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2021年全国统一高考化学试卷（甲卷）
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。
1．化学与人体健康及环境保护息息相关。下列叙述正确的是（ ）
A．食品加工时不可添加任何防腐剂
B．掩埋废旧电池不会造成环境污染
C．天然气不完全燃烧会产生有毒气体
D．使用含磷洗涤剂不会造成水体污染
2．NA为阿伏加德罗常数的值。下列叙述正确的是（ ）
A．18g重水（D2O）中含有的质子数为10NA
B．3mol的NO2与H2O完全反应时转移的电子数为4NA
C．32g环状S8（）分子中含有的S﹣S键数为1NA
D．1L pH＝4的0.1mol L﹣1K2Cr2O7溶液中Cr2O72﹣离子数为0.1NA
3．实验室制备下列气体的方法可行的是（ ）
气体 方法
A. 氨气 加热氯化铵固体
B. 二氧化氮 将铝片加到冷浓硝酸中
C. 硫化氢 向硫化钠固体滴加浓硫酸
D. 氧气 加热氯酸钾和二氧化锰的混合物
A．A B．B C．C D．D
4．下列叙述正确的是（ ）
A．甲醇既可发生取代反应也可发生加成反应
B．用饱和碳酸氢钠溶液可以鉴别乙酸和乙醇
C．烷烃的沸点高低仅取决于碳原子数的多少
D．戊二烯与环戊烷互为同分异构体
5．W、X、Y、Z为原子序数依次增大的短周期主族元素，Z的最外层电子数是W和X的最外层电子数之和，也是Y的最外层电子数的2倍。W和X的单质常温下均为气体。下列叙述正确的是（ ）
A．原子半径：Z＞Y＞X＞W
B．W与X只能形成一种化合物
C．Y的氧化物为碱性氧化物，不与强碱反应
D．W、X和Z可形成既含有离子键又含有共价键的化合物
6．已知相同温度下，Ksp（BaSO4）＜Ksp（BaCO3）。某温度下，饱和溶液中﹣lg[c（SO42﹣）]、﹣lg[c（CO32﹣）]与﹣lg[c（Ba2+）]的关系如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．曲线①代表BaCO3的沉淀溶解曲线
B．该温度下BaSO4的Ksp（BaSO4）值为1.0×10﹣10
C．加适量BaCl2固体可使溶液由a点变到b点
D．c（Ba2+）＝10﹣5.1时两溶液中
7．乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH﹣，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是（ ）
A．KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B．阳极上的反应式为：+2H++2e﹣→+H2O
C．制得2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol电子
D．双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移
二、非选择题：共58分。第8～10题为必考题，每个试题考生都必须作答。第11～12题为选考题，考生根据要求作答。（一）必考题：共43分。
8．（14分）碘（紫黑色固体，微溶于水）及其化合物广泛用于医药、染料等方面。回答下列问题：
（1）I2的一种制备方法如图所示：
①加入Fe粉进行转化反应的离子方程式为 ，生成的沉淀与硝酸反应，生成 后可循环使用。
②通入Cl2的过程中，若氧化产物只有一种，反应的化学方程式为 ；若反应物用量比＝1.5时，氧化产物为 ；当＞1.5后，单质碘的收率会降低，原因是 。
