化学与科技发展联系开放题试题

化学与科技发展联系开放题试题一、选择题（共5小题）半导体材料的化学基础硅基芯片是现代信息技术的核心，其制备过程涉及复杂的化学提纯与晶体生长技术。工业上通过以下反应将粗硅转化为高纯度硅：第一步：Si（粗）+2Cl₂→SiCl₄（g）第二步：SiCl₄+2H₂→Si（纯）+4HCl下列说法错误的是（）A.第一步反应中Cl₂作氧化剂B.第二步反应为置换反应C.该过程中HCl可循环利用D.硅的晶体结构与金刚石不同新能源技术中的化学转化氢燃料电池通过电化学反应将化学能直接转化为电能，其总反应为2H₂+O₂=2H₂O。下列关于该技术的说法正确的是（）A.反应中H₂发生还原反应B.电池工作时电子从正极流向负极C.电解质溶液的pH值在反应过程中逐渐增大D.相比锂离子电池，氢燃料电池具有更高的能量密度药物合成中的有机化学应用阿司匹林（乙酰水杨酸）的合成反应为：水杨酸（C₇H₆O₃）+乙酸酐（C₄H₆O₃）→乙酰水杨酸（C₉H₈O₄）+乙酸（C₂H₄O₂）。下列说法正确的是（）A.该反应为加成反应B.水杨酸分子中所有原子共平面C.乙酰水杨酸能与NaHCO₃溶液反应生成CO₂D.乙酸酐的核磁共振氢谱有3组峰材料化学与可持续发展可降解塑料聚乳酸（PLA）的合成原料为乳酸（C₃H₆O₃），其结构简式为HOCH(CH₃)COOH。下列关于PLA的说法错误的是（）A.乳酸通过缩聚反应生成PLAB.PLA的降解产物为CO₂和H₂OC.相比传统塑料，PLA可减少“白色污染”D.乳酸分子中含有羟基和羧基两种官能团环境化学与污染治理工业废水中Cr₂O₇²⁻的处理常采用还原沉淀法：Cr₂O₇²⁻→Cr³⁺→Cr(OH)₃↓。已知H₂O₂在酸性条件下可将Cr₂O₇²⁻还原为Cr³⁺，反应的离子方程式为：Cr₂O₇²⁻+3H₂O₂+8H⁺=2Cr³⁺+3O₂↑+7H₂O。下列说法正确的是（）A.每生成1molO₂，转移2mol电子B.Cr³⁺在碱性条件下更易沉淀C.H₂O₂在反应中既作氧化剂又作还原剂D.处理后的废水中不含任何铬元素二、填空题（共3小题）化学电源与能源存储锂离子电池的工作原理基于Li⁺的嵌入与脱嵌。某锂离子电池的正极材料为LiCoO₂，负极材料为石墨（C₆），电解质溶液为LiPF₆的有机溶液。（1）放电时，Li⁺向______（填“正极”或“负极”）移动；（2）充电时，正极的电极反应式为______；（3）与铅酸电池相比，锂离子电池的优点是______（答出2点即可）。催化化学与工业生产合成氨反应（N₂+3H₂⇌2NH₃ΔH＜0）是人工固氮的重要途径，其催化剂为铁触媒。（1）该反应选择400~500℃的主要原因是______；（2）催化剂通过改变______来加快反应速率；（3）工业上采用______（填“高压”或“低压”）条件，以提高NH₃的平衡产率。高分子材料与功能设计（1）聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）是常见的塑料，其中______（填结构简式）可用于食品包装；（2）橡胶分为天然橡胶和合成橡胶，天然橡胶的主要成分是______（填名称），其通过______反应可增强耐磨性；（3）碳纤维是一种新型无机高分子材料，其主要成分是______（填元素符号），具有______（答出2点即可）的优良性能。三、简答题（共2小题）化学在航天科技中的应用（1）火箭推进剂常采用肼（N₂H₄）和四氧化二氮（N₂O₄），二者反应的化学方程式为2N₂H₄+N₂O₄=3N₂+4H₂O。若生成1molN₂，转移电子的物质的量为______mol；（2）航天器的外壳材料需具备高强度、耐高温等性能，钛合金是常用材料之一。