2025年高中化學(xué)前沿知識(shí)挑戰(zhàn)賽試題一、選擇題（共20題，每題3分）（一）單項(xiàng)選擇題2025年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予金屬有機(jī)框架（MOFs）材料的開(kāi)發(fā)者，這種材料由金屬離子與有機(jī)分子通過(guò)配位鍵構(gòu)建三維晶體結(jié)構(gòu)。下列關(guān)于MOFs的說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.屬于配位化合物范疇，金屬離子為中心原子B.框架內(nèi)部的空腔可用于氣體吸附與分離C.合成過(guò)程需控制金屬離子與配體的比例以形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)D.因含金屬元素，該材料屬于新型無(wú)機(jī)非金屬材料綠色化學(xué)是化學(xué)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心原則。下列化工生產(chǎn)實(shí)踐不符合原子經(jīng)濟(jì)性要求的是（）A.采用單原子催化技術(shù)將CO?轉(zhuǎn)化為甲醇B.用乙烯直接氧化制備環(huán)氧乙烷（原子利用率100%）C.通過(guò)中和反應(yīng)處理含酸廢水后排放D.利用MOFs材料從空氣中捕獲CO?并資源化利用某MOFs材料由Zn2?與對(duì)苯二甲酸（C?H?O?）構(gòu)建，其晶胞參數(shù)為a=2.5nm。下列說(shuō)法正確的是（）A.該材料的化學(xué)式可表示為ZnC?H?O?B.晶胞中Zn2?與配體的配位數(shù)取決于有機(jī)配體的結(jié)構(gòu)C.材料的孔徑大小與對(duì)苯二甲酸分子的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)D.升溫會(huì)增強(qiáng)材料對(duì)CO?的吸附能力下列關(guān)于化學(xué)與能源的說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.MOFs材料可用于儲(chǔ)氫，其儲(chǔ)氫原理與金屬氫化物不同B.單原子催化劑能降低電解水的活化能，提高氫能轉(zhuǎn)化效率C.鋰離子電池的能量密度高于鉛酸電池，是因?yàn)長(zhǎng)i?的摩爾質(zhì)量更小D.利用人工光合作用將CO?轉(zhuǎn)化為燃料，符合“碳中和”理念TYX系列含能材料破解了傳統(tǒng)含能材料的“不可能三角”困境，其創(chuàng)新分子設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于（）A.引入氟元素增強(qiáng)氧化性B.構(gòu)建平面雙內(nèi)鹽高氮骨架結(jié)構(gòu)C.采用納米涂層提高穩(wěn)定性D.開(kāi)發(fā)多孔結(jié)構(gòu)提升能量密度生物無(wú)機(jī)化學(xué)中，細(xì)胞色素P450的活性中心為血紅素鐵卟啉結(jié)構(gòu)，F(xiàn)e3?可與O?分子結(jié)合形成Fe3?-O??中間體。下列關(guān)于該活性中心的說(shuō)法正確的是（）A.Fe3?的配位數(shù)為5，采用sp3d雜化B.O?分子與Fe3?之間形成配位鍵，O的電負(fù)性大于FeC.該中間體可直接氧化CH?生成CO?和H?OD.卟啉環(huán)的共軛結(jié)構(gòu)使Fe3?的還原電位升高（二）不定項(xiàng)選擇題全氟和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）是一類(lèi)新型環(huán)境污染物，其檢測(cè)與治理技術(shù)是環(huán)境化學(xué)的研究熱點(diǎn)。下列說(shuō)法正確的有（）A.HPLC-MS/MS可用于PFAS的定性定量分析，通過(guò)母離子與特征碎片離子的質(zhì)量比實(shí)現(xiàn)識(shí)別B.高級(jí)氧化技術(shù)（AOPs）中，硫酸根自由基（SO??·）的氧化能力強(qiáng)于羥基自由基（·OH）C.PFAS的生物累積性與其分子中碳-氟鍵的高鍵能有關(guān)D.活性炭吸附法可徹底去除水中的PFAS，且無(wú)二次污染MXenes是一類(lèi)新型二維過(guò)渡金屬碳化物，通式為M???X?T?（M為過(guò)渡金屬，X為C/N，T?為表面官能團(tuán)）。關(guān)于Ti?C?T?的說(shuō)法正確的有（）A.通過(guò)HF蝕刻Ti?AlC?中的Al層制得，屬于拓?fù)浠瘜W(xué)反應(yīng)B.表面官能團(tuán)（-OH、-O）可通過(guò)離子交換調(diào)控，影響其電化學(xué)性能C.二維層狀結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和機(jī)械柔韌性D.X射線光電子能譜（XPS）中，O1s峰在531eV處對(duì)應(yīng)表面吸附的H?O分子二、填空題（共8題，每題4分）MOFs材料的氣體吸附性能與其孔徑大小密切相關(guān)。對(duì)于CO?/N?分離，優(yōu)先選擇孔徑為_(kāi)______nm的MOFs，原因是_________________________。鎂基儲(chǔ)氫合金（如Mg?Ni）的儲(chǔ)氫反應(yīng)為Mg?Ni+H??Mg?NiH?