上海市虹口区2023-2024学年高三上学期化学一模试卷 含解析

虹口区2023学年度第一学期期终学生学习能力诊断测试高三化学试卷考生注意：1.本试卷满分100分，考试时间60分钟。2.本考试设试卷和答题纸两部分，试卷包括试题与答题要求，所有答案必须涂(选择题)或写(非选择题)在答题纸上，做在试卷上一律不得分。3.答题前，考生务必在答题纸上用水笔清楚填写姓名、准考证号，并将核对后的条形码贴在指定位置上。4.本试题的选择题，没有特别注明，为单选题，只有一个正确选项；若注明双选，有两个正确选项；若注明不定项，有1~2个正确选项，多选、错选不得分，漏选得一半分。相对原子质量：H-1C-12N-14O-16S-32一、利用太阳能从水中获取氢气(本题共20分)1.水是清洁、可持续的氢能来源。利用太阳能从水中获取氢气符合可持续发展的理念。“太阳能直接热分解水制氢”通过集中阳光产生2000K以上高温，促使H2O分解为H2和O2；若温度进一步升高至5000K，H2与O2会分解为气态原子。（1）H2O分解过程中断裂的化学键属于___________。A．离子键B．极性共价键C．非极性共价键（2）在相同条件下，同时存在如下两个过程：ⅰ．2H(g)+O(g)=H2O(g)ⅱ．H2(g)+O2(g)=H2O(g)比较下列量的相对大小(均从选项中选择)：①放出热量___________；②反应速率___________。A．ⅰ>ⅱB．ⅰ=ⅱC．ⅰ<ⅱ【答案】（1）B（2）①.A②.A【解析】【小问1详解】H2O分解过程中断裂O-H键，属于极性共价键，故答案为B。【小问2详解】i．2H(g)+O(g)=H2O(g)属于化学键形成的过程，反应速率快，释放的能量高，ii．H2(g)+O2(g)=H2O(g)是化学反应过程，包含旧化学键的断裂和新化学键的形成，故反应速率比i慢，释放的能量比i低，故答案为A；A。2.“太阳能光催化分解水制氢”原理可以表示为：SO(aq)+H2O(l)SO(aq)+H2(g)。（1）已知SO3呈平面正三角形结构，推测SO的立体构型为___________。A．平面正三角形B．正四面体型C．三角锥型（2）能说明氯的非金属性比硫强的事实是___________。A.溶解性：HCl>H2S B.氧化性：HClO>H2SO3C.热稳定性：HCl>H2S D.酸性：HCl>H2S（3）H2O与H2S结构相似，但H2O的沸点高于H2S，原因是___________。（4）反应开始一段时间后，取出一定量溶液，写出检验溶液中SO的操作方法：___________。【答案】（1）C（2）C（3）水分子之间有氢键，所以熔沸点高（4）先加足量稀盐酸酸化，再滴加BaCl2溶液，有白色沉淀生成，证明含有SO【解析】【小问1详解】SO中心原子价层电子对数为3+=4，且含有1个孤电子对，立体构型为三角锥形，故选C。【小问2详解】A．溶解性不能说明元素非金属性的强弱，故A不选；B．氧化性：HClO>H2SO3不能说明非金属性氯比硫强，故B不选；C．气态氢化物热稳定性越好，非金属性越强，热稳定性：HCl>H2S能说明非金属性氯比硫强，故C选；D．氢化物的酸性：HCl>H2S，不能说明非金属性氯比硫强，故D不选；答案为C。【小问3详解】H2O与H2S结构相似，但H2O的沸点高于H2S，原因是：水分子之间有氢键，所以熔沸点高。【小问4详解】检验溶液中的SO操作方法是取少量待测溶液与试管中，先滴加稀盐酸，无现象，再滴加BaCl2溶液，产生白色沉淀，说明溶液中含有SO。3.“太阳能热化学循环制氢”是将太阳能转化成化学能，通过多个化学过程产生H2.如常见的铁氧化物循环制氢过程如图所示。（1）写出反应Ⅰ的化学方程式：___________；（2）若该反应生成标准状况下5.6L氢气，转移电子数目为：___________。