2025年上學(xué)期高三化學(xué)新情境問題專練（一）專題一：碳中和與碳循環(huán)技術(shù)情境案例1：鈣基吸附劑捕集CO?的工業(yè)應(yīng)用某科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型鈣基吸附劑（主要成分為CaO-MgO復(fù)合氧化物）用于燃煤電廠煙道氣中CO?的捕集。實(shí)驗(yàn)測得該吸附劑在不同溫度下的CO?吸附量數(shù)據(jù)如下表：溫度/℃吸附量/(mmol·g?1)吸附速率/(mmol·g?1·min?1)6000.820.0456500.760.0627000.680.0817500.540.093已知吸附過程中發(fā)生的主要反應(yīng)為：CaO(s)+CO?(g)?CaCO?(s)ΔH=-178kJ·mol?1MgO(s)+CO?(g)?MgCO?(s)ΔH=-117kJ·mol?1問題組：（1）寫出該吸附劑捕集CO?的平衡常數(shù)表達(dá)式K=，根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷該反應(yīng)的ΔS______0（填“＞”“＜”或“=”）。（2）實(shí)際工業(yè)操作中選擇650℃作為吸附溫度，請結(jié)合反應(yīng)原理分析原因：____________。（3）若要將吸附飽和的CaCO?進(jìn)行再生（釋放CO?并恢復(fù)吸附活性），可采取的措施有（填字母）。A.升高溫度B.降低壓強(qiáng)C.通入惰性氣體D.加入酸性溶液解析：（1）固體物質(zhì)不計(jì)入平衡常數(shù)表達(dá)式，故K=1/[CO?]；由于反應(yīng)氣體分子數(shù)減少，ΔS＜0。（2）650℃時吸附量（0.76mmol·g?1）與反應(yīng)速率（0.062mmol·g?1·min?1）達(dá)到較好平衡，低于650℃時速率過慢，高于650℃時吸附量顯著下降（溫度升高使放熱反應(yīng)平衡逆向移動）。（3）ABC（升高溫度、降低壓強(qiáng)、通入惰性氣體均能使平衡逆向移動釋放CO?；加入酸性溶液會溶解CaCO?但無法再生CaO）。情境案例2：CO?電催化還原制甲醇我國科學(xué)家在CO?電催化還原領(lǐng)域取得突破，采用Cu-Zn合金納米催化劑實(shí)現(xiàn)了CO?高效轉(zhuǎn)化為甲醇（CH?OH）。工作原理如圖所示：（示意圖：左側(cè)為陽極室（稀H?SO?溶液，Pt電極），右側(cè)為陰極室（KHCO?溶液，Cu-Zn電極），兩室通過質(zhì)子交換膜隔開）問題組：（1）寫出陰極的電極反應(yīng)式：__________________。（2）若電路中通過2mol電子，理論上陰極室溶液質(zhì)量增加______g（忽略氣體溶解）。（3）研究發(fā)現(xiàn)，在陰極表面會形成中間產(chǎn)物*COOH（吸附態(tài)羧基），請畫出該中間產(chǎn)物的路易斯結(jié)構(gòu)式：。解析：（1）CO?在酸性條件下得電子生成CH?OH：CO?+6H?+6e?=CH?OH+H?O（2）陽極反應(yīng)為2H?O-4e?=O?↑+4H?，當(dāng)轉(zhuǎn)移2mol電子時，陰極消耗1/3molCO?（質(zhì)量44/3g），同時有2molH?通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入陰極室（質(zhì)量2g），陽極生成0.5molO?逸出，故陰極室質(zhì)量增加44/3+2≈16.67g。（3）*COOH的路易斯結(jié)構(gòu)式為：O=C-O-H（氧原子上有孤對電子）。專題二：新型能源材料與電化學(xué)情境案例3：鈉離子電池正極材料的設(shè)計(jì)鈉離子電池因資源豐富、成本低廉成為下一代儲能電池的研究熱點(diǎn)。某團(tuán)隊(duì)以Na?V?(PO?)?（NVP）為正極材料，碳納米管為導(dǎo)電劑構(gòu)建半電池，其充放電曲線如下：（充放電曲線特征：充電時在3.4V和4.0V出現(xiàn)兩個平臺，放電時對應(yīng)在3.3V和3.9V出現(xiàn)平臺）已知NVP的晶胞結(jié)構(gòu)中，PO?3?