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《人工智能》
【时事回顾】
在2025年央视春晚的舞台上，宇树科技旗下的人形机器人Unitree H1在创意融合舞蹈《秧BOT》中亮相，成为全场焦点。
【情景素材】
实验自动化：人工智能可用于自动化化学实验，如智能机器人进行药品称量、溶液配制、实验操作等，能提高实验效率和准确性，减少人为误差。
新材料研发：通过分析海量数据，人工智能预测新物质合成途径和功能，指导研发高性能新材料，缩短研发时间和成本。
药物设计：在药物研发中，人工智能可用于靶点识别、药物分子结构优化、药物作用机制研究等，加速新药研发进程。。
【命题要点】
人工智能在化学领域的应用场景判断：给出一些具体的应用描述，让学生判断属于人工智能在化学中的哪种应用，如物质结构预测、化学反应路径规划、实验自动化等。
人工智能相关的化学实验设计与分析：结合人工智能在实验中的应用，考查学生对实验原理、步骤、现象及结论的理解，以及实验设计和误差分析能力。
人工智能与化学数据处理：涉及人工智能如何处理和分析化学数据，如对实验数据的分类、聚类、挖掘，以发现化学规律和趋势。。
【相关知识点分析】
物质结构与性质：人工智能可通过计算化学方法预测分子的几何结构和电子性质，学生需掌握物质结构的基本概念，如化学键、分子构型等，理解结构与性质的关系。
化学反应原理：了解化学反应速率、化学平衡、反应热等概念，以及人工智能如何通过算法优化反应条件，预测反应路径，帮助理解化学反应的本质和规律。
化学实验基本操作：熟悉常见的化学实验仪器和操作，如溶液配制、物质分离与提纯等，明确人工智能在实验自动化中所涉及的具体操作环节，以及对实验结果的影响。。
【押题猜想】
一．选择题（30分）
1.宇树机器人在春晚表演时，其外壳采用的碳纤维复合材料属于（ ）
A. 金属材料 B. 无机非金属材料 C. 合成材料 D. 复合材料
2.某AI系统预测新型催化剂时，发现某金属氧化物（MO）可加速分解过氧化氢。该反应中，MO的质量和化学性质在反应前后（ ）
A. 质量减小，化学性质改变 B. 质量不变，化学性质改变
C. 质量增大，化学性质不变 D. 质量不变，化学性质不变
3.2025年中国人工智能技术迈向新台阶，尤其是国产DeepSeek走红全球。人工智能的芯片主要成分是硅，工业上制取芯片基材高纯硅（Si）的某一步反应微观示意图如图（相同小球表示同种原子）。下列说法正确的是（　　）
A．生成的丙和丁的微粒个数比是1：1
B．硅元素是地壳中含量最高的金属元素
C．参加反应的基本反应类型是置换反应
D．反应中各物质均由分子构成，且反应前后原子的种类改变
4. 人工智能预测新型合金材料成分时，合金与纯金属相比的优势是（ ）
A. 熔点更高 B. 硬度更大 C. 密度更大 D. 化学性质更活泼
5.用AI控制的自动化实验装置进行“粗盐提纯”，下列操作中不需要使用玻璃棒的是（ ）
A. 溶解 B. 过滤 C. 蒸发 D. 称量
6. AI推荐的污水处理流程中，活性炭吸附池的作用是（ ）
A. 杀菌消毒 B. 沉降固体杂质 C. 吸附色素和异味 D. 降低水的硬度
7.下列是《麻省理工科技评论》2024年发布的“十大突破性技术”中的四项，其中与化学研究范畴关联密切的是（　　）
A．无处不在的人工智能 B．首例基因编辑治疗
C．超高效太阳能电池 D．百亿亿次计算机
8. AI预测某元素在周期表中的位置时，某元素原子最外层电子数为7，该元素可能是（ ）
