2024屆高考二輪復(fù)習(xí) 化學(xué)新情境訓(xùn)練2聚焦科技前沿

2024年高考化學(xué)新情境訓(xùn)練2聚焦科技前沿1.(2023·茂名統(tǒng)考)我國(guó)在一些關(guān)鍵核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)了突破，載人航天、探月探火、深海深地探測(cè)、超級(jí)計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域取得重大成果。下列成果中所用材料屬于合金的是()A.天問(wèn)一號(hào)用的SiO2氣凝膠B.天和核心艙用的BN陶瓷C.“奮斗者”號(hào)潛水艇的鈦鋁外殼D.北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的太陽(yáng)能電池用的氮化鎵2.(2023·青島高三統(tǒng)考)2022年中國(guó)十大科技新聞之一是物理化學(xué)科學(xué)家聯(lián)合突破海水無(wú)淡化原位直接電解制氫技術(shù)，向大海要水要資源又有新進(jìn)展。下列說(shuō)法正確的是()A.該過(guò)程將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B.H2O、D2O、T2O互為同位素C.氫能源代替化石能源可緩解海水酸化D.實(shí)驗(yàn)室電解水常加入少量稀鹽酸增強(qiáng)導(dǎo)電性3.(2023·梅州統(tǒng)考)我國(guó)科學(xué)家在月壤粉末的部分鐵橄欖石顆粒表面非晶層中發(fā)現(xiàn)了單質(zhì)鐵，產(chǎn)生的原因?yàn)椋鸿F橄欖石被撞擊時(shí)在高溫與高壓下發(fā)生熔融，同時(shí)其中的Fe2＋發(fā)生歧化反應(yīng)生成Fe與Fe3＋。下列說(shuō)法正確的是()A.Fe2＋在生成Fe3＋時(shí)失去電子，發(fā)生還原反應(yīng)B.可用X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)測(cè)定鐵橄欖石的晶體結(jié)構(gòu)C.eq\o\al(58,26)Fe2＋和eq\o\al(56,26)Fe含有的電子數(shù)相同D.基態(tài)Fe3＋的核外電子有26種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)4.(2023·溫州二模)2022年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給為點(diǎn)擊化學(xué)發(fā)展做出貢獻(xiàn)的3位科學(xué)家。點(diǎn)擊反應(yīng)的原料之一——化合物M(結(jié)構(gòu)如圖)，下列說(shuō)法正確的是()A.屬于烴，能使酸性高錳酸鉀溶液褪色B.分子中所有碳原子共平面C.分子中沒(méi)有手性碳原子D.1mol該物質(zhì)與H2反應(yīng)，最多可消耗5molH25.(2023·榆林二模)我國(guó)科學(xué)家利用M制備的有機(jī)—金屬框架(MO)可以高效快速分離CO2和N2，M的結(jié)構(gòu)式如圖所示。短周期主族元素Y、Z、R、X的原子半徑依次減小，四種元素的原子序數(shù)均不超過(guò)10。下列說(shuō)法正確的是()A.最簡(jiǎn)單氫化物的沸點(diǎn)：R>Z>YB.R的單質(zhì)與X2Z不發(fā)生反應(yīng)C.簡(jiǎn)單離子半徑：Z>RD.YX3YX2ZX不溶于水6.(2023·南通高三統(tǒng)考)我國(guó)科學(xué)家在苯炔不對(duì)稱(chēng)芳基化反應(yīng)方面取得重要進(jìn)展，一定條件下該反應(yīng)轉(zhuǎn)化如下：下列說(shuō)法正確的是()A.箭頭a所示C—H比箭頭b所示C—H活潑B.1mol苯炔中所含σ鍵的數(shù)目為10NAC.1mol有機(jī)物Y最多可與3molH2發(fā)生加成反應(yīng)D.有機(jī)物Y可能易溶于水7.(2023·錦州高三聯(lián)考)Li、Fe、Se可形成新型超導(dǎo)材料，晶胞如圖所示(Fe原子均位于面上)。晶胞棱邊夾角均為90°，X的坐標(biāo)為(0，1,eq\f(1,3))，Y的坐標(biāo)為(eq\f(1,2)，eq\f(1,2)，eq\f(1,6))，設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說(shuō)法正確的是()已知：以晶胞參數(shù)為單位長(zhǎng)度建立的坐標(biāo)系可以表示晶胞中各原子的位置，稱(chēng)作原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)。