2025届高考三轮冲刺化学高频命题热点练习：热点五 大洋钻探船“梦想号”（含解析）

2025届高考三轮冲刺化学高频命题热点练习：大洋钻探船“梦想号”
【命题热点】
在南海深邃的海底，沉睡着被誉为"未来能源"的可燃冰，其储量相当于全球已知化石能源的两倍。随着我国首艘大洋钻探船"梦想"号的正式入列，这片深海宝库的开发迎来了化学与工程技术融合的新时代。这艘承载着国家能源战略的"海上移动实验室"，正以其尖端的钻探能力和创新的化学研究体系，为可燃冰的科学开发与高效利用开辟新路径。
"梦想"号的技术突破
"梦想"号的诞生标志着我国深海探测装备的跨越式发展。这艘总长179.8米、排水量4.26万吨的巨轮，配备了全球首台兼具油气勘探与岩心钻取功能的液压举升钻机，可实现11000米超深钻探。其创新设计的4种钻探模式中，"可燃冰专用测试模式"通过轻型隔水管系统，显著降低了钻探成本，为可燃冰样品的精准采集提供了硬件保障。船上3000平方米的船载实验室涵盖天然气水合物等九大实验室，配置的超净实验间和岩心自动传输存储系统，确保了可燃冰样品在高压低温环境下的完整性，为后续的化学分析奠定了基础。 在可燃冰的勘探过程中，"梦想"号的化学实验室发挥着关键作用。通过对岩心样品的无机地化和有机地化分析，科研人员能够精准测定可燃冰的甲烷含量、赋存状态及地层分布。实验室配备的磁屏蔽室和高精度检测设备，可深入研究可燃冰的晶体结构与形成机理，为开发针对性的开采技术提供理论依据。这种"钻探-取样-分析"的一体化作业模式，使我国在可燃冰勘探领域达到国际领先水平。
可燃冰的高值利用
可燃冰的主要成分甲烷的高效转化，是其产业化开发的核心挑战。中国科学技术大学研究团队开发的光催化甲烷卤化技术，为这一难题提供了化学解决方案。该技术利用铜掺杂的二氧化钛催化材料，以海水为卤素源，在光照条件下将甲烷转化为氯代甲烷，进而通过串联反应合成甲醇等高附加值化学品。这一过程无需使用腐蚀性原料，仅依赖光能和海水，为海上平台的甲烷就地转化提供了绿色路径。 "梦想"号的先进平台为这类化学创新提供了实践舞台。通过在船上集成光催化反应装置，科研人员可直接利用钻探获取的甲烷进行现场转化，避免了甲烷气体的长距离运输风险。这种"开采-转化-储存"的一体化模式，不仅提升了资源利用效率，还减少了温室气体排放。据测算，该技术若规模化应用，可使可燃冰开采的综合效益提升30%以上，为我国能源结构转型提供重要支撑。
能源战略的双重突破
一方面，其强大的钻探能力使我国在南海等重点海域的可燃冰储量勘探取得突破性进展，仅南海北部可燃冰储量就相当于我国陆上石油总量的一半。另一方面，化学转化技术的创新为可燃冰的商业化利用开辟了新方向，甲醇等液态产品的合成不仅降低了储运难度，还延伸了产业链条。 这种技术协同效应在国家能源安全战略中具有重要意义。随着传统化石能源的日益枯竭，可燃冰作为清洁能源的代表，其开发利用有助于减少我国对进口能源的依赖。"梦想"号的持续作业与化学技术的迭代升级，正在推动我国从可燃冰资源大国向开发强国迈进。预计到2030年，我国可燃冰产业化示范开采将形成规模，化学创新将在其中发挥关键的支撑作用。 当"梦想"号的钻头深入海底，当化学转化的光芒照亮深海，人类对能源的探索正迈向新的维度。这艘承载着国家能源梦想的巨轮，与化学创新的智慧交相辉映，正在书写深海开发的新篇章。随着技术的不断突破，可燃冰有望成为我国能源转型的重要引擎，为实现"双碳"目标注入澎湃动力。
【试题练习】
1.“可燃冰”的主要成分是甲烷与水分子的结晶水合物。其晶体类型是( )
A.离子晶体 B.分子晶体 C.原子晶体 D.金属晶体
2.一定条件下，、都能与形成笼状结构（如下图所示）的水合物晶体，与形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。下列说法正确的是
A.、、都是含极性键的共价化合物
B.的空间结构呈正四面体形，、空间结构呈Ⅴ形
C.、、分子中各原子最外层均形成8电子稳定结构
D.可燃冰的笼状结构中甲烷分子与水分子形成共价键
3.下列说法不正确的是( )