A. 金属元素 B. 稀有气体元素 C. 非金属元素 D. 无法确定
9. AI分析某反应前后物质质量变化如下，X的值为（ ）
物质 A B C D
反应前质量/g 10 15 2 0
反应后质量/g 8 3 2 X
A. 22 B. 14 C. 16 D. 10
10. AI模拟火箭燃料偏二甲肼（C H N ）与四氧化二氮（N O ）反应：C H N + 2N O = 3N + 2CO + 4X，X的化学式为（ ）
A. H O B. H O C. H D. O
11. AI分析某溶液成分时，测得含有大量的Na 、Cl 、SO ，则该溶液中还可能大量存在的离子是（ ）
A. Ag B. Ba C. K D. OH
12. AI优化的工业炼铁（Fe O + 3CO 2Fe + 3CO ）中，发生还原反应的物质是（ ）
A. Fe O B. CO C. Fe D. CO
13.在人工智能芯片制造过程中，需要对硅原料进行提纯。现有含少量氧化铁杂质的粗硅（主要成分为Si），欲提纯硅，以下实验方案可行的是（ ）
A. 加入足量稀盐酸，过滤、洗涤、干燥
B. 加入足量氢氧化钠溶液，过滤、洗涤、干燥
C. 高温下通入氢气
D. 加入足量硫酸铜溶液，过滤、洗涤、干燥
14.在人工智能设备的精密制造中，会涉及多种化学物质的使用。已知甲、乙、丙、丁、戊是初中化学常见物质，分别属于单质、氧化物、酸、碱、盐中的一种。其中甲是黑色固体单质，常用于制作芯片的基底材料；乙是一种常见的酸，可用于蚀刻金属部件；丙的溶液呈碱性，可用于去除油污；丁是一种氧化物，能与水反应使溶液温度升高；戊的水溶液能与丙反应产生白色沉淀。下列说法正确的是（ ）
A. 甲与乙能发生置换反应生成氢气
B. 丁与水反应后的溶液能使无色酚酞变红
C. 丙与戊反应的化学方程式为NaOH + KCl = NaCl + KOH
D. 乙可以通过复分解反应转化为戊
15.在人工智能设备的精密零件表面处理中，需用稀硫酸去除铁锈。将一定质量的生锈铁片（仅含Fe和Fe2O3）放入200g溶质质量分数为19.6%的稀硫酸中，恰好完全反应，得到溶液的质量为218.4g。则反应后所得溶液中溶质的总质量为（ ）
A. 30.4g B. 32.2g C. 35.6g D. 38.0g
二．非选择题（40分）
16.(6分)人工智能技术的发展离不开各类化学材料的支持。请根据所学知识回答下列问题：
（1）在芯片制造中，高纯硅（Si）是关键材料。硅元素在元素周期表中位于第三周期、第IVA族，硅原子的最外层电子数为______，硅单质属于______（填“金属”或“非金属”）单质。
（2）用于人工智能设备散热的石墨烯材料，是由碳原子构成的单层片状结构。下列有关石墨烯说法正确的是（ ）
A. 石墨烯与金刚石的物理性质完全相同 B. 石墨烯能导电，体现其化学性质
C. 石墨烯在氧气中完全燃烧生成二氧化碳 D. 构成石墨烯的碳原子静止不动
（3）人工智能传感器中常使用氧化铝（Al O ）陶瓷。氧化铝中铝元素的化合价为______，氧化铝能稳定存在，是因为其内部铝离子（Al ）和氧离子（O ）通过______（填“得失电子”或“ 形成共用电子对”）结合形成稳定结构。
（4）人工智能设备外壳常用到聚碳酸酯塑料。下列描述中，属于聚碳酸酯化学性质的是（ ）
A. 透明、坚韧 B. 密度约1.2g/cm C. 具有阻燃性 D. 可加工成各种形状
17.（6发）人工智能设备的电路板制造过程中，涉及多种化学原理与操作。请结合所学知识，回答下列问题：
