2021年普通高等学校招生全国统一考试理科综合能力测试(乙卷化学)化学试卷含答案

2021年普通高等学校招生全国统一考试理科综合能力测试(乙卷化学)可能用到的相对原子质量：H—1C—12N—14O—16Na—23Al—27Cl—35.5Fe—56一、选择题7．我国提出争取在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，这对于改善环境、实现绿色发展至关重要。“碳中和”是指CO2的排放总量和减少总量相当。下列措施中能促进碳中和最直接有效的是()A．将重质油裂解为轻质油作为燃料B．大规模开采可燃冰作为新能源C．通过清洁煤技术减少煤燃烧污染D．研发催化剂将CO2还原为甲醇D[“碳中和”实际上就是通过植树造林、节能减排等方法实现二氧化碳的“零排放”。重质油裂解为轻质油，只是将长链烃变为短链烃，燃烧产生的二氧化碳的量不会改变，A错误；可燃冰作为新能源，其主要成分为甲烷，燃烧依旧会产生二氧化碳，B错误；清洁煤技术主要是减少二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒物等污染物的排放，但不能减少二氧化碳的排放，C错误；将二氧化碳转化为其他能源是实现“碳中和”最直接有效的一种方法，D正确。]8．在实验室采用如图装置制备气体，合理的是()化学试剂制备的气体ACa(OH)2＋NH4ClNH3BMnO2＋HCl(浓)Cl2CMnO2＋KClO3O2DNaCl＋H2SO4(浓)HClC[氨气的密度小于空气，收集氨气需要用向下排空气法收集，A不合理；由题给装置图可知，该实验装置可用于固固加热型反应，而浓盐酸是液体，所以不能用该装置制备Cl2，B不合理；KClO3受热分解制备氧气属于固固加热型，且氧气密度大于空气，可用向上排空气法收集，C合理；浓硫酸是液体，所以不能用该装置制备HCl，D不合理。]9．下列过程中的化学反应，相应的离子方程式正确的是()A．用碳酸钠溶液处理水垢中的硫酸钙：COeq\o\al(2－,3)＋CaSO4=CaCO3＋SOeq\o\al(2－,4)B．过量铁粉加入稀硝酸中：Fe＋4H＋＋NOeq\o\al(－,3)=Fe3＋＋NO↑＋2H2OC．硫酸铝溶液中滴加少量氢氧化钾溶液：Al3＋＋4OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2OD．氯化铜溶液中通入硫化氢：Cu2＋＋S2－=CuS↓A[用碳酸钠溶液处理水垢中的硫酸钙，发生难溶电解质的转化，硫酸钙转化为碳酸钙，A正确；过量铁粉加入稀硝酸中，最终生成Fe2＋，B错误；向硫酸铝溶液中滴加少量氢氧化钾溶液，反应的离子方程式为Al3＋＋3OH－=Al(OH)3↓，C错误；氯化铜溶液中通入硫化氢，H2S是弱酸，应写化学式，反应的离子方程式为Cu2＋＋H2S=CuS↓＋2H＋，D错误。]10．一种活性物质的结构简式为，下列有关该物质的叙述正确的是()A．能发生取代反应，不能发生加成反应B．既是乙醇的同系物也是乙酸的同系物C．与互为同分异构体D．1mol该物质与碳酸钠反应得44gCO2C[该有机物分子中含有碳碳双键，可以发生加成反应，A错误；该有机物分子中含有三种官能团：碳碳双键、羧基、羟基，与乙醇和乙酸的结构都不相似，既不是乙醇的同系物，也不是乙酸的同系物，B错误；该有机物分子与的分子式相同、结构不同，故二者互为同分异构体，C正确；1mol该有机物分子中含有1mol羧基，与碳酸钠反应产生0.5molCO2，即22gCO2，D错误。]11．我国嫦娥五号探测器带回1.731kg的月球土壤，经分析发现其构成与地球土壤类似。土壤中含有的短周期元素W、X、Y、Z，原子序数依次增大，最外层电子数之和为15。X、Y、Z为同周期相邻元素，且均不与W同族，下列结论正确的是A．原子半径大小顺序为W>X>Y>ZB．化合物XW中的化学键为离子键C．Y单质的导电性能弱于Z单质的D．Z的氧化物的水化物的酸性强于碳酸B[由于X、Y、Z为同周期相邻元素，因此它们的最外层电子数之和必然是3的倍数并且小于15。假设是12，则X、Y、Z最外层电子数依次为3、4、5，W的最外层电子数为3，则W与X同族，与题意不符；假设是9，则X、Y、Z最外层电子数依次为2、3、4，W的最外层电子数为6，符合题意。