2025年高中化学知识竞赛“化学科普演讲”大赛（笔试部分）试题（三）

2025年高中化学知识竞赛“化学科普演讲”大赛（笔试部分）试题（三）一、选择题（每题3分，共30分）下列关于新型储氢材料的说法错误的是（）A.金属有机框架（MOFs）通过孔隙结构吸附氢气，储氢密度受温度和压力影响显著B.氨硼烷（NH₃BH₃）分解产氢时伴随B-N键断裂，属于化学储氢方式C.镧镍合金（LaNi₅）储氢过程中发生H₂→2H⁻的氧化反应D.石墨烯量子点修饰的TiO₂纳米管可通过光催化分解水实现氢能存储2025年科学家合成的XeO₂F₃⁺离子中，Xe的杂化方式和价层电子对数为（）A.sp³d²，8B.sp³d，5C.sp³d³，7D.sp²，3工业上利用“伪金”（主要成分为Cu-Zn合金）制备硫酸铜晶体的流程如下：伪金→酸溶→氧化→结晶→CuSO₄·5H₂O下列说法正确的是（）A.酸溶时可选用稀硝酸，以提高铜的溶解速率B.氧化步骤中通入O₂可替代H₂O₂，减少环境污染C.结晶时若温度过高，会导致CuSO₄·5H₂O失去全部结晶水D.该流程中Zn元素以Zn(OH)₂沉淀形式除去某含砷废水处理工艺中，通过Fe³⁺与AsO₃³⁻反应生成FeAsO₃沉淀。已知Ksp(FeAsO₃)=5.7×10⁻²¹，若处理后溶液中c(Fe³⁺)=2.0×10⁻⁵mol/L，则溶液中c(AsO₃³⁻)应控制在（）A.≤2.85×10⁻¹⁶mol/LB.≥2.85×10⁻¹⁶mol/LC.≤1.14×10⁻¹⁵mol/LD.≥1.14×10⁻¹⁵mol/L普鲁士蓝类化合物KFe[Fe(CN)₆]可作为钠离子电池正极材料，其晶胞结构中Fe²⁺和Fe³⁺分别占据立方体的顶点和体心。下列说法正确的是（）A.该化合物中Fe²⁺与Fe³⁺的个数比为1:1B.每个晶胞中含有的CN⁻配体数为12C.充电时Na⁺从正极嵌入，负极脱出D.晶格能大小顺序：KFe[Fe(CN)₆]>NaFe[Fe(CN)₆]下列关于有机化学反应机理的描述错误的是（）A.苯酚与溴水反应生成三溴苯酚的过程中，溴正离子（Br⁺）作为亲电试剂B.乙酸乙酯碱性水解时，OH⁻进攻酯羰基碳原子，经历四面体中间体C.苯乙烯与HBr加成时，若存在过氧化物，主要生成1-溴-1-苯基乙烷D.乙醛在稀NaOH溶液中发生羟醛缩合，实质是烯醇负离子的亲核加成用碘量法测定废水中的Cr₂O₇²⁻含量：取25.00mL水样，加入过量KI和H₂SO₄，反应后用0.1000mol/LNa₂S₂O₃溶液滴定至终点，消耗18.50mL。已知Cr₂O₇²⁻+6I⁻+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O，I₂+2S₂O₃²⁻=2I⁻+S₄O₆²⁻，则水样中Cr₂O₇²⁻的浓度为（）A.0.01233mol/LB.0.02467mol/LC.0.03700mol/LD.0.04933mol/L某多氮化合物N₅⁺AsF₆⁻是潜在的高能材料，下列说法错误的是（）A.N₅⁺中存在离域π键，键级介于1和2之间B.AsF₆⁻的空间构型为正八面体，As的氧化数为+5C.该化合物爆炸时可能生成N₂、As₂O₃和HF等产物D.N₅⁺的稳定性高于N₂，因为其键能更大下列实验现象与解释对应正确的是（）|实验操作|现象|解释||-------------------------|-------------------------------|-------------------------------||A.向CuSO₄溶液中通入NH₃|先产生蓝色沉淀，后沉淀溶解|Cu(OH)₂与NH₃形成配位键||B.将SO₂通入BaCl₂溶液|产生白色沉淀|BaSO₃不溶于水||C.加热FeCl₃·6H₂O晶体|最终得到Fe₂O₃固体|FeCl₃水解生成Fe(OH)₃和HCl||D.向KI淀粉溶液中滴加H₂O₂|溶液变蓝后迅速褪色|H₂O₂先氧化I⁻为I₂，再氧化I₂为IO₃⁻|2025年诺贝尔化学奖授予“不对称催化中的光氧化还原技术”，其核心是利用手性催化剂和光催化剂协同作用。下列反应属于不对称催化的是（）A.乙烯与H₂在Ni催化下生成乙烷B.苯与丙烯在AlCl₃催化下生成异丙苯C.丙酮酸在酶催化下还原为L-乳酸D.乙醇在浓硫酸作用下脱水生成乙烯二、填空题（共30分）（6分）砷（As）是一种类金属元素，其化合物在半导体和医药领域有重要应用。（1）As原子的价电子排布式为______，AsH₃的沸点低于NH₃的原因是______。（2）As₂O₃与NaOH溶液反应生成Na₃AsO₃，该反应的离子方程式为______；AsO₄³⁻的空间构型为______。