（1）为防止电路板的铜质线路氧化，常使用锡（Sn）进行焊接，形成铜锡合金。铜锡合金属于__________（填“金属材料”或“合成材料”）。焊接时，锡在加热条件下可与空气中的氧气反应生成二氧化锡（SnO2），该反应的基本类型是__________反应。
（2）电路板上残留的油污可用氢氧化钠溶液清洗，这是利用了氢氧化钠的_______（填序号）。
A. 吸水性 B. 腐蚀性 C. 乳化作用 D. 碱性去污能力
（3）若电路板中混入少量铁杂质，可用稀盐酸去除。铁与稀盐酸反应的化学方程式为____________，该反应的微观实质是铁原子与氢离子反应，生成亚铁离子和__________（填粒子符号）。
（4）为验证Cu、Fe、Sn三种金属的活动性顺序，某同学设计了以下实验方案，其中可行的是__________（填序号）。
① 将Fe、Sn分别放入CuSO4溶液中
② 将Cu、Sn分别放入FeSO4溶液中
③ 将Fe放入SnSO4溶液，再将Fe放入CuSO4溶液
④ 将Sn放入FeSO4溶液，再将Cu放入SnSO4溶液
18.（6分）人工智能芯片的核心材料是高纯度的硅，工业上以石英砂（主要成分SiO2）为原料制取高纯硅，其生产流程如图所示。请回答下列问题：
（1）反应I的化学方程式为2Mg + SiO2 Si + 2MgO，该反应中硅元素的化合价由______变为______。
（2）操作I的名称是______，该操作中用到的玻璃仪器有玻璃棒、______和烧杯。
（3）反应II的化学方程式SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl，该反应属于（ ）
A. 化合反应 B. 分解反应 C. 置换反应 D. 复分解反应
（4）下列有关说法正确的是（ ）
A. 石英砂是一种纯净物 B. 整个生产过程中，只有硅元素的化合价发生了变化
C. 氢气在反应II中体现了还原性 D. 粗硅中只含有硅单质
19.（10分）人工智能设备的某些传感器制造中需要用到纯净的气体。以下是实验室制取气体的常用装置，请回答相关问题。
（1）仪器a的名称是______。用A装置制取氧气，试管口略向下倾斜的原因是______。
（2）实验室用双氧水和二氧化锰制取氧气，可选用的发生装置是______（填序号），该反应的化学方程式为______。
（3）若要收集较纯净的氧气，应选择的收集装置是______（填序号）。用D装置收集氧气时，验满的方法是将带火星的木条放在______（填“b”或“c”）导管口处，若木条复燃，则氧气已收集满。
（4）在人工智能芯片的光刻过程中，需要用到高纯度的氮气。氮气在常温下化学性质稳定，可用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠晶体混合加热制取氮气，制取氮气应选用的发生装置是（ ）
A. A B. B C. C D. 以上都可以
（5）下列关于气体制取与收集的说法正确的是（ ）
A. 用A装置制取氧气时，必须使用催化剂
B. B装置与C装置相比，B装置能更好地控制反应速率
C. 用E装置收集二氧化碳时，导管应伸到集气瓶口
D. 所有气体都可以用排空气法收集
20.（12分）阅读短文，回答问题。
《人工智能芯片制造中的化学奥秘》
人工智能芯片是人工智能设备的核心部件，其制造过程涉及众多化学知识。芯片的主要材料是硅，硅的制取和提纯至关重要。
