2025年高三化學(xué)高考化學(xué)信息學(xué)交叉模擬試題一、選擇題（本題共7小題，每小題6分，共42分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的）1.化學(xué)信息學(xué)基礎(chǔ)應(yīng)用化學(xué)信息學(xué)中常用分子指紋技術(shù)描述化合物結(jié)構(gòu)特征。已知某烷烴的分子指紋編碼為“101001”，其中“1”代表分子中存在特定官能團(tuán)或結(jié)構(gòu)片段。下列關(guān)于該烷烴的說(shuō)法正確的是（）A.分子中含有3個(gè)甲基B.其一氯代物有4種同分異構(gòu)體C.與正戊烷互為同系物D.分子中所有碳原子可能共平面答案：B解析：分子指紋編碼“101001”對(duì)應(yīng)烷烴的結(jié)構(gòu)特征為：主鏈含5個(gè)碳原子，2號(hào)和4號(hào)碳原子上各有1個(gè)甲基（即2,4-二甲基戊烷）。A項(xiàng)，分子中含4個(gè)甲基（主鏈兩端各1個(gè)，支鏈2個(gè)），錯(cuò)誤；B項(xiàng)，該烷烴分子中有4種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子，其一氯代物有4種，正確；C項(xiàng)，與正戊烷（C?H??）分子式相同，互為同分異構(gòu)體，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，烷烴分子中碳原子均為sp3雜化，所有碳原子不可能共平面，錯(cuò)誤。2.數(shù)據(jù)庫(kù)檢索與化學(xué)數(shù)據(jù)應(yīng)用某研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)PubChem數(shù)據(jù)庫(kù)檢索到化合物X的質(zhì)譜數(shù)據(jù)：分子離子峰m/z=182，碎片離子峰m/z=167（M-15）、m/z=149（M-33）。已知X的分子式為C??H??O?，且分子中含有苯環(huán)。下列關(guān)于X的結(jié)構(gòu)推測(cè)正確的是（）A.可能含有酚羥基和乙基B.分子中所有氫原子化學(xué)環(huán)境均不同C.能與NaHCO?溶液反應(yīng)產(chǎn)生CO?D.1molX最多可與3molH?發(fā)生加成反應(yīng)答案：A解析：由分子離子峰m/z=182可知X的相對(duì)分子質(zhì)量為182，結(jié)合分子式C??H??O?計(jì)算不飽和度Ω=（2×10+2-14）/2=4，推測(cè)含1個(gè)苯環(huán)（Ω=3）和1個(gè)羰基或2個(gè)羥基（Ω=1）。碎片離子峰m/z=167（M-15）對(duì)應(yīng)失去甲基（-CH?），m/z=149（M-33）對(duì)應(yīng)失去羥基（-OH）或甲氧基（-OCH?）。A項(xiàng)，若分子中含酚羥基（-OH）和乙基（-C?H?），且苯環(huán)上有兩個(gè)甲基取代，符合質(zhì)譜碎片規(guī)律，正確；B項(xiàng)，分子中甲基上的氫原子化學(xué)環(huán)境可能相同，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，酚羥基酸性弱于碳酸，不能與NaHCO?反應(yīng)，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，1mol苯環(huán)可與3molH?加成，若含羰基可再加成1mol，最多加成4mol，錯(cuò)誤。3.分子建模與量子化學(xué)計(jì)算利用Gaussian軟件計(jì)算甲醛（HCHO）分子的電子結(jié)構(gòu)，得到分子軌道能量數(shù)據(jù)如下表：|軌道類型|能量（eV）|軌道類型|能量（eV）||----------|------------|----------|------------||σ(C-H)|-18.2|π(C=O)|-12.6||σ*(C-H)|8.7|π*(C=O)|2.5|下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.甲醛分子中C原子采取sp2雜化B.最高占據(jù)分子軌道（HOMO）為π(C=O)C.甲醛與H?發(fā)生加成反應(yīng)時(shí)，HOMO與H?的LUMO（空軌道）作用D.