2021年普通高等校招生全国统一考试 甲卷化学化学试卷含答案

2021年普通高等校招生全国统一考试甲卷化学一、选择题7．化学与人体健康及环境保护息息相关。下列叙述正确的是()A．食品加工时不可添加任何防腐剂B．掩埋废旧电池不会造成环境污染C．天然气不完全燃烧会产生有毒气体D．使用含磷洗涤剂不会造成水体污染C[食品加工时可以添加防腐剂，但要控制用量，A错误；废旧电池中含有重金属(如汞等)，会造成土壤污染，B错误；天然气不完全燃烧会产生有毒气体一氧化碳，C正确；含磷洗涤剂会造成水体富营养化，D错误。]8．NA为阿伏加德罗常数的值。下列叙述正确的是()A．18g重水(D2O)中含有的质子数为10NAB．3mol的NO2与H2O完全反应时转移的电子数为4NAC．32g环状S8()分子中含有的S—S键数为1NAD．1LpH＝4的0.1mol·L－1K2Cr2O7溶液中Cr2Oeq\o\al(2－,7)离子数为0.1NAC[重水的摩尔质量是20g·mol－1，1mol重水中含有10mol质子，所以18g重水中含有的质子数为eq\f(18,20)×10×NA＝9NA，A错误；NO2与H2O反应的化学方程式为3NO2＋H2O=2HNO3＋NO，则3molNO2与H2O完全反应时转移的电子数为2NA，B错误；1molS8分子中含有8molS—S键，32gS8分子中含有的S—S键数为eq\f(32g,32g·mol－1×8)×8×NAmol－1＝1NA，C正确；由于K2Cr2O7溶液中存在Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋平衡，1LpH＝4的0.1mol·L－1K2Cr2O7溶液中Cr2Oeq\o\al(2－,7)离子数小于0.1NA，D错误。]9．实验室制备下列气体的方法可行的是气体方法A氨气加热氯化铵固体B二氧化氮将铝片加到冷浓硝酸中C硫化氢向硫化钠固体滴加浓硫酸D氧气加热氯酸钾和二氧化锰的混合物D[实验室可用氢氧化钙和氯化氨固体加热制氨气，而不用加热氯化铵固体制氨气，这是因为氯化铵固体加热生成氨气和氯化氢，二者冷却后又生成氯化铵固体，A不符合题意；将铝片加到冷浓硝酸中会发生钝化，在铝片表面生成致密的氧化膜，阻止反应进一步进行，故不能制得二氧化氮，B不符合题意；向硫化钠固体中滴加浓硫酸，浓硫酸有强氧化性，硫化钠有强还原性，二者会发生氧化还原反应，不能生成硫化氢气体，C不符合题意；加热氯酸钾和二氧化锰的混合物，由于二氧化锰的催化作用，可加快氯酸钾的分解，从而制得氧气，D符合题意。]10．下列叙述正确的是()A．甲醇既可发生取代反应也可发生加成反应B．用饱和碳酸氢钠溶液可以鉴别乙酸和乙醇C．烷烃的沸点高低仅取决于碳原子数的多少D．戊二烯与环戊烷互为同分异构体B[甲醇中含有羟基，能与羧基发生酯化反应(即取代反应)，甲醇中不含有碳碳双键、碳碳三键、碳氧双键等不饱和键，所以不能发生加成反应，A错误；乙酸具有酸性，能和碳酸氢钠反应产生二氧化碳气体，乙醇和碳酸氢钠不反应，二者现象不同，能鉴别，B正确；烷烃的沸点高低不仅取决于碳原子数的多少，还与其支链有关，烷烃的同分异构体中，支链越多，沸点越低，C错误；戊二烯的分子式为C5H8，环戊烷的分子式为C5H10，二者不互为同分异构体，D错误。]11．W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z的最外层电子数是W和X的最外层电子数之和，也是Y的最外层电子数的2倍。W和X的单质常温下均为气体。下列叙述正确的是()A．原子半径：Z>Y>X>WB．W与X只能形成一种化合物C．Y的氧化物为碱性氧化物，不与强碱反应D．W、X和Z可形成既含有离子键又含有共价键的化合物D[综合推断知，W为H、X为N、Y为Al、Z为S。一般来说，电子层数越多，原子半径越大；电子层数相同，核电荷数越大，原子半径越小，所以原子半径：Y>Z>X>W，A错误。H、N可以形成NH3、N2H4等多种化合物，B错误。Y的氧化物为Al2O3，Al2O3是两性氧化物，既能与强酸反应，也能与强碱反应，C错误。H、N和S可以形成(NH4)2S，该化合物中既含有离子键也含有共价键，D正确。]12．已知相同温度下，Kspeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(BaSO4))<Kspeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(BaCO3))。