A.可燃冰（图甲）可看作由水和甲烷等分子通过非共价键形成的超分子
B.烷基磺酸钠在水中聚集形成的胶束（图乙），这反映了超分子的“自组装”特征
C.18-冠-6（图丙）可识别，该物质与之间的作用力是离子键
D.图丁表示无限延伸层状多硅酸根，其化学式为
4.我国在可燃冰的开发上处于世界领跑地位，可燃冰的主要成分是甲烷。下列有关甲烷的说法错误的是( )
A.具有正四面体结构 B.分子中碳氢原子个数比为1：4
C.可在空气中燃烧并放出大量的热 D.与氯气在暗处混合就能发生反应
5.可燃冰（，结构模型如图所示）又称为天然气水合物，是天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质。
下列说法错误的是( )
A.键能：
B.键角：
C.可燃冰中甲烷分子与水分子间形成了氢键
D.基态碳原子和氧原子的未成对电子数相同
6.可燃冰是另一种的重要来源，利用可燃冰制备的甲烷可以设计成如下燃料电池，可以作为“移动的发电厂”，源源不断的对外供电，下列说法错误的是( )
A.a电极通入甲烷气体，作负极
B.每通入1mol，有8mol通过质子交换膜
C.b电极的电极反应式为：
D.催化剂电极采用疏松多孔结构可提高电极反应效率
7.海洋的水资源和其他化学资源具有巨大的开发潜力。
海水中含有多种盐类，如NaCl、等。目前，通过海水晒盐可制得粗盐和苦卤，粗盐精制后制成饱和，可用于生产、、、等，苦卤经过氯气氧化、热空气吹出、水溶液吸收等一系列操作可获得。电解可获得。海底埋藏着大量可燃冰资源，是一种清洁能源。
（1）上述标有序号的物质中属于电解质的是_________（填序号，下同），能直接导电的是_________。
（2）已知在水溶液中和熔融状态下均不能导电的化合物是非电解质。上述标有序号的物质中属于非电解质的是_________（填序号）。
（3）根据酸性氧化物的性质判断，将通入足量③的溶液中，发生反应的离子方程式为_________。
（4）写出④溶于水的电离方程式：_________；④与⑥混合后，发生反应的离子方程式为_________。
8.化学与人类社会可持续发展密切相关，能源、环境、材料以及日常生活等都离不开化学。请根据题意回答以下问题：
（1）现有以下生产、生活中常见的物质：
A．铜丝 B．漂白粉 C．晶体
D．醋酸溶液 E．粉末 F．干冰
①属于电解质的是___________(填写序号，下同)。
②在上述所给状态下能导电的是___________。
（2）海底埋藏着大量“可燃冰”，其外观像冰，主要成分为甲烷水合物，并含有少量等。可燃冰属于___________(填“纯净物”或“混合物”)；在较低温度和压力下，用甲烷为原料可制成金刚石薄膜，该变化属于___________(填“物理变化”或“化学变化”)。
（3）某同学炒菜时汤汁溅到液化气的火焰上时，火焰呈黄色。据此他判断汤汁中含有___________元素(填元素名称)。
（4）在汽车排气管上安装催化转化装置，可使尾气中的和反应转化为无污染的物质。请完成一定条件该反应的化学方程式___________。
（5）碳酸氢钠、碳酸钙、碳酸镁、氢氧化铝和氢氧化镁等，均可用于中和胃酸(主要成分为盐酸)，这些物质中不属于盐的是___________(填化学式)，写出氢氧化铝与盐酸反应的离子方程式___________。
（6）吸入人体内的氧有2%转化为氧化性极强的“活性氧”，它能加速人体衰老，被称为“生命杀手”，服用亚硒酸钠()能消除人体内的活性氧，由此推断在反应中被___________。
9.我国南海蕴藏大量的可燃冰(天然气水合物，可用表示)资源。开采利用可燃冰，有助于解决人类面临的能源危机。请回答下列问题：
（1）可燃冰在一定条件下能够释放出气体，该条件是_______(填标号)。
A.高温 B.低温 C.高压 D.低压
（2） CH4分解可获得炭黑和氢气，反应为，已知：、和的标准燃烧热分别为、和。
①标准状况下，5.6m3完全燃烧生成和时放出_______kJ热量。
②a=_______。
