2025年高中化學(xué)知識(shí)競(jìng)賽“化學(xué)未來(lái)”想象設(shè)計(jì)大賽試題（一）可能用到的相對(duì)原子質(zhì)量：H1.008C12.01N14.01O16.00F19.00Si28.09P30.97S32.07Cl35.45Fe55.85Cu63.55Zn65.39Ag107.9一、選擇題（本題共5小題，每小題3分，共15分）星際資源開(kāi)發(fā)：月球土壤中含有豐富的氦-3（3He），其核聚變反應(yīng)為2H+3He→?He+1H+18.3MeV能量。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.該反應(yīng)屬于輕核聚變，產(chǎn)物無(wú)放射性污染B.氦-3原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之差為1C.地球上氦元素主要以?He形式存在，是因?yàn)?He化學(xué)性質(zhì)更穩(wěn)定D.利用月球土壤提取氦-3時(shí)，需通過(guò)物理方法分離同位素分子機(jī)器設(shè)計(jì)：科學(xué)家研發(fā)的“分子電梯”可通過(guò)pH值變化實(shí)現(xiàn)轎廂升降（如圖1）。其核心組件為輪烷結(jié)構(gòu)（由環(huán)狀分子和鏈狀分子通過(guò)非共價(jià)鍵組裝），下列說(shuō)法正確的是（）A.輪烷中環(huán)狀分子與鏈狀分子的結(jié)合方式屬于配位鍵B.pH值變化時(shí)，鏈狀分子中氨基的質(zhì)子化/去質(zhì)子化是驅(qū)動(dòng)電梯運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵C.該分子機(jī)器的運(yùn)動(dòng)過(guò)程涉及化學(xué)鍵的斷裂與重建D.輪烷的相對(duì)分子質(zhì)量可達(dá)10?，屬于高分子化合物碳中和技術(shù)：新型光催化材料可將CO?轉(zhuǎn)化為CH?OH，其反應(yīng)機(jī)理如圖2所示。下列說(shuō)法正確的是（）A.該過(guò)程中CO?發(fā)生氧化反應(yīng)B.中間體*COOH中C原子的雜化方式為sp2C.每生成1molCH?OH，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為6N?D.催化劑可降低反應(yīng)的焓變，提高CO?轉(zhuǎn)化率智能傳感材料：某濕度傳感器的核心組件為MOFs材料（金屬有機(jī)框架），其結(jié)構(gòu)中Zn2?與有機(jī)配體形成三維多孔網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)環(huán)境濕度升高時(shí)，水分子進(jìn)入孔道與配體形成氫鍵，導(dǎo)致電導(dǎo)率變化。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.Zn2?的價(jià)電子排布式為3d1?B.該MOFs材料的孔徑大小可通過(guò)調(diào)節(jié)有機(jī)配體的碳鏈長(zhǎng)度控制C.水分子與配體的氫鍵作用屬于化學(xué)鍵D.電導(dǎo)率變化源于水分子的極性使材料內(nèi)部載流子遷移速率改變量子點(diǎn)顯示技術(shù)：CdSe量子點(diǎn)的發(fā)光顏色可通過(guò)控制其粒徑大小調(diào)節(jié)（如圖3）。已知粒徑越小，禁帶寬度越大。下列說(shuō)法正確的是（）A.紅色發(fā)光量子點(diǎn)的粒徑大于藍(lán)色發(fā)光量子點(diǎn)B.CdSe晶體屬于離子晶體，熔點(diǎn)高于NaClC.量子點(diǎn)發(fā)光是由于電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)釋放能量D.向CdSe量子點(diǎn)中摻雜Zn2?，可提高其發(fā)光強(qiáng)度，這屬于物理變化二、填空題（本題共3小題，共30分）可控核聚變材料（10分）托卡馬克裝置中，等離子體需在真空容器內(nèi)被磁場(chǎng)約束。