由W、X、Y、Z的原子序数依次增大可知，W、X、Y、Z分别是O、Mg、Al、Si。原子半径：Mg>Al>Si>O，即X>Y>Z>W，A错误；化合物MgO由Mg2＋和O2－构成，所含化学键为离子键，B正确；Al是导体，而Si是半导体，Al的导电性大于Si，C错误；Si的氧化物的水化物为H2SiO3，其酸性弱于碳酸，D错误。]12．沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率，为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。下列叙述错误的是()A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClOC．阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气D．阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理D[海水中存在大量的Cl－，在阳极Cl－放电生成Cl2，A叙述正确；阴极H2O放电生成H2和OH－，OH－与Cl2反应生成ClO－，因此管道中存在一定量的NaClO，B叙述正确；因为H2为可燃性气体，所以阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气，C叙述正确；阴极产生OH－，因此会在阴极表面形成Mg(OH)2等积垢，需定期清理以保持良好的导电性，D叙述错误。]13．HA是一元弱酸，难溶盐MA的饱和溶液中c(M＋)随c(H＋)而变化，M＋不发生水解。实验发现，298K时c2(M＋)～c(H＋)为线性关系，如下图中实线所示。下列叙述错误的是()A．溶液pH＝4时，c(M＋)<3.0×10－4mol·L－1B．MA的溶度积Ksp(MA)＝5.0×10－8C．溶液pH＝7时，c(M＋)＋c(H＋)＝c(A－)＋c(OH－)D．HA的电离常数Ka(HA)≈2.0×10－4C[HA为弱酸，电离方程式为HAH＋＋A－，电离常数Ka＝eq\f(c（H＋）·c（A－）,c（HA）)；MA是难溶电解质，存在MA(s)M＋(aq)＋A－(aq)，溶度积Ksp(MA)＝c(M＋)·c(A－)；A－在溶液中发生水解，水解反应的离子方程式为A－＋H2OHA＋OH－；在溶液中，根据物料守恒，c(M＋)＝c(A－)＋c(HA)。Ka(HA)＝eq\f(c（H＋）·c（A－）,c（HA）)＝eq\f(c（H＋）·c（A－）,c（M＋）－c（A－）)＝eq\f(c（H＋）·\f(Ksp（MA）,c（M＋）),c（M＋）－\f(Ksp（MA）,c（M＋）))＝eq\f(c（H＋）·Ksp（MA）,c2（M＋）－Ksp（MA）)，则c2(M＋)＝eq\f(Ksp（MA）,Ka（HA）)·c(H＋)＋Ksp(MA)，c2(M＋)与c(H＋)呈线性关系，其中eq\f(Ksp（MA）,Ka（HA）)表示斜率，Ksp(MA)表示截距。由题图可以看出，Ksp(MA)＝5.0×10－8，c(H＋)＝10×10－5mol·L－1时，c2(M＋)＝7.5×10－8(mol·L－1)2，则eq\f(Ksp（MA）,Ka（HA）)＝eq\f(c2（M＋）－Ksp（MA）,c（H＋）)＝eq\f(（7.5－5.0）×10－8,10×10－5)＝2.5×10－4，故Ka(HA)＝eq\f(Ksp（MA）,2.5×10－4)＝eq\f(5.0×10－8,2.5×10－4)＝2.0×10－4。当溶液pH＝4时，c(H＋)＝10×10－5mol·L－1，由题图可以看出，c2(M＋)＝7.5×10－8(mol·L－1)2，因此c(M＋)＝eq\r(7.5×10－8)mol·L－1＜3.0×10－4mol·L－1，A叙述正确；由上述计算可得Ksp(MA)＝5.0×10－8，Ka(HA)＝2.0×10－4，B、D叙述正确；题干中c2(M＋)～c(H＋)为线性关系，即加入的酸不是HA酸，应为另外一种强酸，则pH＝7时的电荷守恒式c(M＋)＋c(H＋)＝c(A－)＋c(OH－)中还缺少一种阴离子(强酸的阴离子)，C叙述错误。]二、非选择题26．磁选后的炼铁高钛炉渣，主要成分有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、CaO以及少量的Fe2O3。