2025年上学期高三化学创新题探究专练（二）

2025年上学期高三化学创新题探究专练（二）一、选择题（共5小题，每题6分）1.新型电池材料的结构与性能分析某科研团队开发了一种基于硫化物的固态电解质材料，其晶胞结构如图所示（部分原子未画出）。已知该晶胞中S原子的堆积方式为面心立方最密堆积，Li⁺填充在四面体空隙中，Ge⁴⁺占据面心立方晶胞的顶点位置。下列说法错误的是（）A.该晶胞的化学式为Li₁₀GeP₂S₁₂B.距离每个Ge⁴⁺最近的S²⁻有8个C.若晶胞参数为anm，则Li⁺的扩散路径长度可能为a/4nmD.该材料的理论密度可表示为(4×359)/(Nₐ×a³×10⁻²¹)g/cm³解析：A项：根据面心立方晶胞中原子的占有率计算，顶点Ge⁴⁺为8×1/8=1个，面心S²⁻为6×1/2=3个，体内Li⁺和P⁵⁺需结合电荷守恒推断。Ge⁴⁺显+4价，P⁵⁺显+5价，S²⁻显-2价，设Li⁺数为x，则x+4+2×5=2×12（S²⁻总数为12），解得x=10，化学式为Li₁₀GeP₂S₁₂，A正确。B项：Ge⁴⁺位于顶点，S²⁻位于面心，每个顶点周围有6个面心S²⁻（x、y、z轴正负方向各1个），配位数为6，B错误。C项：四面体空隙中Li⁺的扩散路径为相邻四面体中心的连线，距离为晶胞体对角线的1/4，即(√3a/4)nm，但选项中“可能为a/4”考虑沿棱心方向的扩散路径（如简单立方空隙），C正确。D项：晶胞质量为4×(7×7+73+2×31+12×32)/Nₐ=4×359/Nₐg，体积为(a×10⁻⁷cm)³，密度公式正确，D正确。答案：B2.有机合成路线设计与反应机理化合物M是一种新型抗炎药物的中间体，其合成路线如下：苯甲醛→（①HCN/OH⁻，②H⁺/H₂O）→A→（浓硫酸，△）→B→（Br₂/CCl₄）→C→（NaOH水溶液，△）→M已知：A的核磁共振氢谱有3组峰，B能使溴水褪色，C分子中含有2个手性碳原子。下列说法正确的是（）A.反应①为加成反应，A的结构简式为PhCH(OH)COOHB.反应②的反应类型为消去反应，B的结构简式为PhCH=CHCOOHC.反应③中Br₂的加成方式为反式加成，C的结构简式为PhCHBrCHBrCOOHD.反应④的条件为氢氧化钠醇溶液，M的分子式为C₉H₁₀O₃解析：反应①：苯甲醛与HCN发生加成反应生成PhCH(OH)CN，再水解得到A（PhCH(OH)COOH），但A的核磁共振氢谱应有5组峰（苯环3组，-OH、-COOH、CH各1组），与题干“3组峰”矛盾，故A错误。修正推断：A应为PhCH(OH)CH₂COOH（羟基与羧基间隔1个碳），此时核磁共振氢谱为苯环（3组）、-OH（1组）、CH₂（1组）、CH（1组），仍不符合。重新考虑：HCN加成后水解生成PhCH(OH)COOH（A），但苯环上取代基对称时氢谱组数减少，若苯环为对位二取代（如HOOC-Ph-CH(OH)₂），但题干未提及取代基位置，故B选项中“B能使溴水褪色”说明含碳碳双键，反应②为消去反应生成PhCH=CHCOOH（B），B正确。反应③：B与Br₂加成生成C，若为顺式加成，产物为PhCHBrCHBrCOOH（含2个手性碳：2个CHBr），C正确。反应④：NaOH水溶液条件下发生水解反应（-Br→-OH），生成PhCH(OH)CH(OH)COOH，分子式为C₉H₁₀O₄，D错误。答案：BC3.化学反应原理综合应用工业上用CO₂和H₂合成甲醇涉及以下反应：Ⅰ.CO₂(g)+3H₂(g)⇌CH₃OH(g)+H₂O(g)ΔH₁=-49kJ/molⅡ.CO₂(g)+H₂(g)⇌CO(g)+H₂O(g)ΔH₂=+41kJ/mol在恒压密闭容器中通入1molCO₂和3molH₂，平衡时CH₃OH的选择性（生成CH₃OH的CO₂占比）随温度变化如图所示。下列说法错误的是（）A.500K时，反应Ⅰ的平衡常数K₁>反应Ⅱ的平衡常数K₂B.升高温度，反应Ⅰ的正反应速率增大的程度小于逆反应速率C.600K时，若n(CH₃OH)=0.2mol，则n(CO)=0.3molD.恒温恒压下，通入惰性气体，反应Ⅰ的平衡逆向移动解析：A项：500K时CH₃OH选择性较高，说明反应Ⅰ占主导，K₁>K₂；温度升高后选择性下降，说明反应Ⅰ为放热反应，K₁随温度升高减小，A正确。B项：升高温度，放热反应的逆反应速率增大更显著，B正确。C项：设反应Ⅰ消耗CO₂为x，反应Ⅱ消耗CO₂为y，则x+y=1mol（CO₂转化率），x=0.2mol（CH₃OH物质的量），总H₂消耗为3x+y=3×0.2+y=0.6+y。根据H₂初始量3mol，平衡时H₂剩余3-(0.6+y)，但无法直接计算y，需结合平衡常数或选择性公式（选择性=x/(x+y)），若选择性为0.4（假设），则0.2/(0.2+y)=0.4，解得y=0.3，n(CO)=y=0.3mol，C正确。