某温度下，饱和溶液中－lgeq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(SOeq\o\al(2－,4)))))、－lgeq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(COeq\o\al(2－,3)))))与－lgeq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Ba2＋))))的关系如图所示。下列说法正确的是()A．曲线①代表BaCO3的沉淀溶解曲线B．该温度下BaSO4的Kspeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(BaSO4))值为1.0×10－10C．加适量BaCl2固体可使溶液由a点变到b点D．ceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Ba2＋))＝10－5.1时两溶液中eq\f(c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(SOeq\o\al(2－,4))),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(COeq\o\al(2－,3))))＝10y2－y1B[Ksp(BaSO4)<Ksp(BaCO3)，当－lg[c(Ba2＋)]＝5.1时，即c(Ba2＋)＝10－5.1时，y1<y2，所以阴离子浓度：c点>d点，即c点对应的Ksp要大些，根据Ksp的大小可知，曲线②代表BaCO3的沉淀溶解曲线，曲线①代表BaSO4的沉淀溶解曲线，A错误；曲线①，当－lg[c(Ba2＋)]＝4.0时，－lg[c(SOeq\o\al(2－,4))]＝6.0，则c(Ba2＋)＝1.0×10－4、c(SOeq\o\al(2－,4))＝1.0×10－6，所以Ksp(BaSO4)＝c(Ba2＋)·c(SOeq\o\al(2－,4))＝1.0×10－10，B正确；加入适量BaCl2固体后，由于c(Ba2＋)增大，所以BaCO3(s)Ba2＋(aq)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)平衡逆向移动，c(COeq\o\al(2－,3))减小，所以溶液应该由b点变到a点，C错误；由题图中数据可知，c(Ba2＋)＝10－5.1时，eq\f(c（SOeq\o\al(2－,4)）,c（COeq\o\al(2－,3)）)＝eq\f(10－y2,10－y1)＝10y1－y2，D错误。]13．乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是()A．KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用B．阳极上的反应式为＋2H＋＋2e－→＋H2OC．制得2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol电子D．双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移D[由题图可知，在铅电极乙二酸变成乙醛酸是去氧的过程，发生还原反应，则铅电极是电解装置的阴极，石墨电极发生氧化反应，反应为2Br－－2e－=Br2，是电解装置的阳极。由上述分析可知，Br－起到还原剂的作用，A错误；阳极上的反应式为2Br－－2e－=Br2，B错误；制得2mol乙醛酸，实际上是左、右两侧各制得1mol乙醛酸，共转移2mol电子，故理论上外电路中迁移的电子数为2mol，C错误；电解装置中，阳离子移向阴极(即铅电极)，D正确。]二、非选择题26．碘(紫黑色固体，微溶于水)及其化合物广泛用于医药、染料等方面。回答下列问题：(1)I2的一种制备方法如下图所示：①加入Fe粉进行转化反应的离子方程式为________________________________________________，生成的沉淀与硝酸反应，生成________后可循环使用。