工业上，首先将石英砂（主要成分SiO2）和焦炭在高温下反应生成粗硅和一氧化碳，化学方程式为SiO2 + 2C Si + 2CO↑。粗硅中含有一些杂质，需要进一步提纯。提纯过程中，先将粗硅与氯气（Cl2）在加热条件下反应，生成四氯化硅（SiCl4），四氯化硅是一种沸点较低的液体。反应的化学方程式为Si + 2Cl2 SiCl4。然后将四氯化硅与氢气在高温下反应，又可得到高纯硅和氯化氢气体，化学方程式为SiCl4 + 2H2Si + 4HCl。
在芯片制造过程中，还会用到光刻技术。光刻过程中会使用光刻胶，光刻胶是一种对光敏感的高分子材料。曝光后，光刻胶的化学性质会发生改变，从而实现对芯片电路图案的刻画。此外，在芯片的封装环节，需要使用一些特殊的材料，如环氧树脂等，这些材料能起到保护芯片的作用。
（1）石英砂的主要成分SiO2中硅元素的化合价为______价。在SiO2 + 2C Si + 2CO↑反应中，碳元素的化合价______（填“升高”“降低”或“不变”）。
（2）将粗硅转化为SiCl4的反应类型是______反应。
（3）四氯化硅与氢气反应生成高纯硅的化学方程式中，氢气表现出______性（填“氧化”或“还原” ）。
（4）光刻胶的性质中，能用于光刻技术的关键性质是（ ）
A. 可燃性 B. 对光敏感 C. 易挥发 D. 硬度大
（5）下列关于芯片制造过程中涉及物质的说法，错误的是（ ）
A. 一氧化碳是SiO2和焦炭反应的产物之一 B. 环氧树脂在芯片封装中起保护作用
C. 四氯化硅是固体 D. 氯化氢是SiCl4与H2反应的产物
（6）在Si + 2Cl2 SiCl4反应中，若有28g硅完全反应，参加反应的氯气质量为（ ）
A. 71g B. 142g C. 213g D. 284g
（7）下列关于芯片制造中化学知识的理解，正确的是（ ）
A. 整个硅的制取和提纯过程只涉及物理变化
B. 芯片制造中用到的材料都是金属材料
C. 芯片制造中的化学反应都遵循质量守恒定律
D. 只要掌握硅的制取，就能完全实现芯片的制造
答案和解析
【时事回顾】
在2025年央视春晚的舞台上，宇树科技旗下的人形机器人Unitree H1在创意融合舞蹈《秧BOT》中亮相，成为全场焦点。
【情景素材】
实验自动化：人工智能可用于自动化化学实验，如智能机器人进行药品称量、溶液配制、实验操作等，能提高实验效率和准确性，减少人为误差。
新材料研发：通过分析海量数据，人工智能预测新物质合成途径和功能，指导研发高性能新材料，缩短研发时间和成本。
药物设计：在药物研发中，人工智能可用于靶点识别、药物分子结构优化、药物作用机制研究等，加速新药研发进程。。
【命题要点】
人工智能在化学领域的应用场景判断：给出一些具体的应用描述，让学生判断属于人工智能在化学中的哪种应用，如物质结构预测、化学反应路径规划、实验自动化等。
人工智能相关的化学实验设计与分析：结合人工智能在实验中的应用，考查学生对实验原理、步骤、现象及结论的理解，以及实验设计和误差分析能力。
人工智能与化学数据处理：涉及人工智能如何处理和分析化学数据，如对实验数据的分类、聚类、挖掘，以发现化学规律和趋势。。
【相关知识点分析】
物质结构与性质：人工智能可通过计算化学方法预测分子的几何结构和电子性质，学生需掌握物质结构的基本概念，如化学键、分子构型等，理解结构与性质的关系。
化学反应原理：了解化学反应速率、化学平衡、反应热等概念，以及人工智能如何通过算法优化反应条件，预测反应路径，帮助理解化学反应的本质和规律。
