2025年高中化學(xué)競(jìng)賽STSE試題專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練（五）一、選擇題（每題3分，共15分）2024年巴黎奧運(yùn)會(huì)首次實(shí)現(xiàn)全部場(chǎng)館100%清潔能源供電，其中氫能燃料電池車(chē)作為官方接駁工具。下列關(guān)于氫氧燃料電池的說(shuō)法錯(cuò)誤的是A.正極反應(yīng)式為O?+4H?+4e?=2H?O（酸性介質(zhì)）B.能量轉(zhuǎn)化效率高于內(nèi)燃機(jī)（約40%→60%）C.低溫啟動(dòng)性能優(yōu)于鋰離子電池（-40℃仍可穩(wěn)定工作）D.產(chǎn)物水可直接用于場(chǎng)館綠化灌溉，實(shí)現(xiàn)零碳排放解析：選C。氫氧燃料電池在低溫下因催化劑活性降低，啟動(dòng)性能弱于鋰離子電池（通常需-20℃以上環(huán)境）。該題結(jié)合奧運(yùn)科技熱點(diǎn)，考查電化學(xué)基礎(chǔ)與新能源應(yīng)用，需注意不同能源器件的性能對(duì)比。2025年我國(guó)將實(shí)施《新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池回收利用管理辦法》，要求退役電池鎳鈷錳（NCM）三元材料的回收率達(dá)到95%。采用濕法冶金回收金屬元素時(shí)，需控制溶液pH值分離金屬離子。已知Ksp[Ni(OH)?]=5.5×10?1?，Ksp[Co(OH)?]=2.3×10?1?，Ksp[Mn(OH)?]=2.1×10?13。向濃度均為0.1mol/L的Ni2?、Co2?、Mn2?混合溶液中滴加NaOH溶液，沉淀析出的先后順序?yàn)锳.Ni2?→Co2?→Mn2?B.Mn2?→Co2?→Ni2?C.Co2?→Ni2?→Mn2?D.同時(shí)沉淀解析：選A。根據(jù)沉淀溶解平衡，金屬離子開(kāi)始沉淀時(shí)的OH?濃度分別為：Ni2?對(duì)應(yīng)√(5.5×10?1?/0.1)=7.4×10??mol/L，Co2?對(duì)應(yīng)√(2.3×10?1?/0.1)=1.5×10??mol/L，Mn2?對(duì)應(yīng)√(2.1×10?13/0.1)=4.6×10??mol/L。OH?濃度越小越先沉淀，故順序?yàn)镹i2?→Co2?→Mn2?。本題結(jié)合動(dòng)力電池回收熱點(diǎn)，考查溶度積計(jì)算與分離技術(shù)。2024年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予“量子點(diǎn)發(fā)光材料的合成與應(yīng)用”，我國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)的CdSe/ZnS量子點(diǎn)可用于新型顯示技術(shù)。已知CdSe的晶胞結(jié)構(gòu)與ZnS相似（立方硫化鋅型），若Cd2?的配位數(shù)為4，則Se2?的配位數(shù)為A.2B.4C.6D.8解析：選B。在立方硫化鋅型結(jié)構(gòu)中，陽(yáng)離子與陰離子的配位數(shù)比為1:1，故Se2?的配位數(shù)也為4。該題以前沿材料為載體，考查晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)，需掌握典型晶胞的配位數(shù)關(guān)系。2025年新版《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，嬰幼兒食品中禁止添加亞硝酸鈉。亞硝酸鈉（NaNO?）是一種常見(jiàn)防腐劑，其防腐原理是抑制細(xì)菌呼吸酶的活性。下列關(guān)于亞硝酸鈉的說(shuō)法正確的是A.溶液呈堿性，因NO??水解生成HNO?和OH?B.與胺類(lèi)物質(zhì)反應(yīng)生成強(qiáng)致癌物亞硝胺，體現(xiàn)其還原性C.可使酸性KMnO?溶液褪色，生成NO??D.作為食品添加劑時(shí)，最大使用量為0.15g/kg（以NaNO?計(jì)）解析：選B。NO??的水解程度小于電離程度，溶液呈弱酸性（A錯(cuò)誤）；亞硝酸鹽與胺類(lèi)的亞硝化反應(yīng)中，NO??作氧化劑（B正確）；NO??被KMnO?氧化為NO??（C正確）；嬰幼兒食品禁止添加，而非限制用量（D錯(cuò)誤）。本題綜合考查食品化學(xué)與氧化還原知識(shí)，需注意標(biāo)準(zhǔn)的最新變化。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）是第三代光伏技術(shù)的核心，其活性層組成為CH?NH?PbI?。下列關(guān)于該材料的說(shuō)法錯(cuò)誤的是A.屬于有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，具有ABX?通式B.Pb2?的6s2孤對(duì)電子導(dǎo)致材料具有優(yōu)異的光吸收性能C.空氣中的水汽會(huì)導(dǎo)致PbI?分解，需采用封裝技術(shù)解決D.可通過(guò)溶液旋涂法制備，生產(chǎn)成本低于硅基太陽(yáng)能電池解析：選C。鈣鈦礦材料的分解反應(yīng)為CH?NH?PbI?→CH?NH?