②通入Cl2的过程中，若氧化产物只有一种，反应的化学方程式为______________________________________________________________________；若反应物用量比neq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Cl2))/neq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(FeI2))＝1.5时，氧化产物为________；当neq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Cl2))/neq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(FeI2))>1.5，单质碘的收率会降低，原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)以NaIO3为原料制备I2的方法是：先向NaIO3溶液中加入计量的NaHSO3，生成碘化物；再向混合溶液中加入NaIO3溶液，反应得到I2。上述制备I2的总反应的离子方程式为_________________________________________。(3)KI溶液和CuSO4溶液混合可生成CuI沉淀和I2，若生成1molI2，消耗的KI至少为________mol。I2在KI溶液中可发生反应：I2＋I－Ieq\o\al(－,3)。实验室中使用过量的KI与CuSO4溶液反应后，过滤，滤液经水蒸气蒸馏可制得高纯碘。反应中加入过量KI的原因是__________________________________________________________________________________________________________________。[解析](1)①悬浊液为AgI的饱和溶液，加入Fe粉进行转化反应的离子方程式是2AgI＋Fe=2Ag＋Fe2＋＋2I－；生成的沉淀为Ag，Ag与HNO3反应生成AgNO3，AgNO3可以循环使用。②由于还原性：I－＞Fe2＋，故通入Cl2的过程中，若氧化产物只有一种，该产物应是I2，此时反应的化学方程式是FeI2＋Cl2=I2＋FeCl2；若eq\f(n（Cl2）,n（FeI2）)＝1.5，正好将Fe2＋氧化为Fe3＋，反应的化学方程式是2FeI2＋3Cl2=2FeCl3＋2I2；当eq\f(n（Cl2）,n（FeI2）)＞1.5时，单质I2的收率会降低，说明Cl2可以进一步将I2氧化为高价态的碘的化合物。(2)NaIO3具有氧化性，NaHSO3具有还原性，二者发生氧化还原反应生成NaI和Na2SO4，反应的离子方程式是IOeq\o\al(－,3)＋3HSOeq\o\al(－,3)=3SOeq\o\al(2－,4)＋I－＋3H＋；NaI和NaIO3在酸性条件下，继续发生氧化还原反应生成I2，反应的离子方程式是5I－＋IOeq\o\al(－,3)＋6H＋=3I2＋3H2O，故制备I2的总反应的离子方程式是2IOeq\o\al(－,3)＋5HSOeq\o\al(－,3)=I2＋5SOeq\o\al(2－,4)＋H2O＋3H＋。(3)由题给信息可推断出CuSO4和KI发生反应的化学方程式是2CuSO4＋4KI=2CuI↓＋I2＋2K2SO4，故若生成1molI2，消耗的KI至少为4mol；Ieq\o\al(－,3)的生成增大了I2在水中的溶解度，反应中加入过量的KI可以防止单质碘析出。[答案](1)①2AgI＋Fe=2Ag＋Fe2＋＋2I－AgNO3②FeI2＋Cl2=I2＋FeCl2I2、FeCl3I2被进一步氧化(2)2IOeq\o\al(－,3)＋5HSOeq\o\al(－,3)=I2＋5SOeq\o\al(2－,4)＋H2O＋3H＋(3)4防止单质碘析出27．胆矾(CuSO4·5H2O)易溶于水，难溶于乙醇。某小组用工业废铜焙烧得到的CuO(杂质为氧化铁及泥沙)为原料与稀硫酸反应制备胆矾，并测定其结晶水的含量。回答下列问题：(1)制备胆矾时，用到的实验仪器除量筒、酒精灯、玻璃棒、漏斗外，还必须使用的仪器有________(填标号)。A．烧杯 B．容量瓶C．蒸发皿 D．移液管(2)将CuO加入到适量的稀硫酸中，加热，其主要反应的化学方程式为________________，与直接用废铜和浓硫酸反应相比，该方法的优点是________________________。(3)待CuO完全反应后停止加热，边搅拌边加入适量H2O2，冷却后用NH3·H2O调pH为3.5～4，再煮沸10min，冷却后过滤。滤液经如下实验操作：加热蒸发、冷却结晶、________、乙醇洗涤、________，得到胆矾。其中，控制溶液pH为3.5～4的目的是________，煮沸10min的作用是________。(4)结晶水测定：称量干燥坩埚的质量为m1，加入胆矾后总质量为m2，将坩埚加热至胆矾全部变为白色，置于干燥器中冷至室温后称量，重复上述操作，最终总质量恒定为m3。根据实验数据，胆矾分子中结晶水的个数为________(写表达式)。