，ΔH=-64kJ/mol，ΔS=-130J/(mol·K)。273K時(shí)該反應(yīng)的平衡壓力約為_(kāi)______atm，實(shí)際應(yīng)用中需通過(guò)__________或__________解決動(dòng)力學(xué)滯后問(wèn)題。天然產(chǎn)物紫杉醇的全合成中，某六元環(huán)內(nèi)酯化合物的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象取決于取代基的空間效應(yīng)，其中平伏鍵取代基比直立鍵更穩(wěn)定的原因是_________________________。分光光度法測(cè)定廢水中Cr(VI)含量時(shí)，二苯碳酰二肼顯色體系的λmax=_______nm，若出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，可采用__________法判斷可疑值的取舍。航天器用三維結(jié)構(gòu)功能一體化材料的核心優(yōu)勢(shì)是_________________________，其在軌測(cè)試需重點(diǎn)考察__________和__________兩項(xiàng)性能。金屬酶模擬研究中，Mn2?-卟啉配合物在H?O?作用下氧化苯甲醇時(shí)，Soret帶從420nm紅移至435nm，原因是_________________________。高氮含能材料的能量主要來(lái)源于__________，其“低感度”特性指的是_________________________。計(jì)算化學(xué)中，用DFT方法優(yōu)化H?O分子結(jié)構(gòu)時(shí)，B3LYP/6-31G(d)水平下O-H鍵長(zhǎng)為_(kāi)______?，鍵角為_(kāi)______°，與實(shí)驗(yàn)值高度吻合。三、計(jì)算題（共3題，共25分）（8分）某MOFs材料在298K、1atm下的儲(chǔ)氫容量為1.2wt%，比表面積為2000m2/g。若通過(guò)Ti3?摻雜將比表面積提升至2800m2/g，假設(shè)吸附位點(diǎn)數(shù)量與比表面積呈線性關(guān)系，且Ti3?與H?的化學(xué)吸附能為Zn2?的1.5倍，計(jì)算摻雜后的理論儲(chǔ)氫容量。（9分）CO?催化轉(zhuǎn)化合成甲醇的反應(yīng)體系中，三個(gè)關(guān)鍵分步反應(yīng)如下：①CO?(g)+H?(ads)→HCOO?(ads)ΔH?=-45kJ/mol，ΔS?=-80J/(mol·K)②HCOO?(ads)+3H?(ads)→CH?O?(ads)+H?O(l)ΔH?=-60kJ/mol，ΔS?=-120J/(mol·K)③CH?O?(ads)+H?(ads)→CH?OH(g)ΔH?=-30kJ/mol，ΔS?=-50J/(mol·K)（1）計(jì)算總反應(yīng)的ΔH和ΔS；（2）推導(dǎo)300K時(shí)總反應(yīng)的平衡常數(shù)K表達(dá)式，并計(jì)算數(shù)值（R=8.314J/(mol·K)）。（8分）某航天器用TYX含能材料的爆轟反應(yīng)為：C?H?N?O?(s)→3CO(g)+3CO?(g)+2H?O(g)+4N?(g)。已知298K時(shí)各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓（ΔfHm°）為：CO(g)-110.5kJ/mol，CO?(g)-393.5kJ/mol，H?O(g)-241.8kJ/mol，TYX(s)-420kJ/mol。計(jì)算該反應(yīng)的爆轟焓變?chǔ)，并說(shuō)明高氮含能材料釋放能量的原因。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題（共2題，共20分）（10分）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“MOFs材料對(duì)Cr(VI)的吸附性能受pH影響”，要求：（1）列出主要實(shí)驗(yàn)儀器與試劑；（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟（包含pH控制、吸附時(shí)間、濃度測(cè)定方法）；（3）預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并繪制吸附率-pH關(guān)系曲線的示意圖。（10分）某研究小組欲探究“不同還原劑對(duì)六元環(huán)酮化合物的立體選擇性還原”，提供試劑：LiAlH?、NaBH?/CeCl?、酮底物、氘代試劑（D?O）。（1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)比較兩種還原劑的產(chǎn)物構(gòu)型差異；（2）如何通過(guò)核磁共振氫譜（1HNMR）的NOE效應(yīng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證產(chǎn)物的相對(duì)構(gòu)型？五、綜合論述題（共2題，共25分）（12分）結(jié)合金屬有機(jī)框架（MOFs）材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，論述其在“碳中和”戰(zhàn)略中的應(yīng)用潛力，包括CO?捕獲、