2025年高中化學(xué)知識(shí)競(jìng)賽批判性思維題試題一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與誤差分析題題目情境：某研究小組為探究"催化劑對(duì)過(guò)氧化氫分解反應(yīng)速率的影響"，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案：實(shí)驗(yàn)1：取5mL3%H?O?溶液，加入0.1gMnO?粉末，用排水法收集100mL氧氣，記錄時(shí)間t?。實(shí)驗(yàn)2：取5mL3%H?O?溶液，加入0.1gCuO粉末，用相同裝置收集100mL氧氣，記錄時(shí)間t?。結(jié)論：若t?＜t?，則MnO?的催化效率比CuO高。問(wèn)題：該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否存在漏洞？請(qǐng)指出至少兩處缺陷并提出改進(jìn)方案。若實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)MnO?組收集到的氧氣體積始終比理論值少15%，可能的原因有哪些？請(qǐng)從反應(yīng)原理、實(shí)驗(yàn)操作、儀器精度三個(gè)維度分析。有同學(xué)提出用"單位時(shí)間內(nèi)溶液溫度變化"替代"收集氣體體積"作為速率指標(biāo)，你是否同意這一觀點(diǎn)？說(shuō)明理由。思維拓展：工業(yè)上常用FeCl?溶液替代MnO?作為H?O?分解的催化劑，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Fe3?的催化作用是否依賴于溶液pH值（提供試劑：0.1mol/LFeCl?、濃HCl、NaOH固體、pH計(jì)、H?O?溶液）。二、數(shù)據(jù)解讀與模型評(píng)估題題目情境：下表為不同溫度下反應(yīng)2NO?(g)?N?O?(g)的平衡常數(shù)K值及某研究小組測(cè)定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：溫度/℃理論K值實(shí)驗(yàn)K值文獻(xiàn)K值258.87.28.5503.73.63.8751.71.91.6問(wèn)題：計(jì)算25℃時(shí)該反應(yīng)的ΔG°（已知R=8.314J·mol?1·K?1），并判斷反應(yīng)自發(fā)方向。實(shí)驗(yàn)K值與理論值偏差較大，可能的操作誤差是什么？繪制K-T關(guān)系圖，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否支持"溫度升高平衡逆向移動(dòng)"的結(jié)論。若75℃時(shí)實(shí)驗(yàn)K值異常偏高，從儀器、試劑、環(huán)境三個(gè)方面推測(cè)原因。有文獻(xiàn)指出該反應(yīng)的ΔH會(huì)隨溫度變化而改變，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這一假設(shè)（提供量熱計(jì)、恒溫水浴、NO?鋼瓶等儀器）。模型構(gòu)建：若將NO?視為理想氣體，在25℃、1atm下，向1L密閉容器中充入0.1molNO?，平衡時(shí)混合氣體密度為多少？若實(shí)驗(yàn)測(cè)定密度為2.4g/L，是否違背理想氣體狀態(tài)方程？三、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)分析題題目情境：2025年某科研團(tuán)隊(duì)合成了一種新型超導(dǎo)材料LaFeAsO???F?，其晶體結(jié)構(gòu)如圖所示（省略F?離子）：（晶體結(jié)構(gòu)示意圖：四方晶系，La位于頂點(diǎn)，F(xiàn)e和As形成層狀結(jié)構(gòu)，O位于Fe八面體空隙）問(wèn)題：確定該晶體的化學(xué)式（已知晶胞參數(shù)a=b=0.4nm，c=0.8nm，La的占有率為100%）。若F?取代O2?后晶胞體積膨脹2%，計(jì)算晶體密度變化。分析Fe原子的配位數(shù)及雜化類型，As原子的價(jià)層電子對(duì)數(shù)是多少？該結(jié)構(gòu)中是否存在氫鍵？說(shuō)明判斷依據(jù)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)x=0.1時(shí)超導(dǎo)臨界溫度Tc=55K，x=0.2時(shí)Tc=52K，請(qǐng)從電子摻雜、晶格畸變兩個(gè)角度解釋Tc隨F?濃度變化的趨勢(shì)。結(jié)構(gòu)推斷：已知La3?半徑為103pm，O2?半徑為140pm，判斷La3?的堆積方式（簡(jiǎn)單立方/面心立方/體心立方），并計(jì)算空間利用率。四、有機(jī)反應(yīng)機(jī)理探究題題目情境：某同學(xué)研究"乙醇脫水制備乙烯"的反應(yīng)機(jī)理，提出兩種可能路徑：路徑A：CH?CH?OH→CH?=CH?+H?O（E?=350kJ/mol）路徑B：2CH?CH?OH→CH?CH?OCH?CH?+H?O（E?=260kJ/mol）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：在濃硫酸催化下，170℃主要產(chǎn)物為乙烯（85%），140℃主要產(chǎn)物為乙醚（90%）。問(wèn)題：計(jì)算170℃時(shí)兩路徑的速率常數(shù)比值kA/kB（假設(shè)指前因子A相同），解釋溫度對(duì)產(chǎn)物選擇性的影響。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證反應(yīng)機(jī)理：①證明乙醇分子內(nèi)脫水而非分子間脫水；②檢測(cè)中間產(chǎn)物碳正離子的存在（提供1H-NMR、同位素標(biāo)記乙醇）。若用Al?O?替代濃硫酸作催化劑，在350℃時(shí)乙烯產(chǎn)率達(dá)98%，從酸強(qiáng)度、表面積、孔結(jié)構(gòu)角度分析Al?O?的催化優(yōu)勢(shì)。