【答案】（1）3FeO+H2O(g)Fe3O4+H2（2）0.5NA【解析】【小问1详解】根据图示，反应Ⅰ是H2O和FeO在1000K的条件下反应生成Fe3O4和H2，反应的化学方程式为3FeO+H2O(g)Fe3O4+H2；【小问2详解】总反应为，氢元素化合价由+1降低为0，生成标准状况下5.6L氢气，转移电子数目为：4.科学家想要用组成相似的钴氧化物(Co3O4/CoO)代替铁氧化物进行循环制氢。查阅资料发现，使用钴氧化物后反应Ⅰ和反应Ⅱ的ΔH-TΔS值随温度T变化如图所示。（1）结合图像判断能否用钴氧化物代替铁氧化物进行热化学循环制氢？若可行，举出采用钴氧化物的一个优势；若不可行，说明理由。___________（2）除了上述“直接热分解”、“光催化分解”和“热化学循环”外，请再设计一种利用太阳能从水中获取氢气的方法：___________(简述即可，不必展开)。【答案】（1）使用Co3O4/CoO体系时，反应Ⅰ的ΔH-TΔS始终大于0，不能自发进行，无法实现循环，故不能代替（2）太阳能光伏发电，电解水【解析】【小问1详解】ΔH-TΔS<0反应能自发进行，ΔH-TΔS>0反应不能自发进行。根据图示，使用Co3O4/CoO体系时，反应Ⅰ的ΔH-TΔS始终大于0，不能自发进行，无法实现循环，所以不能用钴氧化物代替铁氧化物进行热化学循环制氢。【小问2详解】太阳能光伏发电，再电解水制取氢气。二、纳米氧化亚铜(本题共20分)5.纳米氧化亚铜(Cu2O)粒径在1~100nm之间，是一种重要的无机化工原料，在涂料、有色玻璃和催化剂领域有着广泛的应用。（1）29Cu在元素周期表中的位置是第四周期___________族；基态铜原子的价电子排布式为___________。A．3d84s2B．3d94s2C．3d104s1D．3d104s2（2）在普通玻璃中加入纳米Cu2O可制成红色玻璃。用光束照射该玻璃，在垂直方向上可以观察到___________。（3）Cu2O属于离子晶体，晶体结构如图所示。图中●表示的微粒是___________。A.Cu B.Cu+ C.Cu2+ D.O2-【答案】（1）①.ⅠB族②.C（2）出现一条光亮的通路(出现丁达尔现象)（3）B【解析】【小问1详解】29Cu是29号元素，在元素周期表中的位置是第四周期ⅠB族；根据洪特规则，基态铜原子的价电子排布式为3d104s1，选C。【小问2详解】在普通玻璃中加入纳米Cu2O可制成红色玻璃。有色玻璃属于固溶胶，用光束照射该玻璃，在垂直方向上可以观察到出现一条光亮的通路(出现丁达尔现象)。【小问3详解】Cu2O属于离子晶体，根据均摊原则，晶胞中白球数为、黑球数为4。根据化学式Cu2O，可知图中●表示的微粒是Cu+，选B。6.Cu2O溶于浓氨水中形成无色的[Cu(NH3)2]+，该无色溶液接触空气会很快变成深蓝色。（1）[Cu(NH3)2]+中NH3的N原子提供___________，与中心离子形成___________。A.空轨道、离子键 B.孤电子对、离子键C.空轨道、配位键 D.孤电子对、配位键（2）已知NH3分子中H-N-H键角为107°，则[Cu(NH3)2]+中H-N-H键角___________。A.大于107° B.小于107° C.等于107° D.等于120°（3）无色溶液在空气中变色的原因可表示为：[Cu(NH3)2]++NH3·H2O+___________=[Cu(NH3)4]2++___________+H2O完成并配平上述离子方程式。___________【答案】（1）D（2）A（3）4[Cu(NH3)2]++8NH3·H2O+O2=4[Cu(NH3)4]2++4OH-+6H2O【解析】【小问1详解】[Cu(NH3)2]+中Cu+和NH3通过配位键结合，NH3中的N原子提供孤电子对，与中心离子形成配位键，选D。【小问2详解】NH3分子中N原子采用SP3杂化，有1个孤电子对，H-N-H键角为107°，[Cu(NH3)2]+中N原子采用SP3杂化，无孤电子对，所以H-N-H键角大于107°，选A。