为节约和充分利用资源，通过如下工艺流程回收钛、铝、镁等。该工艺条件下，有关金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH见下表金属离子Fe3＋Al3＋Mg2＋Ca2＋开始沉淀的pH2.23.59.512.4沉淀完全(c＝1.0×10－5mol·L－1)的pH3.24.711.113.8回答下列问题：(1)“焙烧”中，TiO2、SiO2几乎不发生反应，Al2O3、MgO、CaO、Fe2O3转化为相应的硫酸盐，写出Al2O3转化为NH4Aleq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(SO4))2的化学方程式：_________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)“水浸”后“滤液”的pH约为2.0，在“分步沉淀”时用氨水逐步调节pH至11.6，依次析出的金属离子是___________________________________________________________________________________________________________。(3)“母液①”中Mg2＋浓度为________mol·L－1。(4)“水浸渣”在160℃“酸溶”最适合的酸是________。“酸溶渣”的成分是________、________。(5)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2＋水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式是________________________________________________________________________________________________________________。(6)将“母液①”和“母液②”混合，吸收尾气，经处理得________，循环利用。[解析](1)“焙烧”中，Al2O3和(NH4)2SO4反应生成NH4Al(SO4)2，同时放出NH3，反应的化学方程式为Al2O3＋4(NH4)2SO4eq\o(=,\s\up7(高温))2NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑。(2)由题表中Fe3＋、Al3＋、Mg2＋完全沉淀时的pH分别为3.2、4.7、11.1可知，用氨水逐步调节pH至11.6的过程中，依次析出的金属离子是Fe3＋、Al3＋、Mg2＋。(3)依据Mg2＋完全沉淀时的pH＝11.1，可知此时c(OH－)＝10－2.9mol·L－1，此时c(Mg2＋)＝10－5mol·L－1，则Ksp[Mg(OH)2]＝c(Mg2＋)·c2(OH－)＝10－10.8，用氨水逐步调节pH至11.6时，c(OH－)＝10－2.4mol·L－1，则c(Mg2＋)＝eq\f(Ksp[Mg（OH）2],c2（OH－）)＝10－6mol·L－1。(4)“水浸渣”在160℃“酸溶”，为了尽可能减少酸溶液的挥发而造成不必要的损失且保证TiO2可以完全溶解，故最好选择硫酸；SiO2不溶于硫酸，“焙烧”生成CaSO4固体，故“酸溶”后所得“酸溶渣”的成分为SiO2、CaSO4。(5)由题意知，TiO2＋水解生成TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式为TiO2＋＋(x＋1)H2Oeq\o(=,\s\up7(△))TiO2·xH2O↓＋2H＋。(6)母液①的主要成分为硫酸铵和氨水，母液②的主要成分为硫酸，混合后吸收尾气NH3，经处理可得到(NH4)2SO4，循环利用。[答案](1)Al2O3＋4(NH4)2SO4eq\o(=,\s\up7(高温))2NH4Al(SO4)2＋6NH3↑＋3H2O↑(2)Fe3＋、Al3＋、Mg2＋(3)1.0×10－6(4)硫酸SiO2CaSO4(5)TiO2＋＋(x＋1)H2Oeq\o(=,\s\up7(△))TiO2·xH2O↓＋2H＋(6)(NH4)2SO427．