（3）工业上用H₂还原AsCl₃制备As，反应中每生成1molAs，转移电子的物质的量为______mol。（8分）某研究团队开发了一种新型锌-空气电池，其电解质为碱性凝胶，正极材料为Co-N-C单原子催化剂。（1）该电池放电时，负极的电极反应式为______；正极O₂发生______（填“氧化”或“还原”）反应。（2）若电池输出电压为1.4V，理论上消耗6.5gZn可提供的电能为______kJ（法拉第常数F=96500C/mol）。（3）Co-N-C催化剂中，Co原子与周围N原子形成配位键，Co的配位数为4，其杂化方式为______；该催化剂能降低O₂的______，从而加快反应速率。（8分）有机合成路线设计：以苯和乙烯为原料合成苯乙酸乙酯（C₆H₅CH₂COOCH₂CH₃），写出关键步骤及反应条件。（1）第一步：苯→A（C₆H₅CH₃），试剂及条件：；反应类型：。（2）第二步：A→B（C₆H₅CH₂Cl），试剂：；反应类型：。（3）第三步：B→C（C₆H₅CH₂CN），试剂：；反应类型：。（4）第四步：C→D（C₆H₅CH₂COOH），试剂：；第五步：D+乙醇→目标产物，条件：。（8分）某配合物的化学式为[Co(NH₃)₅Cl]Cl₂，其制备流程如下：CoCl₂·6H₂O→加入NH₄Cl和NH₃·H₂O→通入Cl₂→冷却结晶→产品（1）该配合物的内界为______，中心离子的配位数为______。（2）通入Cl₂的目的是______，反应的离子方程式为______。（3）若用AgNO₃溶液滴定1.00g该配合物，最多可生成______gAgCl沉淀（M=267.5g/mol）。三、计算题（15分）（15分）甲烷水蒸气重整反应是工业制氢的重要方法：反应Ⅰ：CH₄(g)+H₂O(g)⇌CO(g)+3H₂(g)ΔH₁=+206kJ/mol反应Ⅱ：CO(g)+H₂O(g)⇌CO₂(g)+H₂(g)ΔH₂=-41kJ/mol（1）计算反应CH₄(g)+2H₂O(g)⇌CO₂(g)+4H₂(g)的ΔH=kJ/mol。（2）在500℃、100kPa下，向密闭容器中通入1molCH₄和3molH₂O，平衡时CH₄的转化率为80%，CO₂的选择性为75%（选择性=生成CO₂的CH₄物质的量/反应的CH₄物质的量）。①平衡时n(H₂)=mol，反应Ⅱ的平衡常数Kp=（用分压表示，分压=总压×物质的量分数，结果保留两位有效数字）。②若升高温度，反应Ⅰ的平衡常数K₁（填“增大”“减小”或“不变”），理由是______。（3）若将上述反应的产物H₂用于氢氧燃料电池，当消耗2molH₂时，理论上外电路通过的电子数为______（用Nₐ表示）。四、实验与探究题（20分）**（20分）某小组设计实验探究“普鲁士蓝类化合物Fe₃[Fe(CN)₆]₂的合成与性质”，步骤如下：步骤1：合成Fe₃[Fe(CN)₆]₂向0.1mol/LFeSO₄溶液中滴加0.1mol/LK₃[Fe(CN)₆]溶液，产生蓝色沉淀，过滤、洗涤、干燥得样品。（1）写出反应的离子方程式：；检验沉淀是否洗净的方法是。步骤2：测定样品中铁元素的含量取0.5000g样品，加入稀H₂SO₄和H₂O₂溶液，加热至无气泡产生（Fe²⁺和Fe³⁺全部转化为Fe³⁺），冷却后定容至250mL。取25.00mL溶液，用0.01000mol/LEDTA（Na₂H₂Y）标准溶液滴定，消耗22.50mL（Fe³⁺+Y⁴⁻=FeY⁻）。（2）H₂O₂的作用是______；计算样品中铁元素的质量分数（写出计算过程）。步骤3：探究样品的电化学性质将样品涂覆在碳电极上，作为工作电极，与饱和甘汞电极（参比电极）、铂电极（对电极）组成三电极体系，在KCl溶液中进行循环伏安测试，得到如下曲线：[注：曲线显示在-0.2V和+0.6V处有氧化还原峰]（3）推测在-0.2V处发生的电极反应为______（填“Fe²⁺→Fe³⁺”或“Fe³⁺→Fe²⁺”）；若增大KCl溶液的浓度，该峰的位置将______（填“正移”“负移”或“不变”）。步骤4：讨论与反思（4）有同学认为步骤1中FeSO₄溶液易被氧化，可加入少量______（填试剂名称）防止氧化；若用FeCl₃溶液替代FeSO₄，能否得到目标产物？（填“能”或“不能”），理由是。**五、有机推断题（10分）（10分）化合物A（C₈H₁₀O）是一种芳香族化合物，其性质如下：①A能与Na反应生成H₂，但不与NaOH溶液反应；②A的核磁共振氢谱有4组峰，面积比为3:2:2:3；③A在浓硫酸作用下加热，主要生成两种烯烃B和C（C₈H₈），B的核磁共振氢谱有3组峰；④B与Br₂/CCl₄反应生成D（C₈H₈Br₂），D的同分异构体中含有苯环且核磁共振氢谱有3组峰的结构简式为____