2025年高中化学竞赛STSE试题专项训练（四）

2025年高中化学竞赛STSE试题专项训练（四）一、选择题（每题3分，共15题）2024年巴黎奥运会场馆建设中大量使用了新型环保材料，下列材料的主要成分不属于有机高分子化合物的是（）A.可降解聚乳酸座椅外壳B.碳纤维增强复合材料屋顶C.聚乙烯醇水凝胶保温层D.聚碳酸酯透明防护板碳中和技术是当前全球关注的热点，下列碳捕集方法中未涉及化学变化的是（）A.氨水吸收法捕获电厂烟道气中的CO₂B.分子筛吸附法分离空气中的CO₂C.钙基固硫法将CO₂转化为CaCO₃D.金属有机框架材料（MOFs）吸附CO₂2025年我国成功研发的“零碳甲醇”合成技术，其核心反应为CO₂+3H₂→CH₃OH+H₂O。下列说法错误的是（）A.该反应原子利用率未达到100%B.催化剂可降低反应的活化能C.反应过程中存在C-O键的断裂与形成D.原料H₂可通过太阳能光解水获得某含氮废水中含有NH₄⁺、NO₂⁻和NO₃⁻，通过生物硝化作用转化为无害物质。已知亚硝化菌催化反应为2NH₄⁺+3O₂→2NO₂⁻+4H⁺+2H₂O，硝化菌催化反应为2NO₂⁻+O₂→2NO₃⁻。下列说法正确的是（）A.两个反应均为氧化还原反应B.H⁺浓度升高会促进硝化反应C.总反应中NH₄⁺与O₂的物质的量之比为1:2D.反应过程中溶液pH值逐渐增大钙钛矿太阳能电池（PSCs）是新一代光伏技术的研究热点，其活性层组成为CH₃NH₃PbI₃。下列说法错误的是（）A.该物质属于有机-无机杂化材料B.Pb²⁺的价电子排布式为5d¹⁰6s²C.I⁻的半径大于Cl⁻D.分解温度低于硅基太阳能电池材料实验室从海带中提取碘的实验步骤包括：①灰化②浸取③酸化④氧化⑤萃取⑥分液⑦蒸馏。下列说法正确的是（）A.步骤③中需加入稀硫酸调节pH至强酸性B.步骤④可选用H₂O₂或Cl₂作为氧化剂C.步骤⑤使用乙醇作为萃取剂D.步骤⑦需控制温度在184℃（碘的沸点）2025年新修订的《环境空气质量标准》新增了O₃-8h平均浓度限值。O₃的形成机理为：NO₂→NO+O（光照），O+O₂→O₃，2NO+O₂→2NO₂。下列说法正确的是（）A.NO₂是O₃形成的催化剂B.总反应为3O₂→2O₃（光照）C.该过程属于光化学烟雾的形成机理D.升高温度可降低O₃的生成速率工业上用电解法制备高纯度硅的反应为：SiCl₄(g)+2H₂(g)→Si(s)+4HCl(g)。已知该反应ΔH=+236kJ/mol，ΔS=+226J/(mol·K)。下列说法正确的是（）A.该反应在任何温度下均能自发进行B.增大压强有利于提高SiCl₄的转化率C.反应中每生成1molSi转移4mol电子D.可选用铁作电解池的阳极材料食品添加剂的安全使用是食品安全的重要保障。下列食品添加剂与其作用不匹配的是（）A.山梨酸钾——防腐剂B.亚硝酸钠——抗氧化剂C.谷氨酸钠——增味剂D.硫酸钙——凝固剂某新型储氢材料的晶胞结构如图所示（小球代表H原子），该材料的化学式为（）（注：此处省略晶胞图，假设顶点为A原子，面心为B原子，H原子填充在四面体空隙）A.AB₂H₄B.ABH₃C.A₂BH₆D.AB₃H₂海水淡化技术中，电渗析法的原理是利用离子交换膜对阴、阳离子的选择性透过。下列说法正确的是（）A.阴离子交换膜只允许Cl⁻通过B.通电后海水中的离子向两极迁移C.淡水室位于阴、阳离子交换膜之间D.该过程是将化学能转化为电能2025年诺贝尔化学奖授予“原子经济性反应”的研究者，下列反应中原子利用率最高的是（）A.乙烯聚合制备聚乙烯B.苯与硝酸反应制备硝基苯C.甲烷与氯气反应制备一氯甲烷D.葡萄糖发酵制备乙醇废旧锂离子电池的回收处理至关重要，其正极材料（LiCoO₂）的回收流程如下：酸浸→萃取→沉淀→再生。下列说法错误的是（）A.酸浸时可选用H₂SO₄和H₂O₂的混合液B.萃取剂需具备良好的选择性和稳定性C.沉淀过程中加入NaOH可获得Co(OH)₂D.再生时LiCoO₂发生还原反应某温度下，反应2NO₂(g)⇌N₂O₄(g)的平衡常数Kp=0.16kPa⁻¹。若该温度下密闭容器中NO₂的分压为20kPa，N₂O₄的分压为5kPa，则反应将（）A.向正反应方向进行B.向逆反应方向进行C.处于平衡状态D.