2025年下學期高三化學創(chuàng)新題探究專練（三）一、晶胞結構與電化學綜合題（本題共14分）金屬鎵（Ga）及其化合物在相控雷達、半導體材料等領域應用廣泛。某研究團隊以Ga?O?為原料制備鋰離子電池負極材料GaN，并對其晶體結構和電化學性能進行研究。（1）GaN晶體結構分析GaN的晶胞結構如圖1所示（灰色球為Ga，黑色球為N），晶胞參數(shù)為a=b=c=452pm，α=β=γ=90°。①該晶胞的空間構型為__________，Ga原子的配位數(shù)為__________。②若Ga原子位于晶胞頂點和面心，則N原子位于晶胞的__________（填“頂點”“棱心”“面心”或“體心”）。③計算GaN晶體的密度ρ=__________g·cm?3（列出計算式，N?為阿伏加德羅常數(shù)的值）。（2）GaN電極的電化學性能以GaN為負極、LiFePO?為正極的鋰離子電池工作原理為：LiFePO?+Li?GaN?FePO?+GaN+xLi?+xe?。①放電時，負極的電極反應式為__________。②充電過程中，Li?向__________（填“正極”或“負極”）遷移。③若電池的能量密度為600Wh·kg?1（能量密度=電池容量×電壓），理論上1kgGaN電極材料可釋放Li?的物質的量為__________mol（已知電池平均電壓為3.0V，1Wh=3600J）。（3）晶胞缺陷對性能的影響若GaN晶胞中部分Ga原子被Li?取代，形成“鋰摻雜GaN”（Li?Ga???N），導致晶體中出現(xiàn)“氮空位”以維持電中性。①寫出“氮空位”生成的離子方程式：（用Li?、Ga3?、N3?表示）。②實驗測得某Li?Ga???N晶體的密度為6.1g·cm?3，x=（保留兩位有效數(shù)字）。二、有機反應機理分析（本題共16分）近年來，CO?的催化轉化成為研究熱點。某團隊報道了一種新型鎳催化體系，可實現(xiàn)CO?與苯乙炔的環(huán)加成反應，其反應機理如圖2所示（Ph代表苯基，L為配體）。（1）中間體結構與反應類型①中間體A的分子式為__________，其中Ni的化合價為__________。②步驟Ⅰ的反應類型為__________，步驟Ⅱ中形成的化學鍵類型為__________（填“σ鍵”“π鍵”或“配位鍵”）。（2）反應路徑與選擇性①步驟Ⅲ中，CO?插入Ni-C鍵的過程如圖3所示，其中過渡態(tài)的結構為__________（畫出中間體B的結構簡式）。②若用苯丙炔（PhC≡CCH?）代替苯乙炔，主產物為__________（填“五元環(huán)”或“六元環(huán)”）化合物，理由是__________。（3）催化劑活性比較已知該反應的決速步驟為步驟Ⅱ（活化能E?=35kJ·mol?1）。若換用鈀催化劑，決速步驟的E?降至28kJ·mol?1，則在相同條件下，鈀催化體系的反應速率是鎳催化體系的__________倍（已知速率常數(shù)k與E?的關系為k=Ae???/??，T=300K，R=8.314J·mol?1·K?1，e?≈1096）。三、化學反應原理綜合題（本題共20分）工業(yè)上以黃鐵礦（FeS?）為原料制備硫酸，涉及反應如下：Ⅰ.4FeS?(s)+11O?(g)?2Fe?O?(s)+8SO?(g)ΔH?=-3412kJ·mol?1Ⅱ.2SO?(g)+O?(g)?2SO?(g)ΔH?=-196kJ·mol?1Ⅲ.SO?(g)+H?O(l)=H?SO?(l)ΔH?=-130kJ·mol?1（1）熱力學計算①計算反應4FeS?(s)+15O?(g)+8H?O(l)?2Fe?O?(s)+8H?SO?(l)的ΔH=kJ·mol?1。