2025年高中化學(xué)知識(shí)競(jìng)賽“化學(xué)深?！碧綔y(cè)方案設(shè)計(jì)大賽試題（一）一、選擇題（每題3分，共30分）深海熱泉生態(tài)系統(tǒng)中，化能合成細(xì)菌通過(guò)氧化H?S獲取能量。下列關(guān)于H?S的化學(xué)性質(zhì)描述錯(cuò)誤的是（）A.分子構(gòu)型為V形，中心原子S采取sp3雜化B.酸性弱于H?SO?，因S的非羥基氧原子數(shù)更少C.與Fe3?發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成S單質(zhì)和Fe2?D.可與CuSO?溶液反應(yīng)生成黑色CuS沉淀，該沉淀可溶于濃硝酸2025年我國(guó)研制的深海鋰離子電池采用Li?N作為儲(chǔ)鋰材料，其晶體結(jié)構(gòu)中N3?作面心立方堆積，Li?填充在四面體空隙中。該晶體的化學(xué)式可表示為（）A.Li?NB.Li?NC.LiND.LiN?深海探測(cè)機(jī)器人的鈦合金外殼需具備抗海水腐蝕性能。下列關(guān)于鈦的化學(xué)性質(zhì)分析正確的是（）A.常溫下與濃硝酸發(fā)生鈍化，生成TiO?·xH?O保護(hù)膜B.高溫下與N?反應(yīng)生成TiN，該反應(yīng)ΔH>0、ΔS<0C.與EDTA形成穩(wěn)定的螯合物，其穩(wěn)定常數(shù)Kf小于[TiF?]2?D.在酸性溶液中以TiO2?形式存在，該離子的水解常數(shù)Kh=1.0×10?2?某深海沉積物中檢測(cè)到一種多環(huán)芳烴C??H??，其核磁共振氫譜顯示2組峰，峰面積比為3:2。該化合物的結(jié)構(gòu)可能是（）A.蒽B.菲C.芘D.苊利用碘量法測(cè)定深海熱泉水中的溶解氧（DO），實(shí)驗(yàn)步驟如下：①加入MnSO?和NaOH，生成Mn(OH)?沉淀②沉淀被O?氧化為MnO(OH)?③加入H?和KI，生成I?④用Na?S?O?標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定I?下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.步驟①中溶液pH需控制在10以上，防止Mn2?水解不完全B.步驟②的離子方程式為：2Mn(OH)?+O?=2MnO(OH)?C.若水樣中含有Fe3?，需加入NaF掩蔽，防止其氧化I?D.滴定終點(diǎn)時(shí)溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o(wú)色，且30秒內(nèi)不恢復(fù)深海高壓環(huán)境下，氣體的溶解度顯著增大。已知273K、100MPa時(shí)，1L海水中可溶解45LO?（標(biāo)準(zhǔn)狀況），此時(shí)O?的物質(zhì)的量濃度約為（）A.0.45mol/LB.2.0mol/LC.4.5mol/LD.20mol/L某種深海生物體內(nèi)的熒光蛋白含有吡咯環(huán)結(jié)構(gòu)，其合成過(guò)程涉及如下反應(yīng)：此處有反應(yīng)式：吡咯+甲醛→羥甲基吡咯)該反應(yīng)的反應(yīng)類型是（）A.親電取代B.親核取代C.加成反應(yīng)D.縮合反應(yīng)用循環(huán)伏安法研究深海沉積物中的Fe2?/Fe3?電對(duì)，在pH=8.0的硼砂緩沖溶液中測(cè)得其氧化峰電位Epa=0.52V，還原峰電位Epc=0.48V。該電對(duì)的條件電位φθ'為（）A.0.48VB.0.50VC.0.52VD.無(wú)法確定深海甲烷水合物（CH?·nH?O）的晶體結(jié)構(gòu)中，水分子通過(guò)氫鍵形成籠狀結(jié)構(gòu)，甲烷分子位于籠心。若晶體密度為0.92g/cm3，晶胞參數(shù)a=1.2nm，阿伏伽德羅常數(shù)NA=6.0×1023mol?1，則n的值約為（）A.6B.8C.12D.16下列關(guān)于深海化學(xué)環(huán)境的說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.熱泉口附近因H?S氧化生成單質(zhì)硫，導(dǎo)致pH顯著降低B.深淵帶海水的pH約為7.8，主要受CO?2?/HCO??緩沖體系調(diào)節(jié)C.超臨界CO?流體可溶解有機(jī)物，常用于深海油污清理D.高壓下H?O的冰點(diǎn)降低，沸點(diǎn)升高，臨界溫度不變二、填空題（每空2分，共40分）深海熱泉噴口的“黑煙囪”主要成分為FeS?，其晶體結(jié)構(gòu)中S?2?作立方最密堆積，F(xiàn)e2?填充在________空隙中，配位數(shù)為_(kāi)_______。FeS?與O?、H?O反應(yīng)生成Fe(OH)?和H?SO?的化學(xué)方程式為：________________________。某深海細(xì)菌可合成一種含鈷化合物（結(jié)構(gòu)如圖），其中Co的配位數(shù)為_(kāi)_______，配位原子為_(kāi)_______。該化合物在光照下可分解H?O生成H?，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________。用ICP-MS測(cè)定深海海水中的微量元素：（1）樣品預(yù)處理時(shí)需加入________消除Cl?干擾，其原理是生成揮發(fā)性________；（2）測(cè)定??Cu時(shí)，若存在??Zn?干擾，可通過(guò)調(diào)節(jié)________參數(shù)分離；（3）標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)定時(shí)，需保證標(biāo)準(zhǔn)溶液與樣品溶液的________一致，以消除基體效應(yīng)。某深海有機(jī)污染物的質(zhì)譜圖顯示分子離子峰m/z=282，其同位素峰M+2的相對(duì)豐度為M峰的1/3。該化合物中含________個(gè)Br原子（Br的同位素豐度：??Br50.7%，?1Br49.3%），其分子式可能為_(kāi)_______（寫出一種即可）。