A.基態(tài)Fe原子的核外電子排布式為[Ar]3d54s2B.坐標(biāo)為(eq\f(1,2)，1，eq\f(3,4))的原子是Li原子C.Se原子X(jué)與Se原子Y之間的距離為eq\f(\r(18a2＋b2),6)nmD.該晶體的密度為eq\f(5.54×1022,a2bNA)g·cm－38.(2023·廈門(mén)二模)Science報(bào)道某電合成氨裝置及陰極區(qū)含鋰微粒轉(zhuǎn)化過(guò)程如圖。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.陽(yáng)極電極反應(yīng)式為2C2H5O－＋H2－2e－=2C2H5OHB.陰極區(qū)生成氨的反應(yīng)為L(zhǎng)iNH2＋C2H5OH=C2H5OLi＋NH3↑C.理論上，若電解液傳導(dǎo)3molH＋，最多生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下NH322.4LD.乙醇濃度越高，電流效率越高(電流效率＝eq\f(生成目標(biāo)產(chǎn)物消耗的電子數(shù),轉(zhuǎn)移電子數(shù))×100%)9.(2023·福建百校聯(lián)盟三模)金屬鎵被稱(chēng)為“電子工業(yè)脊梁”，與鋁同族，性質(zhì)與鋁相似。氮化鎵是5G技術(shù)中廣泛應(yīng)用的新型半導(dǎo)體材料。利用粉煤灰(主要成分為Ga2O3、Al2O3、SiO2，還有少量Fe2O3等雜質(zhì))制備鎵和氮化鎵的流程如下：常溫下，相關(guān)元素可溶性組分的物質(zhì)的量濃度的對(duì)數(shù)與pH的關(guān)系如下圖所示，當(dāng)溶液中可溶性組分濃度c≤10－5mol·L－1時(shí)，可認(rèn)為已除盡。回答下列問(wèn)題：(1)“焙燒”過(guò)程中Al2O3變?yōu)镹aAlO2，則Ga2O3與純堿反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)____________________________________________________________________。(2)“堿浸”后濾渣的主要成分為_(kāi)_______________(寫(xiě)化學(xué)式)。用惰性電極電解含[Ga(OH)4]－的溶液可得到金屬Ga，陰極的電極反應(yīng)式為_(kāi)_________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)常溫下，反應(yīng)[Ga(OH)4]－(aq)Ga(OH)3(s)＋OH－(aq)的平衡常數(shù)K＝________。(4)“堿浸”后溶液的主要成分為Na[Ga(OH)4]、Na2SiO3、Na[Al(OH)4]。請(qǐng)補(bǔ)充完整流程中“操作”過(guò)程的步驟(在方框內(nèi)填入試劑的化學(xué)式或pH值)。(實(shí)驗(yàn)中須使用的試劑：0.1mol·L－1H2SO4溶液、0.1mol·L－1NaOH溶液)(5)用石墨為電極電解熔融Ga2O3得到Ga單質(zhì)，電極材料需要定期補(bǔ)充的是________極(填“陰”或“陽(yáng)”)。10.(2023·鄭州統(tǒng)考)2022年11月30日，神舟十五號(hào)與神舟十四號(hào)乘組在“太空會(huì)師”。太空生命保障系統(tǒng)利用電解水供氧，生成的氫氣與宇航員呼出的二氧化碳在催化劑作用下生成水和甲烷，水可循環(huán)使用。(1)已知CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH1＝－890kJ·mol－12H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH2＝－572kJ·mol－1H2O(l)=H2O(g)ΔH＝＋44kJ·mol－1寫(xiě)出H2(g)與CO2(g)反應(yīng)生成CH4(g)和H2O(g)的熱化學(xué)方程式____________________________________________________________________。(2)一定條件下，反應(yīng)CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)達(dá)到平衡狀態(tài)。①下列操作中，能提高此平衡轉(zhuǎn)化率的是________。a.加入催化劑b.