D项：恒温恒压下通入惰性气体，容器体积增大，反应Ⅰ气体分子数减少（4→2），平衡逆向移动，D正确。答案：无（全对，可能题目存在错误）二、非选择题（共3小题）4.工业流程与物质制备（14分）以锂云母（主要成分为Li₂O·Al₂O₃·3SiO₂·HF，含Fe₂O₃、MgO杂质）为原料制备Li₂CO₃的工艺流程如下：锂云母→焙烧（Na₂CO₃）→水浸→过滤→滤液→除杂（Ca(OH)₂、Na₂CO₃）→过滤→净化液→沉锂（Na₂CO₃，90℃）→过滤→Li₂CO₃（1）焙烧时Li₂O与Na₂CO₃反应的化学方程式为__________，该步骤需在800℃下进行，原因是__________。（2）水浸后滤液中含有的主要阳离子为__________（填化学式），除杂时加入Ca(OH)₂的目的是__________。（3）沉锂反应中，温度控制在90℃的原因是__________，若改为60℃，可能导致__________。（4）已知Ksp(Li₂CO₃)=8.1×10⁻⁴，沉锂后溶液中c(Li⁺)=0.1mol/L，则c(CO₃²⁻)=__________mol/L。答案：（1）Li₂O+Na₂CO₃=2LiNaCO₃（或Li₂CO₃+Na₂CO₃=2NaLiCO₃）；高温下促进Li₂O转化为可溶性锂盐，同时破坏云母结构（2分）（2）Li⁺、Na⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Mg²⁺；除去Mg²⁺（生成Mg(OH)₂沉淀）和Al³⁺（生成Al(OH)₃沉淀）（3分）（3）温度升高促进Li₂CO₃沉淀析出（Li₂CO₃溶解度随温度升高而降低）；Li₂CO₃溶解度增大，产率降低（4分）（4）Ksp=c²(Li⁺)·c(CO₃²⁻)=(0.1)²·c=8.1×10⁻⁴，解得c=0.081（5分）5.实验探究与方案设计（16分）某小组设计实验探究Fe³⁺与I⁻的反应限度及影响因素。实验步骤：①向2mL0.1mol/LFeCl₃溶液中滴加4mL0.1mol/LKI溶液，振荡，溶液呈棕黄色。②取少量①中溶液，滴加KSCN溶液，溶液变红。③向①中溶液加入CCl₄，振荡后静置，下层呈紫红色。④向①中溶液加入2mL0.1mol/LAgNO₃溶液（AgIKsp=8.3×10⁻¹⁷），产生黄色沉淀，上层清液滴加KSCN溶液不变红。（1）步骤①反应的离子方程式为__________，步骤②中溶液变红的原因是__________。（2）步骤③的目的是__________，下层紫红色物质的化学式为__________。（3）步骤④中加入AgNO₃溶液后反应的离子方程式为__________，上层清液不变红说明__________。（4）设计实验验证“Fe³⁺与I⁻的反应存在限度”：__________（简述操作、现象和结论）。答案：（1）2Fe³⁺+2I⁻⇌2Fe²⁺+I₂；Fe³⁺未完全反应，溶液中存在Fe³⁺（4分）（2）检验生成的I₂；I₂（CCl₄溶液）（4分）（3）Ag⁺+I⁻=AgI↓；Ag⁺与I⁻结合生成AgI沉淀，使I⁻浓度降低，平衡逆向移动，Fe³⁺被还原为Fe²⁺（4分）（4）操作：取步骤①中上层清液，滴加淀粉溶液，溶液变蓝；另取清液滴加K₃[Fe(CN)₆]溶液，产生蓝色沉淀。结论：反应生成I₂和Fe²⁺，且Fe³⁺有剩余，证明反应存在限度（4分）6.结构化学与物质性质（12分）（1）基态Ge原子的核外电子排布式为__________，GeCl₄的空间构型为__________，其沸点低于SiCl₄的原因是__________。（2）[Cu(NH₃)₄]²⁺的配位数为__________，NH₃分子的VSEPR模型为__________，键角∠HNH小于NH₄⁺的原因是__________。（3）石墨的层间作用力为__________，其导电性沿层状方向比垂直方向强的原因是__________。答案：（1）[Ar]3d¹⁰4s²4p²；正四面体；GeCl₄和SiCl₄均为分子晶体，GeCl₄相对分子质量更大，范德华力更强，但题目中“沸点低于”可能存在错误，应为“高于”（3分）（2）4；四面体形；NH₃中N有1对孤电子对，孤电子对与成键电子对的排斥力大于成键电子对之间的排斥力，导致键角减小（4分）（3）范德华力；层内碳原子通过sp²杂化形成σ键，剩余p轨道形成大π键，电子可在层内自由移动，而层间靠弱相互作用结合，电子难以跃迁（5分）三、计算题（10分）将10.0gFe₂O₃和CuO的混合物与足量CO反应后，固体质量减少2.4g，计算原混合物中Fe₂O₃和CuO的物质的量之比。解析：设Fe₂O₃物质的量为x，CuO为y。Fe₂O₃+3CO=2Fe+3CO₂Δm=48g/mol