以CO2和水蒸气为原料，在等离子体和双金属催化剂xZnO•yZrO2的作用下制备CH3OH。研究表明，在等离子体的协同下，双金属催化剂中的ZrO2更易形成氧空位，从而更有利于吸附或结合外界O原子，使得制备CH3OH的反应条件更趋温和。
（1）催化剂的制备
将一定比例的Zn（NO3）2•6H2O和ZrO（NO3）2•7H2O溶于水，搅拌下将其滴入pH为8的氨水中，充分反应后得到xZn（OH）2•yZr（OH）4沉淀，将固体过滤、洗涤、干燥，于550℃焙烧6h,制得双金属催化剂xZnO•yZrO2。写出生成xZn（OH）2•yZr（OH）4沉淀的离子方程式：xZn2++yZrO2++（2x+2y）NH3•H2O+yH2O=xZn（OH）2•yZr（OH）4↓+（2x+2y）NH4+xZn2++yZrO2++（2x+2y）NH3•H2O+yH2O=xZn（OH）2•yZr（OH）4↓+（2x+2y）NH4+。
（2）工艺参数的研究
控制水蒸气流速为28.74mL•min-1、温度为150℃、反应电流为4.17A，在单独的等离子体（P）、等离子体与双金属催化剂协同（CP），这两种不同催化条件下，测得CO2流量对醇类产量的影响关系如图所示。
①无论使用何种催化条件，CH3OH的产量均随着CO2流速的增大而下降，其原因是 增大CO2的流速，缩短了CO2和水蒸气的接触时间，更多的原料气未得到充分反应增大CO2的流速，缩短了CO2和水蒸气的接触时间，更多的原料气未得到充分反应。
②分析图象可知，选用等离子体与双金属催化剂协同催化条件的优势是 抑制生成乙醇的副反应的发生，且能够提高甲醇产量抑制生成乙醇的副反应的发生，且能够提高甲醇产量。
（3）反应机理的分析
利用等离子体和双金属催化剂xZnO•yZrO2催化CO2和H2O反应生成CH3OH的过程中Zr的化合价发生变化，可能机理如图所示：
①Zr的常见化合价有+2、+3和+4，如图所示机理的步骤（iii）中，元素Zr化合价发生的变化为 +3价变为+4价+3价变为+4价。
②增大反应电流，等离子体会释放出数量更多、能量更大的带负电的高能粒子。随着反应电流的增加，CH3OH的产量增大，其可能原因是 在数量更多、能量更大的带负电的高能粒子作用下，更多的水蒸气分子断裂出H原子；同时催化剂中的ZrO2表面形成更多的氧空位，提高了反应物在催化剂上的吸附能力和成键能力，促进反应的进行在数量更多、能量更大的带负电的高能粒子作用下，更多的水蒸气分子断裂出H原子；同时催化剂中的ZrO2表面形成更多的氧空位，提高了反应物在催化剂上的吸附能力和成键能力，促进反应的进行。
【考点】制备实验方案的设计．
【答案】xZn2++yZrO2++（2x+2y）NH3•H2O+yH2O=xZn（OH）2•yZr（OH）4↓+（2x+2y）NH4+；增大CO2的流速，缩短了CO2和水蒸气的接触时间，更多的原料气未得到充分反应；抑制生成乙醇的副反应的发生，且能够提高甲醇产量；+3价变为+4价；在数量更多、能量更大的带负电的高能粒子作用下，更多的水蒸气分子断裂出H原子；同时催化剂中的ZrO2表面形成更多的氧空位，提高了反应物在催化剂上的吸附能力和成键能力，促进反应的进行
【解答】
【点评】
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发布：2024/6/27 10:35:59组卷：18引用：1难度：0.6
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1．硫铁矿烧渣是硫铁矿生产硫酸过程中产生的工业废渣（主要含Fe2O3及少量SiO2、Al2O3等杂质）．用该烧渣制取药用辅料--红氧化铁的工艺流程如下：
（1）在“还原焙烧”中产生的有毒气体可能有．
（2）“酸浸”时间一般不超过20min,若在空气中酸浸时间过长，溶液中Fe2+含量将下降，其原因是（用离子方程式表示）．
（3）根据下表数据：
在“除杂”步骤中，为除去Fe3+和Al3+，溶液的pH最大值应小于氢氧化物 Al（OH）3 Fe（OH）3 Fe（OH）2 开始沉淀的pH 3.10 2.01 7.11 完全沉淀的pH 4.77 3.68 9.61 ，检验
Fe3+已经除尽的试剂是．
（4）“中和合成”的目的是将溶液中Fe2+转变为碳酸亚铁沉淀，则操作B是．
（5）煅烧A的反应方程式是．
（6）a g烧渣经过上述工艺可得红氧化铁b g.药典标准规定，制得的红氧化铁中含氧化铁不得少于98.0%，则所选用的烧渣中铁的质量分数应不低于（用含a、b的表达式表示）．发布：2025/1/19 8:0:1组卷：5引用：1难度：0.5 -
2．硫铁矿烧渣是硫铁矿生产硫酸过程中产生的工业废渣（主要含Fe2O3及少量SiO2、Al2O3、CaO、MgO等杂质）．用该烧渣制取药用辅料--红氧化铁的工艺流程如图：
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（2）“酸浸”时间一般不超过20min,若在空气中酸浸时间过长，溶液中Fe2+含量将下降，其原因是（用离子方程式表示）．
（3）根据下表数据：
在“除杂”步骤中，为除去Fe3+和Al3+，溶液的pH最大值应小于氢氧化物 Al（OH）3 Mg（OH）2 Fe（OH）3 Fe（OH）2 开始沉淀的pH 3.10 8.54 2.01 7.11 完全沉淀的pH 4.77 11.04 3.68 9.61 ，检验Fe3+已经除尽的试剂是；当pH=5时，溶液中c（Al3+）=mol•L-1（已知常温下Ksp[Al（OH）3]=2.0×10-33）．
（4）“中和合成”的目的是将溶液中Fe2+转变为碳酸亚铁沉淀，则A的操作是．
（5）a g烧渣经过上述工艺可得红氧化铁b g.药典标准规定，制得的红氧化铁中含氧化铁不得少于98.0%，则所选用的烧渣中铁的质量分数应不低于（用含a、b的表达式表示）．发布：2025/1/19 8:0:1组卷：114引用：4难度：0.5 -
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在“除杂”步骤中，为除去Fe3+和Al3+，溶液的pH最大值应小于氢氧化物 Al（OH）3 Mg（OH）2 Fe（OH）3 Fe（OH）2 开始沉淀的pH 3.10 8.54 2.01 7.11 完全沉淀的pH 4.77 11.04 3.68 9.61 ，常温下，当pH=5时，溶液中c（Al3+）=mol•L-1（已知常温下Ksp[Al（OH）3]═2.0×10-33）．
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