【小问3详解】无色溶液在空气中变色，[Cu(NH3)2]+被氧气氧化为[Cu(NH3)4]2+，Cu元素化合价由+1升高为+2、氧气中氧元素化合价由0降低为-2，根据得失电子守恒、电荷守恒，配平反应方程式为4[Cu(NH3)2]++8NH3·H2O+O2=4[Cu(NH3)4]2++4OH-+6H2O。7.纳米Cu2O的制备方法有多种，常见的有还原法、电解法等。（1）还原法以葡萄糖作为主要原料。能用葡萄糖制备Cu2O是因为其分子中含有___________(填官能团名称)，制备时除了葡萄糖溶液与硫酸铜溶液外，还需要___________(填试剂名称)。（2）电解法制备Cu2O的装置如图所示，电解过程中阳极依次发生反应：①Cu-e-+Cl-=CuCl②CuCl(s)+OH-(aq)=CuOH(s)+Cl-(aq)③2CuOH=Cu2O+H2O阴极的电极反应式为___________；该法制备Cu2O的总反应可以表示为：___________。【答案】（1）①.醛基②.氢氧化钠浓溶液（2）①.2H2O+2e-=2OH-+H2②.2Cu+H2OCu2O+H2↑【解析】【小问1详解】葡萄糖是多羟基醛，其中醛基能将氢氧化铜还原成氧化亚铜，所以可以用葡萄糖还原法制Cu2O；该制备方案利用了氢氧化铜悬浊液的弱氧化性，则制备时除了葡萄糖溶液与硫酸铜溶液外，还需要氢氧化钠浓溶液提供碱性环境；【小问2详解】按照放电顺序，阴极为水中的氢离子得电子生成H2，电极反应式为：2H2O+2e-=2OH-+H2，阳极区的总反应式为：；故制备的总反应可以表示为2Cu+H2OCu2O+H2↑。三、重要的氮肥—尿素的合成(本题共19分)8.尿素[CO(NH2)2]是一种重要的氮肥。工业上以CO2和NH3为原料合成尿素，在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：反应Ⅰ：2NH3(g)+CO2(g)H2NCOONH4(s)(氨基甲酸铵)ΔH1=-272反应Ⅱ：H2NCOONH4(s)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)ΔH2=总反应Ⅲ：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)∆H3（1）CO2的电子式为___________；1molCO(NH2)2中含有___________molπ键。（2）反应Ⅰ的熵变ΔS___________填“”“”或“”，反应Ⅲ的H3=___________。（3）下列关于尿素合成的说法正确的是___________。A.及时分离出尿素可促使反应Ⅱ向正反应方向移动B.从合成塔出来的混合气体分离出水蒸气后可以循环使用C.保持容积不变，充入惰性气体增大压强，可提高总反应Ⅲ的反应速率D.保持压强不变，降低氨碳比[n(NH3)/n(CO2)]可提高反应Ⅰ中NH3的平衡转化率【答案】8.①.②.19.①.<②.10.BD【解析】【小问1详解】CO2中C与O之间形成两个共用电子对，CO2的电子式为；尿素CO(NH2)2中含有一个C=O双键，其余都是单键，1molCO(NH2)2中含有1molπ键。故答案为：；1；【小问2详解】反应Ⅰ为气体体积减小的反应，熵变ΔS<0，由盖斯定律可知，反应Ⅰ+Ⅱ=Ⅲ，则ΔH3=(-272kJ/mol)+(+138kJ/mol)=-134kJ/mol；反应Ⅲ的H3=。故答案为：<；-134kJ/mol；【小问3详解】A.尿素是固体，减少固体的量平衡不移动，故A错误；B.从合成塔出来的混合气体分离出水蒸气剩余氨气和二氧化碳，可以循环使用，故B正确；C.保持容积不变，充入惰性气体增大压强，但是反应物气体的浓度不变，反应速率不变，故C错误；D.