2025年高中化學知識競賽前沿科技試題一、競賽基本信息2025年全國中學生化學競賽（省級賽區(qū)）初賽于9月7日舉行，由中國化學會統(tǒng)一命題，考試時間為3小時（9:00-12:00），滿分100分。試題涵蓋無機化學、有機化學、物理化學、結構化學等核心領域，并融入前沿科技應用場景。根據(jù)賽事安排，官方參考答案于9月14日公布，各省需在9月17日前提交一等獎候選學生答卷，省一、二、三等獎獲獎名單預計于9月20日左右公示。考生可通過中國化學學會官網(wǎng)或各省化學學會平臺查詢成績。二、前沿科技融合試題示例（一）量子點材料的合成與應用題目：CdSe量子點因尺寸可調(diào)的熒光特性被廣泛用于生物成像。已知CdSe的晶體結構為閃鋅礦型（立方晶系），Cd2?和Se2?的配位數(shù)均為4，晶胞參數(shù)a=6.05?（1?=10?1?m）。畫出CdSe晶胞中Cd2?和Se2?的位置示意圖，指出其空間點陣類型。計算該晶胞的密度（以g/cm3為單位，Cd的相對原子質(zhì)量112.4，Se為78.96，N?=6.02×1023mol?1）。若通過膠體化學法制備CdSe量子點時，使用巰基乙酸（HSCH?COOH）作為表面配體，解釋配體分子與量子點表面的結合方式及作用。命題背景：量子點作為納米材料的重要分支，其光學性質(zhì)與尺寸效應的關系是材料化學研究熱點。本題結合晶體結構計算與表面修飾技術，考察學生對物質(zhì)結構、化學鍵理論及納米材料應用的綜合理解。（二）CO?催化還原反應機理題目：電催化CO?還原反應（CO?RR）是實現(xiàn)“碳中和”的關鍵技術之一。某研究團隊報道了一種Cu-Ni雙金屬催化劑，在酸性條件下可將CO?高效轉化為CH?OH。寫出CO?RR生成CH?OH的總反應式，計算該反應的ΔG°（已知CO?(g)、H?O(l)、CH?OH(l)的標準生成自由能分別為-394.4、-237.1、-166.3kJ/mol）。實驗發(fā)現(xiàn)，反應過程中檢測到COOH（羧基自由基）和CHO（醛基自由基）中間體，畫出這兩種中間體在Cu-Ni催化劑表面的吸附構型（用“*”表示催化劑活性位點）。對比Cu單金屬催化劑，分析雙金屬協(xié)同作用提高催化活性的可能原因。命題背景：CO?資源化利用是當前能源化學領域的前沿方向，本題通過反應熱力學計算、中間體吸附構型分析及催化劑設計原理，考察學生對催化反應機理和能量變化的理解，體現(xiàn)化學學科在解決環(huán)境問題中的應用價值。（三）mRNA疫苗中的脂質(zhì)納米粒載體題目：mRNA疫苗的遞送系統(tǒng)常采用可離子化脂質(zhì)（如ALC-0315），其結構如下：（結構簡式：C??H??-N?(CH?)?-CH?CH?-O-C(O)-C??H??，在生理pH下可質(zhì)子化帶正電）指出該脂質(zhì)分子中含有的官能團名稱，解釋其在不同pH條件下的電離狀態(tài)變化。說明脂質(zhì)納米粒（LNP）包裹mRNA的原理，分析LNP如何幫助mRNA穿過細胞膜（提示：考慮靜電作用和膜融合過程）。若將該脂質(zhì)與輔助脂質(zhì)（如DSPC）、膽固醇混合制備LNP，推測膽固醇在提高LNP穩(wěn)定性中的作用。命題背景：mRNA疫苗的成功應用依賴于遞送技術的突破，本題以脂質(zhì)分子結構為切入點，考察有機化學官能團性質(zhì)、膠體化學穩(wěn)定性及生物膜透過機制，體現(xiàn)化學與生命科學的交叉融合。（四）金屬有機框架（MOFs）的氣體吸附題目：MOF材料HKUST-1的化學式為Cu?(BTC)?（BTC=1,3,5-苯三甲酸根），其三維結構由Cu2?與BTC配體連接形成八面體籠狀空腔，孔徑約1.0nm。寫出BTC配體的結構簡式，指出其與Cu2?的配位原子及配位數(shù)。實驗測得HKUST-1對CO?的吸附等溫線在273K、1atm下的吸附量為22.6cm3/g（標準狀況），計算1g該MOF可吸附CO?的分子數(shù)（N?=6.02×1023mol?1）。解釋HKUST-1在濕度較高時吸附量下降的原因，提出一種提高其水穩(wěn)定性的改性方案。命題背景：MOFs作為多孔材料的代表，在氣體存儲與分離中具有巨大潛力。本題通過配體結構分析、吸附量計算及材料穩(wěn)定性改進，考察學生對配位化學、氣體定律及材料工程的綜合應用能力。三、試題特點與備考建議跨學科融合：試題普遍結合材料科學、能源化學、生物化學等領域的前沿成果，要求學生建立“結構-性質(zhì)-應用”的邏輯鏈條。定量計算與定性分析并重：如晶胞密度、反應自由能等計算類題目占比約30%，同時強調(diào)對反應機理、材料設計原理的文字闡述。實驗思維考察：部分題目涉及實驗現(xiàn)象解釋（如MOF水穩(wěn)定性下降）和方案設計（如催化劑改性），需結合基礎理論與創(chuàng)新思維。備考時，建議學生在鞏固課本知識的基礎上，關注《化學進展》《NatureChemistry》等期刊的科普文章，了解最新研究動態(tài)；同時通過真題訓練提升復雜問題的拆解能力，注重計算準確性與表述規(guī)范性。四、競賽后續(xù)發(fā)展省級賽區(qū)獲獎學生將有機會入選省隊，參加11月舉行的全國決賽（冬令營），角逐國家獎項及集訓隊資格。決賽試題將進一