σ*(C-H)軌道能量高于π*(C=O)，說(shuō)明C-H鍵更易發(fā)生斷裂答案：C解析：A項(xiàng)，甲醛分子中C原子形成3個(gè)σ鍵（2個(gè)C-H、1個(gè)C-O），無(wú)孤電子對(duì)，為sp2雜化，正確；B項(xiàng)，最高占據(jù)分子軌道（HOMO）為能量最高的填充軌道，即π(C=O)（-12.6eV），正確；C項(xiàng)，加成反應(yīng)中，H?的HOMO（σ鍵電子）與甲醛的LUMO（π*(C=O)空軌道）作用，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，σ*(C-H)軌道能量（8.7eV）高于π*(C=O)（2.5eV），說(shuō)明C-H鍵的反鍵軌道更易接受電子，鍵更易斷裂，正確。4.化學(xué)計(jì)量學(xué)與數(shù)據(jù)分析某工廠采用近紅外光譜（NIRS）監(jiān)測(cè)乙醇-水溶液中乙醇濃度，采集5組樣本數(shù)據(jù)如下：|樣本編號(hào)|乙醇濃度（mol/L）|吸光度（1500nm）|吸光度（2000nm）||----------|-------------------|-------------------|-------------------||1|0.2|0.35|0.12||2|0.4|0.58|0.25||3|0.6|0.82|0.38||4|0.8|1.05|0.51||5|1.0|1.29|0.64|若采用主成分分析（PCA）對(duì)數(shù)據(jù)降維，第一主成分（PC1）的貢獻(xiàn)率為98.7%。下列說(shuō)法正確的是（）A.PC1可解釋98.7%的吸光度變化B.乙醇濃度與1500nm吸光度呈負(fù)相關(guān)C.該模型可用于預(yù)測(cè)濃度為1.2mol/L的樣本吸光度D.2000nm處的吸光度對(duì)PC1的貢獻(xiàn)大于1500nm答案：A解析：A項(xiàng)，主成分貢獻(xiàn)率表示該成分解釋數(shù)據(jù)變異的比例，PC1貢獻(xiàn)率98.7%說(shuō)明其可解釋98.7%的吸光度變化，正確；B項(xiàng)，隨乙醇濃度增大，1500nm吸光度從0.35增至1.29，呈正相關(guān)，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，樣本濃度范圍為0.2~1.0mol/L，外推至1.2mol/L可能因非線性關(guān)系導(dǎo)致誤差，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，1500nm吸光度變化幅度（0.35→1.29）大于2000nm（0.12→0.64），對(duì)PC1的貢獻(xiàn)更大，錯(cuò)誤。5.藥物設(shè)計(jì)與定量構(gòu)效關(guān)系（QSAR）某團(tuán)隊(duì)通過(guò)QSAR模型研究10種黃酮類化合物的抗氧化活性（IC??，μmol/L）與分子描述符的關(guān)系，得到回歸方程：ln(IC??)=0.82×辛醇-水分配系數(shù)（logP）-0.35×酚羥基數(shù)目（n）+2.10（R2=0.94）下列化合物中抗氧化活性最強(qiáng)的是（）A.化合物A：logP=2.5，n=2B.化合物B：logP=1.8，n=3C.化合物C：logP=3.2，n=1D.化合物D：logP=2.1，n=2答案：B解析：IC??值越小，抗氧化活性越強(qiáng)。根據(jù)回歸方程計(jì)算各化合物的ln(IC??)：A：0.82×2.5-0.35×2+2.10=2.05-0.70+2.10=3.45→IC??=e3.??≈31.5μmol/LB：0.82×1.8-0.35×3+2.10=1.476-1.05+2.10=2.526→IC??=e2.?2?≈12.5μmol/LC：0.82×3.2-0.35×1+2.10=2.624-0.35+2.10=4.374→IC??=e?.3??≈80.8μmol/LD：0.82×2.1-0.35×2+2.10=1.722-0.70+2.10=3.122→IC??=e3.122≈22.7μmol/L化合物B的IC??最小，抗氧化活性最強(qiáng)，正確。6.