2025年下學(xué)期高三化學(xué)開放性試題專練（一）一、實(shí)驗(yàn)探究題：基于真實(shí)情境的物質(zhì)制備與性質(zhì)驗(yàn)證（一）工業(yè)廢水處理中的氧化還原反應(yīng)探究某化工廠排放的酸性廢水中含有Cr?O?2?、Fe2?、Cu2?等離子，需通過(guò)氧化還原法與沉淀法聯(lián)合處理。請(qǐng)回答以下問題：方案設(shè)計(jì)：（1）若選用H?O?作為氧化劑，寫出Cr?O?2?被還原為Cr3?的離子方程式，并說(shuō)明選擇H?O?的優(yōu)勢(shì)。（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證處理后廢水中Cr3?的存在（提供試劑：KSCN溶液、H?O?溶液、NaOH溶液、pH試紙）。條件優(yōu)化：實(shí)驗(yàn)小組發(fā)現(xiàn)，在pH=2時(shí)Cr?O?2?的去除率僅為60%，而pH=4時(shí)去除率提升至92%。結(jié)合離子平衡原理解釋pH對(duì)反應(yīng)的影響，并提出進(jìn)一步提高去除率的兩種措施。數(shù)據(jù)處理：取100mL處理后的廢水，加入過(guò)量NaOH溶液，得到Cr(OH)?沉淀，過(guò)濾、洗滌、灼燒后得到0.54gCr?O?固體。計(jì)算原廢水中Cr?O?2?的初始濃度（寫出計(jì)算過(guò)程，保留兩位有效數(shù)字）。（二）新型電池材料的制備與性能探究磷酸亞鐵鋰（LiFePO?）是電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的常用正極材料，實(shí)驗(yàn)室通過(guò)以下流程制備：FeSO?·7H?O→溶解→加入H?PO?和LiOH→調(diào)節(jié)pH→煅燒→LiFePO?反應(yīng)原理：（1）寫出Fe2?與H?PO?、LiOH反應(yīng)生成LiFePO?的化學(xué)方程式。（2）煅燒過(guò)程中需通入惰性氣體，若改為空氣，產(chǎn)品中可能混有的雜質(zhì)是什么？如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證雜質(zhì)的存在？結(jié)構(gòu)分析：LiFePO?的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示（圖略），其中Fe2?的配位數(shù)為4。若晶胞參數(shù)為anm，計(jì)算該晶體的密度（用N?表示阿伏加德羅常數(shù)，寫出表達(dá)式即可）。二、工業(yè)流程題：蛇紋石資源綜合利用蛇紋石的主要成分為Mg?Si?O?(OH)?，含少量Fe?O?、Al?O?雜質(zhì)。以蛇紋石為原料制備高純MgO的流程如下：蛇紋石→粉碎→酸浸→過(guò)濾→除雜→沉鎂→煅燒→MgO酸浸工藝：（1）選用6mol/LHCl溶液為浸取劑，寫出Mg?Si?O?(OH)?與HCl反應(yīng)的化學(xué)方程式。（2）工業(yè)上常采用“逆流浸取”（蛇紋石粉末與鹽酸逆向流動(dòng)接觸），說(shuō)明該操作的優(yōu)點(diǎn)。除雜過(guò)程：浸出液中含有Mg2?、Fe3?、Al3?，需通過(guò)調(diào)節(jié)pH沉淀除雜。已知：|離子|Fe3?|Al3?|Mg2?||------|------|------|------||開始沉淀pH|1.9|3.3|9.1||完全沉淀pH|3.2|5.2|11.1|（1）調(diào)節(jié)pH的范圍應(yīng)為______，選擇的試劑是______（填“NaOH”或“MgO”），理由是______。（2）若溶液中Fe3?濃度為0.01mol/L，計(jì)算Fe(OH)?的Ksp（寫出計(jì)算式）。綠色化學(xué)：煅燒MgCO?時(shí)會(huì)產(chǎn)生CO?，若將其通入浸出液中，可實(shí)現(xiàn)“碳循環(huán)”。寫出CO?與浸出液中成分反應(yīng)的離子方程式，并分析該操作對(duì)后續(xù)沉鎂步驟的影響。三、原理綜合題：碳中和背景下的CO?轉(zhuǎn)化CO?催化加氫合成甲醇（CH?OH）是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要途徑，反應(yīng)原理如下：主反應(yīng)：CO?(g)+3H?(g)?CH?OH(g)+H?O(g)ΔH?=-49kJ/mol副反應(yīng)：CO?(g)+H?(g)?CO(g)+H?O(g)ΔH?=+41kJ/mol熱力學(xué)分析：（1）計(jì)算反應(yīng)CO(g)+2H?(g)?CH?OH(g)的ΔH，并判斷該反應(yīng)在高溫下能否自發(fā)進(jìn)行。（2）在恒溫恒容容器中，若n(CO?):n(H?)=1:3，達(dá)平衡時(shí)CH?OH的選擇性為80%（選擇性=甲醇的物質(zhì)的量/反應(yīng)的CO?總物質(zhì)的量），CO?的轉(zhuǎn)化率為20%。