工业上用TiO₂制备Ti的反应为TiO₂+2C+2Cl₂=TiCl₄+2CO，TiCl₄再与Mg反应生成Ti。写出TiCl₄与Mg反应的化学方程式：；（3）空间站的氧气供给可通过电解水实现，写出电解水的化学方程式：，该反应的能量转化形式为______。化学与生命科学的交叉（1）DNA分子的基本单位是脱氧核苷酸，其含有的糖类为______（填名称）；（2）酶是生物体内的催化剂，其化学本质多数是______（填“蛋白质”或“RNA”），具有______（答出2点即可）的特点；（3）核磁共振（NMR）技术可用于研究蛋白质的结构，其原理是利用原子核的______（填“自旋”或“振动”）现象。四、实验题（共1小题）新型材料的制备与表征某研究小组欲制备纳米级Fe₃O₄颗粒，并探究其催化性能。（1）制备原理：Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH⁻=Fe₃O₄↓+4H₂O。实验中需控制Fe²⁺与Fe³⁺的物质的量之比为______；（2）实验步骤：①称取5.6gFeSO₄·7H₂O和8.0gFeCl₃·6H₂O，分别溶解于蒸馏水中；②将两种溶液混合，滴加NaOH溶液至pH=10，搅拌并加热至80℃；③反应完成后，经过滤、洗涤、（填操作名称），得到黑色Fe₃O₄颗粒；（3）性能探究：为验证Fe₃O₄的催化作用，设计如下实验：在两支试管中分别加入5mL3%H₂O₂溶液，向其中一支试管中加入少量Fe₃O₄颗粒，观察到______的现象，说明Fe₃O₄能加快H₂O₂的分解速率；（4）拓展思考：纳米材料的催化性能优于传统催化剂的原因是。五、计算题（共1小题）工业流程中的化学计算工业上用黄铁矿（主要成分为FeS₂）制备硫酸的流程如下：4FeS₂+11O₂=2Fe₂O₃+8SO₂（高温）2SO₂+O₂⇌2SO₃（催化剂，ΔH＜0）SO₃+H₂O=H₂SO₄（1）若煅烧120t含FeS₂80%的黄铁矿，理论上可生成SO₂的质量为______t；（2）将生成的SO₂通入200mL1mol/L的NaOH溶液中，充分反应后，溶液中溶质的成分为______（填化学式）；（3）若SO₂的转化率为90%，SO₃的吸收率为95%，则最终可制得98%的浓硫酸______t（保留1位小数）。六、开放论述题（共1小题）化学创新驱动科技革命（1）结合实例说明化学在新能源开发中的作用（至少列举2项）；（2）分析化学学科的发展对人工智能、量子计算等前沿科技的支撑作用；（3）简述在“双碳”目标下，化学领域面临的挑战与机遇。参考答案及评分标准（部分）一、选择题D2.D3.C4.B5.B二、填空题（1）正极（2）LiCoO₂-e⁻=Li⁺+CoO₂（3）能量密度高、循环寿命长（或体积小、重量轻等）（1）兼顾反应速率和催化剂活性（2）反应活化能（3）高压（1）PE（2）聚异戊二烯硫化（3）C高强度、耐高温（或低密度、耐腐蚀等）三、简答题（1）4/3（2）TiCl₄+2Mg=Ti+2MgCl₂（3）2H₂O=2H₂↑+O₂↑（电解）电能转化为化学能（1）脱氧核糖（2）蛋白质高效性、专一性（或作用条件温和等）（3）自旋四、实验题（1）1:2（2）烘干（或灼烧）（3）加入Fe₃O₄的试管中产生气泡速率更快（4）比表面积大，活性位点多五、计算题（1）89.6（2）Na₂SO₃和NaHSO₃（3）102.6六、开放论述题（要点）（1）新能源开发：①锂离子电池的电极材料研发（如LiFePO₄）提升储能效率；②光解水制氢催化剂（如TiO₂基材料）推动可再生能源利用。（2）前沿科技支撑：①化学传感器为AI提供环境感知数据；②量子点材料助力量子计算