氧化石墨烯具有稳定的网状结构，在能源、材料等领域有着重要的应用前景，通过氧化剥离石墨制备氧化石墨烯的一种方法如下(装置如图所示)：Ⅰ.将浓H2SO4、NaNO3、石墨粉末在c中混合，置于冰水浴中，剧烈搅拌下，分批缓慢加入KMnO4粉末，塞好瓶口。Ⅱ.转至油浴中，35℃搅拌1小时，缓慢滴加一定量的蒸馏水。升温至98℃并保持1小时。Ⅲ.转移至大烧杯中，静置冷却至室温。加入大量蒸馏水，而后滴加H2O2至悬浊液由紫色变为土黄色。Ⅳ.离心分离，稀盐酸洗涤沉淀。Ⅴ.蒸馏水洗涤沉淀。Ⅵ.冷冻干燥，得到土黄色的氧化石墨烯。回答下列问题：(1)装置图中，仪器a、c的名称分别是________、________，仪器b的进水口是________(填字母)。(2)步骤Ⅰ中，需分批缓慢加入KMnO4粉末并使用冰水浴，原因是_________________________________________________________________。(3)步骤Ⅱ中的加热方式采用油浴，不使用热水浴，原因是______________________________________________________________________________。(4)步骤Ⅲ中，H2O2的作用是________________________________(以离子方程式表示)。(5)步骤Ⅳ中，洗涤是否完成，可通过检测洗出液中是否存在SOeq\o\al(2－,4)来判断。检测的方法是____________________________________________________________________________________________________________________________。(6)步骤Ⅴ可用pH试纸检测来判断Cl－是否洗净，其理由是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析](1)由题给实验装置图可知，a为滴液漏斗，c为三颈烧瓶，为保证冷凝效果，应从球形冷凝管的下口进水，即d口为进水口。(2)步骤Ⅰ中，分批缓慢加入KMnO4粉末是为了控制反应速率，防止因体系温度过高而发生爆炸。(3)该装置需控制反应体系温度为98℃，该温度接近水的沸点，为了使反应物受热均匀，且便于控制反应温度，故采取油浴，不使用热水浴。(4)为了保证石墨粉末尽可能地全部转化为氧化石墨烯，应加入足量的KMnO4粉末，在反应结束后滴加H2O2是为了消耗过量的KMnO4粉末，此时H2O2作还原剂，将KMnO4还原为Mn2＋，反应的离子方程式为2MnOeq\o\al(－,4)＋5H2O2＋6H＋=2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O。(5)判断固体是否洗涤干净的具体操作为取最后一次洗涤液于试管中，向其中加入盐酸酸化的氯化钡溶液，若无白色沉淀产生，则已洗净，反之，则未洗净。(6)固体表面沾有的Cl－全部来自步骤Ⅳ洗涤固体时加入的稀盐酸，依据溶液呈电中性可知，若固体表面无H＋(即最后一次洗涤液的pH＝7)，则无Cl－。[答案](1)滴液漏斗三颈烧瓶d(2)控制反应速率，防止因体系温度过高而发生爆炸(3)需要控制反应体系温度为98℃，该温度接近水的沸点，为了使反应物受热均匀，且便于控制反应温度，采取油浴(4)2MnOeq\o\al(－,4)＋5H2O2＋6H＋=2Mn2＋＋5O2↑＋8H2O(5)取最后一次洗涤液于试管中，向其中加入盐酸酸化的氯化钡溶液，若无白色沉淀产生，则已洗净，反之，则未洗净(6)固体表面沾有的Cl－全部来自步骤Ⅳ洗涤固体时加入的稀盐酸，依据溶液呈电中性可知，若固体表面无H＋(即最后一次洗涤液的pH＝7)，则无Cl－28．一氯化碘(ICl)是一种卤素互化物，具有强氧化性，可与金属直接反应，也可用作有机合成中的碘化剂。回答下列问题：(1)历史上海藻提碘中得到一种红棕色液体，由于性质相似，Liebig误认为是ICl，从而错过了一种新元素的发现，该元素是________。(2)氯铂酸钡(BaPtCl6)固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2，376.8℃时平衡常数Keq\o\al(′,p)＝1.0×104Pa2，在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl6，抽真空后，通过一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭)，在376.8℃，碘蒸气初始压强为20.0kPa。