精品解析：上海市上海交通大学附属中学2022-2023学年高二下学期期末考试化学试题

上海交通大学附属中学2023—2024学年度第二学期 高二化学期末考试卷 原子量：H-1 C-12 O-16 Na-23 Al-27 Fe-56 Cu-64 一、 1. 半导体极大地丰富了人们的生活，在众多领域发挥重要作用。第三代半导体材料AlN、GaN成键结构与金刚石相似，晶体中只存在N-Al键、N-Ga键。 （1）基态Ga原子的价层电子排布式为___________。 （2）AlN与GaN中，N原子的杂化方式为___________，由此推测在两种晶体中，均存在配位键。以AlN为例，说明Al与N原子间可形成配位键的原因：___________。 （3）硅是传统半导体材料，晶体硅与金刚石结构相似，但二者性质有所差异。解释金刚石硬度大于晶体硅的原因：___________。 以、ZnO等半导体材料制作的传感器和芯片具有能耗低、效率高的优势。 （4）Cu、Zn等金属能导电的原因是___________。铜的焰色是绿色，产生此焰色时属于___________(填“发射”或“吸收”)光谱。 （5）ZnO晶体中部分氧原子被氮原子替代后可改善半导体性能。推断Zn与N之间、Zn与O之间，哪种更有可能形成离子键，并简述推测的依据：___________。 （6）晶胞结构如图： 已知阿伏加德罗常数为，最近的两个氧原子距离为a nm，计算晶体的密度为___________。 二、 2. 由催化加氢制的反应体系中，发生的主要反应如下： 反应I： 反应II： （1）已知：相关共价键键能数据如表。 共价键 键能 4360 413.4 351 462.8 试计算：断开中的化学键所需要提供的最低能量为___________。 （2）对反应I来说，若该反应能自发进行，则该反应的熵变___________0(填“>”或“<”)。若该反应速率，其中、分别为正反应、逆反应的速率常数，为气体的浓度。若降低温度，___________(填“增大”“减小”或“不变”)。 （3）在T℃时，向容积为的恒容密闭容器中投入和，此时容器内的总压为，发生反应I、反应II。 ①下列能说明反应I、反应II达到平衡状态的是___________(填字母)。 a． b．容器内气体的密度不再变化 c．和的物质的量之比不再变化 d．体积分数不再变化 ②实验测得平衡时或CO的选择性随温度的变化如图所示。 已知：的选择性、CO的选择性。 其中，表示平衡时的选择性的是曲线___________(填“i”或“ii”)；为同时提高的平衡转化率和平衡时的选择性，应选择的反应条件为___________(填标号)。 a．低温、低压 b．高温、高压 c．高温、低压 d．低温、高压 ③若在上述条件下，反应经5min后达平衡，的平衡转化率为50%，CO的选择性为20%。则在0～5min内___________(保留2位小数)，反应II的平衡常数___________(列出计算式即可)。 三、 3. 温室气体资源化利用的一种途径如下，生成物H和I可用作锂离子电池的电解质。 （1）A与X反应生成B，该反应的原子利用率为100%，则X为___________，该步骤的反应类型是___________。 （2）化合物E的分子式为___________，它的芳香族同分异构体中，核磁共振氢谱显示有四种不同类型的氢，且个数之比为的结构简式为___________(写出一种即可)。 （3）根据化合物E的结构特征，预测其可能的化学性质，并加以验证，完成下表。 序号 反应结构 反应试剂、条件 反应形成的新结构 反应类型 a 碳碳三键 或 加成反应 b ___________ ___________ 氧化反应 （4）C到D的化学方程式为___________。 （5）I中的手性碳原子有___________个。 （6）选用A的同系物和X为原料，参考上述信息，制备和。写出该合成路线___________ (无机试剂任选)。 四、 某研究性学习小组为探究含的盐溶液与Cu的反应，设计并进行了如下实验。 实验装置 序号 试剂a 实验现象 I 0.25mol/L 溶液 溶液逐渐变为蓝色。2天后反应基本结束，Cu片有较大量剩余，溶液仍为蓝色 II 0.5mol/L 溶液 铜片表面覆盖有白色固体(经检验为CuCl)。半天后，白色固体消失，溶液变为蓝绿色，Cu片有较大量剩余(与实验I剩余质量相近) III 0.5mol/L 溶液 溶液逐渐变绿色，实验过程中未见气泡产生。2天后，Cu片有剩余 已知：i．CuCl、CuSCN是难溶于水的白色固体； ii．(棕色)。 4. 请写出水解方程式___________。 5. 小组同学取2mL实验I中反应2天后的溶液于试管中，加入2滴1mol/L KSCN溶液，观察到溶液迅速变红，产生大量白色沉淀。