2025年高中化學(xué)知識競賽“化學(xué)元宇宙”探索大賽試題（一）一、選擇題（每題3分，共30分）在“化學(xué)元宇宙”的晶體構(gòu)建模塊中，某虛擬物質(zhì)的晶胞結(jié)構(gòu)與金剛石相似，其基本構(gòu)成粒子為硅原子和氧原子，且每個最小環(huán)由12個原子構(gòu)成。該物質(zhì)的化學(xué)式可能是（）A.SiO?B.SiCC.Si?N?D.Si?O?元宇宙實驗室中，一種新型“離子液體電池”的電解質(zhì)由正離子[EMIM]?和負離子[BF?]?構(gòu)成。下列關(guān)于該電解質(zhì)的說法錯誤的是（）A.具有良好的導(dǎo)電性B.陰陽離子間存在離子鍵C.可用于高溫環(huán)境下的能量存儲D.由極性分子和非極性分子構(gòu)成在“分子編輯器”虛擬模塊中，對乙烯分子進行結(jié)構(gòu)修飾后得到的新型烯烴，其碳碳雙鍵鍵能比原分子提高了20%。該變化最可能是由于（）A.引入了吸電子基團B.形成了共軛體系C.增加了碳碳單鍵數(shù)量D.分子對稱性降低元宇宙空間中模擬的“星際大氣”由78%的N?、21%的O?、0.9%的Ar及0.1%的未知氣體組成。用質(zhì)譜儀分析未知氣體時，得到質(zhì)荷比為44、28、16的主要峰。該氣體可能是（）A.CO?B.CH?和CO的混合物C.C?H?D.N?O和CO?的混合物在“化學(xué)反應(yīng)模擬艙”中，將1mol/L的FeCl?溶液與1mol/L的KSCN溶液等體積混合，建立平衡后向體系中加入少量KCl固體。下列虛擬監(jiān)測數(shù)據(jù)正確的是（）A.溶液紅色加深B.正反應(yīng)速率瞬間增大C.平衡常數(shù)K值不變D.Fe3?濃度顯著降低元宇宙材料館展示的“智能變色玻璃”，其變色原理基于以下可逆反應(yīng)：AgBr(s)?Ag(s)+Br?(g)（暗處呈無色，光照下分解出Ag顆粒呈棕色）。為提高玻璃的變色靈敏度，可加入的物質(zhì)是（）A.少量CuO粉末B.微量AgNO?C.適量NaBr溶液D.納米級SiO?顆粒在“有機合成工坊”中，以乙炔為原料合成聚氯乙烯的虛擬流程如下：乙炔→A→B→聚氯乙烯則中間產(chǎn)物A、B的結(jié)構(gòu)簡式依次為（）A.CH?=CHCl、-[-CH?-CHCl-]-?B.CH?CHO、CH?=CHOHC.CH?=CHCl、CH?CH?ClD.CH≡CCl、CH?=CHCl元宇宙能源站采用“人工光合作用”技術(shù)，利用催化劑將CO?和H?O轉(zhuǎn)化為CH?和O?。已知反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO?(g)+2H?O(l)=CH?(g)+2O?(g)ΔH=+890.3kJ/mol該反應(yīng)在虛擬條件下的能量變化示意圖正確的是（）A.反應(yīng)物總能量高于生成物B.反應(yīng)過程中需持續(xù)吸收光能C.使用催化劑使ΔH減小D.生成1molCH?時轉(zhuǎn)移8mol電子在“溶液導(dǎo)電性模擬裝置”中，分別測試0.1mol/L的下列溶液的導(dǎo)電能力，虛擬電表讀數(shù)最大的是（）A.氨水B.醋酸C.Ba(OH)?D.NH?Cl元宇宙元素周期表中，某“未知元素X”位于第四周期第Ⅷ族，其基態(tài)原子的價電子排布式為3d?4s2。關(guān)于X的性質(zhì)預(yù)測錯誤的是（）A.單質(zhì)能與水蒸氣在高溫下反應(yīng)B.+3價離子的電子排布式為[Ar]3d?C.其氧化物對應(yīng)水化物均為強堿D.可形成配合物K?[X(CN)?]二、填空題（每空2分，共40分）在“原子結(jié)構(gòu)可視化系統(tǒng)”中，鋰原子的電子云模型顯示：基態(tài)Li原子的電子排布式為______，其中2s軌道電子的電子云輪廓圖呈______形，與H原子形成LiH時，Li原子通過______方式達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。