形成正四面體骨架，V3?占據(jù)八面體空隙。充電過程中發(fā)生分步脫鈉反應(yīng)：Na?V?(PO?)?→Na?V?(PO?)?→NaV?(PO?)?問題組：（1）基態(tài)V原子的價電子排布式為______，PO?3?的空間構(gòu)型為______。（2）寫出充電至4.0V時的電極反應(yīng)式：________________________。（3）若該電池的能量密度為420Wh·kg?1（能量密度=容量×電壓），則1kgNVP理論上可釋放的電量為______Ah·kg?1（保留三位有效數(shù)字）。解析：（1）V為23號元素，價電子排布式為3d34s2；PO?3?中P原子價層電子對數(shù)=4+（5+3-4×2）/2=4，無孤電子對，空間構(gòu)型為正四面體。（2）第二步脫鈉反應(yīng)：Na?V?(PO?)?-e?=NaV?(PO?)?+Na?（3）NVP的摩爾質(zhì)量為39×3+51×2+(31+16×4)×3=648g·mol?1，1kg含1000/648mol。每個NVP分子最多脫3個Na?，故電量Q=（1000/648）×3×96500C=435926C，換算為Ah：435926/(3600)=121Ah·kg?1。情境案例4：固態(tài)電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)機(jī)制Li?La?Zr?O??（LLZO）是一種具有石榴石結(jié)構(gòu)的固態(tài)電解質(zhì)，其晶體中存在氧離子空位，Li?可通過空位進(jìn)行遷移。某研究通過中子衍射測得LLZO的晶胞參數(shù)為a=1.299nm，晶胞中含有8個Li?La?Zr?O??單元。問題組：（1）計(jì)算LLZO的晶體密度ρ=______g·cm?3（列出計(jì)算式，N?=6.02×1023mol?1）。（2）若Li?的遷移活化能E?=0.35eV，根據(jù)阿倫尼烏斯方程σ=σ?exp(-E?/(kT))，計(jì)算300K時的離子電導(dǎo)率是600K時的______倍（k=8.62×10??eV·K?1，ln2≈0.693）。解析：（1）晶胞體積V=(1.299×10??cm)3，晶胞質(zhì)量m=8×(7×7+3×139+2×91+12×16)/N?g，ρ=m/V=8×(49+417+182+192)/(6.02×1023×(1.299×10??)3)=8×840/(6.02×1023×2.18×10?21)=6720/(1316)=5.11g·cm?3。（2）σ???/σ???=exp[-0.35/(8.62×10??)(1/300-1/600)]=exp[-0.35/(8.62×10??×500/300×600)]=exp(-0.35×300×600/(8.62×10??×500))≈exp(-1.5×10?)=1/(e1????)（數(shù)量級約10???2?，說明低溫下電導(dǎo)率極低）。專題三：工業(yè)流程與綠色化學(xué)情境案例5：從廢鋰離子電池中回收鈷酸鋰某工廠采用濕法冶金工藝回收退役鋰離子電池正極材料（主要成分為LiCoO?，含少量Al、Cu雜質(zhì)），工藝流程如下：（流程圖：正極材料→破碎→堿溶→過濾→酸溶→萃取→反萃→沉鈷→煅燒→LiCoO?再生）關(guān)鍵步驟反應(yīng)：堿溶：2Al+2NaOH+2H?O=2NaAlO?+3H?↑酸溶：2LiCoO?+3H?SO?+H?O?=Li?SO?+2CoSO?+O?↑+4H?O萃取：Co2?+2(HA)?（有機(jī)相）?Co(HA?)?（有機(jī)相）+2H?（水相）問題組：（1）酸溶時H?O?的作用是______，若改用NaClO?作氧化劑，反應(yīng)的離子方程式為________________________。（2）萃取過程中需控制水相pH=3.5，若pH過高，會導(dǎo)致的后果是______，通過______（填操作）可使萃取平衡正向移動。（3）沉鈷時加入(NH?)?C?O?生成CoC?O?·2H?O沉淀，若溶液中c(Co2?)=0.1mol·L?1，當(dāng)Co2?沉淀完全時（c(Co2?)≤10??mol·L?1），c(C?O?2?)至少為______mol·L?1（已知Ksp(CoC?O?