2025年高中化學(xué)競賽創(chuàng)新思維挑戰(zhàn)賽試題（一）一、選擇題（每題3分，共30分）量子點(diǎn)材料與諾貝爾化學(xué)獎2024年諾貝爾化學(xué)獎授予“量子點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用”，其核心原理是利用半導(dǎo)體納米晶體的量子限制效應(yīng)調(diào)控發(fā)光波長。已知某CdSe量子點(diǎn)的粒徑為3.2nm，對應(yīng)的禁帶寬度為2.4eV（1eV=1.602×10?1?J），則該量子點(diǎn)的發(fā)光波長最接近（）A.450nmB.517nmC.620nmD.780nm碳中和背景下的能源轉(zhuǎn)化我國科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)的“太陽能驅(qū)動CO?還原與甲醇合成”耦合系統(tǒng)，核心反應(yīng)如下：光催化步驟：2H?O→2H?↑+O?↑（ΔH?=+571.6kJ/mol）熱催化步驟：CO?+3H?→CH?OH+H?O（ΔH?=-49.0kJ/mol）下列說法錯誤的是（）A.該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了太陽能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化B.總反應(yīng)的ΔS<0C.升高溫度可提高熱催化步驟中CH?OH的平衡產(chǎn)率D.催化劑可降低光催化步驟的活化能配合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)某新型鋰硫電池的電解質(zhì)為LiTFSI（雙三氟甲磺酰亞胺鋰），其陰離子結(jié)構(gòu)如圖所示（提示：中心原子為S，配位原子為O和N）。下列關(guān)于該陰離子的說法錯誤的是（）A.中心原子S的雜化方式為sp3B.存在配位鍵和共價鍵C.所有F原子可能共平面D.鍵角∠F-S-F小于109.5°酸堿滴定與指示劑選擇用0.1000mol/LNaOH溶液滴定20.00mL0.1000mol/LH?PO?溶液（pKa?=2.15，pKa?=7.20，pKa?=12.35），滴定至pH=7.20時，溶液中主要存在的含磷微粒是（）A.H?PO?和H?PO??B.H?PO??和HPO?2?C.HPO?2?和PO?3?D.H?PO??有機(jī)反應(yīng)類型判斷下列有機(jī)反應(yīng)中，屬于親核取代反應(yīng)的是（）A.乙烯與溴的加成反應(yīng)B.苯的硝化反應(yīng)C.乙醇的分子內(nèi)脫水反應(yīng)D.溴乙烷與NaOH水溶液的反應(yīng)化學(xué)熱力學(xué)與自發(fā)性下列關(guān)于化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的判斷，正確的是（）A.ΔH<0的反應(yīng)一定自發(fā)進(jìn)行B.ΔS>0的反應(yīng)一定自發(fā)進(jìn)行C.ΔG=ΔH-TΔS<0時反應(yīng)自發(fā)D.自發(fā)反應(yīng)一定是放熱反應(yīng)元素周期律與電子排布某元素的基態(tài)原子價電子排布式為4d1?5s1，該元素在周期表中的位置是（）A.第五周期ⅠB族B.第五周期Ⅷ族C.第四周期ⅠB族D.第四周期Ⅷ族配合物組成分析某配合物的化學(xué)式為[Co(NH?)?Cl]Cl?，下列說法錯誤的是（）A.中心離子為Co3?B.配位數(shù)為6C.外界離子為Cl?D.配位原子為N和Cl天然產(chǎn)物手性分析某天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡式如下（提示：含多個手性中心），其分子中含有的手性碳原子數(shù)為（）A.2B.3C.4D.5平衡常數(shù)計(jì)算已知[Cu(NH?)?]2?的穩(wěn)定常數(shù)Kf=2.1×1013，[Cu(EDTA)]2?的穩(wěn)定常數(shù)Kf=5.0×101?。向0.1mol/L[Cu(NH?)?]2?溶液中滴加等濃度EDTA溶液，發(fā)生反應(yīng)[Cu(NH?)?]2?+EDTA??=[Cu(EDTA)]2?+4NH?，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為（）A.2.4×10?B.4.2×10??C.1.1×1032D.9.5×10??二、填空題（每空2分，共30分）寫出下列物質(zhì)的化學(xué)式：（1）重晶石________；（2）膽礬________；（3）高鐵酸鉀________。反應(yīng)2SO?(g)+O?(g)?2SO?(g)的ΔH=-196.6kJ/mol，升高溫度時，平衡常數(shù)K值________（填“增大”“減小”或“不變”），平衡向________方向移動。某原子的電子排布式為1s22s22p?3s23p?3d?4s1，該元素的原子序數(shù)為________，位于周期表第________周期________族。用價層電子對互斥理論預(yù)測：（1）NH?分子的空間構(gòu)型為________；（2）SO?2?的空間構(gòu)型為________。0.1mol/LNa?CO?溶液中，離子濃度由大到小的順序?yàn)開_______________________（用離子符號表示）。