一、2023年航天事业与化学相关热点——天宫一号。
天宫一号”是中国第一个目标飞行器，于2023年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星发射中心发射，由实验舱和资源舱构成。“天宫一号”上的高压半刚性太阳电池翼，采用了碳纤维框架加玻璃纤维网格的半刚性结构，首次使用了铝锂合金(以锂为主要合金元素的新型铝合金，最大特点是密度低，比强度、比刚度高，耐热性和抗腐蚀性能好，可进行热处理强化)，成功为舱段质量减轻10%。由于航天事业的发展代表一个国家的软实力，同时航天事业中涉及了大量的新技、新材料和新能源等与化学相关的知识，也是高考命题的热门素材之一。
其命题方向为对新材料相关制备的考查，与物质分离、鉴别等实验内容联系的考查。
例1】“天宫一号”目标飞行器上采用了铝锂合金为原材料，成功为舱段质量减轻10%，提高了飞行器的载重量。工业上用硫酸与β—锂辉矿(lialsi2o6和少量钙、镁杂质)在250～300℃下反应生成li2so4、硅铝化合物及mgso4等，其工业生产流程如下：
请回答下列问题：
1) 锂铝合金强度大，质量轻，适宜用作航空航天材料。下列叙述正确的是( )
a. li在氧气中燃烧主要生成li2o2 b.铝制容器可盛装热的浓硫酸。
与水反应比li与水反应剧烈 d.铝和锂形成的合金改变了材料的化学性质。
2)沉淀x的主要成分是 (写化学式)。
3)请解释生产流程中前后两次使用的na2co3溶液浓度不同的原因
4)将盐酸与碳酸锂完全反应后的溶液进行蒸干得到固体，再将其熔融电解生产锂。电解时产生的氯气中会混有少量氧气，请解释混有少量氧气的原因
5)“天宫一号”的晶体硅太阳能电池片被固定在高压半刚性太阳能电池翼上，我国航天器电源首次应用这种技术。单晶硅是太阳能电池板的主要材料。通常在高温下还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硼和磷等杂质)，粗硅与氯气反应生成四氯化硅，四氯化硅经提纯后用氢气还原可制得高纯硅。
已知四氯化硅及杂质的性质如下表所示，据此，提纯四氯化硅的最佳方法是 。
为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂是。
(填序号)a. 碘水 b. 氯水 c. naoh溶液 d. kscn溶液 e. na2so3溶液。
【解析】本题以工业制锂为载体考查了硅酸盐不同形式的改写，ca、mg等元素化合物知识，水解和电解相关原理。(1)li在空气中燃烧只能生成li2o，a项错误；铝与热的浓硫酸能够发生反应，b项错误；k比al活泼，故k与水反应比li与水反应剧烈，c项正确；合金只改变材料的物理性质，化学性质基本不变，d项错误。(2)溶液中加入oh-、co32-后产生的沉淀，主要成分为caco3、mg(oh)2。
(3)前者使用稀碳酸钠溶液的目的是除去溶液中的ca2+，浓度过大时可能会生成部分li+沉淀；故ca2+浓度越大越利于li2co3生成。(4)混有o2的原因必须从反应物特征入手寻找，由于加热蒸干licl溶液可获得固体，但是由于licl受热易水解成lioh，lioh受热分解产生的li2o电解时会产生o2。 (5)该题以“天宫一号”的太阳能电池为素材，考查了硅、铁的相关性质，其中涉及了物质分离和检验的方法。
由于四氯化硅的沸点较低，但是高于bcl3的，所以可采用多次蒸馏法(精馏)提纯。由于铁单质与稀盐酸反应的产物是fe2+，检验的方法是先将fe2+转化为fe2+后再进行检验，所以应选择氯水和kscn溶液。
【答案】(1) c (2) caco3、mg(oh)2 (3)前考使用稀碳酸钠溶液的目的是除去溶液中的ca2+，浓度过大时可能会使部分li+沉淀；后者使用碳酸钠溶液的目的是使li+沉淀，所以co32-浓度越大越有利于li2co3的生成(其他合理答案也可)。 4)加热蒸干licl溶液可获得固体，但是由于licl受热易水解成lioh，lioh受热分解产生的li2o电解时会产生o2(其他合理答案也可)。
5) ①多次蒸馏(精馏) ②b d
【例2】2023年9月29日21时16分许，中国首个目标飞行器“天宫一号”搭乘着“长征二号f”t1运载火箭在酒泉卫星发射中心载人航天发射场成功发射升空，这标志着中国在探索太空的征程上又迈出了一大步，是中华民族太空计划的一重大里程碑事件。在这之前的火箭推进剂的主要成分是有毒的四氧化二氮和偏二甲肼，现在改用了液氧、煤油。
试回答下列问题：
（1）在之前的火箭助推器中是以液态的四氧化二氮(n2o4)和液态的偏二甲肼(c2h8n2)为推进剂的。已知10g液态偏二甲肼与足量n2o4完全反应放出425kj的热量，生成对环境无害的n2、co2、水蒸气。写出该反应的热化学方程式 。
在该反应中，氧化剂为 ，转移的电子数为 。
（2）火箭推进剂采用煤油和液氧，解决了接触推进剂的工作人员的安全问题，是目前各国常用的燃料。已知煤油（以十二烷c12h26为例）的燃烧热为8075kj·mol-1，试计算同等条件下，c12h26和原燃料(偏二甲肼与n2o4)分别燃烧时，放出同等热量时的c12h26与c2h8n2的质量比 。
（3）目前，各国致力发展高效新型燃料，即液氢和液氧，燃烧时生成气态水。已知lg氢气完全燃烧生成液态水时放出142.9kj的热量，又知1mol液态水变成水蒸气时需要吸收44.
