2025年高中化學(xué)知識競賽“化學(xué)家故事”講述賽試題（一）第一題：道爾頓的原子論與色盲癥的發(fā)現(xiàn)1803年，英國化學(xué)家約翰·道爾頓在曼徹斯特文學(xué)與哲學(xué)學(xué)會上首次提出原子論，認為物質(zhì)由不可分割的原子構(gòu)成，不同元素的原子具有不同質(zhì)量。這一理論為近代化學(xué)奠定了基礎(chǔ)，但鮮為人知的是，道爾頓的科研生涯與一種特殊的生理現(xiàn)象緊密相連——色盲癥。1794年圣誕節(jié)，道爾頓為母親挑選了一雙"深藍色"長筒襪作為禮物，母親卻認為襪子顏色過于鮮艷（實為紅色）。這一偶然發(fā)現(xiàn)促使他系統(tǒng)研究色覺差異，最終在1798年發(fā)表《論色覺》，成為首個提出色盲概念的科學(xué)家。講述要求：（1）結(jié)合道爾頓原子論的核心觀點，解釋為何"原子質(zhì)量是元素的基本特征"這一論斷比古代原子論更具科學(xué)性；（2）從分子結(jié)構(gòu)角度分析：視錐細胞中的視蛋白（含11-順視黃醛）與不同波長可見光的吸收差異如何導(dǎo)致色覺，推測道爾頓體內(nèi)可能發(fā)生突變的基因類型（提示：人類紅綠色盲基因位于X染色體）；（3）設(shè)計簡單實驗方案，驗證某種植物花瓣的酒精提取液是否可作為酸堿指示劑（要求說明實驗原理、步驟及預(yù)期現(xiàn)象）?；瘜W(xué)知識考察點：原子結(jié)構(gòu)與相對原子質(zhì)量（必修一）有機分子的立體構(gòu)型與光譜性質(zhì)（選擇性必修三）酸堿指示劑的變色原理（必修二）實驗設(shè)計的變量控制與現(xiàn)象觀察（化學(xué)實驗基礎(chǔ)）第二題：諾貝爾的炸藥革命與能量守恒1867年，阿爾弗雷德·諾貝爾在經(jīng)歷弟弟埃米爾死于實驗室爆炸的慘痛后，仍堅持硝化甘油的安全化研究。他發(fā)現(xiàn)硅藻土能吸附三倍于自身質(zhì)量的硝化甘油，制成的"達納炸藥"在1867年獲得專利。這種炸藥不僅穩(wěn)定性顯著提升，爆轟時還能釋放4200kJ/kg的能量，其反應(yīng)方程式可表示為：C?H?N?O?→3CO?↑+2.5H?O↑+1.5N?↑+0.25O?↑在一次實驗中，諾貝爾發(fā)現(xiàn)100g硝化甘油完全分解時，氣體產(chǎn)物在101kPa、127℃條件下的體積約為70L，這與理想氣體狀態(tài)方程計算結(jié)果存在5%偏差。他通過反復(fù)測定確認，偏差源于高溫下部分水蒸氣發(fā)生解離（2H?O?2H?+O?）。講述要求：（1）計算上述反應(yīng)的ΔH（已知：C?H?N?O?的標準生成焓為-364kJ/mol，CO?(g)為-393.5kJ/mol，H?O(g)為-241.8kJ/mol）；（2）用碰撞理論解釋：為何純硝化甘油在震動下易爆炸，而吸附于硅藻土后穩(wěn)定性增強？從熵變角度分析該分解反應(yīng)的自發(fā)性；（3）結(jié)合諾貝爾設(shè)立諾貝爾獎的初衷（"獎勵為人類作出最大貢獻的人"），論述基礎(chǔ)化學(xué)研究與社會發(fā)展的關(guān)系?；瘜W(xué)知識考察點：蓋斯定律與反應(yīng)熱計算（必修二）化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素（選擇性必修一）熵變與吉布斯自由能（選擇性必修一）化學(xué)熱力學(xué)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用（拓展內(nèi)容）第三題：凱庫勒的苯環(huán)之夢與有機化學(xué)革命1865年，弗里德里?！P庫勒在夢中看到"碳原子鏈像蛇一樣盤繞，突然有一條蛇咬住了自己的尾巴"，這個頓悟使他提出苯分子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。當時已知苯的分子式為C?H?，具有特殊穩(wěn)定性：其氫化熱（208kJ/mol）比環(huán)己烯氫化熱（120kJ/mol）的三倍低得多?，F(xiàn)代物理方法證實，苯分子中6個碳原子形成平面正六邊形，碳碳鍵長均為139pm（介于C-C單鍵154pm與C=C雙鍵134pm之間）。凱庫勒在后續(xù)研究中指出，苯的二元取代物存在鄰、間、對三種異構(gòu)體。1874年，他合成出鄰硝基氯苯，通過其偶極矩測定（μ=2.5D）進一步驗證了環(huán)狀結(jié)構(gòu)的正確性（若為單雙鍵交替結(jié)構(gòu)，鄰位異構(gòu)體應(yīng)有兩種不同偶極矩）。講述要求：（1）用雜化軌道理論解釋苯分子中碳碳鍵的特殊性，比較sp2雜化與sp3雜化的鍵參數(shù)差異；（2）計算：若苯的燃燒熱為3267kJ/mol，1mol苯完全燃燒生成的CO?(g)和H?O(l)在25℃、101kPa下的熵變ΔS（已知Sθ(苯,l)=173J·mol?1·K?1，Sθ(CO?,g)=214J·mol?1·K?1，Sθ(H?O,l)=70J·mol?1·K?1，Sθ(O?,g)=205J·mol?1·K?1）；（3）分析苯的硝化反應(yīng)中，濃硫酸既作催化劑又作吸水劑的作用機理，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式并標注反應(yīng)類型?