2025年高三化學(xué)高考新材料研究進展模擬試題一、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選項中，只有一項是符合題目要求的）2025年諾貝爾化學(xué)獎授予金屬有機框架（MOFs）領(lǐng)域的科學(xué)家，這類材料通過金屬離子與有機配體的配位作用形成多孔晶體結(jié)構(gòu)。下列關(guān)于MOFs的說法錯誤的是（）A.MOFs的高比表面積源于其三維多孔結(jié)構(gòu)，可用于氣體吸附與分離B.制備MOFs時，金屬離子的配位數(shù)和有機配體的幾何構(gòu)型會影響框架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)C.MOFs材料在高溫下可能發(fā)生配體分解或金屬離子還原，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌D.向MOFs孔道中引入功能性分子后，其晶體結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形態(tài)納米酶是一類具有酶催化活性的納米材料，在生物醫(yī)學(xué)和環(huán)境治理中應(yīng)用廣泛。某納米酶可催化H?O?分解產(chǎn)生·OH，用于降解有機污染物。下列說法正確的是（）A.納米酶的催化活性隨反應(yīng)溫度升高而持續(xù)增強B.該納米酶降解污染物的過程中，H?O?既作氧化劑又作還原劑C.納米酶的催化效率高于天然酶的主要原因是其比表面積更大D.向反應(yīng)體系中加入適量NaOH溶液，會提高納米酶的穩(wěn)定性生物基材料是解決白色污染的重要途徑，其制備常以可再生資源為原料。下列關(guān)于生物基材料的說法正確的是（）A.聚乳酸（PLA）的單體為乳酸，通過加聚反應(yīng)合成B.利用玉米秸稈制備的纖維素乙酸酯可降解，屬于綠色高分子材料C.生物基材料在自然界中可完全降解為CO?和H?O，無環(huán)境風(fēng)險D.大豆蛋白基adhesives的黏合原理與環(huán)氧樹脂相同，均依賴共價鍵新型儲能材料是新能源產(chǎn)業(yè)的核心。某鈉離子電池負(fù)極材料為單層VOPO?，其儲鈉過程可表示為：VOPO?+xNa?+xe?→Na?VOPO?。下列說法錯誤的是（）A.該材料的儲鈉容量與層間間距及V的價態(tài)變化范圍相關(guān)B.充電時，Na?從正極脫嵌并嵌入負(fù)極材料C.密度泛函理論計算顯示，單層VOPO?的鈉離子擴散能壘低于體相材料D.若x=0.5，則VOPO?中V的平均氧化數(shù)為+4.5智能材料可通過外界刺激（如溫度、pH、光等）調(diào)節(jié)性能。下列關(guān)于智能材料的應(yīng)用原理錯誤的是（）A.形狀記憶合金通過馬氏體相變實現(xiàn)形狀恢復(fù)，可用于微創(chuàng)手術(shù)器械B.pH響應(yīng)型水凝膠通過羧基的質(zhì)子化/去質(zhì)子化調(diào)節(jié)溶脹度，用于藥物控釋C.光致變色材料通過分子構(gòu)型轉(zhuǎn)變（如順反異構(gòu)）實現(xiàn)顏色變化，可用于防偽油墨D.自修復(fù)材料通過動態(tài)共價鍵（如二硫鍵）的斷裂與重組實現(xiàn)損傷修復(fù)，修復(fù)過程不可逆綠色化學(xué)致力于減少化工過程的環(huán)境影響。下列說法不符合綠色化學(xué)理念的是（）A.用MOFs材料吸附捕集CO?，替代傳統(tǒng)胺吸收法以減少設(shè)備腐蝕B.開發(fā)超聲輔助法制備MOFs，降低反應(yīng)溫度和能耗C.用生物酶催化合成藥物中間體，提高原子利用率并減少有機溶劑使用D.用納米銀作為抗菌劑時，通過表面包覆SiO?降低其生物毒性復(fù)合材料通過組分協(xié)同作用實現(xiàn)性能優(yōu)化。某高抗沖阻燃竹木混合生態(tài)板的制備過程中，通過界面修飾（如硅烷偶聯(lián)劑）和交聯(lián)處理提升性能。下列說法錯誤的是（）A.界面修飾可增強竹木纖維與阻燃劑的相容性，減少界面缺陷B.交聯(lián)處理會增加材料的硬度和耐熱性，但可能降低其韌性C.該生態(tài)板的阻燃性能主要依賴添加含鹵素的有機阻燃劑D.竹木纖維的加入可降低材料成本并提升其生物降解性二、非選擇題（本題共3小題，共58分）8.（14分）金屬有機框架（MOFs）在能源與環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用金屬有機框架材料MIL-101（Cr）的結(jié)構(gòu)如圖所示，其化學(xué)式為Cr?O(H?O)?F(BDC)?（BDC為對苯二甲酸根，-OOC-C?H?-COO?）。（1）Cr3?的核外電子排布式為__________，BDC配體中C的雜化類型為__________。（2）MIL-101（Cr）的孔道尺寸約為3.4nm，比表面積達4100m2/g，可用于吸附H?。273K、101kPa下，1gMIL-101（Cr）最多可吸附0.12gH?，此時H?分子間的平均距離約為__________nm（列出計算式即可，N?取6.02×1023mol?1）。（3）MIL-101（Cr）對CO?的吸附能力強于N?，原因是__________。