海洋資源化學(xué)中，除去海水中Mg2?、Ca2?和SO?2?的試劑添加順序合理的是________（填字母）：A.BaCl?溶液→Na?CO?溶液→NaOH溶液→鹽酸B.NaOH溶液→BaCl?溶液→鹽酸→Na?CO?溶液C.BaCl?溶液→鹽酸→Na?CO?溶液→NaOH溶液三、實(shí)驗(yàn)探究題（共40分）背景氫能是碳中和背景下的理想清潔能源，但其儲存和運(yùn)輸成本限制了規(guī)?；瘧?yīng)用。液態(tài)有機(jī)儲氫材料（如甲酸）因儲氫密度高、安全性好成為研究熱點(diǎn)。甲酸在催化劑作用下分解為H?和CO?，反應(yīng)方程式為：HCOOH$\xrightarrow{\text{催化劑}}$H?↑+CO?↑任務(wù)設(shè)計(jì)一套一體化實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)甲酸分解制氫、CO?分離及氫氣純度檢測的連續(xù)操作，并探究實(shí)驗(yàn)條件對產(chǎn)率的影響。實(shí)驗(yàn)原理甲酸分解：不同催化劑（Pd/C、Fe3?-活性炭復(fù)合材料）對反應(yīng)速率和產(chǎn)率的影響差異；CO?分離：利用NaOH溶液吸收CO?（CO?+2NaOH=Na?CO?+H?O），吸收后溶液可用于制備NaHCO?；氫氣檢測：通過燃爆實(shí)驗(yàn)和澄清石灰水檢驗(yàn)H?純度。問題裝置設(shè)計(jì)（10分）畫出實(shí)驗(yàn)裝置示意圖（需標(biāo)注儀器名稱），并說明各模塊（制氫、分離、檢測）的作用。催化劑篩選（12分）某實(shí)驗(yàn)小組在50℃下進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)如下表：催化劑類型10分鐘內(nèi)H?體積（mL）產(chǎn)率（%）無催化劑5.28.7Pd/C（0.5g）45.876.3Fe3?-活性炭（0.5g）32.654.3（1）計(jì)算Pd/C催化劑組的反應(yīng)速率（mL/min，保留兩位小數(shù)）；（2）結(jié)合成本與效率，選擇最優(yōu)催化劑并說明理由。條件優(yōu)化（8分）固定Pd/C催化劑0.5g，改變反應(yīng)溫度，得到H?產(chǎn)率數(shù)據(jù)：30℃（62.5%）、40℃（70.8%）、50℃（76.3%）、60℃（68.2%）。（1）解釋60℃時產(chǎn)率下降的原因；（2）寫出一條提高產(chǎn)率的其他措施。CO?再利用（10分）吸收CO?后的NaOH溶液（含Na?CO?）可制備NaHCO?。若分離出1LCO?（標(biāo)準(zhǔn)狀況），理論上可制備NaHCO?的質(zhì)量為多少克？（寫出計(jì)算過程，NaHCO?摩爾質(zhì)量為84g/mol）四、理論綜合題（共50分）碳捕集與轉(zhuǎn)化我國科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)的“太陽能驅(qū)動CO?還原與甲醇合成”耦合系統(tǒng)，總反應(yīng)為：2H?O+CO?$\xrightarrow{\text{光/熱催化}}$CH?OH+$\frac{3}{2}$O?熱力學(xué)分析（15分）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（1）計(jì)算總反應(yīng)的ΔH；（2）若總反應(yīng)的ΔS=-242.3J/(mol·K)，計(jì)算298K時的ΔG，并判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行。反應(yīng)機(jī)理（15分）熱催化步驟中，CO?與H?在催化劑表面的反應(yīng)歷程如下：①CO?(g)→CO?*（吸附態(tài)，ΔH=+12kJ/mol）②CO?*+H?(g)→HCOO*+H*（ΔH=-65kJ/mol）③HCOO*+3H*→CH?OH*+H?O*（ΔH=-102kJ/mol）④CH?OH*→CH?OH(g)（ΔH=+38kJ/mol）（*表示吸附態(tài)物種）（1）寫出步驟②的活化能與ΔH的關(guān)系（用E?正、E?逆表示）；（2）該歷程中決速步是哪一步？說明理由。工業(yè)應(yīng)用（20分）某工廠采用上述系統(tǒng)，每天處理1000m3CO?（標(biāo)準(zhǔn)狀況），已知甲醇產(chǎn)率為80%。（1）計(jì)算每天生成甲醇的質(zhì)量（kg）；（2）若每千克甲醇完全燃燒放熱22.7kJ，這些甲醇燃燒可提供多少能量（kJ）？（3）結(jié)合碳中和目標(biāo)，分析該技術(shù)的環(huán)境效益。五、有機(jī)化學(xué)題（共50分）天然產(chǎn)物合成紫杉醇是一種抗癌天然產(chǎn)物，其全合成過程中某中間體（結(jié)構(gòu)簡式如下）的構(gòu)建是關(guān)鍵步驟：（提示：結(jié)構(gòu)中含六元環(huán)內(nèi)酯，四個手性中心）結(jié)構(gòu)分析（15分）（1）指出該中間體的官能團(tuán)名稱（至少3種）；（2）判斷分子中手性碳原子的數(shù)目。反應(yīng)機(jī)理（20分）該中間體的合成涉及如下反應(yīng)：①醛基與格氏試劑（CH?MgBr）的加成反應(yīng)；②羥基的乙?；磻?yīng)（CH?COCl/Py）。（1）寫出反應(yīng)①的化學(xué)