2025年高中化學(xué)競賽創(chuàng)造性思維測試（四）一、理論綜合題（共40分）（一）選擇題（每題3分，共15分）碳中和背景下的能源轉(zhuǎn)化2025年我國某科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)了“太陽能驅(qū)動(dòng)CO?還原與甲醇合成”耦合系統(tǒng)，其核心原理為：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(cuò)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材料化學(xué)與晶體結(jié)構(gòu)新型超導(dǎo)材料LaFeAsO???Fx的晶胞結(jié)構(gòu)中，La原子位于頂點(diǎn)，F(xiàn)e原子位于體心，As原子位于面心，O/F原子位于棱心。已知晶胞參數(shù)a=b=0.4nm，c=0.8nm，下列說法正確的是（）A.該晶體屬于分子晶體B.與Fe原子距離最近的As原子有4個(gè)C.若x=0.5，晶胞中O原子與F原子的數(shù)目之比為1:1D.晶體密度為[\frac{4×(139+56+75+16)}{N_A×(0.4×10??)2×0.8×10??}]g/cm3有機(jī)化學(xué)與反應(yīng)機(jī)理某天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡式如下（含苯環(huán)、羥基、酯基及手性中心），下列關(guān)于該分子的說法錯(cuò)誤的是（）A.分子中含有4種官能團(tuán)B.能發(fā)生取代反應(yīng)、加成反應(yīng)和消去反應(yīng)C.1mol該分子最多可與5molH?發(fā)生加成反應(yīng)D.分子中所有碳原子可能共平面電化學(xué)與能源存儲某新型鋰硫電池的正極反應(yīng)為S?+16Li?+16e?=8Li?S（E°=2.2V），電解質(zhì)為LiTFSI（雙三氟甲磺酰亞胺鋰）。下列說法正確的是（）A.電池放電時(shí)，Li?向負(fù)極遷移B.用該電池電解水，當(dāng)轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)理論上生成22.4LH?C.正極材料的理論比容量為1675mAh/g（1mole?對應(yīng)1F=26.8Ah）D.電解質(zhì)陰離子中S原子的雜化方式為sp2分析化學(xué)與誤差控制用重量法測定BaCl?·2H?O純度時(shí)，下列操作會(huì)導(dǎo)致結(jié)果偏高的是（）A.沉淀未洗滌干凈（殘留Na?SO?）B.沉淀烘干溫度過高（>300℃導(dǎo)致部分分解）C.樣品中含有少量NaCl雜質(zhì)D.過濾時(shí)濾紙破損導(dǎo)致沉淀損失（二）填空題（共25分）工業(yè)流程與綠色化學(xué)（10分）以黃銅礦（CuFeS?）為原料制備膽礬的工藝如下：黃銅礦→粉碎→焙燒→酸浸→除鐵→結(jié)晶→膽礬（1）焙燒時(shí)生成Fe?O?和Cu?S的化學(xué)方程式為________________________。（2）酸浸時(shí)加入過量H?SO?的作用是________________________。（3）除鐵步驟中，向溶液中加入CuO調(diào)節(jié)pH至3.5，生成的沉淀化學(xué)式為________，該過程中溫度應(yīng)控制在60℃的原因是________________________。配位化學(xué)與光譜分析（15分）某過渡金屬配合物[M(NH?)?Cl?]Cl的磁矩為3.87μB（玻爾磁子），在450nm處有最大吸收峰（ε=120L·mol?1·cm?1）。（1）該配合物的中心離子價(jià)電子構(gòu)型為________，雜化方式為________。（2）用紫外-可見分光光度法測定其濃度時(shí)，若使用1cm比色皿測得吸光度為0.60，則該溶液濃度為________mol/L。（3）已知該配合物的晶體結(jié)構(gòu)屬于四方晶系，晶胞參數(shù)a=b=0.9nm，c=0.7nm，每個(gè)晶胞含2個(gè)配合物單元，則晶體密度為________g/cm3（保留兩位小數(shù)）。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題（共30分）基于微型實(shí)驗(yàn)的氣體制備與性質(zhì)探究某研究小組擬設(shè)計(jì)一套微型實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)“固液常溫反應(yīng)制備氣體→性質(zhì)驗(yàn)證→尾氣處理”的一體化?？晒┻x擇的試劑有：大理石、濃鹽酸、稀硫酸、MnO?、H?O?溶液、Na?SO?固體、品紅溶液、NaOH溶液等。（1）設(shè)計(jì)制備Cl?