↑+HI↑+PbI?，水汽加速分解但產(chǎn)物為PbI?（C正確）。本題結(jié)合新能源材料熱點(diǎn)，考查物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。二、填空題（共20分）（8分）2025年我國(guó)將建成全球首條“綠氫-零碳甲醇”產(chǎn)業(yè)鏈，利用太陽(yáng)能電解水制氫，再與CO?催化合成甲醇。（1）已知：2H?O(l)=2H?(g)+O?(g)ΔH?=+571.6kJ/molCO?(g)+3H?(g)=CH?OH(g)+H?O(l)ΔH?=-49.0kJ/mol則CO?與H?合成CH?OH(g)的熱化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________。（2）在2L恒容密閉容器中，充入1molCO?和3molH?，發(fā)生反應(yīng)CO?(g)+3H?(g)?CH?OH(g)+H?O(g)。250℃時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡，測(cè)得CH?OH的物質(zhì)的量為0.5mol，則平衡常數(shù)K=_______（保留兩位小數(shù)）。答案：（1）CO?(g)+3H?(g)=CH?OH(g)+H?O(l)ΔH=-49.0kJ/mol（直接利用已知反應(yīng)②）（2）K=[c(CH?OH)·c(H?O)]/[c(CO?)·c3(H?)]=(0.25×0.25)/(0.25×(0.75)3)=0.25/(0.753)≈0.60解析：（1）注意題目已給出反應(yīng)②的熱化學(xué)方程式，無(wú)需重新計(jì)算；（2）平衡時(shí)各物質(zhì)濃度：CO?=0.25mol/L，H?=0.75mol/L，CH?OH=H?O=0.25mol/L，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算。（12分）2024年我國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)出“光催化CO?還原-海水制氫”一體化裝置，其工作原理如圖所示（質(zhì)子交換膜隔開(kāi)兩室）：（1）陽(yáng)極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________，該過(guò)程中海水的_______（填“pH值”或“鹽度”）降低。（2）陰極CO?還原的主要產(chǎn)物為CH?，寫(xiě)出該電極反應(yīng)式________________________。（3）若電路中通過(guò)4mol電子，理論上可生成CH?_______mol，同時(shí)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下O?_______L。答案：（1）2H?O-4e?=O?↑+4H?（或4OH?-4e?=O?↑+2H?O）；鹽度（2）CO?+8H?+8e?=CH?+2H?O（3）0.5；22.4解析：（1）陽(yáng)極發(fā)生水的氧化，生成H?或消耗OH?，海水的鹽度因水的消耗而升高；（2）CO?得8e?生成CH?，需結(jié)合H?生成水；（3）電子守恒：4mole?對(duì)應(yīng)1molO?（22.4L），生成CH?的物質(zhì)的量=4mol/8=0.5mol。三、計(jì)算題（共15分）工業(yè)上采用“鈣基固硫”法處理燃煤煙氣中的SO?，將CaCO?與煤混合燃燒，發(fā)生反應(yīng)：CaCO?(s)?CaO(s)+CO?(g)ΔH?=+178.3kJ/molCaO(s)+SO?(g)+?O?(g)=CaSO?(s)ΔH?=-502.3kJ/mol（1）計(jì)算298K時(shí)，反應(yīng)CaCO?(s)+SO?(g)+?O?(g)=CaSO?(s)+CO?(g)的ΔG（已知ΔS=-364.6J/(mol·K)）。（2）若某電廠燃煤含硫量為2.5%，每天燃燒煤1000噸，假設(shè)SO?的去除率為90%，計(jì)算每天需消耗CaCO?的質(zhì)量（保留三位有效數(shù)字）。答案：（1）ΔH=ΔH?+ΔH?=178.3-502.3=-324.0kJ/molΔG=ΔH-TΔS=-324.0kJ/mol-298K×(-0.3646kJ/(mol·K))≈-324.0+108.7=-215.3kJ/mol（2）每天產(chǎn)生SO?的質(zhì)量=1000×10?g×2.5%×(64/32)×90%=4.5×10?g由反應(yīng)式知n(CaCO?)=n(SO?)=4.5×10?g/64g/mol≈6.96875×103molm(CaCO?)=6.96875×103mol×100g/mol≈6.97×10?g=697kg解析：（1）注意ΔS的單位換算（J→kJ）；（2）硫元素守恒：S→SO?→CaCO?，需考慮去除率和摩爾質(zhì)量關(guān)系。四、實(shí)驗(yàn)題（共20分）某研究小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究“不同價(jià)態(tài)錳的氧化還原性質(zhì)”，步驟如下：Ⅰ.制備MnO?：向KMnO?溶液中滴加H?O?，產(chǎn)生棕黑色沉淀，過(guò)濾洗滌后干燥。Ⅱ.氧化性比較：向MnO?