·2H?O)=6.3×10??）。解析：（1）H?O?作還原劑，將Co3?還原為Co2?；ClO??在酸性條件下氧化Co3?的離子方程式：6LiCoO?+ClO??+18H?=6Li?+6Co2?+Cl?+9H?O+3O?↑。（2）pH過高會導(dǎo)致Co2?水解生成Co(OH)?沉淀；加入稀硫酸降低H?濃度，使萃取平衡正向移動。（3）c(C?O?2?)=Ksp/c(Co2?)=6.3×10??/10??=6.3×10?3mol·L?1。情境案例6：生物降解塑料PLA的合成聚乳酸（PLA）是一種可完全降解的生物基塑料，以玉米淀粉為原料的合成路線如下：淀粉→葡萄糖→乳酸→丙交酯→開環(huán)聚合→PLA（乳酸結(jié)構(gòu)：CH?CH(OH)COOH；丙交酯：六元環(huán)酯，由兩分子乳酸脫水形成）問題組：（1）寫出乳酸生成丙交酯的化學(xué)方程式：。（2）PLA的結(jié)構(gòu)簡式為，其在土壤中降解的化學(xué)斷鍵方式為。（3）已知乳酸的燃燒熱ΔH=-1367kJ·mol?1，寫出乳酸燃燒的熱化學(xué)方程式：____________。解析：（1）2CH?CH(OH)COOH→(C?H?O?)+2H?O（丙交酯結(jié)構(gòu)為六元環(huán)，含兩個酯鍵）。（2）PLA結(jié)構(gòu)簡式為[-OCH(CH?)CO-]?，降解時酯鍵發(fā)生水解斷裂。（3）CH?CH(OH)COOH(s)+3O?(g)=3CO?(g)+3H?O(l)ΔH=-1367kJ·mol?1。專題四：實(shí)驗(yàn)探究與數(shù)據(jù)處理情境案例7：草酸合鐵酸鉀的組成測定某興趣小組制備草酸合鐵酸鉀晶體K?[Fe?(C?O?)z]·nH?O，為測定其組成進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)1：結(jié)晶水含量測定稱取3.410g樣品，灼燒至恒重，得到1.980g無水鹽。實(shí)驗(yàn)2：Fe3?含量測定取0.500g無水鹽，加稀硫酸溶解，用0.1000mol·L?1KMnO?溶液滴定至終點(diǎn)，消耗KMnO?溶液20.00mL（反應(yīng)：5Fe2?+MnO??+8H?=5Fe3?+Mn2?+4H?O）。實(shí)驗(yàn)3：C?O?2?含量測定另取0.500g無水鹽，加稀硫酸溶解，加入足量Zn粉將Fe3?還原為Fe2?，過濾后用0.1000mol·L?1KMnO?溶液滴定，消耗KMnO?溶液36.00mL。問題組：（1）計(jì)算結(jié)晶水?dāng)?shù)目n=。（2）通過計(jì)算確定該配合物的化學(xué)式：____________。（3）若實(shí)驗(yàn)2中滴定前仰視讀數(shù)，滴定后俯視讀數(shù)，會導(dǎo)致z的測定值（填“偏高”“偏低”或“無影響”）。解析：（1）結(jié)晶水質(zhì)量=3.410-1.980=1.430g，n(H?O)=1.430/18=0.0794mol；無水鹽物質(zhì)的量設(shè)為n，則n(K?[Fe?(C?O?)z])=0.500/M（M為無水鹽摩爾質(zhì)量）。（2）實(shí)驗(yàn)2中n(MnO??)=0.002mol，n(Fe2?)=0.01mol（0.500g樣品中）；實(shí)驗(yàn)3中總還原劑（Fe2?+C?O?2?）消耗n(MnO??)=0.0036mol，根據(jù)電子守恒：n(Fe2?)×1+n(C?O?2?)×2=0.0036×5=0.018mol，解得n(C?O?2?)=0.004mol。故Fe3?:C?O?2?=0.01:0.004=5:2，結(jié)合電荷守恒x+3y=2z，推出化學(xué)式K?[Fe(C?O?)?]。（3）滴定前仰視、后俯視會導(dǎo)致讀數(shù)偏小，測得Fe2?含量偏低，進(jìn)而使z計(jì)算值偏高。情境案例8：化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素探究某同學(xué)研究酸性KMnO?溶液與H?C?O?溶液的反應(yīng)速率，設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)如下表：實(shí)驗(yàn)編號0.01mol·L?1KMnO?