工業(yè)上可用其分離天然氣中的CO?，若天然氣中CO?的體積分?jǐn)?shù)為15%，處理100m3（標(biāo)準(zhǔn)狀況）天然氣需消耗MIL-101（Cr）的質(zhì)量為__________kg（假設(shè)CO?的吸附率為100%，忽略其他氣體吸附）。（4）某課題組通過Al3?部分取代Cr3?制備了MIL-101（Cr/Al），發(fā)現(xiàn)其水熱穩(wěn)定性顯著提升。推測可能的原因是__________。9.（18分）納米酶的制備與催化性能納米酶是一類兼具納米材料特性和酶催化活性的模擬酶。某研究團隊制備了Fe?O?@C納米酶，其催化H?O?氧化TMB（3,3',5,5'-四甲基聯(lián)苯胺）的反應(yīng)可用于檢測H?O?濃度。（1）制備過程中，以FeCl?和檸檬酸為原料，通過水熱法合成Fe?O?納米顆粒，再經(jīng)碳包覆得到Fe?O?@C。①檸檬酸的作用是__________，其分子中可與Fe3?配位的原子是__________。②碳包覆層的作用是__________（答出兩點即可）。（2）該納米酶的催化機理如下：ⅰ.Fe3?+H?O?→Fe2?+·OOH+H?ⅱ.Fe2?+H?O?→Fe3?+·OH+OH?ⅲ.·OH+TMB→氧化產(chǎn)物（藍色）①寫出總反應(yīng)的離子方程式：。②若向反應(yīng)體系中加入適量NaN?（·OH清除劑），預(yù)期現(xiàn)象為。③實驗發(fā)現(xiàn)，該納米酶的催化活性在pH=4.0時高于pH=7.0，結(jié)合機理分析原因：__________。（3）該納米酶可用于檢測細胞內(nèi)的H?O?。將HeLa細胞與納米酶及TMB共孵育，顯微鏡下觀察到細胞內(nèi)出現(xiàn)藍色沉淀。①實驗中需使用的細胞培養(yǎng)試劑有__________（答出兩種即可）。②若用熒光標(biāo)記的抗體檢測納米酶在細胞內(nèi)的定位，抗體需與納米酶表面的__________基團結(jié)合。10.（26分）綜合實驗與探究：MOFs基催化劑的制備及其CO?加氫性能某研究小組擬制備Zr-MOFs負(fù)載Cu納米顆粒催化劑（Cu/Zr-MOF），并探究其催化CO?加氫制備甲醇的性能。步驟1：Zr-MOF的合成將ZrCl?和2-氨基對苯二甲酸（NH?-BDC）溶解于N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，120℃溶劑熱反應(yīng)24h，得到白色晶體，洗滌后干燥。（1）①寫出NH?-BDC的結(jié)構(gòu)簡式：。②溶劑熱反應(yīng)的優(yōu)點是（答出一點即可）。③洗滌時需用DMF和乙醇依次沖洗，目的是__________。步驟2：Cu/Zr-MOF的制備通過離子交換法將Cu2?引入Zr-MOF孔道，再經(jīng)NaBH?還原得到Cu納米顆粒。（2）①離子交換時，Cu2?可與Zr-MOF中的__________基團發(fā)生交換（填“-NH?”或“-COO?”）。②還原反應(yīng)的離子方程式為__________。③若用X射線光電子能譜（XPS）表征Cu的價態(tài)，需分析__________能級的電子結(jié)合能（填“Cu2p”或“O1s”）。步驟3：催化性能測試在高壓反應(yīng)釜中進行CO?加氫反應(yīng)：CO?(g)+3H?(g)?CH?OH(g)+H?O(g)ΔH=-49.0kJ/mol。（3）①實驗中需控制的變量有__________（答出三項即可）。②若反應(yīng)在200℃、5MPa下進行，平衡時CO?的轉(zhuǎn)化率為20%，H?的轉(zhuǎn)化率為__________（假設(shè)起始n(CO?):n(H?)=1:3）。③催化劑的穩(wěn)定性可通過__________實驗評估（答出一種方法即可）。步驟4：催化機理探究原位漫反射紅外光譜顯示，反應(yīng)過程中催化劑表面出現(xiàn)甲氧基（-OCH?）和甲酸根（-HCOO?）物種。（4）①推測該反應(yīng)的可能中間體為__________（填“-OCH?”或“-HCOO?”），理由是__________。②若用13C標(biāo)記的CO?進行實驗，最終產(chǎn)物甲醇中13C的分布位置為__________。問題討論（5）Zr-MOF的孔道尺寸為1.2nm，Cu納米顆粒的直徑需控制在1nm以下，原因是__________（答出兩點即可）。三、選考題（共15分。請考生從2道題中任選一題作答）11.[物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)]（15分）MOFs材料的光電性能與其電子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。（1）Cr3?在MIL-101中形成八面體配位環(huán)境，其晶體場穩(wěn)定化能（CFSE）為__________（用Δ?表示）。（2）BDC配體的π電子可與金屬離子d軌道發(fā)生d-π共軛，導(dǎo)致MOFs的__________（填“吸收光譜”或“發(fā)射光譜”）紅移。（3）計算Zr??的價電子數(shù)：，Zr-MOF中Zr的配位數(shù)為8，其配位多面體為。12.[有機化學(xué)基礎(chǔ)