；瘜W(xué)知識考察點：分子構(gòu)型與雜化軌道理論（選擇性必修二）反應(yīng)熱與熵變的綜合計算（選擇性必修一）芳香烴的親電取代反應(yīng)（選擇性必修三）同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)差異（必修二）第四題：居里夫人的放射性研究與元素周期律1898年，瑪麗·居里與皮埃爾·居里從8噸瀝青鈾礦中，歷經(jīng)45個月的分步結(jié)晶，最終分離出0.1g氯化鐳（RaCl?），其放射性強度是鈾的200萬倍。鐳的發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了當時"元素不可變"的觀念，為后來的核化學(xué)奠定基礎(chǔ)。已知鐳（Ra，原子序數(shù)88）位于元素周期表第七周期ⅡA族，其核衰變方程為：22?Ra→222Rn+?He（半衰期1600年）在研究鐳的化學(xué)性質(zhì)時，居里夫人發(fā)現(xiàn)：RaSO?的溶解度（2.1×10??mol/L）遠小于CaSO?（4.9×10?3mol/L），這與元素周期律中"同主族元素化合物性質(zhì)相似"的規(guī)律看似矛盾。通過X射線衍射分析，她進一步發(fā)現(xiàn)Ra2?的離子半徑（148pm）比Ca2?（99pm）大得多，導(dǎo)致晶格能差異顯著。講述要求：（1）根據(jù)構(gòu)造原理寫出鐳原子的核外電子排布式，解釋為何鐳的金屬性強于鋇；（2）計算：1g22?Ra樣品經(jīng)過3200年后剩余質(zhì)量，以及期間釋放的α粒子總數(shù)（NA=6.02×1023mol?1）；（3）從溶解平衡角度分析：為何Ba2?能使RaSO?沉淀轉(zhuǎn)化為RaCO?（已知Ksp(RaSO?)=4.2×10?11，Ksp(RaCO?)=8.8×10??，H?CO?的Ka?=4.3×10??，Ka?=5.6×10?11）?；瘜W(xué)知識考察點：核外電子排布與元素周期律（必修一）放射性衰變與半衰期計算（選擇性必修三）難溶電解質(zhì)的溶解平衡（選擇性必修一）晶格能對物質(zhì)性質(zhì)的影響（物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)）第五題：侯德榜的制堿新法與綠色化學(xué)1943年，侯德榜在紐約哥倫比亞大學(xué)公布"侯氏制堿法"，打破索爾維集團的技術(shù)壟斷。該工藝的創(chuàng)新在于將合成氨與純堿生產(chǎn)結(jié)合：在飽和食鹽水中先通入NH?至pH=11，再通入CO?，發(fā)生反應(yīng)：NaCl+NH?+CO?+H?O→NaHCO?↓+NH?Cl過濾后的母液中，NH?Cl與NaCl的濃度分別為2mol/L和5mol/L。侯德榜發(fā)現(xiàn)，向母液中加入磨細的NaCl晶體并降溫至10℃，可使NH?Cl單獨結(jié)晶析出（此時NH?Cl溶解度降至33.3g/100g水，而NaCl為35.7g/100g水）。這種"聯(lián)堿法"使食鹽利用率從索爾維法的70%提升至96%，同時避免了氯化鈣廢渣的產(chǎn)生。1950年，大連堿廠采用該工藝年產(chǎn)純堿18萬噸，每噸純堿能耗比傳統(tǒng)方法降低30%。講述要求：（1）用化學(xué)平衡原理解釋：為何先通NH?再通CO?能提高NaHCO?產(chǎn)率？寫出相關(guān)電離平衡常數(shù)表達式（已知Kb(NH?·H?O)=1.8×10??，Ka?(H?CO?)=4.3×10??）；（2）計算：20℃時500mL母液中溶解的NH?Cl質(zhì)量，若降溫至10℃并加入20gNaCl，理論上可析出NH?Cl晶體的質(zhì)量（忽略體積變化）；（3）從原子經(jīng)濟性角度對比分析：侯氏制堿法與索爾維法（NaCl+NH?+CO?+H?O→NaHCO?↓+NH?Cl，2NH?Cl+Ca(OH)?→2NH?↑+CaCl?+2H?O）的環(huán)境友好性差異?；瘜W(xué)知識考察點：弱電解質(zhì)的電離平衡（選擇性必修一）溶解度計算與結(jié)晶分離（必修一）化工生產(chǎn)的綠色化學(xué)理念（必修二）化學(xué)反應(yīng)的原子利用率（化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展）評分標準（總分100分）內(nèi)容準確性（40分）：化學(xué)原理表述正確，數(shù)據(jù)計算無誤，歷史事實準確；邏輯連貫性（25分）：科學(xué)家生平與化學(xué)知識結(jié)合自然，論證過程條理清晰；表達感染力（20分）：語言生動性，時間/空間維度的敘事層次感，情感共鳴；創(chuàng)新拓展（15分）：能聯(lián)系現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展（如道爾頓色盲基因的CRISPR