2023 年普通高等学校招生全国统一考试(甲卷)理科综合化学试题及考查目标解析

2023-10-23广东省佛山市顺德区乐从中学马恒春

中学生数理化(高中版.高考理化) 2023年10期

关键词：本题选项原子

■广东省佛山市顺德区乐从中学马恒春

■广东省佛山市高明区第一中学韩伟

■广东省佛山市高明区第一中学区燕君

【试题部分】(以原试卷题号为序)

可能用到的相对原子质量:F 19 Al 27

一、选择题:本题共7小题,每小题6分,共42分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。(化学部分为第7～13题)

7.化学与生活密切相关,下列说法正确的是( )。

A.苯甲酸钠可作为食品防腐剂是由于其具有酸性

B.豆浆能产生丁达尔效应是由于胶体粒子对光线的散射

C.SO2可用于丝织品漂白是由于其能氧化丝织品中有色成分

D.维生素C 可用作水果罐头的抗氧化剂是由于其难以被氧化

8.藿香蓟具有清热解毒功效,其有效成分结构如下。下列有关该物质的说法错误的是( )。中,本实验必须用到的有( )。

①天平 ②温度计 ③坩埚

④分液漏斗 ⑤容量瓶 ⑥烧杯

⑦滴定管 ⑧酒精灯

A.①②④⑥ B.①④⑤⑥

C.②③⑦⑧ D.①⑤⑥⑧

10.NA为阿伏加德罗常数的值。下列叙述正确的是( )。

A.0.50 mol异丁烷分子中共价键的数目为6.5NA

B.标准状况下,2.24 L SO3中电子的数目为4.00NA

C.1.0 LpH=2的H2SO4溶液中H+的

A.可以发生水解反应

B.所有碳原子处于同一平面

C.含有2种含氧官能团

D.能与溴水发生加成反应

9.实验室将粗盐提纯并配制0.100 0 mol·L-1的NaCl溶液。下列仪器数目为0.02NA

D.1.0 L 1.0 mol·L-1的Na2CO3溶液中的数目为1.0NA

11.W、X、Y、Z 为短周期主族元素,原子序数依次增大,最外层电子数之和为19。Y的最外层电子数与其K 层电子数相等,WX2是形成酸雨的物质之一。下列说法正确的是( )。

A.原子半径:X>W

B.简单氢化物的沸点:X

C.Y 与X 可形成离子化合物

D.Z的最高价含氧酸是弱酸

12.用可再生能源电还原CO2时,采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率,装置如下页图1所示。下列说法正确的是( )。

图1

A.析氢反应发生在IrOx-Ti电极上

B.Cl-从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极

C.阴极发生反应有:2CO2+12H++12e-══C2H4+4H2O

D.每转移1 mol电子,阳极生成11.2 L气体(标准状况)

13.图2 为Fe(OH)3、Al(OH)3和Cu(OH)2在水中达沉淀溶解平衡时的pM-pH 关系图(pM=-lg[c(M)/(mol·L-1)];c(M)≤10-5

图2

mol·L-1可认为M 离子沉淀完全)。下列叙述正确的是( )。

A.由a 点可求得Ksp[Fe(OH)3]=10-8.5

B.pH=4 时Al(OH)3的溶解度为

C.浓度均为0.01 mol·L-1的Al3+和Fe3+可通过分步沉淀进行分离

D.Al3+、Cu2+混合溶液中c(Cu2+)=0.2 mol·L-1时二者不会同时沉淀

二、非选择题:共58分。第26～28题为必考题,每个试题考生都必须作答。第35～36题为选考题,考生根据要求作答。(化学部分为第26、27、28、35、36题)

(一)必考题:共43分。

26.(14 分)BaTiO3是一种压电材料。以BaSO4为原料,采用下列路线可制备粉状BaTiO3。

回答下列问题:

