { - 2 2 } , \quad \mathrm { K _ { \mathrm { s p } } ( C o S ) { = } 4 . 0 \times 1 0 ^ { - 2 1 } } } }$

②以氢氧化物形式沉淀时， $\log \left[ \mathsf { c } ( \mathbf { M } ) / \left( \mathsf { m o l } \cdot \mathbf { L } ^ { - 1 } \right) \right]$ 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 C

（3）假设“沉铜”后得到的滤液中 $\mathsf { c } \left( \mathsf { Z } \mathsf { n } ^ { 2 + } \right)$ 和 $\mathsf { c } \big ( \mathsf { C o } ^ { 2 + } \big )$ 均为 $0 . 1 0 \mathrm { m o l \cdot L ^ { - 1 } }$ ，向其中加入 $\mathrm { N a } _ { 2 } \mathrm { S }$ 至 $Z \mathrm { n } ^ { 2 + }$ 沉淀完全，此时溶液中 $\mathsf { c } \big ( \mathsf { C o } ^ { 2 + } \big )$ $\mathrm { m o l \cdot L ^ { - 1 } }$ ，据此判断能否实现 $Z \mathrm { n } ^ { 2 + }$ 和 $\mathrm { C o } ^ { 2 + }$ 的完全分离\_\_\_\_\_(填“能”或“不能”)。

（4）“沉锰”步骤中，生成1.0 mol $\mathrm { M n O } _ { 2 }$ ，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 $\mathrm { C o } ^ { 2 + }$ ，其反应的离子方程式为C

（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

$\mathrm { C O } \big ( \mathrm { N H } _ { 2 } \big ) _ { 2 } \cdot \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 2 }$ (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：

$$ \mathrm{CO} \left(\mathrm{NH} _ {2}\right) _ {2} + \mathrm{H} _ {2} \mathrm{O} _ {2} = \mathrm{CO} \left(\mathrm{NH} _ {2}\right) _ {2} \cdot \mathrm{H} _ {2} \mathrm{O} _ {2} $$

(一)过氧化脲的合成

烧杯中分别加入 $2 5 \mathrm { m L } 3 0 \% \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 2 } \left( \mathsf { p } \mathrm { = 1 . 1 1 \mathrm { g } \cdot \mathrm { c m } ^ { - 3 } } \right)$ 、40mL蒸馏水和12.0g尿素，搅拌溶解。 $3 0 \mathrm { { } ^ { \circ } C }$ 下反 应40min ，冷却结晶、过滤、干燥，得白色针状晶体9.4g。

(二)过氧化脲性质检测

I．过氧化脲溶液用稀 $\mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { S O } _ { 4 }$ 酸化后，滴加 ${ \mathrm { K M n O } } _ { 4 }$ 溶液，紫红色消失。

Ⅱ．过氧化脲溶液用稀 $\mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { S O } _ { 4 }$ 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100mL溶液。

滴定分析：量取25 00mL． 过氧化脲溶液至锥形瓶中，加入一定量稀 $\mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { S O } _ { 4 }$ ，用准确浓度的 ${ \mathrm { K M n O } } _ { 4 }$ 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. ${ \mathrm { K M n O } } _ { 4 }$ 溶液置于酸式滴定管中

B. 用量筒量取25 00mL． 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 ${ \mathrm { K M n O } } _ { 4 }$ 溶液润洗C. 摇动锥形瓶时 ${ \mathrm { K M n O } } _ { 4 }$ 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

甲烷转化为多碳化合物具有重要意义。一种将甲烷溴化再偶联为丙烯 $( \mathrm { C } _ { 3 } \mathrm { H } _ { 6 } )$ 的研究所获得的部分数据如下。回答下列问题：

（1）已知如下热化学方程式：

$$ \mathrm{CH} _ {4} (\mathrm{g}) + \mathrm{Br} _ {2} (\mathrm{g}) = \mathrm{CH} _ {3} \mathrm{Br} (\mathrm{g}) + \mathrm{HBr} (\mathrm{g}) \quad \Delta \mathrm{H} _ {1} = - 2 9 \mathrm{kJ} \cdot \mathrm{mol} ^ {- 1} $$

$$ 3 \mathrm{CH} _ {3} \mathrm{Br} (\mathrm{g}) = \mathrm{C} _ {3} \mathrm{H} _ {6} (\mathrm{g}) + 3 \mathrm{HBr} (\mathrm{g}) \quad \Delta \mathrm{H} _ {2} = + 2 0 \mathrm{kJ} \cdot \mathrm{mol} ^ {- 1} $$

计算反应 $3 \mathrm { C H } _ { 4 } ( \mathbf { g } ) + 3 \mathrm { B r } _ { 2 } ( \mathbf { g } ) { = } \mathrm { C } _ { 3 } \mathrm { H } _ { 6 } ( \mathbf { g } ) +$ +6HBr(g) 的 ΔH= \_\_\_\_\_ _kJ $\cdot \mathrm { m o l } ^ { - 1 }$