（2）以NaIO3为原料制备I2的方法是：先向NaIO3溶液中加入计量的NaHSO3，生成碘化物；再向混合溶液中加入NaIO3溶液，反应得到I2。上述制备I2的总反应的离子方程式为 。
（3）KI溶液和CuSO4溶液混合可生成CuI沉淀和I2，若生成1mol I2，消耗的KI至少为 mol。I2在KI溶液中可发生反应：I2+I﹣ I3﹣。实验室中使用过量的KI与CuSO4溶液反应后，过滤，滤液经水蒸气蒸馏可制得高纯碘。反应中加入过量KI的原因是 。
9．（15分）胆矾（CuSO4 5H2O）易溶于水，难溶于乙醇。某小组用工业废铜焙烧得到的CuO（杂质为氧化铁及泥沙）为原料与稀硫酸反应制备胆矾，并测定其结晶水的含量。回答下列问题：
（1）制备胆矾时，用到的实验仪器除量筒、酒精灯、玻璃棒、漏斗外，还必须使用的仪器有 （填标号）。
A.烧杯
B.容量瓶
C.蒸发皿
D.移液管
（2）将CuO加入到适量的稀硫酸中，加热，其主要反应的化学方程式为 ，与直接用废铜和浓硫酸反应相比，该方法的优点是 。
（3）待CuO完全反应后停止加热，边搅拌边加入适量H2O2，冷却后用NH3 H2O调pH为3.5～4，再煮沸10min，冷却后过滤。滤液经如下实验操作：加热蒸发、冷却结晶、 、乙醇洗涤、 ，得到胆矾。其中，控制溶液pH为3.5～4的目的是 ，煮沸10min的作用是 。
（4）结晶水测定：称量干燥坩埚的质量为m1，加入胆矾后总质量为m2，将坩埚加热至胆矾全部变为白色，置于干燥器中冷至室温后称量，重复上述操作，最终总质量恒定为m3。根据实验数据，胆矾分子中结晶水的个数为 （写表达式）。
（5）下列操作中，会导致结晶水数目测定值偏高的是 （填标号）。
①胆矾未充分干燥
②坩埚未置于干燥器中冷却
③加热时有少量胆矾迸溅出来
10．（14分）二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题：
（1）二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：
CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）
该反应一般认为通过如下步骤来实现：
①CO2（g）+H2（g）═CO（g）+H2O（g）△H1＝+41 kJ mol﹣1
②CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）△H2＝﹣90 kJ mol﹣1
总反应的△H＝ kJ mol﹣1；若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是 （填标号），判断的理由是 。
（2）合成总反应在起始物＝3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x（CH3OH），在t＝250℃下的x（CH3OH）～p、在p＝5×105Pa下的x（CH3OH）～t如图所示。
①用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp＝ ；
②图中对应等压过程的曲线是 ，判断的理由是 ；
③当x（CH3OH）＝0.10时，CO2的平衡转化率α＝ ，反应条件可能为 或 。
（二）选考题：共15分。请考生从2道化学题中任选一题作答。如果多做，则按所做的第一题计分。（15分）
11．（15分）我国科学家研发的全球首套千吨级太阳能燃料合成项目被形象地称为“液态阳光”计划。该项目通过太阳能发电电解水制氢，再采用高选择性催化剂将二氧化碳加氢合成甲醇。回答下列问题：