(1)“焙烧”步骤中碳粉的主要作用是____。

(2)“焙烧”后固体产物有BaCl2、易溶于水的BaS和微溶于水的CaS。“浸取”时主要反应的离子方程式为____。

(3)“酸化”步骤应选用的酸是_____(填标号)。

a.稀硫酸 b.浓硫酸 c.盐酸 d.磷酸

(4)如果焙烧后的产物直接用酸浸取,是否可行? 其原因是_____。

(5)“沉淀”步骤中生成BaTiO(C2O4)2的化学方程式为____。

(6)“热分解”生成粉状钛酸钡,产生的n(CO2)∶n(CO)=_____。

27.(14分)钴配合物[Co(NH3)6]Cl3溶于热水,在冷水中微溶,可通过如下反应制备:

具体步骤如下:

Ⅰ.称取2.0gN H4Cl,用5 mL水溶解。

Ⅱ.分批加入3.0gCoCl2·6H2O 后,将溶液温度降至10 ℃以下,加入1 g活性炭、7 mL浓氨水,搅拌下逐滴加入10 mL 6%的双氧水。

Ⅲ.加热至55～60 ℃反应20 min。冷却,过滤。

Ⅳ.将滤得的固体转入含有少量盐酸的25 mL沸水中,趁热过滤。

Ⅴ.滤液转入烧杯,加入4 mL 浓盐酸,冷却、过滤、干燥,得到橙黄色晶体。

回答下列问题:

(1)步骤Ⅰ中使用的部分仪器如图3所示。

图3

仪器a的名称是____。加快NH4Cl溶解的操作有_____。

(2)步骤Ⅱ中,将温度降至10 ℃以下以避免____、____;可选用____降低溶液温度。

(3)指出下列过滤操作(如图4)中不规范之处:_____。

图4

(4)步骤Ⅳ中,趁热过滤,除掉的不溶物主要为_____。

(5)步骤Ⅴ中加入浓盐酸的目的是____。

28.(15 分)甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回答下列问题:

(1)已知下列反应的热化学方程式:

①3O2(g)══2O3(g)K1ΔH1=285 kJ·mol-1

②2CH4(g)+O2(g)══2CH3OH(l)K2ΔH2=-329 kJ·mol-1

反应③CH4(g)+O3(g)══CH3OH(l)+O2(g)的ΔH3=____kJ·mol-1,平衡常数K3=_____(用K1、K2表示)。

(2)电喷雾电离等方法得到的M+(Fe+、Co+、Ni+等)与O3反应可得MO+。MO+与CH4反应能高选择性地生成甲醇。分别在300 K 和310 K 下(其他反应条件相同)进行反应MO++CH4══M++CH3OH,结果如图5所示。图中300 K 的曲线是____(填“a”或“b”)。300 K、60 s 时MO+的转化率为_____(列出算式)。

图5

(3)MO+分别与CH4、CD4反应,体系的能量随反应进程的变化如图6 所示(两者历程相似,图中以CH4示例)。

图6

(ⅰ)步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是_____(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。

(ⅱ)直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时,反应速率会变慢,则MO+与CD4反应的能量变化应为图中曲线_____(填“c”或“d”)。

(ⅲ)MO+与CH2D2反应,氘代甲醇的产量CH2DOD_____CHD2OH(填“>”“<”或“=”)。若MO+与CHD3反应,生成的氘代甲醇有_____种。

(二)选考题:共15分。请考生从2道题中任选一题作答。如果多做,则按所做的第一题计分。

35.[选修3:物质结构与性质](15分)

将酞菁—钴酞菁—三氯化铝复合嵌接在碳纳米管上,制得一种高效催化还原二氧化碳的催化剂。回答下列问题:

(1)下页图7所示的几种碳单质,它们互为____,其中属于原子晶体的是_____,C60间的作用力是____。

(2)酞菁和钴酞菁的分子结构如图8 所示。

图8

酞菁分子中所有原子共平面,其中p 轨道能提供一对电子的N 原子是____(填图8酞菁中N 原子的标号)。钴酞菁分子中,钴离子的化合价为_____,氮原子提供孤对电子与钴离子形成_____键。