376.8℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5kPa，则pICl＝________kPa，反应2ICl(g)=Cl2(g)＋I2(g)的平衡常数K＝________(列出计算式即可)。(3)McMorris测定和计算了在136～180℃范围内下列反应的平衡常数Kp。2NO(g)＋2ICl(g)2NOCl(g)＋I2(g)Kp12NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g)Kp2得到lgKp1～eq\f(1,T)和lgKp2～eq\f(1,T)均为线性关系，如下图所示：①由图可知，NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)②反应2ICl(g)=Cl2(g)＋I2(g)的K＝________(用Kp1、Kp2表示)：该反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)，写出推理过程：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)Kistiakowsky曾研究了NOCl光化学分解反应，在一定频率(ν)光的照射下机理为：NOCl＋hνeq\o(→,\s\up7())NOCl*NOCl＋NOCl*eq\o(→,\s\up7())2NO＋Cl2其中hν表示一个光子能量，NOCl*表示NOCl的激发态。可知，分解1mol的NOCl需要吸收________mol光子。[解析](1)高中阶段常见的红棕色物质有液溴、Fe2O3、NO2(g)，故此处所获得的红棕色液体为液溴，所含元素为溴元素。(2)由题给信息可知，氯铂酸钡固体加热时分解的化学方程式为BaPtCl6BaCl2＋2Cl2↑＋Pt，该反应的K′p＝p2(Cl2)＝1.0×104Pa2，所以平衡时p(Cl2)＝0.1kPa。根据方程式2ICl(g)I2(g)＋Cl2(g)，设达到平衡时，碘蒸气减小的压强为pkPa，根据平衡时的总压强为32.5kPa，有32.5kPa＝(2p＋20.0－p＋0.1)kPa，解得p＝12.4，则平衡时p(I2)＝20.0kPa－12.4kPa＝7.6kPa，p(ICl)＝2×12.4kPa＝24.8kPa，故反应2ICl(g)=Cl2(g)＋I2(g)的平衡常数K＝eq\f(p（I2）·p（Cl2）,p2（ICl）)＝eq\f(7.6×0.1,24.82)。(3)①纵坐标为lgKp1、lgKp2，横坐标为eq\f(1,T)×103。由题图可知，lgKp2随着eq\f(1,T)的增大逐渐减小，即Kp2随着温度的降低逐渐减小，说明对于反应2NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g)，降低温度，平衡逆向移动，则ΔH大于0。②2NO(g)＋2ICl(g)2NOCl(g)＋I2(g)Kp1(ⅰ)，2NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g)Kp2(ⅱ)，根据盖斯定律，由(ⅰ)＋(ⅱ)可得2ICl(g)I2(g)＋Cl2(g)K＝Kp1·Kp2。设T1>T2，即eq\f(1,T1)<eq\f(1,T2)，由题图可知，lgKp2随着eq\f(1,T)的增大而减小，即lgKp2(T2)<lgKp2(T1)；lgKp1随着eq\f(1,T)的增大而增大，即lgKp1(T2)>lgKp1(T1)。由题给图像斜率可知，由T2到T1，lgKp1与lgKp2的变化量的关系为lgKp2(T1)－lgKp2(T2)＞lgKp1(T2)－lgKp1(T1)，lgKp1(T1)＋lgKp2(T1)＞lgKp1(T2)＋lgKp2(T2)，lg[Kp1(T1)·Kp2(T1)]＞lg[Kp1(T2)·Kp2(T2)]，则Kp1(T1)·Kp2(T1)＞Kp1(T2)·Kp2(T2)，则K(T1)>K(T2)，即温度升高，K增大，则ΔH>0。