2025年下学期高三化学开放性试题专练（一）

2025年下学期高三化学开放性试题专练（一）一、实验探究题：基于真实情境的物质制备与性质验证（一）工业废水处理中的氧化还原反应探究某化工厂排放的酸性废水中含有Cr₂O₇²⁻、Fe²⁺、Cu²⁺等离子，需通过氧化还原法与沉淀法联合处理。请回答以下问题：方案设计：（1）若选用H₂O₂作为氧化剂，写出Cr₂O₇²⁻被还原为Cr³⁺的离子方程式，并说明选择H₂O₂的优势。（2）设计实验验证处理后废水中Cr³⁺的存在（提供试剂：KSCN溶液、H₂O₂溶液、NaOH溶液、pH试纸）。条件优化：实验小组发现，在pH=2时Cr₂O₇²⁻的去除率仅为60%，而pH=4时去除率提升至92%。结合离子平衡原理解释pH对反应的影响，并提出进一步提高去除率的两种措施。数据处理：取100mL处理后的废水，加入过量NaOH溶液，得到Cr(OH)₃沉淀，过滤、洗涤、灼烧后得到0.54gCr₂O₃固体。计算原废水中Cr₂O₇²⁻的初始浓度（写出计算过程，保留两位有效数字）。（二）新型电池材料的制备与性能探究磷酸亚铁锂（LiFePO₄）是电动汽车动力电池的常用正极材料，实验室通过以下流程制备：FeSO₄·7H₂O→溶解→加入H₃PO₄和LiOH→调节pH→煅烧→LiFePO₄反应原理：（1）写出Fe²⁺与H₃PO₄、LiOH反应生成LiFePO₄的化学方程式。（2）煅烧过程中需通入惰性气体，若改为空气，产品中可能混有的杂质是什么？如何通过实验验证杂质的存在？结构分析：LiFePO₄的晶胞结构如图所示（图略），其中Fe²⁺的配位数为4。若晶胞参数为anm，计算该晶体的密度（用Nₐ表示阿伏加德罗常数，写出表达式即可）。二、工业流程题：蛇纹石资源综合利用蛇纹石的主要成分为Mg₃Si₂O₅(OH)₄，含少量Fe₂O₃、Al₂O₃杂质。以蛇纹石为原料制备高纯MgO的流程如下：蛇纹石→粉碎→酸浸→过滤→除杂→沉镁→煅烧→MgO酸浸工艺：（1）选用6mol/LHCl溶液为浸取剂，写出Mg₃Si₂O₅(OH)₄与HCl反应的化学方程式。（2）工业上常采用“逆流浸取”（蛇纹石粉末与盐酸逆向流动接触），说明该操作的优点。除杂过程：浸出液中含有Mg²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，需通过调节pH沉淀除杂。已知：|离子|Fe³⁺|Al³⁺|Mg²⁺||------|------|------|------||开始沉淀pH|1.9|3.3|9.1||完全沉淀pH|3.2|5.2|11.1|（1）调节pH的范围应为______，选择的试剂是______（填“NaOH”或“MgO”），理由是______。（2）若溶液中Fe³⁺浓度为0.01mol/L，计算Fe(OH)₃的Ksp（写出计算式）。绿色化学：煅烧MgCO₃时会产生CO₂，若将其通入浸出液中，可实现“碳循环”。写出CO₂与浸出液中成分反应的离子方程式，并分析该操作对后续沉镁步骤的影响。三、原理综合题：碳中和背景下的CO₂转化CO₂催化加氢合成甲醇（CH₃OH）是实现“双碳”目标的重要途径，反应原理如下：主反应：CO₂(g)+3H₂(g)⇌CH₃OH(g)+H₂O(g)ΔH₁=-49kJ/mol副反应：CO₂(g)+H₂(g)⇌CO(g)+H₂O(g)ΔH₂=+41kJ/mol热力学分析：（1）计算反应CO(g)+2H₂(g)⇌CH₃OH(g)的ΔH，并判断该反应在高温下能否自发进行。（2）在恒温恒容容器中，若n(CO₂):n(H₂)=1:3，达平衡时CH₃OH的选择性为80%（选择性=甲醇的物质的量/反应的CO₂总物质的量），CO₂的转化率为20%。计算主反应的平衡常数K（用物质的量浓度表示）。动力学探究：（1）某催化剂的活性位点可吸附CO₂和H₂，反应历程如图所示（图略），其中决速步的活化能为______（填“E₁”或“E₂”）。（2）实验发现，温度升高时甲醇的产率先增大后减小，解释其原因。工业应用：若采用“CO₂+绿氢”（可再生能源制氢）路线，与传统“煤气化制氢”路线相比，从原子经济性和环境效益角度分析其优势。四、有机化学题：生物降解塑料PLGA的合成聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）是一种可降解医用材料，其合成路线如下：单体制备：（1）乳酸（CH₃CH(OH)COOH）在浓硫酸催化下生成丙交酯（C₆H₈O₄），写出反应方程式（提示：生成1分子丙交酯和2分子H₂O）。（2）羟基乙酸（HOCH₂COOH）的核磁共振氢谱有______组峰，峰面积比为______。聚合反应：丙交酯与乙交酯（C₄H₄O₄）开环共聚生成PLGA，写出链节为“-OCH(CH₃)CO-OCH₂CO-”的PLGA的结构简式。性能优化：PLGA的降解速率与单体比例相关。若需制备降解速率更快的PLGA，应提高______（填“乳酸”或“羟基乙酸”）的比例，理由是______。五、实验设计题：基于手持技术的化学反应速率探究某小组利用压强传感器探究“不同浓度H₂O₂与MnO₂反应的速率”，实验装置如图（图略），数据记录如下：实验序号H₂O₂浓度（mol/L）MnO₂用量（g）温度（℃）60s内压强变化（kPa）10.50.12512.021.00.12523.531.00.22524.041.00.13535.8数据分析：（1）实验1、2的目的是______，结论是______。（2）实验2、3中MnO₂用量增加但速率变化不显著，解释原因。误差分析：若反应过程中装置漏气，对实验结果的影响是______（填“偏大”“偏小”或“无影响”），并设计改进措施。拓展探究：提出两种测定该反应速率的其他方法（说明测量物理量和仪器）。参考答案与评分标准（部分）一、实验探究题（1）Cr₂O₇²⁻+3H₂O₂+8H⁺=2Cr³⁺+3O₂↑+7H₂O；优势：还原产物为O₂和H₂O，无污染（2分）（2）取少量废水，加入NaOH溶液至pH>7，若生成灰绿色沉淀并逐渐变为红褐色，证明含Cr³⁺（2分）二、工业流程题（1）5.2≤pH<9.1；MgO；避免引入Na⁺杂质（3分）（2）Ksp=c(Fe³⁺)·c³(OH⁻)=0.01×(10⁻¹⁰.⁸)³（2分）（注：完整答案及评分标准需结合具体解题步骤和化学用语规范性综合评判）命题特点说明：情境真实性：试题以工业废水处理、新能源材料、碳中和等现实问题为背景，体现化学学科价值。开放性设计：如实验方案优化、误差分析等问题允许多种合理答案，侧重考查创新思维。跨模块整合：融合反应原理、物质结构、有机化学等模块，强化知识网络构建。素养导向：通过数据处理、方案评价等设问，