上海市杨浦区控江中学2023-2024学年高三上学期第一次月...

更新时间：2023-12-26 浏览次数：36 类型：月考试卷

一、碳中和，碳达峰（本题共28分）

1. 2021年度中国科学十大进展之一就是人工淀粉合成途径的研究，其关键步骤之一就是利用CO₂合成出有机小分子。这将有利于我国实现碳达峰碳中和，有利于建设友好型社会。
如CO₂可与H₂生成CH₄：CO₂(g)+4H₂(g) $\text{[math]}$ CH₄(g)+2H₂O(g)。
1. （1）我国科研人员提出了以Ni/Al₂O₃为催化剂，上述反应的历程如图所示：
  下列说法错误的是____。（单选）
  
  A . 使用催化剂可有效提高反应物的平衡转化率 B . 该历程中每生成1mol CH₄ ，转移8N_A个电子 C . 在反应历程中，H-H键与C=O键断裂吸收能量 D . 在反应过程中，催化剂参与反应，改变反应路径，降低反应的活化能
2. （2）在恒温（T>100℃）恒容装置中进行该反应，能判断反应已达平衡状态的是____。（双选）
  
  A . 混合气体密度不再改变 B . 混合气体压强不再改变 C . 混合气体平均摩尔质量不再改变 D . n (CO₂)： n(H₂) =1：4
3. （3）将1mol CO₂和4mol H₂置于体积为2L的密闭容器中发生反应，测得H₂O(g)的物质的量分数与温度的关系如右图所示，该反应的平衡常数K随温度升高而（填“增大”或“减小”）。判断依据是。
4. （4）下列措施有利于提高反应中CO₂的平衡转化率的是____。（单选）
  
  A . 使用催化剂 B . 加压 C . 升高温度 D . 增大初始投料比n(CO₂)/n(H₂)
5. （5）我国科研人员提出了由CO₂和CH₄转化为高附加值产品CH₃COOH的催化反应历程。该历程示意图如下。
  
  ①、②与过渡态三种物质中，最不稳定的是；①转化为②过程中（选填“吸收”或“放出”)能量。
6. （6） 25℃、100kPa下，CH₄(g)、CH₃COOH(l)的燃烧热分别﹣893kJ·mol^-1、﹣870 kJ·mol^-1 ，计算转化反应CO₂(g) + CH₄(g) = CH₃COOH(l)的焓变ΔH= kJ·mol^-1。二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。反应可表示为：
  CO₂(g) + 3H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g) + H₂O (g)
7. （7）该反应平衡常数的表达式K=；
8. （8）上述反应体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的有____。（双选）
  
  A . 增大H₂的浓度，平衡向右移动 B . 移去部分CH₃OH，正反应速率增大 C . 降低反应温度，正、逆反应速率都减小 D . 加入催化剂，可提高CO₂的平衡转化率
9. （9）在5L密闭容器中充入1mol CO₂和3mol H₂ ，测得一定时间内混合气体中CH₃OH的体积分数φ(CH₃OH)与温度的关系如下图所示。
  若温度为T时，反应10分钟，φ(CH₃OH)=30%，则0~10分钟内，CH₃OH的平均反应速率 ʋ =。
10. （10）该反应是反应（选填“吸热”或“放热”）；其它条件相同时，CH₃OH在a点的正反应速率 CH₃OH在b点的正反应速率（选填“>”、“<”或“=”）；解释温度低于T时，φ(CH₃OH)随温度升高而逐渐增加的原因。
11. （11）反应CO₂(g) + 3H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g) + H₂O (g)通过如下步骤来实现：
  ①CO₂(g) +H₂(g) $\text{[math]}$ CO(g) + H₂O (g) ②CO(g) +2H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g)
  上述反应过程中能量变化可用如图表示，
  其中反应为慢反应(填“①”或“②”)。对反应②自发性的判断正确的是（单选），判断依据是。
  A．高温下自发 B．低温下自发 C．始终自发 D．始终不自发
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二、“自我补给”：航天器中物质与能源的循环

2. 吸入氧气、排出二氧化碳，这看似再简单不过的新陈代谢，在遥远的太空中却并不容易，因为在航天服、航天器、空间站等密闭系统中，CO₂浓度会高得多，而超过一定浓度会导致呼吸急促、头晕头痛、昏迷甚至死亡，因此必须通过一定方法将CO₂清除。
1. （1） I.非再生式氢氧化锂（LiOH）除碳技术
  我国“飞天”舱外航天服采用非再生式氢氧化锂（LiOH）吸附CO₂生成碳酸锂，该技术设备操作简单，功能可靠，适用于短期出舱任务。吸附发生的化学方程式为。
2. （2） II.再生式快速循环胺技术
  以固态胺作为吸附剂，吸附CO₂与水蒸气。当固态胺吸附饱和后，将其暴露于真空中，破坏碳酸氢盐的化学键，释放出CO₂ ，从而完成吸附剂的再生。该技术大大提升了舱外航天服的续航时间。固态胺的吸附是变化（填“物理”或“化学”）
3. （3） III.萨巴蒂尔(Sabatier)除碳生氧技术
  利用萨巴蒂尔(Sabatier)反应清除二氧化碳并再生氧气的大体流程如下图所示。
  下列说法错误的是____。（双选）
  