深海高壓對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響可用過(guò)渡態(tài)理論解釋：在298K、100MPa下，某反應(yīng)的活化焓ΔH≠=45kJ/mol，活化熵ΔS≠=-30J/(mol·K)，則該反應(yīng)的活化自由能ΔG≠=kJ/mol，反應(yīng)速率常數(shù)k與壓力的關(guān)系為（填“隨壓力增大而增大”或“隨壓力增大而減小”）。三、實(shí)驗(yàn)題（共20分）為研究深海沉積物中Fe2?的氧化動(dòng)力學(xué)，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)步驟：（1）稱取2.000g沉積物樣品，加入50mL無(wú)氧HCl（1mol/L），振蕩10分鐘后過(guò)濾，濾液轉(zhuǎn)移至250mL容量瓶，用無(wú)氧水定容。（2）移取25.00mL上述溶液于錐形瓶中，加入10mLH?PO?（85%）和2滴二苯胺磺酸鈉指示劑，用0.01000mol/LK?Cr?O?標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，消耗V?mL。（3）另取25.00mL溶液，通入空氣30分鐘后，重復(fù)步驟（2）操作，消耗V?mL?；卮鹣铝袉?wèn)題：（1）步驟（1）中“無(wú)氧水”的制備方法是________________________；加入HCl的作用是________________________。（4分）（2）步驟（2）中H?PO?的作用是________和________；滴定終點(diǎn)的顏色變化是________________________。（6分）（3）若V?=8.50mL，V?=10.20mL，計(jì)算沉積物中Fe2?的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以FeO計(jì)，M=71.85g/mol）和氧化率。（6分）（4）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溫度從4℃升高至25℃時(shí)，F(xiàn)e2?氧化速率增大5倍。已知該反應(yīng)的活化能Ea=45kJ/mol，判斷此現(xiàn)象是否符合阿倫尼烏斯方程，并說(shuō)明理由。（4分）四、推斷題（共20分）某深海熱泉生物體內(nèi)提取到一種新型抗生素X，其結(jié)構(gòu)經(jīng)如下實(shí)驗(yàn)確定：（1）元素分析：含C、H、O、N，相對(duì)分子質(zhì)量為354。（2）紅外光譜：3300cm?1（寬峰），1650cm?1，1550cm?1，1250cm?1。（3）核磁共振氫譜：δ1.2(t,3H),2.0(s,3H),3.5(q,2H),4.8(d,1H),5.2(s,2H),6.8-7.8(m,5H),8.5(s,1H,D?O交換消失)。（4）X水解生成A和B，A的分子式為C?H?NO?，B為α-氨基酸。（5）A經(jīng)LiAlH?還原生成C（C?H??NO?），C與濃HNO?/H?SO?反應(yīng)只生成一種一硝化產(chǎn)物。回答下列問(wèn)題：（1）X的不飽和度Ω=；紅外光譜中1650cm?1對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)是。（4分）（2）B的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_(kāi)_______；A中含有的官能團(tuán)是________（至少寫出2種）。（6分）（3）寫出A和C的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：A________，C________。（6分）（4）寫出X的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，并標(biāo)注肽鍵的位置。（4分）五、計(jì)算題（共20分）深海載人潛水器的耐壓殼體采用Ti-6Al-4V合金，其腐蝕主要與Cl?濃度和溫度有關(guān)。已知：（1）Ti在海水中的腐蝕反應(yīng)為：Ti+2H?O=TiO?+2H?↑，25℃時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)Eθ=0.73V。（2）25℃時(shí)，海水的Cl?濃度為0.56mol/L，TiO?的溶度積Ksp=1.0×10???，Ti??與Cl?形成[TiCl?]2?，穩(wěn)定常數(shù)Kf=1.0×102??；卮鹣铝袉?wèn)題：（1）寫出Ti的腐蝕反應(yīng)的能斯特方程，并計(jì)算25℃時(shí)的腐蝕電位Ecorr（假設(shè)pH=8.0，H?分壓為100kPa）。（8分）（2）計(jì)算25℃時(shí)TiO?在海水中的溶解度（mol/L）。（6分）（3）若深海溫度為4℃，海水密度增大至1.03g/cm3，判斷Ti的腐蝕速率如何變化，并說(shuō)明理由。（6分）六、綜合題（共20分）深海碳循環(huán)是地球碳平衡的重要組成部分，涉及CO?的溶解、碳酸鹽沉淀和微生物轉(zhuǎn)化等過(guò)程。（1）寫出CO?在海水中的主要存在形式，并推導(dǎo)總?cè)芙鉄o(wú)機(jī)碳（DIC）的表達(dá)式（用[CO?]、[HCO??]、[CO?2?]表示）。（4分）（2）已知25℃時(shí)，H?CO?的Ka?=4.5×10??，Ka?=4.7×10?11。計(jì)算pH=8.3時(shí)海水中[HCO??]/[CO?2?]的比值，并解釋為何該pH值是海洋酸化研究的關(guān)鍵指標(biāo)。（6分）（3）深海熱泉附近的化能合成細(xì)菌通過(guò)卡爾文循環(huán)固定CO?，若1mol葡萄糖完全氧化產(chǎn)生30molATP，固定1molCO?需消耗3molATP，計(jì)算該細(xì)菌的碳同化效率（以葡萄糖計(jì)，C?H??O?的ΔGθ'=-2870kJ/mol，ATP水解ΔGθ'=-30.5kJ/mol）。（6分