（3）向压强恒为、初始体积为的容器中加入，在电弧炉的作用下发生分解反应制取，反应的化学方程式为。达到化学平衡状态时，测得、和的物质的量分别为、和，且容器体积变为。
①该反应中的产率为_______。
②出料中和的物质的量之比并不等于1：3，可能的原因是_______。
③该条件下，反应的压强平衡常数_______(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压物质的量分数)。
（4）若以甲烷为燃料，以熔融碳酸盐(如)为电解质构成燃料电池。则电池工作时，负极的电极反应式为_______。
10.我国可燃冰资源一直被视为能源领域的宝藏，可燃冰被寄予厚望成为替代传统石油和天然气的清洁能源。回答下列问题：
（1）一定条件下，、都能与形成笼状结构（如图所示）的水合物晶体，其相关参数见下表。与形成的水合物晶体俗称“可燃冰”。
参数分子 分子直径/nm 分子与的结合能
0.436 16.40
0.512 29.91
和所含的三种元素电负性从大到小的顺序为______；碳原子的最高能级的符号是______，其电子云形状是______。
（2）分子的空间结构为______。相同条件下与在水中的溶解度较大的是，理由是____________。
（3）“可燃冰”中分子间存在的两种作用力是____________。
（4）下列关于和的说法正确的是______（填标号）。
a.分子中含有2个σ键和2个π键
b.分子中含有极性共价键，是极性分子
c.因为碳氢键键能小于碳氧键，所以的熔点低于
d.和分子中碳原子的杂化类型分别是和sp
（5）为开采深海海底的“可燃冰”，有科学家提出用置换的设想。已知上图中笼状结构的空腔直径为0.586nm，根据上述图表，从物质结构及性质的角度分析，该设想的依据是____________。
11.甲烷以天然气和可燃冰两种主要形式存在于地球上，储量巨大，其综合利用受到环境和能源领域的广泛关注，是研究的重要课题。回答下列问题：
Ⅰ.氰化物是指含有氰基或氰根离子的一类化合物，广泛应用于工业与农业中，工业上以甲烷和氨气为原料在高温和催化剂的作用下发生反应ⅲ制备。
反应ⅰ：
反应ⅱ：
(1)则反应ⅲ：__________。
(2)在一定温度条件下，向1L恒容密闭容器中加入和发生反应ⅲ，10min时反应达到平衡，此时体积分数为30%。
①0~10min内用表示的平均反应速率为__________。若保持温度不变，再向容器中加入和各1mol，则此时__________(填“>”“=”或“<”)。
②由实验得到与的关系如图所示。当x点升高到某一温度后，反应重新达到平衡，则x点将移动到图中的__________点(填字母)。
Ⅱ.工业上可用甲烷催化法制取乙烯：，T℃时，向1L的恒容反应器中充入，仅发生上述反应，反应过程中甲烷物质的量随时间的变化如图所示。
(3)实验测得，，、为速率常数，与温度有关。T℃时，平衡时容器内的物质的量为amol，则与的比值为__________(用含a的代数式表示)；若升高温度，速率常数增大的倍数：__________(填“>”“=”或“<”)。
Ⅲ.甲烷水蒸气重整是制氢的主要途径，涉及反应如下：
反应①：
反应②：
反应③：
在、条件下，甲烷水蒸气重整反应达到平衡时体系中各组分摩尔分数(物质ⅰ的摩尔分数)与投料水碳比[]的关系如图所示。
(4)和随水碳比的变化曲线分别是__________、__________(填序号)。
(5)当时，反应③的压强平衡常数__________(以分压表示，分压=总压×物质的量分数，计算结果保留3位有效数字)。
12.我国可燃冰(主要成分为甲烷)储量巨大，可燃冰的资源化利用备受关注。试回答下列问题：
【甲烷水蒸气重整制氢】
(1)下列措施中可能提高平衡产率的是___________。
A.选择合适的催化剂 B.移除部分
C.向体系中投入少量 D.恒温恒压下通入气体
【基活性炭催化重整】
基活性炭催化重整不仅同时消耗两种温室气体，还能获得合成气(与)，重整反应为Ⅰ.