機(jī)理推斷：寫出乙醇在濃硫酸作用下生成乙烯的詳細(xì)步驟（包含質(zhì)子化、消去等過(guò)程），并解釋為何會(huì)有少量SO?氣體產(chǎn)生。五、工業(yè)流程與綠色化學(xué)題題目情境：某化工廠用黃銅礦（CuFeS?）冶煉粗銅的工藝如下：焙燒：2CuFeS?+O?→Cu?S+2FeS+SO?熔煉：Cu?S+FeS→冰銅（Cu?S-FeS共熔體）吹煉：2Cu?S+3O?→2Cu?O+2SO?；Cu?S+2Cu?O→6Cu+SO?問(wèn)題：計(jì)算每噸黃銅礦（純度80%）理論上可生成多少噸粗銅（假設(shè)Cu回收率90%）。若實(shí)際產(chǎn)率比理論值低15%，分析可能的工藝缺陷。該流程產(chǎn)生的SO?可用于制備硫酸，但尾氣中仍含0.5%的SO?。設(shè)計(jì)兩種脫硫方案（濕法/干法），比較其成本、效率和副產(chǎn)物處理方式。從原子經(jīng)濟(jì)性角度評(píng)價(jià)該工藝：①哪些元素未被充分利用？②提出一條循環(huán)利用的改進(jìn)路徑（如Fe元素的回收）。創(chuàng)新設(shè)計(jì)：近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，用FeCl?溶液浸取黃銅礦可直接獲得CuCl?溶液：CuFeS?+FeCl?→CuCl?+FeCl?+S↓。請(qǐng)分析該方法的優(yōu)缺點(diǎn)（與火法冶煉對(duì)比），并設(shè)計(jì)電解CuCl?溶液制備高純銅的裝置。六、化學(xué)與生活綜合題題目情境：某品牌宣稱其"納米銀抗菌口罩"具有以下功效：銀離子濃度0.1mg/g，可殺滅99%細(xì)菌有效期長(zhǎng)達(dá)30天，水洗5次后抗菌率仍達(dá)90%對(duì)人體無(wú)毒副作用，銀離子不會(huì)進(jìn)入呼吸道問(wèn)題：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證抗菌率：①如何制備菌懸液（大腸桿菌濃度10?CFU/mL）；②簡(jiǎn)述抑菌圈實(shí)驗(yàn)的操作步驟；③如何排除口罩材質(zhì)本身的抑菌作用。檢測(cè)口罩水洗后銀離子溶出量：取1g口罩樣品，用100mL去離子水超聲提取30min，測(cè)定溶液中Ag?濃度為0.02mg/L。計(jì)算銀離子保留率，并評(píng)價(jià)商家宣傳的"水洗5次有效"是否可信。從配位化學(xué)角度分析銀離子的抗菌機(jī)理：Ag?與細(xì)菌細(xì)胞膜上的-SH基團(tuán)結(jié)合，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性。寫出反應(yīng)方程式，并解釋為何加入NH?·H?O可降低抗菌效果。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：長(zhǎng)期佩戴納米銀口罩可能導(dǎo)致銀在體內(nèi)積累。若成人每日吸入0.1mg銀，計(jì)算每年體內(nèi)銀的累積量（假設(shè)代謝率50%），并查閱LD50數(shù)據(jù)評(píng)估安全性。七、化學(xué)史與科學(xué)方法論題題目情境：1803年道爾頓提出原子論時(shí)，認(rèn)為"原子是不可再分的實(shí)心球體"；1897年湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子后提出"葡萄干布丁模型"；1911年盧瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出核式結(jié)構(gòu)模型。問(wèn)題：分析道爾頓原子論的歷史局限性（至少三點(diǎn)），說(shuō)明科學(xué)理論發(fā)展的批判性特征。盧瑟福實(shí)驗(yàn)中，極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的原因是什么？若用金箔（原子序數(shù)79）和鋁箔（原子序數(shù)13）進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，預(yù)測(cè)α粒子散射角度的差異，并計(jì)算金核與鋁核對(duì)α粒子的庫(kù)侖斥力之比（假設(shè)距離相同）。從科學(xué)方法論角度，評(píng)價(jià)"模型構(gòu)建-實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證-理論修正"這一研究范式在原子結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)中的作用。舉例說(shuō)明20世紀(jì)以來(lái)原子模型的進(jìn)一步發(fā)展。思維遷移：2025年科學(xué)家合成了119號(hào)元素Uue，根據(jù)元素周期律預(yù)測(cè)其：①價(jià)電子排布；②與水反應(yīng)的劇烈程度（對(duì)比Cs）；③可能的氧化物化學(xué)式。八、開放探究與創(chuàng)新設(shè)計(jì)題題目情境：某研究小組欲開發(fā)一種"可降解pH響應(yīng)型藥物載體"，其核心材料為聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA），并包裹抗癌藥物DOX。任務(wù)：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決以下問(wèn)題：材料合成：以乳酸和羥基乙酸為單體，通過(guò)開環(huán)聚合制備PLGA（分子量5000-10000）。如何控制分子量分布？設(shè)計(jì)凝膠滲透色譜（GPC）的測(cè)試條件（流動(dòng)相、柱溫、標(biāo)樣）。性能表征：①測(cè)定PLGA在不同pH緩沖液（pH=5.0/7.4/9.0）中的降解速率（失重率）；②研究DOX的釋放動(dòng)力學(xué)（提供紫外分光光度計(jì)）。毒性評(píng)估：用MTT法檢測(cè)PLGA載體對(duì)Hela細(xì)胞的毒性：①簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟（細(xì)胞接種密