2025年上学期高一化学新情境问题专练（一）

2025年上学期高一化学新情境问题专练（一）一、物质分类与转化的工业应用情境：某海水淡化工厂在处理浓海水时，需对其中溶解的物质进行分类回收。已知浓海水中含有的主要离子包括Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl⁻、SO₄²⁻、Br⁻等，工厂采用“分级沉淀-过滤-电解”的工艺提取资源。问题1：物质的分类与转化（1）将浓海水中的离子按“阳离子/阴离子”分类，并列举至少3种由这些离子组成的盐类物质，说明其在工业中的用途。（2）若向浓海水中依次加入过量BaCl₂溶液、NaOH溶液和Na₂CO₃溶液，写出各步骤中发生反应的离子方程式，并分析加入Na₂CO₃溶液的作用。（3）过滤后的滤液主要含NaCl和KCl，如何通过实验方法鉴别这两种物质？请设计实验方案并预期现象。核心素养链接：宏观辨识与微观探析：从离子组成角度理解盐类物质的分类，通过离子方程式表达反应本质。科学态度与社会责任：认识海水资源回收对环境保护和资源利用的意义。二、钠及其化合物的消防应用情境：某化工厂发生火灾，消防人员使用“干粉灭火器”（主要成分为NaHCO₃）和“泡沫灭火器”（反应原理为Al₂(SO₄)₃与NaHCO₃溶液混合）进行灭火。已知NaHCO₃受热分解生成Na₂CO₃、H₂O和CO₂，Al³⁺与HCO₃⁻在溶液中发生双水解反应。问题2：钠的化合物性质与反应规律（1）写出NaHCO₃受热分解的化学方程式，计算16.8gNaHCO₃完全分解时生成CO₂的体积（标准状况下）。（2）泡沫灭火器中Al₂(SO₄)₃与NaHCO₃溶液反应的离子方程式为：Al³⁺+3HCO₃⁻=Al(OH)₃↓+3CO₂↑。请分析该反应能快速产生大量泡沫的原因，并说明泡沫灭火的原理。（3）若火灾现场存放有金属钠，能否使用上述灭火器灭火？为什么？应选择何种灭火方式？核心素养链接：变化观念与平衡思想：理解分解反应和双水解反应的条件与规律，认识化学反应中的能量变化和物质转化。证据推理与模型认知：通过化学方程式定量计算产物量，基于实验现象分析反应机理。三、氯及其化合物的消毒技术情境：自来水厂常用Cl₂或ClO₂进行消毒。Cl₂消毒的原理是与水反应生成HClO，HClO具有强氧化性；ClO₂是一种高效安全的消毒剂，其消毒效率（以单位质量转移电子数表示）是Cl₂的2.63倍。问题3：氯的单质及化合物性质（1）写出Cl₂与水反应的化学方程式，说明该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比。若向氯水中加入NaHCO₃粉末，溶液的pH如何变化？解释原因。（2）计算ClO₂的消毒效率（提示：ClO₂中Cl元素的还原产物为Cl⁻，Cl₂的还原产物也为Cl⁻）。（3）某自来水厂使用ClO₂消毒，若处理1000m³水需投入ClO₂2.7kg，假设ClO₂完全转化为Cl⁻，则水中残留Cl⁻的浓度为多少mg/L？核心素养链接：宏观辨识与微观探析：从化合价变化角度分析氧化还原反应，理解消毒原理的微观本质。科学态度与社会责任：比较不同消毒剂的优缺点，认识化学技术对公共卫生的影响。四、铁及其化合物的废水处理情境：某电镀厂废水中含有Fe²⁺、Cr₂O₇²⁻（重铬酸根离子）等有毒离子，处理流程如下：调节废水pH至2~3，加入H₂O₂溶液，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；加入NaOH溶液调节pH至7~8，生成Fe(OH)₃沉淀，同时Cr₂O₇²⁻与Fe³⁺共沉淀除去。问题4：铁的化合物性质与氧化还原反应（1）写出H₂O₂氧化Fe²⁺的离子方程式，指出该反应中的氧化剂和氧化产物。若处理含Fe²⁺0.01mol/L的废水100L，至少需加入30%H₂O₂溶液多少克（假设H₂O₂完全反应）？