② $\mathrm { C H } _ { 4 }$ 与 $\mathrm { B r } _ { 2 }$ 反应生成 $\mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { B r }$ ，部分 $\mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { B r }$ 会进一步溴化。将8mmol $\mathrm { C H } _ { 4 }$ 和8mmol $\mathrm { B r } _ { 2 }$ 。通入密闭容器，平衡时， $\mathrm { n } \big ( \mathrm { C H } _ { 4 } \big )$ $\mathrm { \Omega } _ { \mathrm { n } } \mathrm { ( C H } _ { 3 } \mathrm { B r ) }$ 与温度的关系见下图(假设反应后的含碳物质只有 $\mathrm { C H } _ { 4 }$ $\mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { B r }$ 和 $\mathrm { C H } _ { 2 } \mathrm { B r } _ { 2 } )$ 。

(i)图中 $\mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { B r }$ 的曲线是\_\_\_\_\_(填 $^ { 6 6 } \mathrm { a } ^ { \prime \prime }$ 或“b”)。

(ii) $5 6 0 \mathrm { { } ^ { \circ } C }$ $\mathrm { C H } _ { 4 }$ 的转化 ${ \mathfrak { a } } =$ \_\_\_\_\_， n(HBr)= \_\_\_\_\_ mmol 。

(iii) $5 6 0 \mathrm { { } ^ { \circ } C }$ 时，反应 $\mathrm { C H _ { 3 } B r ( g ) } { \cdot } \mathrm { B r _ { 2 } ( g ) } { = } \mathrm { C H _ { 2 } B r _ { 2 } ( g ) } { \cdot } \mathrm { H B r ( g ) }$ 的平衡常数K=\_\_

（3）少量 $\mathrm { I } _ { 2 }$ 可提高生成 $\mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { B r }$ 的选择性。 $5 0 0 \mathrm { { } ^ { \circ } C }$ 时，分别在有 $\boldsymbol { \mathrm { I } } _ { 2 }$ 和无 $\boldsymbol { \mathrm { I } } _ { 2 }$ 的条件下，将 $\mathrm { 8 m m o l } \mathrm { C H } _ { 4 }$ 和8mmol $\mathrm { B r } _ { 2 }$ ，通入密闭容器，溴代甲烷的物质的量(n)随时间(t)的变化关系见下图。

(i)在11\~19s 之间，有 $\mathrm { I } _ { 2 }$ 和无 $\mathrm { I } _ { 2 }$ 时 $\mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { B r }$ 的生成速率之比 $\frac { \mathrm { v } \left( \mathcal { \hat { H } } \mathrm { I } _ { 2 } \right) } { \mathrm { v } \left( \mathcal { \hat { L } } \mathrm { I } _ { 2 } \right) } =$

(ii)从图中找出 $\mathrm { I } _ { 2 }$ 提高了 $\mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { B r }$ 选择性的证据：

(ⅲ)研究表明， $\mathrm { I } _ { 2 }$ 参与反应的可能机理如下：

① $\mathrm { I } _ { 2 } ( \mathbf { g } ) { = } { \cdot } \mathrm { I } ( \mathbf { g } ) { + } { \cdot } \mathrm { I } ( \mathbf { g } )$

② $\cdot \mathrm { I ( g ) } { + } \mathrm { C H _ { 2 } B r _ { 2 } ( g ) } { = } \mathrm { I B r ( g ) } { + } \cdot \mathrm { C H _ { 2 } B r ( g ) }$

③ $\cdot \mathrm { C H _ { 2 } B r ( g ) } { \cdot } \mathrm { H B r ( g ) } { = } \mathrm { C H _ { 3 } B r ( g ) } { + } \cdot \mathrm { B r ( g ) }$

④ $\mathbf { \cdot B r ( g ) } { + } \mathrm { C H } _ { 4 } ( \mathbf { g } ) { = } \mathrm { H B r ( g ) } { + } \mathbf { \cdot C H } _ { 3 } ( \mathbf { g } )$

⑤ $\cdot \mathrm { C H } _ { 3 } ( \mathrm { g } ) { + } \mathrm { I B r } ( \mathrm { g } ) { = } \mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { B r } ( \mathrm { g } ) { + } \cdot \mathrm { I } ( \mathrm { g } )$

⑥ $\cdot \mathrm { I } ( \mathbf { g } ) { + } \cdot \mathrm { I } ( \mathbf { g } ) { = } \mathrm { I } _ { 2 } ( \mathbf { g } )$

根据上述机理，分析 $\mathrm { I } _ { 2 }$ 提高 $\mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { B r }$ 选择性的原因：【答案】（1）-67 （2） ①. a ②. 80% ③. 7.8 ④. 10.92

> （3） ①. $\frac { 3 } { 2 }$ (或 3：2) ②. 5s 以后有 $\mathrm { I } _ { 2 }$ 催化的 $\mathrm { C H } _ { 2 } \mathrm { B r } _ { 2 }$ 的含量逐渐降低，有 $\mathrm { I } _ { 2 }$ 催化的 $\mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { B r }$ 的含量陡然上升 ③. I₂的投入消耗了部分 $\mathrm { C H } _ { 2 } \mathrm { B r } _ { 2 }$ ，使得消耗的 $\mathrm { C H } _ { 2 } \mathrm { B r } _ { 2 }$ 发生反应生成了 $\mathrm { C H } _ { 3 } \mathrm { B r }$