化学实验基本操作：熟悉常见的化学实验仪器和操作，如溶液配制、物质分离与提纯等，明确人工智能在实验自动化中所涉及的具体操作环节，以及对实验结果的影响。。
【押题猜想】
一．选择题（30分）
1.宇树机器人在春晚表演时，其外壳采用的碳纤维复合材料属于（ ）
A. 金属材料 B. 无机非金属材料 C. 合成材料 D. 复合材料
【答案】：D
【解析】：碳纤维复合材料由碳纤维（无机非金属材料）与树脂等基体复合而成，属于复合材料；金属材料包含纯金属和合金，无机非金属材料如陶瓷、玻璃，合成材料主要指塑料、合成纤维、合成橡胶，均不符合。
2.某AI系统预测新型催化剂时，发现某金属氧化物（MO）可加速分解过氧化氢。该反应中，MO的质量和化学性质在反应前后（ ）
A. 质量减小，化学性质改变 B. 质量不变，化学性质改变
C. 质量增大，化学性质不变 D. 质量不变，化学性质不变
【答案】：D
【解析】：催化剂在化学反应中只改变化学反应速率，自身质量和化学性质在反应前后均不变，符合催化剂“一变两不变”的特点。
3.2025年中国人工智能技术迈向新台阶，尤其是国产DeepSeek走红全球。人工智能的芯片主要成分是硅，工业上制取芯片基材高纯硅（Si）的某一步反应微观示意图如图（相同小球表示同种原子）。下列说法正确的是（　　）
A．生成的丙和丁的微粒个数比是1：1
B．硅元素是地壳中含量最高的金属元素
C．参加反应的基本反应类型是置换反应
D．反应中各物质均由分子构成，且反应前后原子的种类改变
【答案】C
【解析】根据化学反应前后原子的种类和数目不变，该反应微观上是1个SiCl4和2个H2 反应生成1个Si和2个HCl；A、生成的丙和丁的微粒个数比是1：2，故A错误；B、硅元素是非金属元素，地壳中含量最高的金属元素是铝元素，故B错误；C、置换反应是一种单质和化合物反应，生成另一种单质和化合物的反应，故该反应的基本反应类型是置换反应，故C正确；D、反应中生成物Si是有硅原子构成的，且反应前后原子的种类不发生改变，故D错误。故选：C。
4. 人工智能预测新型合金材料成分时，合金与纯金属相比的优势是（ ）
A. 熔点更高 B. 硬度更大 C. 密度更大 D. 化学性质更活泼
【答案】：B
【解析】：合金的特点是硬度一般比纯金属大，熔点比纯金属低；密度和化学性质与合金成分有关，但通常合金并非密度更大或化学性质更活泼。
5.用AI控制的自动化实验装置进行“粗盐提纯”，下列操作中不需要使用玻璃棒的是（ ）
A. 溶解 B. 过滤 C. 蒸发 D. 称量
【答案】：D
解析：溶解时玻璃棒搅拌加速溶解，过滤时玻璃棒引流，蒸发时玻璃棒搅拌防止局部过热；称量粗盐使用托盘天平和药匙，无需玻璃棒。
6. AI推荐的污水处理流程中，活性炭吸附池的作用是（ ）
A. 杀菌消毒 B. 沉降固体杂质 C. 吸附色素和异味 D. 降低水的硬度
【答案】：C
【解析】：活性炭具有疏松多孔结构，能吸附水中色素、异味等杂质；杀菌消毒常用氯气等，沉降杂质用明矾，降低水硬度需蒸馏或煮沸。
7.下列是《麻省理工科技评论》2024年发布的“十大突破性技术”中的四项，其中与化学研究范畴关联密切的是（　　）
A．无处不在的人工智能 B．首例基因编辑治疗
C．超高效太阳能电池 D．百亿亿次计算机
【答案】C
【解析】A、人工智能主要关注的是算法、数据处理和机器学习等领域，与化学研究范畴关系不大，故A错误；B、基因编辑治疗主要涉及生物学和医学领域，不属于化学研究范畴，故B错误；C、太阳能电池的研究涉及到材料的性质、组成、结构以及它们如何转换光能为电能，属于化学研究范畴，故C正确；D、百亿亿次计算机主要涉及到计算机科学和信息技术领域，与化学研究范畴关系不大，故D错误；故选：C。