并驗(yàn)證其氧化性的實(shí)驗(yàn)方案，畫出裝置圖（標(biāo)明試劑和儀器）。（2）若用該裝置制備SO?并探究其漂白性，需改進(jìn)的兩處地方是________________________，原因是________________________。（3）實(shí)驗(yàn)過程中觀察到品紅溶液褪色后加熱又恢復(fù)紅色，從分子結(jié)構(gòu)角度解釋原因：________________________。（4）用電子天平稱取0.15gNa?SO?固體（純度95%），與足量稀硫酸反應(yīng)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下理論上生成SO?的體積為________mL（保留一位小數(shù)）。未知物成分分析（15分）現(xiàn)有一無色溶液，可能含有Na?、K?、Al3?、Fe3?、NH??、CO?2?、SO?2?中的若干種離子。請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案確定其成分，要求寫出：（1）初步檢驗(yàn)步驟（限用pH試紙和焰色反應(yīng)）；（2）離子鑒定的試劑選擇及預(yù)期現(xiàn)象；（3）若溶液中同時(shí)含有Al3?和CO?2?，解釋兩者能共存的原因：________________________。三、開放探究題（共30分）碳中和背景下的CO?轉(zhuǎn)化路徑設(shè)計(jì)（1）對比分析CO?催化加氫合成甲醇（300℃，Cu-Zn催化劑）與光催化還原CO?制甲酸（常溫，TiO?基催化劑）的優(yōu)缺點(diǎn)（從能耗、原子經(jīng)濟(jì)性、產(chǎn)物選擇性三方面比較）。（2）某團(tuán)隊(duì)提出“CO?-環(huán)氧丙烷共聚”路線，反應(yīng)方程式為：nCO?+nC?H?O→[OCH(CH?)CH?OCO]?①計(jì)算該反應(yīng)的原子利用率為________%。②若產(chǎn)物的數(shù)均分子量為10?，其聚合度n約為________（保留整數(shù)）。（3）設(shè)計(jì)一個(gè)中學(xué)生可操作的家庭實(shí)驗(yàn)，證明碳酸飲料中CO?的存在及其與水的反應(yīng)：實(shí)驗(yàn)原理：________________________實(shí)驗(yàn)步驟：________________________預(yù)期現(xiàn)象：________________________材料創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展（1）解釋為什么納米TiO?在紫外光照射下可分解甲醛（從能帶理論和光生載流子角度分析）。（2）某研究用廢棄塑料瓶制備石墨烯量子點(diǎn)，其過程包括：高溫裂解→酸溶→離心→透析。簡述透析步驟的作用及判斷透析完成的方法。（3）結(jié)合2025年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)“量子點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用”，預(yù)測量子點(diǎn)材料在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的一種潛在應(yīng)用：________________________。四、計(jì)算題（共20分）熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)綜合計(jì)算在恒容密閉容器中進(jìn)行CO?與H?合成甲醇的反應(yīng)：CO?(g)+3H?(g)?CH?OH(g)+H?O(g)。25℃時(shí)，該反應(yīng)的ΔH=-49kJ/mol，ΔS=-175J/(mol·K)。（1）計(jì)算25℃時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp（kPa?2，寫出計(jì)算過程，R=8.314J·mol?1·K?1）。（2）若初始時(shí)c(CO?)=1mol/L，c(H?)=3mol/L，在300℃達(dá)到平衡時(shí)CO?轉(zhuǎn)化率為20%，則該溫度下的平衡常數(shù)Kc=________，此時(shí)v正=________v逆（填“>”“<”或“=”）。（3）已知該反應(yīng)的速率方程為v=k·c(CO?)·c(H?)，其中k=2.0×10??L·mol?1·s?1。當(dāng)CO?轉(zhuǎn)化率為10%時(shí)，反應(yīng)速率為________mol·L?1·s?1。晶體結(jié)構(gòu)與衍射分析某金屬單質(zhì)的晶胞為面心立方結(jié)構(gòu)，用CuKα射線（λ=0.154nm）進(jìn)行XRD測試