0kj的热量，写出火箭发射时h2(g)燃烧的热化学方程式 。
解析】(1)首先写出化学方程式，偏二甲肼的相对分子质量是60，故1 mol c2h8n2燃烧放出2550kj热量。c2h8n2中h为+1价，n为–3价，c为–1价，n2o4是氧化剂，因此燃烧量总共失去16e-。(2)根据两个热化学方程式的计算，c12h26 ～ 8075kj·mol-1，c2h8n2 ～ 2550kj·mol-1， 计算得二者质量之比为17︰19。
(3)根据盖斯定律可得，2h2(g)+o2(g)＝2h2o(g) △h=－483.6 kj·mol-1 (注意h2的量的计算)。
答案】(1) c2h8n2(l)+2n2o4(l)＝2co2(g)+4h2o(g)+3n2(g) △h=－2550 kj·mol-1 n2o4 16e-
2) 17︰19 (3) 2h2(g)+o2(g)＝2h2o(g) △h=－483.6 kj·mol-1
二、2023年与诺贝尔化学奖相关的创新题。
2023年10月5日，瑞典皇家科学院宣布将2023年诺贝尔化学奖授予准晶体的发现者以色列科学家达尼埃尔·谢赫特曼，以表彰其在晶体学研究中的突破。科研人员在意大利最早发现了天然准晶体化合物，该化合物由铝、铜和铁三种元素构成，其原子排列打破了一般晶体的对称性规律，准晶体化合物比由同类元素构成的晶体化合物更加坚固且难以分解，目前该类化合物大都为铝合金，广泛应用于需要坚固金属的工业领域。每年的诺贝尔化学奖均涉及最新研究成果，往往是高考考查的热点内容，2023年高考的命题方向可能主要为对准晶体化合物成分进行**和成分含量的测定。
例3】2023年诺贝尔化学奖授予准晶体的发现者以色列科学家达尼埃尔·谢赫特曼，以表彰其在晶体学研究中的突破。达尼埃尔·谢赫特曼是在al—mn合金(不含其他元素)中首次发现“准晶体”。研究性学习小组的同学，拟测定该“准晶体”中铝的含量，现设计下列两种不同的实验方案进行**。
请回答下列问题：
实验方案一】将“准晶体”样品与足量naoh溶液反应，测定剩余固体的质量。实验中发生反应的化学方程式是 。
实验步骤】第一步：称取一定量的“准晶体”样品，溶于足量的naoh溶液中，充分反应。
第二步：过滤、洗涤、干燥、称量固体。
1)若上述操作中未洗涤固体，测得铝的质量分数将 (填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。
实验方案二】将“准晶体”样品与足量稀盐酸反应，测量实验中生成氢气的体积。
问题讨论】2)同学们拟选用下列实验装置完成实验：
你认为最简易装置的连接顺序是a接( )接( )接( )填接口字母，可不填满)。
实验开始时，先取下分液漏斗上口的玻璃塞，再轻轻打开其活塞，反应进行一段时间后稀盐酸不能顺利滴入锥形瓶中，请你帮助分析原因
实验结束时，在读取实验中生成氢气的体积时，你认为合理的是 (填序号)
a. 待实验装置冷却后再读数。
b. 上下移动量筒f，使其中的液面与广口瓶中的液面相平。
c. 视线与凹液面的最低点相平，读取量筒中水的体积。
解析】本题是一组以定性分析的定量分析相结合的实验题。本题主要对铝的性质进行考查，其中对定量实验的考查是本题的难点。将准晶体与强碱反应后，铝将转化为偏铝酸钠，锰剩余在滤渣中，如果不进行滤渣洗涤，务必会造成滤渣的质量偏大，所以铝的含量偏低。
定量实验的关键是收集产生的氢气，本题中可以利用排水法收集产生的氢气，其中最简易装置的连接顺序是aedg。由于铝与稀盐酸反应放热且生成气体，使锥形瓶中的气体压强增大，故反应进行一段时间后，可能造成分液漏斗中的液体无法滴下。实验结束后进行读数时要注意待实验装置冷却后再读数，读数时视线与凹液面的最低点保持水平后，再读取量筒中水的体积。
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