元宇宙實驗室的“超臨界水反應(yīng)釜”中，水在374℃、22.1MPa條件下形成超臨界水，此時水的電離程度是常溫下的1000倍。該狀態(tài)下水的離子積常數(shù)Kw=，pH值約為（保留一位小數(shù)），此時水中c(H?)______c(OH?)（填“>”“<”或“=”）。在“分子動力學(xué)模擬”模塊中，N?和H?在鐵催化劑表面合成NH?的反應(yīng)歷程被拆解為如下步驟：①N?(g)→2N(吸附)②H?(g)→2H(吸附)③N(吸附)+H(吸附)→NH(吸附)④NH(吸附)+H(吸附)→NH?(吸附)⑤NH?(吸附)+H(吸附)→NH?(g)其中反應(yīng)速率最慢的步驟是______（填序號），該反應(yīng)的催化劑活性與______（填“金屬的電負性”“表面原子排列方式”或“氣體壓強”）密切相關(guān)?！疤摂M礦石分析儀”對某隕鐵樣品的檢測數(shù)據(jù)如下：含F(xiàn)e92%、Ni6%、Co1.5%、C0.5%。（1）該隕鐵屬于______（填“純凈物”“合金”或“復(fù)合材料”）（2）Co元素基態(tài)原子的核外電子排布式為______（3）將隕鐵溶于足量稀硝酸，生成的氣體主要是______（填化學(xué)式）在“高分子材料館”中，展示了一種“形狀記憶塑料”的結(jié)構(gòu)片段：-[-O-CH?-CH?-O-CO--CO-]-?（1）該高分子化合物的鏈節(jié)中含有的官能團是______（填名稱）（2）合成該塑料的兩種單體的結(jié)構(gòu)簡式為______和______（3）該材料在受熱時會發(fā)生______（填“物理”或“化學(xué)”）變化而恢復(fù)原狀“元宇宙環(huán)境監(jiān)測站”測得某行星大氣中含有一種三角錐形分子，其中心原子的價層電子對數(shù)為4，分子中只含有極性共價鍵。該分子的化學(xué)式可能是______，其中心原子的雜化方式為______，分子的空間構(gòu)型為______。三、實驗題（共30分）元宇宙化學(xué)實驗室設(shè)計了“虛擬氣體制備與性質(zhì)探究”實驗，裝置如圖（部分夾持裝置省略）：[裝置圖描述：A為固液混合加熱型氣體發(fā)生裝置，連接B（裝有濃硫酸的洗氣瓶），再連接C（裝有某紅色溶液的洗氣瓶），最后連接D（尾氣處理裝置）]實驗任務(wù)：用A裝置制備某氣體X，依次通過B、C裝置，探究其性質(zhì)。已知：氣體X是中學(xué)化學(xué)常見的無機物，且具有以下性質(zhì)：①無色有刺激性氣味；②能使品紅溶液褪色；③水溶液呈酸性?；卮鹣铝袉栴}：（1）若A裝置中盛放的固體藥品是Na?SO?，則：①制備X的化學(xué)方程式為______②B裝置的作用是______③若C裝置中盛放的是品紅溶液，實驗現(xiàn)象是______；若將褪色后的溶液加熱，現(xiàn)象是______④D裝置中可選用的尾氣吸收劑是______（填序號）A.水B.飽和NaHCO?溶液C.NaOH溶液D.濃硫酸（2）若A裝置中改用濃鹽酸和MnO?的混合物加熱制備氣體X，則：①X的化學(xué)式為______，B裝置中觀察到的現(xiàn)象是______②C裝置若盛放淀粉-KI溶液，反應(yīng)的離子方程式為______③將C裝置中的溶液替換為FeCl?溶液，實驗開始后溶液顏色變化為______，該反應(yīng)中X作______（填“氧化劑”或“還原劑”）（3）在虛擬實驗操作中，若要探究氣體X（SO?）的還原性，可在C裝置中盛放______溶液，預(yù)期觀察到的現(xiàn)象是______，反應(yīng)的化學(xué)方程式為______。（4）實驗結(jié)束后，虛擬系統(tǒng)提示“裝置氣密性不良”，可能的原因有______（列舉2條）。