无法判断量子点材料（如CdSe纳米晶）在显示技术中应用广泛，其发光波长与粒径大小有关。下列说法正确的是（）A.粒径越小，禁带宽度越大B.CdSe中Cd的化合价为+3C.量子点发光属于化学发光D.可通过调节温度控制粒径大小二、填空题（共30分）（6分）2025年我国成功合成新型超导材料Bi₂Sr₂CaCu₂O₈，该材料的临界温度为95K。（1）基态Bi原子的价电子排布式为__________；（2）Ca²⁺与Cu²⁺的离子半径大小关系为Ca²⁺Cu²⁺（填“>”“<”或“=”）；（3）该材料中O元素的化合价为____。（8分）工业上以邻二甲苯为原料合成苯酐（C₈H₄O₃）的反应为：C₈H₁₀+3O₂→C₈H₄O₃+3H₂O（1）该反应的原子利用率为__________%（保留一位小数）；（2）已知298K时，邻二甲苯、苯酐、H₂O(l)的标准燃烧热分别为-4845kJ/mol、-3228kJ/mol、-285.8kJ/mol，则该反应的ΔH=kJ/mol；（3）若用臭氧代替O₂进行氧化，反应产物为苯酐和O₂，则该反应的化学方程式为。（8分）某科研团队开发的“光催化CO₂还原”系统，在可见光照射下可将CO₂转化为CH₄。（1）该过程的能量转化形式为__________；（2）已知反应CO₂(g)+4H₂(g)→CH₄(g)+2H₂O(g)ΔH=-165kJ/mol，2H₂O(g)→2H₂(g)+O₂(g)ΔH=+484kJ/mol，则CO₂光催化还原的总反应方程式为__________，其ΔH=kJ/mol；（3）该反应的催化剂为TiO₂，其晶体中Ti⁴⁺的配位数为6，该晶体的堆积方式为。（8分）含Cr(VI)废水的处理方法之一是“铁氧体法”，其原理是在碱性条件下，Fe²⁺将CrO₄²⁻还原为Cr³⁺，并与Fe³⁺共同沉淀为铁氧体（Fe³⁺ₓFe²⁺ᵧCr³⁺ₓO₄）。（1）写出Fe²⁺还原CrO₄²⁻的离子方程式：__________；（2）若处理含CrO₄²⁻浓度为0.01mol/L的废水100L，理论上需要FeSO₄·7H₂O的质量为__________kg（保留两位小数）；（3）铁氧体中x:y:z=__________。三、实验题（共25分）（12分）某实验小组设计实验探究“温度对NH₄HCO₃分解反应的影响”，实验装置如图所示（省略夹持装置）。（1）仪器a的名称为__________，装置B的作用是__________；（2）实验步骤：①检查装置气密性；②在A中加入5.00gNH₄HCO₃固体；③控制温度为T₁，加热至不再产生气体；④更换装置C，控制温度为T₂（T₂>T₁），继续加热；⑤分别测定装置C中产生气体的体积。（3）实验数据记录如下：|温度区间|气体体积（标准状况）||----------|----------------------||T₁|2.24L||T₂|1.12L|已知：NH₄HCO₃分解反应为：反应1：NH₄HCO₃→NH₃↑+CO₂↑+H₂O↑（低于300℃）反应2：NH₄HCO₃→NH₃↑+CO₂↑+H₂O↑（高于300℃时，H₂O进一步分解）①计算T₁时分解的NH₄HCO₃质量分数为__________；②若T₂时H₂O完全分解，计算反应后装置A中残留固体的质量为__________g；（4）实验中发现，温度高于400℃时，装置C中收集到的气体中含有O₂。用化学方程式解释原因：__________。（13分）某研究性学习小组设计实验制备莫尔盐[(NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O]并测定其纯度。（1）制备步骤：①称取2.0gFe粉，加入10mL3mol/LH₂SO₄溶液，加热至反应完全；②加入5.0g(NH₄)₂SO₄固体，搅拌至溶解；③蒸发浓缩至表面出现晶膜，冷却结晶；④过滤、洗涤、干燥，得到莫尔盐晶体。①步骤①中反应的离子方程式为__________，为加快反应速率可采取的措施有__________（任写一条）；②步骤④中洗涤晶体应选用__________（填“蒸馏水”或“乙醇”）；（2）纯度测定：称取0.5000g莫尔盐样品，溶于水配成100mL溶液，取25.00mL加入稀H₂SO₄酸化，用0.01000mol/LKMnO₄标准溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液18.00mL。