(3)气态AlCl3通常以二聚体Al2Cl6的形式存在,其空间结构如图9(a)所示,二聚体中Al的轨道杂化类型为____。AlF3的熔点为1 090 ℃,远高于AlCl3的192 ℃,由此可以判断铝氟之间的化学键为____键。AlF3结构属立方晶系,晶胞如图9(b)所示,F-的配位数为_____。若晶胞参数为apm,晶体密度ρ=_____g·cm-3(列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。

图9

36.[选修5:有机化学基础](15分)

阿佐塞米(化合物L)是一种可用于治疗心脏、肝脏和肾脏病引起的水肿的药物。L的一种合成路线如下(部分试剂和条件略去)。

回答下列问题:

(1)A 的化学名称是____。

(2)由A 生成B的化学方程式为____。

(3)反应条件D 应选择_____(填标号)。

a.HNO3/H2SO4b.Fe/HCl

c.NaOH/C2H5OH d.AgNO3/NH3

(4)F中含氧官能团的名称是____。

(5)H 生成I的反应类型为____。

(6)化合物J的结构简式为_____。

(7)具有相同官能团的B 的芳香同分异构体还有_____种(不考虑立体异构,填标号)。

a.10 b.12 c.14 d.16

其中,核磁共振氢谱显示4组峰,且峰面积比为2∶2∶1∶1 的同分异构体结构简式为____。

【参考答案与解析部分】

一、选择题:本题共7小题。

7.B

考查目标及解析:

本题考查化学知识在生活中的运用,涉及物质的组成、性质及用途。

选项A 错误,苯甲酸钠是强碱弱酸盐,并不具有酸性。苯甲酸盐的防腐原理是其进入细胞内后,会干扰霉菌和细菌等微生物细胞膜的通透性,阻碍细胞膜对氨基酸的吸收,抑制微生物细胞内的呼吸酶系的活性,从而起到防腐作用。

选项B正确,豆浆属于胶体,能够发生丁达尔效应,其胶体粒子直径位于1～100 nm范围,能够对可见光造成较为明显的散射作用,形成一条光亮的通路。

选项C 错误,SO2的漂白原理是基于其能够与部分有机色素分子化合成无色物质,具有可逆性,并非氧化漂白。

选项D 错误,维生素C 具有较强的还原性,容易被氧化。其能作水果罐头抗氧化剂的原理是由于其被空气中的氧气氧化后,氧气浓度下降。

8.B

考查目标及解析:

本题以藿香蓟的药用成分为情境,考查有机物官能团种类与性质、空间结构、反应类型等知识的迁移运用。

选项A 正确,该有机物中含有官能团酯基,在一定条件下能发生水解反应。另外醚键在一定条件下也能水解,但高中较少提及。

选项B错误,该有机物中右边的六元环中与两个甲基相连的C 原子为sp3杂化,其周围原子空间结构呈四面体分布,故不可能所有碳原子共面。

选项C正确,该有机物中含氧官能团有酯基与醚键。

选项D 正确,该有机物中含有官能团碳碳双键,能与溴水发生加成反应。

9.D

考查目标及解析:

本题以粗盐提纯、一定物质的量浓度的氯化钠溶液的配置为情境,考查化学基本实验仪器的使用。

粗盐提纯实验中,溶解粗盐需要用到烧杯,⑥入选;过滤操作需要用到普通漏斗而非分液漏斗,故④不选;蒸发结晶时需要用酒精灯加热,⑧入选,要使用蒸发皿盛装溶液而非坩埚,故③不选。

配置一定物质的量浓度的氯化钠溶液时,需要用天平称量固体,①入选;配置溶液需要使用容量瓶,⑤入选;温度计与滴定管均无须使用。

10.A

考查目标及解析:

本题借助阿伏加德罗常数的应用情境,考查共价键计算、电子数计算、离子数目计算问题。

选项A 正确,异丁烷分子中含有13 个共价键,故0.50 mol异丁烷分子中含有的共价键数目为6.5NA。

选项B错误,标准状况下,SO3为固态,故无法用标准状况下的气体摩尔体积计算分子数。

选项C 错误,pH=2 的H2SO4溶液中c(H+)=0.01 mol·L-1,与其是二元酸无关。故1.0 LpH=2的H2SO4溶液中H+的数目为0.01NA。

选项D 错误,Na2CO3溶液中会发生水解,故无法计算溶液中准确的数目。

11.C

考查目标及解析:

本题考查元素的推断和元素周期律的相关知识。根据WX2是形成酸雨的物质之一,且W 的原子序数比X 小,可推出W 为氮元素,X 为氧元素。Y 的最外层电子数与其K层电子数相等,且位于氧之后,可推出Y 为镁元素。最后根据四种元素最外层电子数之和为19,推出Z为硫元素。

选项A 错误,原子半径N>O。

选项B错误,由于水分子可以形成分子间氢键,故沸点H2O>H2S。

选项C正确,MgO 是离子化合物。

选项D 错误,S 的最高价含氧酸H2SO4是强酸。

12.C

考查目标及解析:

二氧化碳电还原技术可利用清洁能源的可再生电力,将二氧化碳转化为高附加值化学品和燃料,为实现人工碳循环提供了可持续发展路径。本题以此情境主题,考查带膜的电化学装置类型、电极及其反应、离子的移动方向的判断和电子与反应物质的定量计算。

由图分析可知,该装置连有利用可再生能源发电的外接电源,故为电解池,与直流电源正极相连的IrOx-Ti电极为电解池的阳极,阳极的电极反应式为2H2O-4e-══O2↑+4H+,铜电极为阴极,酸性条件下二氧化碳在阴极发生得电子的还原反应生成乙烯、乙醇等,电极反应式为2CO2+12H++12e-══C2H4+4H2O,2CO2+12H++12e-══C2H5OH+3H2O,电解池工作时,氢离子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室。

选项A 错误,析氢反应为还原反应,应在阴极发生,即在铜电极上发生。

选项B错误,由于离子交换膜为质子交换膜,只允许氢离子通过,Cl-不能通过。

选项C正确,阴极为铜电极,电极反应式有2CO2+12H++12e-══C2H4+4H2O。

选项 D 错误,阳极电极反应式为2H2O-4e-══O2↑+4H+,每转移1 mol电子,生成0.25 mol O2,在标准状况下体积为5.6 L。

13.C

考查目标及解析:

本题考查沉淀溶解平衡、溶度积、pH 等知识的理解和应用,找出图中数据之间存在的相互关系,明确坐标点所表达的涵义,重在检验考生分析、转换等综合能力。

选项B 错误,当pH=4 时,c(Al3+)=10-3mol·L-1,则Al(OH)3的溶解度为10-3mol·L-1。

选项C 正确,当c(Fe3+)<10-5mol·L-1即pM>5 时,pH<3,Fe3+已完全沉淀;当c(Al3+)=10-2mol·L-1即pM=2 时,pH>3,Al3+才开始沉淀,所以Al3+和Fe3+可通过分步沉淀进行分离。

选项D 错误,Al3+沉淀完全时,pH 约为4.7,此时c(Cu2+)=0.1 mol·L-1,Cu2+刚开始沉淀,若c(Cu2+)=0.2 mol·L-1,则Al3+、Cu2+会同时沉淀。

二、非选择题:本题共5小题。

26.考查目标及解析:

(1)做还原剂,将BaSO4还原成BaS 便于浸出

本小题考查氧化还原反应的价态分析,推断目的。

焙烧后C 的化合价从0 价变为CO 的+2价,并且根据第(2)问的信息可知焙烧后有BaS生成,焙烧后S的价态下降,故推知C粉的作用为还原剂,将BaSO4还原成了BaS,便于后续流程浸出。

(2)Ca2++S2-══CaS↓

本小题考查陌生离子方程式书写。

根据流程信息可知“焙烧”中CaCl2过量,则过量的Ca2+在水浸时会与易溶于水的BaS溶解得到的S2-反应,生成微溶于水的CaS,故离子方程式为S2-+Ca2+══CaS↓。