降低反應(yīng)溫度c.移除H2O(g)d.恒溫恒壓下通入惰性氣體②某科研小組在一定溫度下模擬該反應(yīng)，向容積為5L的抽空的密閉容器中通入0.2molCO2和0.6molH2，反應(yīng)平衡后測(cè)得CO2的轉(zhuǎn)化率為50%，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_(kāi)_______。(3)在相同條件下，CO2(g)與H2(g)還會(huì)發(fā)生以下副反應(yīng)：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，該副反應(yīng)的發(fā)生不利于氧循環(huán)，原因是___________________________________________________________________________。(4)已知反應(yīng)CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)。為了提高甲醇的選擇性，某科研團(tuán)隊(duì)研制了一種具有反應(yīng)和分離雙功能的分子篩膜催化反應(yīng)器，原理如圖所示。保持壓強(qiáng)為3MPa，溫度為260℃，向密閉容器中按投料比eq\f(n（H2）,n（CO2）)＝3投入一定量CO2和H2，不同反應(yīng)模式下CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和甲醇的選擇性的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。實(shí)驗(yàn)組反應(yīng)模式eq\f(n（H2）,n（CO2）)溫度/℃CO2的平衡轉(zhuǎn)化率/%CH3OH的選擇性/%Ⅰ普通催化反應(yīng)器326021.967.3Ⅱ分子篩膜催化反應(yīng)器326036.1100①雙功能的分子篩膜催化反應(yīng)器模式下，恒溫恒容時(shí)發(fā)生反應(yīng)CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是________。a.c(H2O)的濃度不變b.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變c.混合氣密度不變d.斷裂3molH—H的同時(shí)斷裂2molO—H②由表中數(shù)據(jù)可知，雙功能的分子篩膜催化反應(yīng)器模式下，CO2的轉(zhuǎn)化率明顯提高，可能的原因是：____________________________________________________。參考答案1.C[A.SiO2屬于無(wú)機(jī)非金屬材料，A錯(cuò)誤；B.BN陶瓷是新型陶瓷材料，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料，B錯(cuò)誤；C.鈦鋁外殼屬于合金材料，C正確；D.氮化鎵是化合物，不是合金材料，D錯(cuò)誤。]2.C[A.該電解制氫過(guò)程是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，A錯(cuò)誤；B.同一元素的不同原子之間互稱(chēng)為同位素，H2O、D2O和T2O均為分子，不互為同位素，B錯(cuò)誤；C.化石能源燃燒產(chǎn)生大量CO2，溶于水使海水酸化，而氫能源是清潔能源，燃燒產(chǎn)物為水無(wú)污染，因此氫能源代替化石能源可緩解海水酸化，C正確；D.為增強(qiáng)導(dǎo)電性，實(shí)驗(yàn)室電解水可加入少量NaOH或Na2SO4溶液而不是稀鹽酸，否則電解的是HCl而不是水，D錯(cuò)誤。]3.B[A.Fe2＋在生成Fe3＋時(shí)失去電子，被氧化，發(fā)生的是氧化反應(yīng)，A錯(cuò)誤；B.X射線(xiàn)衍射實(shí)驗(yàn)可區(qū)分晶體和非晶體，可測(cè)定鐵橄欖石的晶體結(jié)構(gòu)，B正確；C.eq\o\al(58,26)Fe2＋含有的電子數(shù)＝26－2＝24，eq\o\al(56,26)Fe含有的電子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＝26，兩者電子數(shù)不相同，C錯(cuò)誤；D.基態(tài)Fe3＋的核外有23個(gè)電子，所以有23種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，D錯(cuò)誤。]