甲同学猜想：实验I原溶液中可能已反应完，可能在该条件下被氧化，再次生成。并通过实验证实了其猜想，其实验方案是：向2mL 0.5mol/L___________(填化学式)和0.25mol/L___________(填化学式)的混合溶液中，加入2滴1mol/L KSCN溶液，观察实验现象。该条件下能被氧化的原因可能是增强了的___________。 6. 实验II中产生白色固体CuCl的离子方程式为___________，由此对比实验I和实验II，推测在实验II中的作用是___________。 7. 实验III所得溶液颜色不是蓝色，小组同学猜测反应中生成了，设计并实施了以下实验，验证了其猜想。 步骤 实验操作 实验现象 ① 向盛有2g金属Cu片的烧杯中加入20mL 与的混合溶液[pH约为1.3、] 2天后溶液颜色无明显变化，铜片表面有细小气泡附着 ② 继续加入少量___________(填化学式)固体 溶液迅速变为浅棕色 综合以上实验，盐溶液与Cu反应的多样性与负离子种类、生成物存在形式等有关。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 上海交通大学附属中学2023—2024学年度第二学期 高二化学期末考试卷 原子量：H-1 C-12 O-16 Na-23 Al-27 Fe-56 Cu-64 一、 1. 半导体极大地丰富了人们的生活，在众多领域发挥重要作用。第三代半导体材料AlN、GaN成键结构与金刚石相似，晶体中只存在N-Al键、N-Ga键。 （1）基态Ga原子的价层电子排布式为___________。 （2）AlN与GaN中，N原子的杂化方式为___________，由此推测在两种晶体中，均存在配位键。以AlN为例，说明Al与N原子间可形成配位键的原因：___________。 （3）硅是传统半导体材料，晶体硅与金刚石结构相似，但二者性质有所差异。解释金刚石硬度大于晶体硅的原因：___________。 以、ZnO等半导体材料制作的传感器和芯片具有能耗低、效率高的优势。 （4）Cu、Zn等金属能导电的原因是___________。铜的焰色是绿色，产生此焰色时属于___________(填“发射”或“吸收”)光谱。 （5）ZnO晶体中部分氧原子被氮原子替代后可改善半导体性能。推断Zn与N之间、Zn与O之间，哪种更有可能形成离子键，并简述推测的依据：___________。 （6）晶胞结构如图： 已知阿伏加德罗常数为，最近的两个氧原子距离为a nm，计算晶体的密度为___________。 【答案】（1） （2） ①. ②. 铝原子可以提供空轨道，氮原子提供孤电子对，所以Al与N原子间可以形成配位键 （3）原子半径C<Si，键比键键长短，键能大 （4） ①. 金属结构中存在自由电子，自由电子在外加电场中作定向移动，故金属具有良好的导电性 ②. 发射 （5）Zn与O更有可能形成离子键，因为O的电负性大于N，Zn与O之间电负性的差值较大 （6） 【解析】 【小问1详解】 Ga的原子序数为31，核外电子数为31，基态原子电子排布式为：，则价层电子排布式为； 【小问2详解】 金刚石中每个C原子形成4个共价键，C原子无孤电子对，C原子的价层电子对数为4，C原子均采取sp3杂化，由于AlN、GaN与金刚石结构相似，晶体中只存在N-Al键、N-Ga键，则N原子的杂化方式为sp3；以AlN为例，Al与N原子间可形成配位键的原因是：铝原子可以提供空轨道，氮原子提供孤电子对，故Al与N原子间可形成配位键； 小问3详解】 晶体硅与金刚石结构相似，二者都属于共价晶体，金刚石硬度大于晶体硅的原因是：原子半径C<Si，键比键键长短，键能大，故金刚石硬度大于晶体硅； 【小问4详解】 Cu、Zn等金属能导电的原因是Cu、Zn等金属结构中存在自由电子，自由电子在外加电场中作定向移动，故金属具有良好的导电性；铜的焰色是绿色的可见光，光是电子跃迁释放能量的表现形式，故产生此焰色时属于发射光谱； 【小问5详解】 由于N的电负性小于O，Zn与N电负性的差值小于Zn与O电负性的差值，原子间电负性差值越大，形成离子键的可能性越大，故更有可能形成离子键的是Zn与O；故答案为：Zn与O更有可能形成离子键，因为O的电负性大于N，Zn与O之间电负性的差值较大； 【小问6详解】 Cu原子位于晶胞体内有4个，O原子位于晶胞顶角及体心有个，最近的两个氧原子为顶角与体心的两个O原子，距离为a nm，则晶胞参数边长为，根据计算，。 二、 2. 由催化加氢制的反应体系中，发生的主要反应如下： 反应I： 反应II： （1）已知：相关共价键的键能数据如表。 共价键 键能 436.0 413.4 351 462.8 试计算：断开中的化学键所需要提供的最低能量为___________。 （2）对反应I来说，若该反应能自发进行，则该反应的熵变___________0(填“>”或“<”)。若该反应速率，其中、分别为正反应、逆反应的速率常数，为气体的浓度。若降低温度，___________(填“增大”“减小”或“不变”)。 （3）在T℃时，向容积为恒容密闭容器中投入和，此时容器内的总压为，发生反应I、反应II。 ①下列能说明反应I、反应II达到平衡状态的是___________(填字母)。 a． b．容器内气体的密度不再变化 c．和的物质的量之比不再变化 d．的体积分数不再变化 ②实验测得平衡时或CO的选择性随温度的变化如图所示。 已知：的选择性、CO的选择性。 其中，表示平衡时的选择性的是曲线___________(填“i”或“ii”)；为同时提高的平衡转化率和平衡时的选择性，应选择的反应条件为___________(填标号)。 a．低温、低压 b．高温、高压 c．高温、低压 d．低温、高压 ③若在上述条件下，反应经5min后达平衡，的平衡转化率为50%，CO的选择性为20%。则在0～5min内___________(保留2位小数)，反应II的平衡常数___________(列出计算式即可)。 【答案】（1） （2） ①. > ②. 减小 （3） ①. acd ②. i ③. d ④. 0.07p ⑤. 【解析】 【小问1详解】 根据盖斯定律，将反应II-反应I可得：。 再依据反应物中的键能-生成物中的键能，可得：，解得，。断开中的化学键所需要提供的最低能量为。 【小问2详解】 反应I能自发进行，则需要在一定温度下满足，该反应的，则只有才能满足。降低温度，平衡则向放热反应方向进行(即的方向)，即向该反应的逆反应方向进行，所以，减小。 【小问3详解】 ①无论反应I还是反应II，和的计量数之比都为可以说明正、逆反应速率相等，所以a项可说明反应达到平衡状态；该反应过程中气体的总质量不变，且容器的总体积不变，则混合气体的密度为一恒量，所以项容器内气体的密度不再变化，不能说明反应达到平衡；只是反应I的产物，而则是反应I，反应II的共同产物，二者的物质的量之比是一变量，所以项和的物质的量之比不再变化，可说明反应达到平衡状态；由于反应I是反应前后气体的物质的量总量不变的反应，而反应II是反应前后气体的物质的量总量变小的反应，当反应达平衡时，的体积分数不再变化，所以项可说明反应达到平衡状态。 ②升高温度，反应向吸热方向进行(即的方向)，所以反应I向正向进行，反应II向逆向进行，变少，增多，故的选择性应一直减小，故表示平衡时的选择性是曲线i；增大压强，反应向气体体积减小的方向进行，若想要提高的选择性，应向反应II的正反应方向进行，向反应I的逆反应方向进行，所以应选择低温、高压。 ③在T℃时，反应达平衡时的平衡转化率为，则反应消耗的为，再依据的选择性为可知，反应Ⅰ中生成的为，则反应II生成的为。 分别列式如下： 反应I： 反应I： 由于反应I前后气体的物质的量不变，而反应II是气体体积减小的反应，则反应达平衡时气体的总物质的量为。 根据同温同容(恒容容器)时，气体的压强与气体的总物质的量成正比，可知平衡时容器的压强为，其中，所占分压为，而反应前所占分压为，则所占分压减小值为，则。反应达平衡时，各物质的浓度分别为，，则反应II的平衡常数。 三、 3. 温室气体资源化利用的一种途径如下，生成物H和I可用作锂离子电池的电解质。 （1）A与X反应生成B，该反应的原子利用率为100%，则X为___________，该步骤的反应类型是___________。 （2）化合物E的分子式为___________，它的芳香族同分异构体中，核磁共振氢谱显示有四种不同类型的氢，且个数之比为的结构简式为___________(写出一种即可)。 （3）根据化合物E的结构特征，预测其可能的化学性质，并加以验证，完成下表。 序号 反应结构 反应试剂、条件 反应形成的新结构 反应类型 a 碳碳三键 或 加成反应 b ___________ ___________ 氧化反应 （4）C到D的化学方程式为___________。 （5）I中的手性碳原子有___________个。 （6）选用A的同系物和X为原料，参考上述信息，制备和。写出该合成路线___________ (无机试剂任选)。 【答案】（1） ①. ②. 加成反应 （2） ①. ②. （3） ①. ，或催化剂、加热（或酸性高锰酸钾溶液） ②. （或） （4） （5）2 （6） 【解析】 【分析】A为与X反应生成的B为，该反应的原子利用率为100%，则X为甲醛，C为苯，与在催化剂作用下发生取代反应生成D，D为溴苯()，溴苯与B发生取代反应生成的E为，E与H2发生加成反应生成的F为，F发生氧化反应生成的G为，G与在一定条件下发生反应生成H( )、I( )，据此解答。 