(2)一定温度下，由稳定单质(其标准摩尔生成焓视为0)生成1mol化合物的变称为该化合物的标准摩尔生成焓()。表中为几种物质在298K时的标准摩尔生成焓。
物质
-393.5 -110.5 0 -74.8
则该反应Ⅰ的__________。
(3)一定温度下，向密闭容器中加入和，在发生上述反应的同时，还伴随着副反应Ⅱ：。测得的平衡转化率［］与温度(K)压强(MPa)的关系如图所示。
①图中m表示的是__________(填“温度”或“压强”)
②图中A点在对应和条件下，用表示的化学反应速率__________(填“>”“<”或“=”)。
③测得B点条件下，容器内CO为1mol，则B点对应条件下反应Ⅰ的__________(列出计算式即可，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量的分数)。
(4)以Co作催化剂，利用合成气制备烃类物质的反应机制如下：
根据图示，利用该反应机制合成乙烯的化学方程式为__________。下列说法正确的是__________(填序号)。
a.反应物吸附过程只断裂极性键
b.C-C偶联过程中只形成非极性键
c.整个反应过程中无极性键生成
【甲烷和丙烷催化制氢】
还可以用甲烷和丙烷制备，同时生成苯和二甲苯，反应如下：
(两个反应可视为同级数的平行反应)
(5)对于同级数的平行反应有，其中v、k分别为反应速率和反应速率常数，为反应活化能，、为定值，R为常数，T为温度，同一温度下是定值。已知，若要提高苯的产率，可采取的措施有__________。
答案以及解析
1.答案：B
解析：甲烷属于气态氢化物，其分子之间依靠分子间作用力结合形成分子晶体，B正确。
2.答案：A
解析：
3.答案：C
解析：A.可燃冰可看作由水和甲烷等分子通过分子间作用力形成的超分子，分子间作用力不是共价键，A正确；B.超分子通常是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起，组成复杂的、有组织的聚集体，表面活性剂在水中会形成亲水基团向外、疏水基团向内的胶束，属于超分子，B正确；C.18-冠-6（图丙）可识别，该物质与之间的作用力是配位键，C错误；D.在硅氧四面体中形成的无限延伸层状多硅酸根中，每个Si原子与4个O结合，Si杂化类型是杂化，每个Si原子属于3个小六边形，则每个六边形中含有Si原子：6×=2；每个六边形结构中含有的O原子数是6×+6×=5个，相应离子带有的电荷数目是2×（+4）+5×（-2）=-2，故该多硅酸根的化学式为，D正确；故合理选项是C。
4.答案：D
解析：
5.答案：C
解析：甲烷分子与水分子间不能形成氢键，C项错误。
6.答案：B
解析：A.依据上述分析，a电极通入甲烷气体，作负极，A正确；
B.每通入1mol，有8mol转移，但电子不能通过质子交换膜，B错误；
C.b电极的电极反应式为：，C正确；
D.催化剂电极采用疏松多孔结构，可提高电极反应效率，D正确；
答案为B。
7.答案：（1）①③④⑧；②⑥⑧⑨
（2）⑦⑩
（3）
（4）；
解析：（1）电解质是在水溶液里或熔融状态下能够导电的化合物，①、③、④、⑧熔融氯化钠均属于电解质。②食盐水、⑥盐酸、⑧熔融氯化钠、⑨金属钠均能导电。
（2）非电解质是在水溶液中和熔融状态下均不能导电的化合物，则属于非电解质的有⑦、⑩甲烷。
（3）酸性氧化物能与碱反应生成盐和水，类比反应可知，通入足量NaOH溶液中发生反应：。
（4）溶于水的电离方程式为；和盐酸反应生成和，离子方程式为。
8.答案：（1）①CE；②AD
（2）①混合物；②化学变化
（3）钠元素