（2）Cr₂O₇²⁻在酸性条件下具有强氧化性，可与Fe²⁺发生反应：Cr₂O₇²⁻+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂O。若废水中Cr₂O₇²⁻的浓度为0.001mol/L，处理100L废水至少需加入FeSO₄·7H₂O多少克？（3）解释步骤2中“共沉淀”的原理，说明Fe(OH)₃沉淀对Cr³⁺的吸附作用与胶体性质的关系。核心素养链接：变化观念与平衡思想：通过氧化还原反应分析离子转化过程，理解反应条件对产物的影响。证据推理与模型认知：基于离子方程式进行定量计算，结合胶体性质解释废水处理原理。五、物质结构与元素周期律的材料研发情境：锂电池正极材料LiCoO₂的结构如图所示（Co为+3价），其工作原理是Li⁺在正极和负极之间嵌入/脱嵌。已知Co与Fe同周期，且Co的原子序数比Fe大1。问题5：原子结构与元素性质（1）写出Co的原子结构示意图，比较Co与Fe的原子半径大小，并说明判断依据。（2）LiCoO₂中Co³⁺的核外电子排布式为[Ar]3d⁶，分析Co³⁺与Fe³⁺的稳定性差异（提示：Fe³⁺的核外电子排布式为[Ar]3d⁵）。（3）若将LiCoO₂中的Co替换为同周期的Ni（+3价），形成LiNiO₂，推测其是否能作为锂电池正极材料，并说明理由（已知Ni³⁺的氧化性强于Co³⁺）。核心素养链接：宏观辨识与微观探析：从原子结构角度解释元素性质的周期性变化，理解物质结构对性质的影响。科学态度与社会责任：认识新型材料研发对能源技术发展的意义，培养创新意识。六、综合实验探究：补铁剂中铁元素的检验与定量分析情境：某品牌补铁剂的主要成分为FeSO₄·7H₂O，说明书标注“每片含Fe²⁺10mg”。为验证其成分和含量，某学生设计了如下实验方案：实验步骤：取1片补铁剂，研磨后加入稀H₂SO₄溶解，配制成100mL溶液；取20mL溶液，滴加KSCN溶液，无明显现象；再滴加H₂O₂溶液，溶液变为红色；另取20mL溶液，用0.01mol/LKMnO₄标准溶液滴定（反应原理：MnO₄⁻+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O），消耗KMnO₄溶液1.42mL。问题6：实验设计与数据分析（1）步骤2中滴加H₂O₂溶液后溶液变红的原因是什么？写出相关离子方程式。（2）根据步骤3的滴定数据，计算每片补铁剂中Fe²⁺的实际含量（mg/片），并与说明书标注值比较（保留两位小数）。（3）若实验中未用稀H₂SO₄溶解补铁剂，直接用水溶解，会对滴定结果产生什么影响？为什么？核心素养链接：证据推理与模型认知：通过实验现象和数据推理物质成分，建立定量分析的思维模型。科学探究与创新意识：设计实验方案，分析实验误差，培养严谨的科学态度。参考答案与解析提示：（2）离子方程式：Ba²⁺+SO₄²⁻=BaSO₄↓、Mg²⁺+2OH⁻=Mg(OH)₂↓、Ca²⁺+CO₃²⁻=CaCO₃↓、Ba²⁺+CO₃²⁻=BaCO₃↓；作用：除去Ca²⁺和过量的Ba²⁺。（1）2NaHCO₃△Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，生成CO₂体积为2.24L。（2）ClO₂消毒效率计算：ClO₂中Cl元素从+4价→-1价，转移5e⁻，单位质量转移电子数为5/67.5；Cl₂中Cl元素从0价→-1价，转移2e⁻，单位质量转移电子数为2/71，二者比值约为2.63。（2）根据反应方程式，n(Cr₂O₇²⁻)=0.001mol/L×100L=0.1mol，需n(Fe²⁺)=0.6mol，m(FeSO₄·7H₂O)=0.6mol×278g/mol=166.8g。（1）Co的原子结构示意图：[Ar]3d⁷4s²，原子半径：Fe＞