為防止高溫等離子體與容器壁反應(yīng)，需在容器內(nèi)壁覆蓋一層鎢涂層。（1）鎢的原子序數(shù)為74，其基態(tài)原子的核外電子排布式為[Xe]。（2）鎢在高溫下可與氧氣反應(yīng)生成WO?，WO?的空間構(gòu)型為，其中W原子的雜化方式為_(kāi)_________。（3）若容器壁某處鎢涂層厚度為5μm，鎢的密度為19.3g/cm3，阿伏加德羅常數(shù)為6.02×1023mol?1，則該區(qū)域每平方厘米面積含鎢原子數(shù)約為_(kāi)_________（保留兩位有效數(shù)字）。生物降解高分子材料（12分）聚乳酸（PLA）是一種可降解塑料，其合成路線如下：（1）乳酸（CH?CHOHCOOH）分子中含有的手性碳原子數(shù)為_(kāi)_________，其在Cu作催化劑時(shí)被氧化的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_(kāi)_________。（2）丙交酯的分子式為C?H?O?，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_(kāi)_________，1mol丙交酯完全水解消耗__________molNaOH。（3）PLA在土壤中可被微生物分解為CO?和H?O，寫(xiě)出該過(guò)程的總化學(xué)方程式：。若某PLA塑料樣品的平均聚合度為1000，則其平均相對(duì)分子質(zhì)量為。納米藥物遞送系統(tǒng)（8分）阿霉素（DOX）是一種抗腫瘤藥物，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。為減少毒副作用，可將DOX包裹在脂質(zhì)體中形成納米載藥系統(tǒng)。（1）DOX分子中含有的官能團(tuán)有羥基、（列舉兩種）。（2）脂質(zhì)體由磷脂雙分子層構(gòu)成，磷脂分子的結(jié)構(gòu)通式為，其中極性頭部易與DOX分子中的（填官能團(tuán)名稱）通過(guò)__________作用結(jié)合。（3）載藥脂質(zhì)體可通過(guò)__________（填原理）進(jìn)入腫瘤細(xì)胞，該過(guò)程體現(xiàn)了細(xì)胞膜的__________性。三、計(jì)算題（本題共1小題，共15分）氫能存儲(chǔ)技術(shù)鎂基儲(chǔ)氫材料（MgH?）的儲(chǔ)氫原理為：MgH?(s)?Mg(s)+H?(g)ΔH=+75kJ/mol，ΔS=+135J/(mol·K)。（1）計(jì)算該反應(yīng)在298K時(shí)的平衡常數(shù)Kp（用分壓表示，分壓?jiǎn)挝粸镻a，已知R=8.314J/(mol·K)，lnKp=-ΔG/(RT)，ΔG=ΔH-TΔS）。（2）若將MgH?置于體積為10L的密閉容器中，在400K下加熱至平衡，此時(shí)容器內(nèi)H?的物質(zhì)的量為0.1mol，計(jì)算該溫度下的平衡常數(shù)Kc（用濃度表示）。（3）已知MgH?的儲(chǔ)氫密度（單位質(zhì)量?jī)?chǔ)氫材料儲(chǔ)存H?的質(zhì)量）為7.6%，若某氫能源汽車需儲(chǔ)存1kgH?，計(jì)算所需MgH?的質(zhì)量（保留三位有效數(shù)字），并與相同儲(chǔ)氫量的高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫（儲(chǔ)氫密度0.5%）所需容器質(zhì)量進(jìn)行比較（假設(shè)容器質(zhì)量與儲(chǔ)氫材料質(zhì)量成正比）。四、實(shí)驗(yàn)題（本題共1小題，共15分）新型凈水劑高鐵酸鉀（K?FeO?）的制備與性質(zhì)探究實(shí)驗(yàn)?zāi)康模褐苽銴?FeO?并測(cè)定其純度，探究其在水中的殺菌消毒效果。實(shí)驗(yàn)原理：①在堿性條件下，Cl?氧化Fe(OH)?生成FeO?2?：2Fe(OH)?+3Cl?+10OH?=2FeO?2?+6Cl?+8H?O②K?FeO?在酸性條件下不穩(wěn)定，分解為Fe3?、O?和H?O實(shí)驗(yàn)步驟：Ⅰ.