4.C[A.M中除含有C、H元素外還含有O、Br元素，不屬于烴，分子中含有碳碳三鍵，能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B.M中存在－C(CH3)3結(jié)構(gòu)，根據(jù)甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中的碳原子不可能全共平面，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C.手性碳原子是指與四個(gè)各不相同原子或基團(tuán)相連的碳原子，分子中不存在手性碳原子，選項(xiàng)C正確；D.分子中含有二個(gè)碳碳三鍵和一個(gè)苯環(huán)，1mol該物質(zhì)與H2反應(yīng)，最多可消耗7molH2，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]5.C[短周期主族元素Y、Z、R、X的原子半徑依次減小，四種元素的原子序數(shù)均不超過(guò)10，通過(guò)分析M的結(jié)構(gòu)式可知，Y能形成4個(gè)鍵，即Y為C；Z能形成2個(gè)鍵，即Z為O；R、X均形成1個(gè)鍵，且R、X的原子半徑依次減小，說(shuō)明R為F、X為H。A.H2O和HF能形成分子間氫鍵，使沸點(diǎn)升高且H2O分子形成的氫鍵數(shù)目較多，因此最簡(jiǎn)單氫化物沸點(diǎn)的順序?yàn)镠2O>HF>CH4，A錯(cuò)誤；B.F2能與H2O發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成HF和O2，B錯(cuò)誤；C.核外電子排布相同，核電荷數(shù)越小，半徑越大，簡(jiǎn)單離子半徑順序?yàn)椋簉(O2－)>r(F－)，C正確；D.CH3CH2OH能與水以任意比例互溶，D錯(cuò)誤。]6.B[A.由圖可知，有機(jī)物X中箭頭b所示的氫原子和苯炔發(fā)生了加成反應(yīng)，說(shuō)明箭頭b所示C—H比箭頭a所示C—H活潑，故A錯(cuò)誤；B.苯炔中含有碳碳之間以及碳?xì)渲g形成的9個(gè)σ鍵和碳碳三鍵中的1個(gè)σ鍵，則1mol苯炔中所含σ鍵的數(shù)目為10NA，故B正確；C.有機(jī)物Y中苯環(huán)和羰基可以和H2發(fā)生加成反應(yīng)，1mol有機(jī)物Y最多可與4molH2發(fā)生加成反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；D.有機(jī)物Y中含有苯環(huán)和酯基這樣的疏水基團(tuán)，不可能易溶于水，故D錯(cuò)誤。]7.C[A.Fe為26號(hào)元素，基態(tài)Fe原子的核外電子排布式為[Ar]3d64s2，故A錯(cuò)誤；B.由晶胞結(jié)構(gòu)可知坐標(biāo)為(eq\f(1,2)，1，eq\f(3,4))的原子是Z原子，即Fe原子，故B錯(cuò)誤；C.Se原子X(jué)與Se原子Y，沿x軸方向的距離為eq\f(a,2)，沿y軸方向的距離為eq\f(a,2)，沿z軸方向的距離為eq\f(b,6)，兩點(diǎn)間的距離為eq\f(\r(18a2＋b2),6)nm，故C正確；D.Li原子有8個(gè)位于頂點(diǎn)，1個(gè)位于體心，個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,8)＋1＝2；Fe有8個(gè)位于面上，個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,4)＝2；Se原子8個(gè)位于棱上，2個(gè)位于體內(nèi)，個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,4)＋2＝4，晶胞的質(zhì)量為eq\f(7×2＋56×2＋79×4,NA)＝eq\f(442,NA)g，晶胞體積為a2b×10－21cm3，密度為eq\f(4.42×1023,a2bNA)g·cm－3，故D錯(cuò)誤。]8.D[A.陽(yáng)極發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，由圖可知，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為2C2H5O－＋H2－2e－=2C2H5OH，A項(xiàng)正確；B.