計(jì)算主反應(yīng)的平衡常數(shù)K（用物質(zhì)的量濃度表示）。動(dòng)力學(xué)探究：（1）某催化劑的活性位點(diǎn)可吸附CO?和H?，反應(yīng)歷程如圖所示（圖略），其中決速步的活化能為______（填“E?”或“E?”）。（2）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溫度升高時(shí)甲醇的產(chǎn)率先增大后減小，解釋其原因。工業(yè)應(yīng)用：若采用“CO?+綠氫”（可再生能源制氫）路線，與傳統(tǒng)“煤氣化制氫”路線相比，從原子經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境效益角度分析其優(yōu)勢(shì)。四、有機(jī)化學(xué)題：生物降解塑料PLGA的合成聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）是一種可降解醫(yī)用材料，其合成路線如下：?jiǎn)误w制備：（1）乳酸（CH?CH(OH)COOH）在濃硫酸催化下生成丙交酯（C?H?O?），寫出反應(yīng)方程式（提示：生成1分子丙交酯和2分子H?O）。（2）羥基乙酸（HOCH?COOH）的核磁共振氫譜有______組峰，峰面積比為______。聚合反應(yīng)：丙交酯與乙交酯（C?H?O?）開環(huán)共聚生成PLGA，寫出鏈節(jié)為“-OCH(CH?)CO-OCH?CO-”的PLGA的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。性能優(yōu)化：PLGA的降解速率與單體比例相關(guān)。若需制備降解速率更快的PLGA，應(yīng)提高_(dá)_____（填“乳酸”或“羥基乙酸”）的比例，理由是______。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題：基于手持技術(shù)的化學(xué)反應(yīng)速率探究某小組利用壓強(qiáng)傳感器探究“不同濃度H?O?與MnO?反應(yīng)的速率”，實(shí)驗(yàn)裝置如圖（圖略），數(shù)據(jù)記錄如下：實(shí)驗(yàn)序號(hào)H?O?濃度（mol/L）MnO?用量（g）溫度（℃）60s內(nèi)壓強(qiáng)變化（kPa）10.50.12512.021.00.12523.531.00.22524.041.00.13535.8數(shù)據(jù)分析：（1）實(shí)驗(yàn)1、2的目的是______，結(jié)論是______。（2）實(shí)驗(yàn)2、3中MnO?用量增加但速率變化不顯著，解釋原因。誤差分析：若反應(yīng)過(guò)程中裝置漏氣，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響是______（填“偏大”“偏小”或“無(wú)影響”），并設(shè)計(jì)改進(jìn)措施。拓展探究：提出兩種測(cè)定該反應(yīng)速率的其他方法（說(shuō)明測(cè)量物理量和儀器）。參考答案與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（部分）一、實(shí)驗(yàn)探究題（1）Cr?O?2?+3H?O?+8H?=2Cr3?+3O?↑+7H?O；優(yōu)勢(shì)：還原產(chǎn)物為O?和H?O，無(wú)污染（2分）（2）取少量廢水，加入NaOH溶液至pH>7，若生成灰綠色沉淀并逐漸變?yōu)榧t褐色，證明含Cr3?（2分）二、工業(yè)流程題（1）5.2≤pH<9.1；MgO；避免引入Na?雜質(zhì)（3分）（2）Ksp=c(Fe3?)·c3(OH?)=0.01×(10?1?.?)3（2分）（注：完整答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)需結(jié)合具體解題步驟和化學(xué)用語(yǔ)規(guī)范性綜合評(píng)判）命題特點(diǎn)說(shuō)明：情境真實(shí)性：試題以工業(yè)廢水處理、新能源材料、碳中和等現(xiàn)實(shí)問題為背景，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科價(jià)值。開放性設(shè)計(jì)：如實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化、誤差分析等問題允許多種合理答案，側(cè)重考查創(chuàng)新思維?？缒K整合：融合反應(yīng)原理、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、有機(jī)化學(xué)等模塊，強(qiáng)化知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。素養(yǎng)導(dǎo)向：通過(guò)數(shù)據(jù)處理、方案評(píng)價(jià)等設(shè)問，