  A . CO₂的最终产物为CH₄和O₂ B . 电解水装置中，反应物的能量高于生成物的能量 C . 萨巴蒂尔反应器中反应的氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶4 D . 物质转化中O、H原子的利用率均为100%
4. （4） CO₂富集的原电池模拟装置如图：
  b极为极（填“正”或“负”，)，a电极上发生的电极反应。
5. （5）上述电极材料采用多孔碳载镍，“多孔”的优点是。
6. （6）该装置若消耗2 mol H₂ ，则理论上在b极除去CO₂的体积为L（标况下）。
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三、化学力量助力北京冬奥会

3. 国家速滑馆“冰丝带”是北京冬奥会最具科技含量的场馆，它采用了当前冬季运动场馆最环保的制冰技术之一——二氧化碳跨临界直接制冰技术。
1. （1） CO₂由气体变成固体的过程中，下列判断正确的是____。（单选）
  
  A . ΔH＞0，ΔS＞0 B . ΔH＞0，ΔS＜0 C . ΔH＜0，ΔS＞0 D . ΔH＜0，ΔS＜0
2. （2）关于CO₂叙述不正确的是____。（单选）
  
  A . CO₂属于酸性氧化物 B . CO₂分子中含有极性键 C . CO₂属于非电解质 D . CO₂是极性分子
3. （3）为吸收CO₂ ，下列处理CO₂的转化关系不能实现是____。（单选）
  
  A . NaOH(aq) $\text{[math]}$ Na₂CO₃(aq) B . NaCl(aq) $\text{[math]}$ NaHCO₃(s) C . Ca(ClO)₂(aq) $\text{[math]}$ CaCO₃(s) D . (aq) $\text{[math]}$ (aq)
4. （4）基于新材料及3D打印技术，科学家研制出的微胶囊吸收剂，它能将排放的CO₂以更加安全、廉价和高效的方式处理掉，球形微胶囊内部充入(NH₄)₂CO₃溶液，其原理如图所示。
  
  已知：(NH₄)₂CO₃(aq)＋CO₂(aq)＋H₂O(l) $\text{[math]}$ 2NH₄HCO₃(aq) ΔH=－25.3 kJ·mol^－1
  吸收CO₂时宜选用（选填“低温”或“高温”）理由、（列举两点）。
5. （5）已知一水合氨和碳酸室温下电离平衡常数如下：
  弱电解质
  H₂CO₃
  NH₃·H₂O
  电离平衡
  常数
  K_a₁＝4.3×10^－7
  K_a₂＝5.6×10^－11
  K_b＝1.8×10^－5
  试结合必要的化学用语与简单计算，判断0.1 mol·L^－1NH₄HCO₃溶液的酸碱性
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四、化合物M是有机合成重要中间体

4. 其合成路线如图：
已知：
1. （1） A中碳原子的杂化方式有，M的分子式为，其所含官能团有羧基和。
2. （2）写出反应类型：B→C；G→M。
3. （3） D中含有种不同化学环境的氢原子。C与E在一定条件下反应生成高聚物的化学方程式为。
4. （4）反应E→F所需的试剂和条件是；G的结构简式为。
5. （5） B的一种同分异构体同时满足下列条件，写出该同分异构体的结构简式。
  i．能与FeCl₃(aq)发生显色反应；
  ii．碱性水解后酸化，所得两种产物分子均只有2种不同化学环境的氢原子。
6. （6）将以CH₂=CH₂和CH₃CH＝CHCH₃为原料制备的合成路线补充完整。（无机试剂和有机溶剂任用）
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五、题目

5. 已知一种钯催化的交叉偶联反应可以表示为：
下面是利用钯催化的交叉偶联反应，以烃A与苯为原料合成某个复杂分子L（相对质量不超过200）的过程，其中F在浓硫酸作用下可以发生两种不同的反应分别形成H和G。
已知：
1. （1）写出反应类型：反应② 反应④
2. （2）写出反应试剂和条件：
  反应①，反应⑤；
3. （3）写出下列反应的化学方程式：
  C → D：；
  F→ G：。
4. （4）写出检验B中氯元素的方法
5. （5） H有多种同分异构体，请写出两种符合下列条件的结构简式：。
  ①能发生水解反应 ②分子中只含有两个甲基 ③不含环状结构
6. （6）写出物质L的结构简式：。
7. （7）已知：写出以CH₃CH₂OH为原料制备CH₃CH=CHCOOH的合成路线流程图（其他无机试剂和条件任选）。
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