(3)c

本小题考查根据流程进行未知试剂的推断。

在“浸取”步骤之后,溶液的主要溶质是BaCl2,另外还有少量微溶的CaS,酸化后经浓缩结晶得到含Ba的物质,继续进行后续流程,可知此时的酸化不能将Ba2+从体系中脱离,由于BaSO4、Ba3(PO4)2均难溶于水,因此不能选择硫酸与磷酸,只能选用盐酸作为酸化试剂。

(4)不可行,直接用酸浸取会使CaS 溶解,导致溶液中有大量CaCl2,令后续产物不纯;另外生成大量的有毒气体H2S会导致环境污染

本小题考查反应条件的选择与优化、环境保护等思想。

在“焙烧”步骤之后,固体主要成分为BaCl2、BaS、CaS 以及过量的CaCl2和C 粉,若直接加酸酸化,会发生下列两个反应:2H++S2-══H2S↑,2H++CaS══H2S↑+Ca2+,此时会使CaS溶解,造成溶液中有大量CaCl2,可能使后续产物不纯。另外,此时生成大量的有毒气体H2S,也会导致环境污染。

(5)BaCl2+TiCl4+2(NH4)2C2O4+H2O ══BaTiO(C2O4)2↓+4NH4Cl+2HCl

本小题考查陌生化学方程式书写。

根据反应物与产物的价态分析可知,反应前后所有元素的化合价均无变化,故反应为非氧化还原反应。Ti4+变为TiO2+的过程需要补水,再根据元素守恒可写出相应化学方程式。

(6)1∶1

本小题考查氧化还原反应电子得失守恒思想。

根据反应物与产物的价态分析,Ba、Ti元素均未变价,所以反应可视为BaTiO(C2O4)2中的+3价的C 元素自身发生歧化反应生成CO与CO2,根据电子得失守恒,可推知产物的物质的量之比为1∶1。

27.考查目标及解析:

本题以钴配合物[Co(NH3)6]Cl3制备实验为情境素材,重点考查实验中仪器的辨识,溶解、过滤、结晶等常见的实验的规范操作,实验中条件控制的方法和目的,平衡移动原理在结晶中的应用。

(1)锥形瓶升温,搅拌等

本问考查仪器的辨识和溶解的实验操作。

(2)浓氨水分解和挥发双氧水分解冰水浴

本问结合实验中温度的选择考查物质的性质和反应条件的控制。

(3)玻璃棒下端没有紧靠三层滤纸处;漏斗尖嘴部分没有紧靠烧杯内壁

本问考查过滤操作的规范性。

过滤基本要求为“一贴、二低、三靠”,图中玻璃棒下端没有紧靠三层滤纸处,可能造成过滤效果不佳;漏斗尖嘴部分没有紧靠烧杯内壁,可能导致液滴飞溅。

(4)活性炭

本问考查实验中物质来源与去向的转化分析。

在步骤Ⅱ中加入了用于吸附除杂的活性炭,步骤Ⅲ经冷却,过滤,钴配合物在冷水中会析出固体,过滤所得固体为钴配合物[Co(NH3)6]Cl3和活性炭的混合物,根据题目信息,钴配合物[Co(NH3)6]Cl3溶于热水,活性炭不溶于热水,步骤Ⅳ“将滤得的固体转入含有少量盐酸的25 mL 沸水中”,趁热过滤除去的是活性炭。

(5)反应存在平衡[Co(NH3)6]Cl3(s)加入盐酸增大氯离子浓度可使平衡左移,促进钴配合物[Co(NH3)6]Cl3尽可能多地析出,提高产率

步骤Ⅴ中,将滤液转入烧杯,由于钴配合物[Co(NH3)6]Cl3中含有氯离子,加入4 mL浓盐酸,可利用同离子效应,促进钴配合物[Co(NH3)6]Cl3尽可能多地析出,提高产率。