化學(xué)信息學(xué)軟件應(yīng)用使用ChemDraw繪制某有機(jī)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，部分操作如下：①選擇“鍵工具”繪制碳碳雙鍵；②使用“文本工具”標(biāo)注羥基（-OH）；③通過(guò)“結(jié)構(gòu)檢查”功能驗(yàn)證分子是否存在立體異構(gòu)；④利用“名稱轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)”功能輸入“2-丁烯”生成分子結(jié)構(gòu)。其中涉及化學(xué)信息學(xué)核心功能的是（）A.①②B.③④C.①③D.②④答案：B解析：化學(xué)信息學(xué)核心功能包括結(jié)構(gòu)解析、性質(zhì)預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。①②為基礎(chǔ)繪圖操作，不涉及信息學(xué)分析；③“結(jié)構(gòu)檢查”通過(guò)算法判斷立體異構(gòu)（如順?lè)串悩?gòu)），④“名稱-結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換”利用數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則引擎實(shí)現(xiàn)文本與化學(xué)結(jié)構(gòu)的映射，均屬于化學(xué)信息學(xué)核心功能，正確。7.材料科學(xué)中的信息學(xué)方法某研究通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)鈣鈦礦材料CH?NH?PbI?的禁帶寬度（E?），輸入特征包括離子半徑（rPb2?）、電負(fù)性（χI）、晶格常數(shù)（a）等。模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)如下表：|樣本|rPb2?（?）|χI|a（?）|E?（eV）||------|-------------|-----|--------|----------||1|1.19|2.66|6.30|1.51||2|1.19|2.66|6.35|1.48||3|1.21|2.66|6.30|1.45||4|1.21|2.66|6.35|1.42|若新樣本的特征為rPb2?=1.20?，χI=2.66，a=6.32?，預(yù)測(cè)其E?最接近（）A.1.43eVB.1.46eVC.1.49eVD.1.52eV答案：B解析：分析數(shù)據(jù)可知，E?隨rPb2?增大而減?。╮=1.19→1.21，E?平均降低0.06eV），隨a增大而減小（a=6.30→6.35，E?平均降低0.03eV）。新樣本rPb2?=1.20?（比樣本1增大0.01?），a=6.32?（比樣本1增大0.02?），則E?≈1.51-0.06×(0.01/0.02)-0.03×(0.02/0.05)=1.51-0.03-0.012=1.468eV，最接近1.46eV，正確。二、非選擇題（共58分）8.化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)檢索與譜圖分析（14分）某未知有機(jī)物Y（只含C、H、O）的紅外光譜（IR）和核磁共振氫譜（1HNMR）數(shù)據(jù)如下：IR（cm?1）：3300（寬峰），2950，1710，1600，1500，1230，7501HNMR（δ，ppm）：1.2（t，3H），2.3（q，2H），5.2（s，1H，D?O交換消失），6.8（d，2H），7.1（d，2H）（1）利用SciFinder數(shù)據(jù)庫(kù)檢索，符合上述譜圖特征的化合物可能屬于________類（填官能團(tuán)名稱）。（2）寫(xiě)出Y的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式________，并解釋1HNMR中δ=5.2處峰的歸屬________。（3）計(jì)算Y的不飽和度Ω=________，分子中最多有________個(gè)原子共平面。答案：（1）酚類、酯類（或羧酸類）（2分）（2）HO-C?H?-COOCH?CH?（2分）；酚羥基上的活潑氫（-OH）（2分）（3）6（2分）；14（2分）解析：（1）IR中3300cm?1寬峰為-OH（酚羥基），1710cm?1為C=O（酯基或羧基），1600/1500cm?1為苯環(huán)骨架振動(dòng)，750cm?1為苯環(huán)鄰位二取代特征峰。（2）1HNMR中，δ=1.2（t，3H）為-CH?，δ=2.3（q，2H）為-CH?