(4)由题目给出的反应机理可知，反应总方程式为2NOCl＋hν→2NO＋Cl2，故分解1molNOCl需要0.5mol的光子。[答案](1)溴(或Br)(2)24.8eq\f(7.6×0.1,24.82)(3)①大于②Kp1·Kp2大于设T1>T2，即eq\f(1,T1)＜eq\f(1,T2)，由题图可知，lgKp2随着eq\f(1,T)的增大而减小，即lgKp2(T2)＜lgKp2(T1)；lgKp1随着eq\f(1,T)的增大而增大，即lgKp1(T2)＞lgKp1(T1)。由题给图像斜率可知，由T2到T1，lgKp1与lgKp2的变化量的关系为lgKp2(T1)－lgKp2(T2)＞lgKp1(T2)－lgKp1(T1)，lgKp1(T1)＋lgKp2(T1)＞lgKp1(T2)＋lgKp2(T2)，lg[Kp1(T1)·Kp2(T1)]＞lg[Kp1(T2)·Kp2(T2)]，则Kp1(T1)·Kp2(T1)＞Kp1(T2)·Kp2(T2)，则K(T1)>K(T2)，即温度升高，K增大，则ΔH>0(4)0.535．过渡金属元素铬eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Cr))是不锈钢的重要成分，在工农业生产和国防建设中有着广泛应用。回答下列问题：(1)对于基态Cr原子，下列叙述正确的是________(填标号)。A．轨道处于半充满时体系总能量低，核外电子排布应为[Ar]3d54s1B．4s电子能量较高，总是在比3s电子离核更远的地方运动C．电负性比钾高，原子对键合电子的吸引力比钾大(2)三价铬离子能形成多种配位化合物。eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(Cr\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(NH3))3\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2O))2Cl))2＋中提供电子对形成配位键的原子是________，中心离子的配位数为________。(3)eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(Cr\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(NH3))3\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(H2O))2Cl))2＋中配体分子NH3、H2O以及分子PH3的空间结构和相应的键角如图所示。PH3中P的杂化类型是________。NH3的沸点比PH3的________，原因是________，H2O的键角小于NH3的，分析原因：______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)在金属材料中添加AlCr2颗粒，可以增强材料的耐腐蚀性、硬度和机械性能。AlCr2具有体心四方结构，如图所示，处于顶角位置的是________原子。设Cr和Al原子半径分别为rCr和rAl，则金属原子空间占有率为________________________%(列出计算表达式)。[解析](1)轨道处于半充满状态时体系总能量低，基态Cr原子核外电子排布式为[Ar]3d54s1，A正确；由量子力学的基本理论可知，4s轨道的电子也会出现在离核较近的位置，B错误；铬的电负性比钾的大，对键合电子的吸引力比钾的大，C正确。(2)当共价键中共用的电子对是由其中一个原子(离子)独自提供，另一个原子(离子)提供空轨道时，就形成配位键，观察该物质的化学式可知，该配合物中提供电子对形成配位键的原子为N、O、Cl，中心离子的配位数为6。(3)由题图可知，PH3的中心原子P形成3个σ键电子对和1个孤电子对，则其杂化方式为sp3。NH3、PH3均为分子晶体，但NH3分子间存在氢键，故NH3沸点更高。H2O、NH3均为sp3杂化，其中心原子的孤电子对数分别为2、1，由于孤电子对对成键电子对的斥力大于成键电子对对成键电子对的斥力，因此孤电子对数越多，键角越小。(4)由题图可知，1个晶胞中所含黑球的个数为