（1）太阳能电池板主要材料为单晶硅或多晶硅。Si的价电子层的电子排布式为 ；单晶硅的晶体类型为 。SiCl4是生成高纯硅的前驱体，其中Si采取的杂化类型为 。SiCl4可发生水解反应，机理如下：
含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp2、②sp3d、③sp3d2，中间体SiCl4（H2O）中Si采取的杂化类型为 （填标号）。
（2）CO2分子中存在 个σ键和 个π键。
（3）甲醇的沸点（64.7℃）介于水（100℃）和甲硫醇（CH3SH，7.6℃）之间，其原因是 。
（4）我国科学家发明了高选择性的二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其组成为ZnO/ZrO2固溶体。四方ZrO2晶胞如图所示。Zr4+离子在晶胞中的配位数 ，晶胞参数为a pm、a pm、c pm，该晶体密度为 g cm﹣3（写出表达式）。在ZrO2中掺杂少量ZnO后形成的催化剂，化学式可表示为ZnxZr1﹣xOy，则y＝ （用x表达）。
[化学--选修5：有机化学基础]
12．（15分）近年来，以大豆素（化合物C）为主要成分的大豆异黄酮及其衍生物，因其具有优良的生理活性而备受关注。大豆素的合成及其衍生化的一种工艺路线如图：
回答下列问题：
（1）A的化学名称为 。
（2）1mol D反应生成E至少需要 mol氢气。
（3）写出E中任意两种含氧官能团的名称 。
（4）由E生成F的化学方程式为 。
（5）由G生成H分两步进行：反应1）是在酸催化下水与环氧化合物的加成反应，则反应2）的反应类型为 。
（6）化合物B的同分异构体中能同时满足下列条件的有 （填标号）。
a.含苯环的醛、酮
b.不含过氧键（﹣O﹣O﹣）
c.核磁共振氢谱显示四组峰，且峰面积比为3：2：2：1
A.2个
B.3个
C.4个
D.5个
（7）根据上述路线中的相关知识，以丙烯为主要原料用不超过三步的反应设计合成： 。
参考答案
一、选择题
1.C 【解析】食品加工时，可以加入适量的安全防腐剂以延长食品的保质期，但必须符合国家规定的使用标准，A项错误；废旧电池中含有重金属离子，掩埋处理会污染地下水、土壤，B项错误；天然气的主要成分为甲烷，不完全燃烧会生成有毒气体，C项正确；使用含磷洗涤剂洗涤后的废水含有磷元素，不经处理排放会引起水体中藻类等疯长，造成水体污染，D项错误。
2.C 【解析】的物质的量为；，则其中所含的质子数为，A项错误；二氧化氮与水发生反应，为歧化反应，有的化合价由+4价升高到+5价，的化合价由+4价降低到+2价，则每完全反应转移个电子，B项错误；由分子的结构可知，该分子中含有8个键，的物质的量为，则所含键的个数为，C项正确；酸性溶液中存在平衡：，则的溶液中离子数小于，D项错误。
3.D 【解析】加热分解生成和，和气体在试管口遇冷时会重新生成，得不到，还可能堵塞导管口，故不能用该法制备，A项错误；常温下铝遇浓硝酸钝化，可用和浓反应制备，B项错误；浓硫酸具有强氧化性，具有还原性，二者混合发生氧化还原反应生成和，并不能生成气体，C项错误；加热和的混合物可制备，其中作催化剂，D项正确。
4.B 【解析】甲醇的官能团是羟基，能发生取代反应，甲醇分子中不含不饱和键，不能发生加成反应，在水溶液中不能电离出，A项错误；向乙酸和乙醇中分别滴加饱和溶液，有气体产生的是乙酸，无明显现象的是乙醇，故用饱和溶液可鉴别二者，B项正确；烷烃的沸点随分子中碳原子数增多而逐渐升高，但碳原子数相同的烷烃，支链越多其沸点越低，故不仅仅与碳原子数有关，C项错误；
戊二烯和环戊烷的分子式分别为和，二者分子式不同，不互为同分异构体，D项错误。