28.考查目标及解析:

本题以甲烷选择性氧化制备甲醇为情境,通过读图和信息分析对盖斯定律、平衡常数、化学反应速率及平衡的影响因素、转化率计算、反应历程及其能量变化等知识进行设问,考查考生综合运用化学反应原理解释问题、解决实际问题的能力,以及变化观念与平衡思想、科学探究与创新意识等核心素养的建立。

本问考查基于盖斯定律的反应热的计算及平衡常数表达式和反应方程式的关系。

(2)b (1-10-0.1)×100%

本问考查读图能力和对数据的分析与转换能力,进而考查转化率的计算。

(3)(ⅰ)Ⅰ (ⅱ)c (ⅲ)< 2

本问通过反应机理及其能量变化图的分析考查考生对活化能的认识,及读图、获取并应用信息的能力。

(ⅰ)步骤Ⅰ涉及的是碳氢键的断裂和氢氧键的形成,步骤Ⅱ中涉及碳氧键形成。

(ⅱ)依据题意,直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时,反应速率会变慢,正反应活化能会增大,根据图示可知,MO+与CD4反应的能量变化为图中曲线c。

(ⅲ)MO+与CH2D2反应,因直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时,反应速率会变慢,则单位时间内产量会下降,所以氘代甲醇的产量 CH2DOD

35.考查目标及解析:

本题以高效催化还原二氧化碳的催化剂为载体,从原子、分子、配合物、晶体等角度考查同素异形体、化学键、杂化轨道类型等物质结构及其性质的相关问题,考查考生对物质结构基础知识、信息获取与应用能力、证据推理与模型认知、立体几何思维。

(1)同素异形体金刚石范德华力

考查同素异形体、原子晶体、作用力等基本概念。

同种元素形成的不同单质之间互为同素异形体。金刚石、石墨、C60和碳纳米管都是碳的单质,因此,它们互为同素异形体。其中金刚石属于原子晶体,石墨属于混合型晶体,碳纳米管不属于原子晶体,C60属于分子晶体,C60间的作用力是范德华力。

(2)③ +2 配位

考查价层电子对互斥理论、配合物的概念、组成及形成条件。

已知酞菁分子中所有原子共平面,即所有的C和N 原子均采取sp2杂化,且分子中存在大π键,其中标号为①和②的N 原子均有一对电子占据一个sp2杂化轨道,其p 轨道只能提供1 个电子参与形成大π 键;标号为③的N 原子的p 轨道能提供一对电子参与形成大π键。钴酞菁分子失去2个H+形成酞菁离子,再与钴离子通过配位键结合成分子,因此,钴离子的化合价为+2。氮原子提供孤对电子与钴离子形成配位键。

(3)sp3离子 2

考查中心原子杂化方式、化学性质与化学键以及晶体结构的判断。

根据Al2Cl6的空间结构,Al原子价层电子对数是4,与其周围的4个氯原子形成四面体结构,因此,二聚体中Al的轨道杂化类型为sp3。AlF3的熔点为1 090 ℃,远高于AlCl3的熔点(192 ℃),而且F 的电负性最大,与金属元素易形成离子键,因此,铝氟之间的化学键为离子键。在AlF3晶胞结构中,大球的个数为,小球的个数为8×,则大球为F-,小球为Al3+,距F-最近且等距的Al3+有2 个,则F-的配位数为2。若晶胞参数为apm,则晶胞的体积为(apm)3=a3×10-30cm3,晶胞的质量为,所以晶体密度

36.考查目标及解析:

本题以药物合成为情境素材,考查物质推断、有机物命名、官能团名称、反应类型、反应机理、同分异构体等知识,重点突破对有机物性质及其转化的理解。

(1)邻硝基甲苯(2-硝基甲苯)

考查有机物的推断及命名。

根据有机物C结构和B的分子式,B→C为氧化反应,逆推B 的结构为A→B 为取代反应,则 A 的结构为,A 的化学名称为邻硝基甲苯(2-硝基甲苯)。