保持压强不变，降低氨碳比[n(NH3)/n(CO2)]可以使平衡向右移动，可提高反应Ⅰ中NH3的平衡转化率，故D正确；故答案为：BD。9.研究反应Ⅰ的逆反应对提高尿素产率有重要意义。某研究学习小组把一定量的氨基甲酸铵固体放入容积为2L的密闭容器中，在T℃下分解：NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)，t1时达到化学平衡。c(CO2)随时间t变化曲线如图所示。（1）可以判断该分解反应已经达到平衡的是___________。A.混合气体的平均摩尔质量不变 B.密闭容器中总压强不变C.密闭容器中混合气体的密度不变 D.密闭容器中氨气的体积分数不变（2）T时，该反应的化学平衡常数K的值为___________。（3）在0～t1时间内该化学反应速率v(NH3)=___________。（4）若其他条件不变，t2时将容器体积压缩到1L，t3时达到新的平衡。请在图中画出t2～t4时间内c(CO2)随时间t变化的曲线。___________【答案】（1）BC（2）0.0005（3）0.10/t1mol·L-1·s-1（4）【解析】【小问1详解】A．该反应的反应物为固体，混合气体的平均摩尔质量由生成物决定，而两种生成物的物质的量之比为定值，故混合气体的平均摩尔质量始终保持不变，故A不能说明平衡；B．密闭容器中总压强取决于气体的物质的量，只要此反应未达到平衡，则气体的物质的量始终发生变化，则压强始终变化，故压强不变可以说明平衡，故B正确；C．气体的密度等于气体的质量除以容器的体积，容器的体积不变，只要此反应未达到平衡，则气体的质量始终发生变化，则密度始终变化，故密度不变可以说明平衡，故C正确；D．密闭容器中氨气和二氧化碳的比例始终为2：1，则氨气的体积分数始终为定值，故密闭容器中氨气的体积分数不变不能说明平衡，故D错误；故选BC。【小问2详解】该反应的化学平衡常数，平衡时c(CO2)=0.05mol/L，而氨气和二氧化碳的比例始终为2：1，故c(NH3)=0.1mol/L，故【小问3详解】在0～t1时间内，氨气的浓度变化值为0.1mol/L，故该化学反应速率v(NH3)=0.10/t1mol·L-1·s-1；【小问4详解】若其他条件不变，t2时将容器体积压缩到1L，则在那一刻二氧化碳的浓度达到0.1mol/L，t3时达到新的平衡时，根据且温度不变可知二氧化碳的浓度应该回到0.05mol/L才能保证平衡常数不变，具体图像如图：四、祛痰药溴己新的合成(本题共20分)10.溴己新(Ⅰ)又称必嗽平，常用作祛痰药。可通过下列路线合成：（1）有机物A(甲苯)可以通过煤的干馏获得。下列有关说法正确的是___________。A.煤的干馏属于物理变化B.甲苯分子中的所有原子都在同一平面上C.甲苯分子中碳原子的杂化方式有和两种D.甲苯及其同系物都能使酸性高锰酸钾溶液褪色（2）写出B的名称：___________；E的结构简式：___________。（3）反应②与反应⑥的反应类型分别为___________。A.取代、取代 B.氧化、加成 C.氧化、还原 D.氧化、取代（4）反应①所需的试剂是___________；该反应还能生成B的多种同分异构体，写出其中核磁共振氢谱波峰数目最少的结构简式___________。（5）写出反应③的反应式：___________。（6）请写出满足下列条件的F的同分异构体的结构简式：___________(任写一种)。i．含有氨基与羧基；ii．苯环上只有一个取代基iii．分子中含有两个手性碳原子（7）请写出以和为原料制备的合成路线______。【答案】10.C11.①.邻硝基甲苯②.12.D13.①.浓硝酸、浓硫酸②.14.15.、、16.