②25℃時，反應Ⅱ的平衡常數(shù)Kp=1.0×10?kPa?1。若起始時SO?和O?的分壓分別為10kPa和5kPa，忽略SO?的初始分壓，則平衡時SO?的轉化率為（保留三位有效數(shù)字）。（2）動力學與工藝優(yōu)化①反應Ⅱ的速率方程為v=k·p(SO?)·p(O?)?.?，其中k=2.0×10??kPa??.?·s?1。在某時刻，p(SO?)=2kPa，p(O?)=1kPa，則v=kPa·s?1。②工業(yè)上采用“兩段轉化法”：先在400℃、V?O?催化下將SO?轉化70%，再升溫至500℃繼續(xù)反應。結合圖4（SO?平衡轉化率與溫度的關系），解釋該工藝的優(yōu)點：。（3）綠色化學與循環(huán)經濟①若黃鐵礦中FeS?的質量分數(shù)為90%，生產1000t98%的濃硫酸需消耗黃鐵礦__________t（假設SO?的轉化率為95%，SO?的吸收率為98%）。②尾氣中的SO?可用氨水吸收，生成(NH?)?SO?。寫出(NH?)?SO?溶液中各離子濃度的大小關系：__________。四、實驗設計與探究（本題共20分）某研究小組擬用如圖5所示裝置（夾持裝置略）探究“低碳排放”的乙酸乙酯合成工藝，實驗步驟如下：（1）實驗原理CH?COOH(l)+C?H?OH(l)?CH?COOC?H?(l)+H?O(l)ΔH=-8.6kJ·mol?1（2）實驗步驟①向三頸燒瓶中加入60mL乙醇、30mL乙酸和5mL濃硫酸，再加入幾粒沸石。②打開恒壓滴液漏斗，緩慢滴加乙醇，控制反應溫度為80~85℃，回流1h。③反應結束后，向餾出液中加入飽和Na?CO?溶液，分液，取有機層。④用飽和NaCl溶液洗滌有機層，再用無水MgSO?干燥，蒸餾收集77~78℃餾分。（3）問題探究①恒壓滴液漏斗的作用是__________，實驗中若用普通分液漏斗代替，可能導致的后果是__________。②步驟③中加入飽和Na?CO?溶液的目的是__________，若省略該步驟，直接分液，會導致乙酸乙酯的產率__________（填“升高”“降低”或“不變”）。③實驗測得乙酸乙酯的實際產率為65%，低于理論值的原因可能是__________（列舉2點）。④設計實驗驗證“溫度對反應速率的影響”：__________（寫出操作、現(xiàn)象和結論）。參考答案與解析（以下為部分題目的解析示例，完整解析見配套教師用書）一、晶胞結構與電化學綜合題（1）①立方體（或立方晶胞）；4②體心③(4×84+4×14)/(N?×(452×10?1?)3)（2）①Li?GaN-xe?=GaN+xLi?②正極③55.6（3）①3Li?+Ga3?=3Li?+Ga3?+□（□代表氮空位）②0.12二、有機反應機理分析（1）①C??H??NiL?；+2②配位反應；σ鍵（2）①②六元環(huán)；甲基的推電子效應使中間體質子更易轉移（3）10?（提示：k?/k?=e^(ΔE?/RT)=e^(7000/(8.314×300))≈1096）三、化學反應原理綜合題（1）①-4398②97.6%（2）①4.0×10??②400℃時催化劑活性高，500℃時平衡轉化率雖降低但反應速率快，總轉化率提高（3）①833②c(NH??)>c(SO?2?)>c(OH?)>c(HSO??)>c(H?)四、實驗設計與探究（3）①平衡氣壓，便于乙醇滴加；餾出液倒吸②中和乙酸、溶解乙醇；降低③乙醇揮發(fā)、副反應生成乙醚④控制其他條件不變，分別在60℃和80℃下反應，測量相同時間內酯層厚度，80℃時酯層更厚，說明溫度升高反應速率加快命題特點與備考建議晶胞與電化學綜合：需掌握均攤法、密度計算及電極反應書寫，關注“晶胞缺陷-性能調控”的新情境。有機機理分析：重點突破中間