（4）
（5）①、；②
（6）氧化
解析：(1)A.铜丝能导电，既不是电解质也不是非电解质；
B.漂白粉是氯化钙和次氯酸钙的混合物，既不是电解质也不是非电解质；
C.品不能导电，溶于水导电，属于电解质；
D.醋酸溶液为电解质溶液，能导电，既不是电解质也不是非电解质；
E.粉末不导电，属于电解质；
F.干冰是非电解质，不能导电；
①属于电解质的是CE；
②在上述所给状态下能导电的是：AD；
(2)可燃冰主要成分为甲烷水合物，并含有少量等，所以是混合物：在较低的温度和压力下，用甲烷为原料可制成金刚石薄膜，有新物质生成，属于化学变化；
(3)汤汁溅到液化气的火焰上时，火焰呈黄色，说明汤汁中含有钠元素；
(4)在汽车排气管上安装催化转化装置，可使尾气中的和反应转化为无污染的物质，可知产物为二氧化碳和氮气，方程式为：；
(5)碳酸氢钠、碳酸钙、碳酸镁、氢氧化铝和氢氧化镁中，不属于盐的是：AI(OH);、Mg(OH)z；
胃酸的主要成分为盐酸，盐酸酸与氢氧化铝反应生成氣化铝和水，反应的离子方程式为：、；
(6)亚硒酸钠()能消除人体内的活性氧，可知 Se 元素的化合价升高，被氧化。
9.答案：（1）AD
（2）；a=74.9
（3）44.4%；该反应存在副反；
解析：
10.答案：（1）O>C>H；2p；哑铃状
（2）直线形；为极性分子，为非极性分子，为极性溶剂，极性分子易溶于极性溶剂，故的溶解度较大
（3）氢键、范德华力
（4）ad
（5）的分子直径小于笼状空腔直径，且与的结合能大于
解析：
11.答案：(1)+488.5
(2)0.075；<；c
(3)[或](答案合理均可)；>
(4)②；③
(5)4.67
解析：(1)由盖斯定律得反应，故；
12.答案：(1)BCD
(2)+247.3
(3)温度；>；
(4)；b
(5)加入合适的催化剂、适当降低温度(只需答到一点，合理即可)
解析：（1）A.催化剂不影响平衡移动，不能提高平衡产率，该选项错误；
B.移除部分，根据勒夏特列原理，平衡正向移动，平衡产率提高，该选项正确；
C.向体系中投入少量，与反应，相当于浓度减小，第二个反应平衡正向移动，浓度减小，使第一个反应平衡正向移动，的平衡产率提高，该选项正确；
D.恒温恒压下Ar，容器体积增大，相当于减压，两个反应均正向移动，平衡产率提高，该选项正确；
综上所述，正确答案是BCD。
（2）根据标准摩尔生成焓的定义，焓变等于生成物的标准摩尔生成总和减去反应物的标准摩尔生成焓总和，即。
（3）①由题可知，反应Ⅰ和反应Ⅱ都是气体分子数增大的吸热反应，相同压强下，温度升高，二氧化碳的转化率增大；相同温度下，增大压强，反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡都逆向移动，则二氧化碳的平衡转化率减小，根据图像可知，m表示温度；
②图中A点在对应和条件下，根据图像可知，A点时二氧化碳的转化率小于二氧化碳的平衡转化率，说明此时反应正向进行，即；
③设反应Ⅰ达平衡时转化的物质的量为，反应Ⅱ达平衡时转化的物质的量为，
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
根据题意：，，解得，；
则平衡时，；；；，，气体的总物质的量为，则。
（4）根据图示，利用该反应机制合成乙烯的化学方程式为：
。
a.反应物吸附过程断裂了非极性键和碳氧极性键，a错误；
b.偶联过程中只形成非极性键，b正确；
c.整个反应过程中有极性键生成，c错误；
故正确选项b。
（5）已知，，则温度降低，增大，可提高苯的产率；加入合适的催化剂，选择性降低，加快生成苯的速率，提高苯的产率。