+Cl2+【解析】【分析】甲苯发生硝化反应引入硝基得到B，B中甲基被酸性高锰酸钾氧化为羧基得到C，C发生酯化反应得到D，D中硝基被还原为氨基得到E：，E中苯环氢发生取代引入溴原子得到F，F中酯基被还原为羟基得到G，G中羟基发生取代引入氯原子得到H，H中氯原子被取代发生取代生成I；【小问1详解】A．煤的干馏过程生成新物质，属于化学变化，错误；B．甲苯分子中甲基为四面体结构，故所有原子不在同一平面上，错误；C．甲苯分子中苯环碳原子的杂化方式为、甲基碳原子为杂化，正确；D．同系物是指结构相似、分子组成相差若干个“CH2”原子团的有机化合物；甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色，但其同系物不一定能使酸性高锰酸钾褪色，例如不能使酸性高锰酸钾褪色，错误；故选C；【小问2详解】由结构可知，B的名称：邻硝基甲苯；由分析可知，E的结构简式：；【小问3详解】B中甲基被酸性高锰酸钾氧化为羧基得到C，反应②为氧化反应；H中氯原子被取代发生取代生成I，反应⑥为取代反应；故选D；【小问4详解】甲苯发生硝化反应引入硝基得到B，故反应①所需的试剂是浓硝酸、浓硫酸；该反应还能生成B的多种同分异构体，其中核磁共振氢谱波峰数目最少，则其结构对称，其结构简式为；【小问5详解】C中羧基和乙醇在浓硫酸催化作用下发生酯化反应得到D，反应为：；【小问6详解】F中除苯环外含有2个溴、1个氨基、1个酯基、3个碳，其同分异构体符合：i．含有氨基与羧基，则有-NH2、-COOH；ii．苯环上只有一个取代基；iii．分子中含有两个手性碳原子，则除羧基外支链上2个碳的四个取代基不同；结构可以为：、、；【小问7详解】首先和氯气加成生成，再和发生取代反应生成，最后加聚得到产物，故流程为：+Cl2+。五、三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备(本题共21分)11.三草酸合铁(Ⅲ)酸钾是一种经典的光敏剂，也是制备负载型活性铁催化剂的主要原料。用废铁屑(含少量、)先制备草酸铁，然后再制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾。Ⅰ．制备草酸亚铁已知：部分氢氧化物沉淀时溶液的如下表：沉淀物开始沉淀2.3753.4完全沉淀3.29.74.4（1）加入过量废铁屑的主要目的是___________。A.提高铁的利用率 B.除去溶液中的C.防止被氧化 D.抑制的水解（2）加入少量后，混合溶液范围应调控___________。A.3.2以下 B. C. D.7.5以上（3）写出反应Ⅱ的离子方程式：___________。（4）关于溶液中有关离子浓度的说法正确的是___________。A.BC.D.对溶液进行稀释，与比值变小Ⅱ．制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾步骤一：在草酸亚铁固体中，加入饱和溶液；步骤二：保持恒温40℃，边搅拌边缓慢加入溶液，直至氧化完全；步骤三：将溶液加热至沸，加入饱和溶液，溶液转为绿色，获得三草酸合铁(Ⅲ)酸钾溶液。（5）从步骤三所得溶液获得三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体的操作依次为水浴浓缩、___________、___________，然后用乙醇淋洗。（6）步骤二使用做氧化剂，其优点是___________；滴加时需保持恒温40℃，原因是___________。（7）三草酸合铁(Ⅲ)酸钾溶液中存在如下过程：，某同学想检验的存在，结合属于难溶电解质的特点，他向三草酸合铁(Ⅲ)酸钾溶液中加入溶液，并未看到有沉淀生成。从平衡角度解释上述现象___________。Ⅲ．三草酸合铁(Ⅲ)酸钾含量测定测定三草酸合铁(Ⅲ)酸钾样品纯度的方法如下：称取样品0.2415g，放入250mL锥形瓶中，加入25mL水和，用标准溶液滴定至终点，反应原理为：（8）确认滴定终点的操作是____