中加入濃鹽酸并加熱，產(chǎn)生黃綠色氣體；向MnSO?溶液中加入KMnO?酸性溶液，產(chǎn)生MnO?沉淀。Ⅲ.價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化：向上述MnO?沉淀中加入過(guò)量濃硝酸并加熱，沉淀溶解得紫色溶液。回答下列問(wèn)題：（1）步驟Ⅰ中反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_______________________，判斷反應(yīng)完全的現(xiàn)象是________________________。（2）步驟Ⅱ中，MnO?與濃鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________，證明氧化性MnO??>MnO?的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是________________________。（3）步驟Ⅲ中，MnO?與濃硝酸反應(yīng)的還原產(chǎn)物為NO?，寫(xiě)出該反應(yīng)的離子方程式________________________。（4）若要分離步驟Ⅲ中未反應(yīng)的MnO?和硝酸錳溶液，需使用的玻璃儀器有________________________。答案：（1）2MnO??+5H?O?+6H?=2Mn2?+5O?↑+8H?O；溶液紫紅色褪去（2）MnO?+4HCl(濃)=MnCl?+Cl?↑+2H?O；酸性KMnO?溶液與MnSO?反應(yīng)生成棕黑色MnO?沉淀（3）MnO?+4H?+2NO??=MnO??+2NO?↑+2H?O（4）漏斗、燒杯、玻璃棒解析：（1）KMnO?氧化H?O?生成O?和Mn2?，完全反應(yīng)時(shí)KMnO?的紫紅色消失；（2）MnO?與濃鹽酸的反應(yīng)需加熱，生成Cl?；（3）濃硝酸將MnO?氧化為MnO??，自身被還原為NO?；（4）過(guò)濾操作所需的玻璃儀器為漏斗、燒杯、玻璃棒。五、綜合題（共30分）2025年“十四五”規(guī)劃中期評(píng)估報(bào)告指出，我國(guó)在“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)中面臨三大挑戰(zhàn)：能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、工業(yè)過(guò)程減排、碳捕集利用與封存（CCUS）?；卮鹣铝袉?wèn)題：（1）能源轉(zhuǎn)型：我國(guó)計(jì)劃2030年非化石能源占比達(dá)到25%。生物質(zhì)能是重要的可再生能源，寫(xiě)出纖維素（(C?H??O?)?）完全燃燒的化學(xué)方程式________________________。（2）工業(yè)減排：鋼鐵行業(yè)的“氫冶金”技術(shù)用H?替代CO還原Fe?O?，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式________________________，與傳統(tǒng)高爐煉鐵相比，該技術(shù)可減少_______%的CO?排放（假設(shè)Fe?O?與C反應(yīng)生成CO?）。（3）CCUS技術(shù)：胺法吸收CO?的原理為R?NH+CO?+H?O?R?NH??+HCO??。①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=。②若吸收液溫度升高，CO?吸收率下降，說(shuō)明該反應(yīng)為（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)。③采用蒸汽加熱再生CO?時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)______。（4）綠色合成：利用CO?和H?在催化劑作用下合成甲醇（CH?OH），原子利用率為_(kāi)______%。若采用電催化還原CO?，當(dāng)陰極生成1molCH?OH時(shí)，理論上陽(yáng)極產(chǎn)生O?的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）為_(kāi)______L。答案：（1）(C?H??O?)?+6nO?=6nCO?+5nH?O（2）Fe?O?+3H?=2Fe+3H?O；75%（傳統(tǒng)反應(yīng)：Fe?O?+3C=2Fe+3CO?，生成3molCO?；氫冶金生成3molH?O，減少3molCO?，減排率=3/4×100%=75%）（3）①K=[R?NH??][HCO??]/([R?NH][CO?])②放熱③R?NH??+HCO??=R?NH+CO?↑+H?O（4）100%（原子利用率=產(chǎn)物分子量/反應(yīng)物分子量之和×100%=32/(44+6)×100%=64%，此處題目可能存在表述誤差，實(shí)際應(yīng)為64%；若按生成CH?OH和H?O的總反應(yīng)，則原子利用率100%）；16.8（陰極：CO?+6H?+6e?=CH?OH+H?O，陽(yáng)極：2H?O-4e?=O?↑+4H?，電子守恒：6mole?對(duì)應(yīng)1.5molO?，體積=1.5×22.4=33.6L；若按3mole?生成0.5mol