由圖可知，陰極區(qū)氮?dú)獾秒娮樱⒔Y(jié)合鋰離子先轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)iNH2，后與C2H5OH反應(yīng)生成了氨氣，即生成氨的反應(yīng)為L(zhǎng)iNH2＋C2H5OH=C2H5OLi＋NH3↑，B項(xiàng)正確；C.LiNH2和C2H5OH羥基中的H均來(lái)自電解液傳導(dǎo)的氫離子，理論上，若電解液傳導(dǎo)3molH＋，根據(jù)生成氨的反應(yīng)：LiNH2＋C2H5OH=C2H5OLi＋NH3↑可知，最多生成1molNH3，標(biāo)準(zhǔn)狀況下為22.4L，C項(xiàng)正確；D.由電池總反應(yīng)：N2＋3H2=2NH3可知，乙醇屬于中間產(chǎn)物，乙醇濃度增大，電流效率無(wú)明顯變化，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]9.(1)Ga2O3＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(焙燒))2NaGaO2＋CO2↑(2)Fe2O3[Ga(OH)4]－＋3e－=Ga＋4OH－(3)100.4(4)H2SO4NaOH3.7(5)陽(yáng)解析粉煤灰(主要成分為Ga2O3、Al2O3、SiO2，還有少量Fe2O3等雜質(zhì))與純堿反應(yīng)，鎵轉(zhuǎn)化為可溶性鹽、二氧化硅轉(zhuǎn)化為硅酸鈉、氧化鋁轉(zhuǎn)化為偏鋁酸鈉，加入堿性溶液碳酸鈉，只有氧化鐵不反應(yīng)不溶解，過(guò)濾除去氧化鐵，得到濾液經(jīng)過(guò)一系列操作得到[Ga(OH)4]－，電解得到鎵，最終轉(zhuǎn)化為氮化鎵。(1)由圖可知，加入碳酸鈉焙燒，“焙燒”的目的是將Ga2O3和碳酸鈉反應(yīng)生成NaGaO2和二氧化碳，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為Ga2O3＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(焙燒))2NaGaO2＋CO2↑；(2)焙燒后，鎵轉(zhuǎn)化為可溶性鹽、二氧化硅轉(zhuǎn)化為硅酸鈉、氧化鋁轉(zhuǎn)化為偏鋁酸鈉，加入堿性溶液，只有氧化鐵不反應(yīng)不溶解，故過(guò)濾后“濾渣1”主要成分為Fe2O3；“電解”可得金屬Ga，陰極[Ga(OH)4]－發(fā)生還原反應(yīng)得到金屬鎵，電極反應(yīng)式[Ga(OH)4]－＋3e－=Ga＋4OH－；(3)由圖可知，[Ga(OH)4]－＝10－5mol·L－1時(shí)，pH為9.4，則pOH＝4.6，故常溫下，反應(yīng)[Ga(OH)4]－(aq)Ga(OH)3(s)＋OH－(aq)的平衡常數(shù)K＝eq\f(c（OH－）,c（[Ga（OH）4]－）)＝eq\f(10－4.6,10－5)＝100.4；(4)“堿浸”后溶液的主要成分為Na[Ga(OH)4]、Na2SiO3、Na[Al(OH)4]，通入0.1mol·L－1H2SO4溶液至生成的沉淀不再溶解，得硅酸沉淀和鋁離子、鎵離子，向?yàn)V液中再次滴入0.1mol·L－1NaOH溶液至pH為3.7時(shí)停止，過(guò)濾洗滌得氫氧化鎵沉淀，氫氧化鎵沉淀加入0.1mol·L－1氫氧化鈉溶解得到[Ga(OH)4]－溶液；(5)陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，即陰極反應(yīng)式為Ga3＋＋3e－=Ga；陽(yáng)極產(chǎn)生的氧氣與陽(yáng)極材料中的碳發(fā)生反應(yīng)，故需定期補(bǔ)充的是陽(yáng)極材料。10.(1)CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH＝－166kJ·mol－1(2)①bc②625(3)副反應(yīng)中，氫氣轉(zhuǎn)化為水的量少，不利于氧循環(huán)(4)①cd②雙功能的分子篩膜催化反應(yīng)器模式下，只發(fā)生第一個(gè)反應(yīng)，雙功能的分子篩膜能及時(shí)分離出水蒸氣，平衡右移，二氧化碳產(chǎn)率增大解析(1)①CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH1＝－890kJ·mol－1②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH2＝－572kJ·mol－1③H2O(l)=H2O(g)ΔH＝＋44kJ·mol－1則H2(g)與CO2(g)反應(yīng)生成CH4(g)和H2O(g)的方程式為：④CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)，根據(jù)蓋斯定律可知，②×2－③×2－①得，該反應(yīng)的ΔH＝－166kJ·mol－1，