-，二者耦合常數(shù)相同，形成-CH?CH?；δ=6.8（d，2H）和7.1（d，2H）為苯環(huán)對(duì)位二取代（AA'BB'系統(tǒng)）；δ=5.2（s，D?O交換消失）為酚羥基氫。結(jié)合IR中1710cm?1（酯基C=O），推測(cè)結(jié)構(gòu)為HO-C?H?-COOCH?CH?（對(duì)羥基苯甲酸乙酯）。（3）Ω=（2×9+2-10）/2=6（苯環(huán)4，酯基1，酚羥基不影響）；苯環(huán)（6C+4H）、酯基（2O+C=O）及乙基中-CH?-共平面，共14個(gè)原子。9.分子對(duì)接與藥物設(shè)計(jì)（16分）新冠病毒3CL蛋白酶（Mpro）是抗病毒藥物的重要靶點(diǎn)，其活性口袋關(guān)鍵氨基酸殘基包括His41、Cys145等。某團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)化合物Z與Mpro對(duì)接，對(duì)接結(jié)果如圖（虛線表示氫鍵，數(shù)字為鍵長(zhǎng)?）：（1）化合物Z與Mpro的結(jié)合模式中，涉及的非共價(jià)相互作用有________（填兩種）。（2）若將Z中的羥基（-OH）替換為氨基（-NH?），預(yù)測(cè)對(duì)接結(jié)合能（ΔG）將________（填“增大”“減小”或“不變”），理由是________。（3）基于對(duì)接結(jié)果，設(shè)計(jì)一個(gè)比Z活性更高的衍生物結(jié)構(gòu)，需滿足的條件是________（至少寫(xiě)兩點(diǎn)）。答案：（1）氫鍵、疏水作用（2分）（2）減?。?分）；氨基（-NH?）的N原子電負(fù)性小于O，與His41的氫鍵鍵長(zhǎng)增長(zhǎng)，相互作用減弱，ΔG增大（結(jié)合能更正值，活性降低）（4分）（3）①增加與Cys145的氫鍵作用（如引入-COOH）；②延長(zhǎng)疏水鏈以增強(qiáng)與活性口袋的疏水作用（4分）解析：（1）圖中虛線表示氫鍵（如Z的羥基O與His41的N-H形成氫鍵），非極性基團(tuán)（如苯環(huán)）與蛋白酶疏水口袋間存在疏水作用。（2）-NH?的N電負(fù)性小于O，氫鍵鍵能減弱，導(dǎo)致結(jié)合能ΔG增大（更難結(jié)合），活性降低。（3）提高活性需增強(qiáng)分子與蛋白酶的相互作用，如增加氫鍵供體/受體、優(yōu)化疏水匹配等。10.化學(xué)信息學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)（28分）某研究小組利用化學(xué)信息學(xué)方法探究“金屬有機(jī)框架材料（MOFs）的CO?吸附性能”，實(shí)驗(yàn)流程如下：步驟1：數(shù)據(jù)采集從CambridgeStructuralDatabase（CSD）下載100種MOFs的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)（.cif文件），提取特征參數(shù)：孔徑（D）、比表面積（S）、金屬離子類型（M）等。步驟2：描述符計(jì)算使用MaterialsStudio軟件計(jì)算拓?fù)涿芏龋é眩⑴湮粩?shù)（CN）等拓?fù)涿枋龇?；通過(guò)VASP軟件計(jì)算吸附能（Eads）。步驟3：模型構(gòu)建采用隨機(jī)森林算法建立CO?吸附量（Q，mmol/g）與特征參數(shù)的回歸模型，部分結(jié)果如下：|特征參數(shù)|重要性得分|特征參數(shù)|重要性得分||----------|------------|----------|------------||S（m2/g）|0.32|D（?）|0.21||Eads（eV）|0.18|ρ（g/cm3）|0.15||CN|0.09|M|0.05|步驟4：模型驗(yàn)證測(cè)試集10個(gè)樣本的預(yù)測(cè)Q值與實(shí)驗(yàn)值的相關(guān)系數(shù)R2=0.89。（1）步驟1中，.cif文件存儲(chǔ)的晶體學(xué)信息包括________（至少寫(xiě)兩項(xiàng)）。（2）步驟2中，計(jì)算Eads時(shí)需優(yōu)化MOFs-CO?復(fù)合物的幾何結(jié)構(gòu)，涉及的量子化學(xué)方法有________（填一種）。（3）根據(jù)步驟3結(jié)果，影響Q的最關(guān)鍵因素是_____