5.D 【解析】为原子序数依次增大的短周期主族元素，的最外层电子数是的最外层电子数的2倍，则的最外层电子数为偶数，同时小于8，的最外层电子数是和的最外层电子数之和，则和的最外层电子数之和应为偶数且小于8，和的单质常温下均为气体，可推出为元素、为元素，则的最外层电子数为6，最外层电子数为3，的原子序数大于，则为元素，原子序数大于，则为元素。原子半径：，A项错误；和可形成化合物和等，B项错误；为两性氧化物，与强酸和强碱均能反应生成盐和水，C项错误；三种元素形成的离子化合物中既含离子键又含共价键，D项正确。
6.B 【解析】据图可知当横坐标均为时，即时，阴离子浓度：点点；可知曲线①代表溶度积常数较小的物质的沉淀溶解曲线，即曲线①代表的沉淀溶解曲线，曲线②代表的沉淀溶解曲线，A项错误；曲线①过点，此时，该温度下，B项正确；加适量固体，增大，因温度保持不变，不变，则溶液中减小，可使溶液由点变到点，C项错误；当时，点对应溶液中，点对应溶液中，两溶液中，D项错误。
7.D 【解析】电解池工作时，右侧Br﹣氧化为Br2，生成的Br2再氧化乙二醛生成乙醛酸，Br2再还原为Br﹣，说明KBr还起催化作用，故A错误；右侧为阳极，发生氧化反应，电极反应为2Br﹣﹣2e﹣＝Br2，故B错误；阳极区和阴极区均有乙醛酸生成，且1mol乙二酸转化为1mol乙醛酸、与1mol乙二醛转化为1mol乙醛酸均转移2mol电子，根据电子守恒，则制得2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了2mol电子，故C错误；双极膜的左侧为阳离子交换膜，中间层的H+在外电场作用下，向左侧即铅电极方向迁移，故D正确；
二、非选择题
（一）必考题
8.(1)①
② 被进一步氧化
(2)
(3) 防止单质碘析出
【解析】(1)①含海水经富集后，得到悬浊液，加入铁粉后，与悬浊液中的发生氧化还原反应，生成和，反应的离子方程式为；生成的再与反应生成，可返回富集工序循环使用。
②转化反应后的滤液中含有、，还原性：，通入后，先被氧化生成，则氧化产物只有一种的化学方程式为；当时，刚好发生反应，故氧化产物为、；当后，过量，可将进一步氧化生成，导致单质碘的收率降低。
(2)由题述方法可知，第一步为与发生氧化还原反应生成和，根据得失电子守恒和电荷守恒得反应：，再加入后得到，发生反应：，根据上述两个离子方程式可得总反应的离子方程式：。
(3)溶液与溶液反应生成沉淀和，由得失电子守恒和元素守恒得反应的化学方程式为，生成至少消耗；加入过量的，使与发生的反应：向右进行，可防止单质碘析出，减少碘的损失。
9.(1)A、C (2) 不产生（硫酸利用率高）
(3)过滤 干燥 除尽铁和抑制水解 破坏胶体易于过滤
(4) (5)①③
【解析】(1)由思路分析可知，反应过程用到的仪器有量筒（量取稀）、烧杯（盛稀）、酒精灯（加热）、玻璃棒（搅拌）；过滤操作用到的仪器有漏斗、玻璃棒（引流）、烧杯；蒸发过程用到的仪器有蒸发皿、玻璃棒（搅拌）、酒精灯。综上所述，还需要的仪器有烧杯、蒸发皿，A、C正确。
(2)属于碱性氧化物，与稀反应生成和（加热可加快反应速率），化学方程式为；废铜直接与浓反应制取的化学方程式为，硫酸利用率低，且产生有毒气体，对比可知与反应制取的优点是不产生，硫酸利用率高。
(3)由溶液得到胆矾，需要的实验操作为加热蒸发、冷却结晶、过滤、乙醇洗涤、干燥。溶液中会发生水解，控制溶液为3.5~4，可以让完全水解转化为胶体，并有效抑制水解；加热可使胶体聚沉，则煮沸能使水解生成的胶体聚沉为沉淀，易于过滤除铁。
(4)由题给数据，胆矾的质量为，的质量为，设胆矾的化学式为，根据铜元素守恒，二者物质的量相等，可得，解得。
(5)由(4)求得的胆矾中结晶水个数的表达式可知，胆矾未充分干燥，则偏大，导致偏高；坩埚未放在干燥器中冷却，会使热的冷却过程中再吸水，则偏大，导致偏低；加热时有少量胆矾迸溅出来，则偏小，导致偏高，①③符合题意。