四、計算題（共40分）在“元宇宙資源回收工廠”中，擬對含銅廢料（主要成分為Cu，含少量CuO、Cu?S、SiO?）進行綜合利用，設(shè)計的虛擬工藝流程如下：廢料→粉碎→酸溶→過濾→濾液A→調(diào)節(jié)pH→過濾→濾渣B→焙燒→CuO已知：①酸溶步驟中，Cu、CuO、Cu?S均能與稀硫酸反應(yīng)，SiO?不反應(yīng)；②Cu?S與稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cu?S+H?SO?=CuSO?+Cu+H?S↑③25℃時，Cu(OH)?的Ksp=2.2×10?2?請回答下列問題：（1）取100g該廢料，其中含Cu70%、CuO10%、Cu?S15%、SiO?5%（均為質(zhì)量分數(shù)）。計算酸溶步驟中：①生成H?S氣體的體積（標(biāo)準狀況下）；②參加反應(yīng)的H?SO?的總物質(zhì)的量。（2）酸溶后的濾液A中，c(Cu2?)=0.5mol/L。若要通過調(diào)節(jié)pH使Cu2?完全沉淀（離子濃度≤1×10??mol/L視為完全沉淀），計算應(yīng)控制的pH范圍（忽略溶液體積變化，lg1.5≈0.18）。（3）濾渣B經(jīng)焙燒后得到CuO，若整個流程中銅元素的總回收率為85%，則100g廢料最終可制得CuO的質(zhì)量。元宇宙能源模擬系統(tǒng)中，設(shè)計了一種新型“燃料電池-電解池”聯(lián)合裝置，工作原理如圖所示：[裝置描述：左側(cè)為燃料電池，燃料為CH?，氧化劑為O?，電解質(zhì)為熔融碳酸鹽；右側(cè)為電解池，電解質(zhì)為CuSO?溶液，陽極為石墨，陰極為Cu]已知：燃料電池的負極反應(yīng)式為CH?+4CO?2?-8e?=5CO?+2H?O回答下列問題：（1）寫出燃料電池正極的電極反應(yīng)式。（2）若燃料電池中消耗標(biāo)準狀況下2.24LCH?，計算電解池中理論上可析出Cu的質(zhì)量。（3）電解過程中，若CuSO?溶液的體積為100mL，初始濃度為1mol/L，當(dāng)電路中通過0.2mol電子時，溶液的pH為多少（假設(shè)電解前后溶液體積不變，不考慮H?O的電離）？（4）該聯(lián)合裝置的能量轉(zhuǎn)化效率為80%，當(dāng)電解池產(chǎn)生19.2gCu時，計算燃料電池需通入O?的體積（標(biāo)準狀況下）。五、綜合探究題（共20分）“化學(xué)元宇宙”構(gòu)建了一個基于元素周期表的“元素星球”模型，每個星球代表一種元素，其“星球特征”與元素性質(zhì)相關(guān)。請根據(jù)以下信息完成探究任務(wù)：【元素星球檔案】星球A：位于周期表第三周期第ⅥA族，表面被紅色液態(tài)物質(zhì)覆蓋，大氣中主要成分是其最高價氧化物，地殼中該元素的含量在非金屬元素中居第二位。星球B：其單質(zhì)是一種常見的半導(dǎo)體材料，廣泛用于制造芯片，該元素的氧化物是制造光導(dǎo)纖維的主要原料。星球C：是宇宙中含量最豐富的元素，其單質(zhì)是最輕的氣體，在能源領(lǐng)域有重要應(yīng)用。星球D：其單質(zhì)為黃綠色氣體，常用于自來水消毒，該元素的最高價氧化物對應(yīng)水化物是已知含氧酸中酸性最強的。（1）推斷各星球代表的元素符號：A______，B______，C______，D______。（2）寫出星球A的最高價氧化物與星球B的單質(zhì)在高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式______，該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為______。（3）星球C和D形成的化合物的電子式為______，該化合物的水溶液呈____