(5)下列操作中，会导致结晶水数目测定值偏高的是________(填标号)。①胆矾未充分干燥②坩埚未置于干燥器中冷却③加热时有少胆矾迸溅出来[解析](1)CuO与稀H2SO4在烧杯中进行反应，为了得到胆矾，需要对溶液进行蒸发，在蒸发皿中蒸发溶液，故选AC。(2)CuO与稀H2SO4反应的化学方程式是CuO＋H2SO4eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋H2O；该方法的优点是不会产生污染空气的SO2，且H2SO4的用量是Cu与浓H2SO4反应时的一半，即硫酸的利用率高。(3)CuO与稀H2SO4加热反应后，溶液中存在Fe3＋和Cu2＋，加NH3·H2O调节溶液pH为3.5～4，目的是使Fe3＋沉淀并抑制Cu2＋水解，再煮沸10min的目的是使Fe3＋全部转化为Fe(OH)3沉淀，防止有Fe(OH)3胶体生成影响胆矾的纯度，且便于过滤除去。具体操作步骤是将滤液加热蒸发、冷却结晶、过滤、乙醇洗涤、干燥，最终得到胆矾。(4)由题意知，结晶水的质量为m2－m3，硫酸铜的质量为m3－m1，设胆矾的化学式为CuSO4·xH2O，根据分子个数比等于物质的量之比，则x＝eq\f(\f(m2－m3,18),\f(m3－m1,160))＝eq\f(80×（m2－m3）,9×（m3－m1）)。(5)胆矾未充分干燥，会使测定的水的质量偏高，则会导致结晶水数目测定值偏高，①符合题意；坩埚未置于干燥器中冷却，会使测定的水的质量偏低，则会导致结晶水数目测定值偏低，②不符合题意；加热时有少量胆矾迸溅出来，会使测定的水的质量偏高，则会导致结晶水数目测定值偏高，③符合题意。[答案](1)AC(2)CuO＋H2SO4eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋H2O不产生SO2(硫酸利用率高)(3)过滤干燥除尽铁和抑制CuSO4水解破坏Fe(OH)3胶体，易于过滤(4)eq\f(80×（m2－m3）,9×（m3－m1）)(5)①③28．二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题：(1)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)该反应一般认为通过如下步骤来实现：①CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH1＝＋41kJ·mol－1②CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)ΔH2＝－90kJ·mol－1总反应的ΔH＝________kJ·mol－1；若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是________(填标号)，判断的理由是_______________________________________________________________________________。ABCD(2)合成总反应在起始物neq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2))/neq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CO2))＝3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH)，在t＝250℃下的xeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CH3OH))～p、在p＝5×105Pa下的xeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CH3OH))～t如图所示。①用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp＝________；②图中对应等压过程的曲线是________，判断的理由是______________________________________________________________；③当xeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CH3OH))＝0.10时，CO2的平衡转化率α＝________，反应条件可能为________或________。