10.(1)为正值，和为负值，反应①活化能大于反应②的
(2)① ② 总反应，升高温度时平衡向逆反应方向移动，甲醇的物质的量分数变小 ③ ， ，
【解析】(1)根据盖斯定律知，反应①+反应②即可得到目标反应，则。在多步反应历程中，慢反应的活化能大，反应①是慢反应，说明反应①的活化能大于反应②的活化能，且为正值，和为负值，则符合题意的为。
(2)①总反应化学方程式为，结合平衡常数表达式定义，可以写出平衡常数。
②总反应，恒压条件下，随温度升高，平衡逆向移动，平衡时甲醇的物质的量分数减小；恒温条件下，随压强增大，平衡正向移动，平衡时甲醇的物质的量分数增大，则表示等压过程的曲线是。
③设起始时，二氧化碳投料为，氢气投料为，平衡时转化二氧化碳，根据题意可列出三段式：
起始量
转化量
平衡量
根据，可以列出，解得，,则的平衡转化率，根据图像可知，时，可以是在恒压条件下，温度为时的平衡状态，也可以是在恒温条件下，压强为时的平衡状态，即反应条件可能为，和，。
（二）选考题
11.(1) 原子晶体（共价晶体） ② (2)2 2
(3)甲硫醇不能形成分子间氢键，而水和甲醇均能，且水比甲醇的氢键多
(4)
【解析】(1)原子核外有14个电子，根据构造原理可知其基态原子的核外电子排布式为，则硅原子的价电子层的电子排布式为。硅单质是通过共价键形成的正四面体形的原子晶体（或共价晶体）。分子中原子形成4个键，没有孤电子对，杂化轨道数目为4，原子采取杂化。根据题给机理图可知：水解的中间体中形成了五个杂化轨道，则中采取杂化，即②符合题意。
(2)结构式为。根据共价单键为键，双键中含有1个键和1个键，可知分子中存在2个键、2个键。
(3)氢键是氢原子与半径较小、电负性较大、含孤电子对的原子（如）形成的一种特殊的作用力，分子间氢键使物质的熔、沸点升高。甲醇的沸点介于水和甲硫醇之间，其原因是甲硫醇不能形成分子间氢键，而水和甲醇均能形成分子间氢键，且水分子间形成的氢键数目比甲醇多。
(4)根据四方的晶胞结构示意图，以面心为例，与其距离最近的有8个，在晶胞中的配位数是8。由晶胞结构可知，每个晶胞中含有个和8个，即平均每个晶胞中有4个；晶胞参数是，的摩尔质量为，一个晶胞的质量为，晶胞体积为，所以晶体的密度。在中掺入后，根据化合物中各元素正、负化合价代数和为0得：，解得。
12.(1)1，3 - 苯二酚（ - 苯二酚或间苯二酚） (2)2
(3)酯基、羟基、醚键（任意两种）
(4)
(5)取代反应 (6)C
(7)
【解析】本题以大豆素的合成及其衍生化的工艺为载体，考查有机物的命名、有机反应类型、官能团的辨认、有机方程式的书写、同分异构体和合成路线设计等。
(1)的化学名称为1，3 - 苯二酚或 - 苯二酚或间苯二酚。
(2)的结构简式为分子式为，的分子式为
，从分子式的变化可知反应生成至少消耗氢气。
(3)的结构简式为含氧官能团的名称为酯基、羟基、醚键。
(4)比较和的结构简式，可知发生消去反应生成。
(5) 与水在酸催化下发生加成反应生成
，然后发生取代（水解）反应生成
(6)化合物的分子式为，其同分异构体核磁共振氢谱显示四组峰，且峰面积比为
，则说明含有一个甲基且为对称结构，同时不含有过氧键。若为含苯环的醛，其结
构简式为若为含苯环的酮，其结构简式为
，则同时满足条件的同分异构体有4种，故选C。
(7)结合题干工艺流程可知，第一步为丙烯生成环氧化合物
（与生成的反应类似）；第二步为与水发生加成反应生成；第三
步为与反应生成（与生成的反应类
似），据此写出合成路线。
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