【小问1详解】 A为与X反应生成B为，该反应的原子利用率为100%，则X为，该反应类型为加成反应； 【小问2详解】 E为，分子式为；该物质不饱和度为6，芳香族同分异构体中，核磁共振氢谱显示有四种不同类型的氢，且个数之比为的结构中含有苯环、甲基、碳碳三键，则符合条件的结构简式有(任写1种)； 【小问3详解】 E为，结构中含有的官能团为碳碳三键、醇羟基，故可发生碳碳三键的加成反应，及的氧化反应，可以在或催化剂、加热条件下与发生氧化反应生成，或与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应生成； 【小问4详解】 C为苯，与在催化剂作用下发生取代反应生成的D为溴苯()，反应化学方程式为：； 【小问5详解】 I 为，手性碳原子为标注的碳原子，有2个； 【小问6详解】 和结构中含有与H、I相同的官能团结构特征：羟基和酸酐键，采用逆合成分析法，它们是由与在、加热条件下反应生成的，是由与在催化剂条件下发生氧化反应生成的，是与在Pd、加热条件下发生加成反应生成的，是由原料A的同系物与X()合成的，故合成路线为：。 四、 某研究性学习小组为探究含的盐溶液与Cu的反应，设计并进行了如下实验。 实验装置 序号 试剂a 实验现象 I 0.25mol/L 溶液 溶液逐渐变为蓝色。2天后反应基本结束，Cu片有较大量剩余，溶液仍为蓝色 II 0.5mol/L 溶液 铜片表面覆盖有白色固体(经检验为CuCl)。半天后，白色固体消失，溶液变为蓝绿色，Cu片有较大量剩余(与实验I剩余质量相近) III 0.5mol/L 溶液 溶液逐渐变为绿色，实验过程中未见气泡产生。2天后，Cu片有剩余 已知：i．CuCl、CuSCN是难溶于水的白色固体； ii．(棕色)。 4. 请写出水解方程式___________。 5. 小组同学取2mL实验I中反应2天后的溶液于试管中，加入2滴1mol/L KSCN溶液，观察到溶液迅速变红，产生大量白色沉淀。甲同学猜想：实验I原溶液中可能已反应完，可能在该条件下被氧化，再次生成。并通过实验证实了其猜想，其实验方案是：向2mL 0.5mol/L___________(填化学式)和0.25mol/L___________(填化学式)的混合溶液中，加入2滴1mol/L KSCN溶液，观察实验现象。该条件下能被氧化的原因可能是增强了的___________。 6. 实验II中产生白色固体CuCl的离子方程式为___________，由此对比实验I和实验II，推测在实验II中的作用是___________。 7. 实验III所得溶液的颜色不是蓝色，小组同学猜测反应中生成了，设计并实施了以下实验，验证了其猜想。 步骤 实验操作 实验现象 ① 向盛有2g金属Cu片的烧杯中加入20mL 与的混合溶液[pH约为1.3、] 2天后溶液颜色无明显变化，铜片表面有细小气泡附着 ② 继续加入少量___________(填化学式)固体 溶液迅速变浅棕色 综合以上实验，盐溶液与Cu反应的多样性与负离子种类、生成物存在形式等有关。 【答案】4. 5. ①. FeSO4 ②. CuSO4 ③. 氧化性 6. ①. ②. 催化作用 7. FeSO4 【解析】 【分析】本试题探究的盐溶液与Cu的反应机理和反应条件，根据题干信息i．CuCl、CuSCN是难溶于水的白色固体； ii．(棕色)，结合各步骤实验现象和控制变量法进行解答。 【4题详解】 是弱碱的阳离子，水解使溶液呈酸性，水解的离子方程式为； 【5题详解】 实验I中0.25mol/L 溶液与Cu完全反应生成FeSO4的浓度为0.5mol/L，生成硫酸铜的浓度为0.25mol/L，若要验证，实验I原溶液中可能已反应完，可能在该条件下被氧化，再次生成。应该向2mL 0.5mol/L FeSO4和0.25mol/LCuSO4的混合溶液中，加入2滴1mol/L KSCN溶液，观察实验现象。该条件下能被氧化，作氧化剂，原因可能是增强了的氧化性。 【6题详解】 对比实验I和实验II的现象，实验II中把Cu氧化为CuCl，产生白色固体CuCl的离子方程式为 ，先生成白色固体CuCl，后白色固体消失，发生反应，总反应为2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，从现象上看反应速率加快，由此推测在实验II中的作用是催化作用。 7题详解】 实验III所得溶液的颜色不是蓝色，猜测反应中生成了，步骤①铜片表面有细小气泡附着，继续加入少量FeSO4固体，溶液迅速变为浅棕色，可证明生成了。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$