/mL0.1mol·L?1H?C?O?/mL0.5mol·L?1H?SO?/mL水/mL溫度/℃褪色時間/s①22242589②24222545③22243542④22422538問題組：（1）寫出該反應(yīng)的離子方程式：。（2）對比實(shí)驗(yàn)①和②，可得出的結(jié)論是：。（3）實(shí)驗(yàn)④中加入更多H?SO?后速率加快，可能的原因是______（填字母）。A.H?是催化劑B.增大了MnO??的氧化性C.降低了反應(yīng)的活化能解析：（1）2MnO??+5H?C?O?+6H?=2Mn2?+10CO?↑+8H?O。（2）其他條件相同時，增大反應(yīng)物H?C?O?濃度，反應(yīng)速率加快。（3）B（H?增強(qiáng)MnO??的氧化性，加快氧化還原反應(yīng)速率）。專題五：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)綜合情境案例9：新型超導(dǎo)材料LaFeAsO???F?的結(jié)構(gòu)分析我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的鐵基超導(dǎo)材料LaFeAsO???F?具有Tc=55K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。其晶體結(jié)構(gòu)如圖所示（四方晶系）：（結(jié)構(gòu)描述：La原子位于晶胞頂點(diǎn)，O/F原子位于棱心，F(xiàn)e和As原子形成層狀結(jié)構(gòu)）問題組：（1）該晶胞中La原子的配位數(shù)為______，距離Fe原子最近的As原子有______個。（2）F?取代O2?后，F(xiàn)e的氧化態(tài)______（填“升高”“降低”或“不變”），這對超導(dǎo)性能的影響是______。（3）已知晶胞參數(shù)a=b=0.403nm，c=0.874nm，計(jì)算該晶體的密度ρ=______g·cm?3（保留兩位小數(shù)）。解析：（1）La原子配位數(shù)為8（每個頂點(diǎn)La與8個棱心O/F配位）；Fe原子周圍有4個As原子形成平面正方形配位。（2）F?取代O2?后，晶胞電荷平衡需Fe2?部分變?yōu)镕e3?，氧化態(tài)升高，載流子濃度增加，超導(dǎo)臨界溫度提高。（3）晶胞中含La:8×1/8=1，F(xiàn)e:4×1/4=1，As:4×1/4=1，O/F:4×1/4=1，化學(xué)式量=139+56+75+16=286g·mol?1，體積V=0.4032×0.874×10?21cm3，ρ=286/(6.02×1023×0.4032×0.874×10?21)=6.52g·cm?3。情境案例10：配合物的鍵能與穩(wěn)定性已知[Cu(NH?)?]2?和[Cu(en)?]2?的穩(wěn)定常數(shù)K穩(wěn)分別為2.1×1013和4.0×101?（en為乙二胺H?NCH?CH?NH?）。問題組：（1）穩(wěn)定性：[Cu(NH?)?]2?[Cu(en)?]2?（填“＞”“＜”或“=”），其主要原因是。（2）畫出[Cu(en)?]2?的結(jié)構(gòu)示意圖，標(biāo)出配位鍵：。（3）計(jì)算反應(yīng)[Cu(NH?)?]2?+2en=[Cu(en)?]2?+4NH?的平衡常數(shù)K=。解析：（1）＜；en為雙齒配體，形成螯合物時熵增效應(yīng)更顯著，導(dǎo)致K穩(wěn)更大。（2）結(jié)構(gòu)示意圖：Cu2?位于中心，與兩個en分子的四個N原子形成配位鍵（平面正方形結(jié)構(gòu)）。（3）K=K穩(wěn)([Cu(en)?]2?)/[K穩(wěn)([Cu(NH?)?]2?)]2=4.0×101?/(2.1×1013)2=9.07×10??。專題六：有機(jī)化學(xué)與生命健康情境案例11：抗病毒藥物阿比多爾的合成阿比多爾是一種廣譜抗病毒藥物，其合成路線中的一步反應(yīng)如下：（反應(yīng)式：對溴苯甲醛+乙酰乙酸乙酯→產(chǎn)物，條件：哌啶，△）問題組：（1）該反應(yīng)的反應(yīng)