①滴定终点的现象为__________；②计算样品中莫尔盐的质量分数为__________（保留四位有效数字）；③若滴定前俯视读数，滴定后仰视读数，则测定结果__________（填“偏高”“偏低”或“无影响”）。四、计算题（共20分）（10分）已知25℃时，Ksp(CaCO₃)=2.8×10⁻⁹，H₂CO₃的Ka₁=4.3×10⁻⁷，Ka₂=5.6×10⁻¹¹。（1）计算CaCO₃在纯水中的溶解度为__________mol/L（保留两位有效数字）；（2）计算CaCO₃在pH=8.0的缓冲溶液中的溶解度为__________mol/L（保留两位有效数字）；（3）若用0.1mol/LHCl溶液溶解CaCO₃固体，当反应至pH=5.0时，溶液中c(CO₃²⁻)=__________mol/L（保留两位有效数字）。（10分）在体积为2L的密闭容器中，通入2molCO和1molH₂O(g)，发生反应CO(g)+H₂O(g)⇌CO₂(g)+H₂(g)。在不同温度下测定的平衡常数K如下表：温度/℃500600700K5.02.51.0（1）该反应的ΔH__________0（填“>”“<”或“=”）；（2）500℃时，反应达到平衡后，再通入1molH₂O(g)，重新达到平衡时CO的转化率为__________（保留三位有效数字）；（3）700℃时，若起始时通入CO、H₂O(g)、CO₂、H₂的物质的量分别为1mol、1mol、1mol、1mol，则v正__________v逆（填“>”“<”或“=”），平衡时c(CO)=__________mol/L。五、综合题（共30分）（15分）锂离子电池是目前应用最广泛的二次电池，其正极材料主要有层状LiCoO₂、尖晶石LiMn₂O₄和橄榄石LiFePO₄等。（1）Co³⁺的电子排布式为__________，LiFePO₄中Fe的化合价为__________；（2）LiCoO₂的晶胞结构如图所示（Li⁺位于CoO₂层间），该晶胞中含有的Co原子数为__________；（3）电池充电时，Li⁺从正极脱嵌并嵌入负极。写出LiFePO₄正极的充电反应式：；（4）研究发现，在LiMn₂O₄中掺杂Al³⁺可提高其循环稳定性，原因是；（5）用惰性电极电解Li₂CO₃和LiF的熔融混合物可制备金属Li，阳极的电极反应式为__________。（15分）工业上以黄铁矿（主要成分为FeS₂）为原料生产硫酸的工艺包括：焙烧、催化氧化、吸收三个阶段。（1）焙烧炉中FeS₂与O₂反应的化学方程式为__________；（2）催化氧化阶段的反应为2SO₂(g)+O₂(g)⇌2SO₃(g)ΔH=-196kJ/mol，①该反应在__________（填“高温”或“低温”）下更易自发进行；②若在某条件下，SO₂的平衡转化率为90%，起始时SO₂和O₂的物质的量之比为2:1，则平衡常数Kp=（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，保留一位小数）；（3）吸收塔中用98.3%的浓硫酸吸收SO₃，而不用水直接吸收的原因是；（4）尾气中的SO₂可用氨水吸收，生成的(NH₄)₂SO₃可用于烟气脱硫，写出(NH₄)₂SO₃与SO₂反应的化学方程式：__________；（5）若处理含SO₂体积分数为0.5%的尾气1000m³（标准状况），理论上可获得(NH₄)₂SO₄的质量为__________kg（保留两位小数）。六、推断题（共15分）（15分）A、B、C、D、E为短周期元素，原子序数依次增大，相关信息如下：①A的核外电子总数等于其周期数；②B的最外层电子数是内层电子数的3倍；③C与B可形成两种常见化合物CB和CB₂；④D的最高价氧化物对应水化物能与C的最高价氧化物对应水化物反应生成盐和水；⑤E的单质为黄绿色气体，常用于自来水消毒。请回答下列问题：（1）E在周期表中的位置为__________，其价电子排布式为__________；（2）A与B形成的化合物中，含有非极性共价键的是____