[解析](1)由盖斯定律可知，反应①＋反应②得总反应方程式，则总反应的ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝＋41kJ·mol－1＋(－90kJ·mol－1)＝－49kJ·mol－1。该总反应是放热反应，生成物的总能量比反应物的总能量低，B、D错误；反应①为慢反应，是总反应的决速步骤，则反应①的活化能比反应②的大，A正确，C错误。(2)①根据H2和CO2合成甲醇的总反应化学方程式可知，压强平衡常数表达式Kp＝eq\f(p（H2O）·p（CH3OH）,p3（H2）·p（CO2）)。②H2和CO2合成甲醇的总反应为放热反应，则升高温度，平衡向逆反应方向移动，即混合气体中的甲醇蒸气含量减小，故曲线b为5×105Pa时等压过程的曲线，而曲线a为250℃时等温过程的曲线。③根据eq\f(n（H2）,n（CO2）)＝3，设初始时H2的物质的量为3mol，CO2的物质的量为1mol，参加反应的CO2的物质的量为amol，用“三段式”计算：CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)起始/mol1300转化/mola3aaa平衡/mol1－a3－3aaa则x(CH3OH)＝eq\f(a,4－2a)＝0.10，解得a＝eq\f(1,3)，故CO2的平衡转化率为eq\f(\f(1,3)mol,1mol)×100%≈33.3%。对照题图中的x(CH3OH)＝0.10可知，反应条件是9×105Pa、250℃或5×105Pa、210℃。[答案](1)－49AΔH1为正值，ΔH2和ΔH为负值，反应①活化能大于反应②的活化能(2)①eq\f(p（H2O）·p（CH3OH）,p3（H2）·p（CO2）)②b总反应ΔH＜0，升高温度时平衡向逆反应方向移动，甲醇的物质的量分数变小③33.3%5×105Pa、210℃9×105Pa、250℃【化学—选修3：物质结构与性质】35．我国科学家研发的全球首套千吨级太阳能燃料合成项目被形象地称为“液态阳光”计划。该项目通过太阳能发电电解水制氢，再采用高选择性催化剂将二氧化碳加氢合成甲醇。回答下列问题：(1)太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。Si的价电子层的电子排式为________；单晶硅的晶体类型为________。SiCl4是生产高纯硅的前驱体，其中Si采取的杂化类型为________。SiCl4可发生水解反应，机理如下：含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，中间体SiCl4(H2O)中Si采取的杂化类型为________(填标号)。(2)CO2分子中存在________个σ键和________个π键。(3)甲醇的沸点(64.7℃)介于水(100℃)和甲硫醇(CH3SH，7.6℃)之间，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其组成为ZnO/ZrO2固溶体。四方ZrO2晶胞如图所示。Zr4＋离子在晶胞中的配位数是________，晶胞参数为apm、apm、cpm，该晶体密度为________g·cm－3(写出表达式)。在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1－xOy，则y＝________(用x表达)。[解析](1)基态硅原子M层有4个电子，分别填充于3s和3p能级轨道中，则基态硅原子价电子排布式为3s23p2。单质硅熔、沸点高，硬度大，是原子晶体(或共价晶体)。SiCl4的中心原子硅原子周围有4对成键电子对，则Si采取sp3杂化。由中间体SiCl4(H2O)的结构可知，Si原子周围有5对成键电子对，故该杂化轨道含1个s杂化轨道、3个p杂化轨道和1个d杂化轨道，则Si采取的杂化类型为sp3d。(2)CO2分子的结构为O=C=O，则1个CO2分子中含2个σ键和2个π键。(3)甲醇的结构简式是CH3OH，1个甲醇分子可形成1个分子间氢键，而1个H2O分子可形成2个分子间氢键，水中氢键比例比甲醇高，故水的沸点比甲醇高，甲硫醇中不存在氢键，其沸点最低。(4)以ZrO2晶胞结构的上面面心的Zr4＋为研究对象，将晶体结构向上由1个晶胞延长为2个晶胞，可观察到与该Zr4＋距离最近的O2－有8个，则Zr4＋的配位数为8。该晶胞中含8个O2－，Zr4＋个数为8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4(个)，则1个晶胞的质量为eq\f(4×91＋8×16,NA)g，1个晶胞的体积为a2c×10－30cm3，则该晶体的密