稱取5.0gFeCl?·6H?O溶于20mL蒸餾水中，加入過(guò)量KOH溶液，攪拌至沉淀完全。Ⅱ.向上述懸濁液中通入Cl?，直至沉淀消失，得到紫紅色溶液。Ⅲ.向溶液中加入飽和KOH溶液，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾得到K?FeO?晶體。Ⅳ.稱取0.2000gK?FeO?樣品，加入稀硫酸酸化，用0.1000mol/L(NH?)?Fe(SO?)?標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液25.00mL?；卮鹣铝袉?wèn)題：（1）步驟Ⅰ中加入過(guò)量KOH的目的是__________，生成沉淀的離子方程式為_(kāi)_________。（2）步驟Ⅱ中通入Cl?的裝置應(yīng)選用__________（填“向上排空氣法”或“向下排空氣法”），判斷沉淀消失的現(xiàn)象是__________。（3）步驟Ⅳ中滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是__________，寫(xiě)出K?FeO?與(NH?)?Fe(SO?)?反應(yīng)的離子方程式：。（4）該樣品中K?FeO?的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（保留四位有效數(shù)字）。若滴定前未排除溶液中溶解的O?，會(huì)導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果__________（填“偏高”“偏低”或“無(wú)影響”）。五、推斷題（本題共1小題，共10分）有機(jī)光電材料中間體的合成化合物A（C??H??O）是合成OLED材料的中間體，其合成路線如下：已知：①B能使酸性KMnO?溶液褪色，且核磁共振氫譜有3組峰，峰面積比為3:2:2。②C分子中不含甲基，能與銀氨溶液反應(yīng)生成銀鏡?；卮鹣铝袉?wèn)題：（1）B的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為_(kāi)_________，名稱為_(kāi)_________。（2）C→A的反應(yīng)類型為_(kāi)_________，A中含有的官能團(tuán)名稱為_(kāi)_________。（3）寫(xiě)出B→C的化學(xué)方程式：__________。六、綜合題（本題共1小題，共20分）“化學(xué)未來(lái)”創(chuàng)新設(shè)計(jì)請(qǐng)以“碳中和背景下的碳捕捉與轉(zhuǎn)化技術(shù)”為主題，設(shè)計(jì)一種基于化學(xué)原理的創(chuàng)新方案，內(nèi)容包括：（1）核心原理：選擇一種碳捕捉方法（如吸附法、吸收法等），說(shuō)明其化學(xué)原理（涉及的主要物質(zhì)、反應(yīng)方程式或作用機(jī)制）。（2）技術(shù)優(yōu)勢(shì)：與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方案在效率、成本或環(huán)保性等方面的創(chuàng)新點(diǎn)。（3）轉(zhuǎn)化利用：設(shè)計(jì)將捕捉的CO?轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品（如燃料、材料等）的反應(yīng)路徑，寫(xiě)出關(guān)鍵反應(yīng)的化學(xué)方程式。（4）挑戰(zhàn)與展望：分析該方案在實(shí)際應(yīng)用中可能面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)（如能耗、催化劑穩(wěn)定性等），并提出改進(jìn)思路。（注：所有解答需寫(xiě)在指定方框內(nèi)，超出方框部分無(wú)效；計(jì)算結(jié)果保留必要的有效數(shù)字；合理使用化學(xué)用語(yǔ)和圖示輔助說(shuō)明。）試題設(shè)計(jì)說(shuō)明：知識(shí)覆蓋：試題涵蓋無(wú)機(jī)化學(xué)（