8. AI预测某元素在周期表中的位置时，某元素原子最外层电子数为7，该元素可能是（ ）
A. 金属元素 B. 稀有气体元素 C. 非金属元素 D. 无法确定
【答案】：C
【解析】：最外层电子数≥4的元素通常为非金属元素（H除外），最外层7个电子的元素如氟、氯等，属于非金属元素；金属元素最外层电子数一般＜4，稀有气体元素最外层为8电子稳定结构（He为2电子）。
9. AI分析某反应前后物质质量变化如下，X的值为（ ）
物质 A B C D
反应前质量/g 10 15 2 0
反应后质量/g 8 3 2 X
A. 22 B. 14 C. 16 D. 10
【答案】：A
【解析】：根据质量守恒定律，反应前后物质总质量不变。反应前总质量=10+15+2+0=27g，反应后总质量=8+3+2+X=27g，解得X=22g。
10. AI模拟火箭燃料偏二甲肼（C H N ）与四氧化二氮（N O ）反应：C H N + 2N O = 3N + 2CO + 4X，X的化学式为（ ）
A. H O B. H O C. H D. O
【答案】：A
【解析】：根据化学反应前后原子种类和数目不变，反应前C、H、N、O原子个数分别为2、8、6、8，反应后已知产物中已有6个N、2个C、4个O，因此4X中应含8个H和4个O，X为H O。
11. AI分析某溶液成分时，测得含有大量的Na 、Cl 、SO ，则该溶液中还可能大量存在的离子是（ ）
A. Ag B. Ba C. K D. OH
【答案】：C
【解析【：Ag 与Cl 生成AgCl沉淀，Ba 与SO 生成BaSO 沉淀，OH 与Na 、Cl 、SO 虽不反应，但题目未提示碱性环境；K 与三种离子均不反应，可共存。
12. AI优化的工业炼铁（Fe O + 3CO 2Fe + 3CO ）中，发生还原反应的物质是（ ）
A. Fe O B. CO C. Fe D. CO
【答案】：A
【解析】：在反应中，Fe O 失去氧生成Fe，含氧化合物失去氧的反应为还原反应；CO得到氧生成CO ，发生氧化反应。
13.在人工智能芯片制造过程中，需要对硅原料进行提纯。现有含少量氧化铁杂质的粗硅（主要成分为Si），欲提纯硅，以下实验方案可行的是（ ）
A. 加入足量稀盐酸，过滤、洗涤、干燥
B. 加入足量氢氧化钠溶液，过滤、洗涤、干燥
C. 高温下通入氢气
D. 加入足量硫酸铜溶液，过滤、洗涤、干燥
【答案】：A
【解析】 A选项：氧化铁能与稀盐酸反应生成氯化铁和水，化学方程式为Fe2O3+6HCl = 2FeCl3+3H2O ，而硅不与稀盐酸反应，通过过滤可分离出硅，再经过洗涤、干燥就能得到纯净的硅，该方案可行。B选项：硅能与氢氧化钠溶液反应，化学方程式为Si + 2NaOH + H2O=Na2SiO3+2H2↑，会将主要成分硅反应掉，不能达到除杂提纯目的，该方案不可行。
C选项：高温下氢气与氧化铁反应生成铁和水，化学方程式3H2+Fe2O3 2Fe + 3H2O，但会引入新杂质铁，且氢气与硅在该条件下不反应，不能提纯硅，该方案不可行。D选项：硫酸铜溶液与氧化铁不反应，不能除去氧化铁杂质 ，且硅与硫酸铜溶液也不反应，达不到除杂目的，该方案不可行。
14.在人工智能设备的精密制造中，会涉及多种化学物质的使用。已知甲、乙、丙、丁、戊是初中化学常见物质，分别属于单质、氧化物、酸、碱、盐中的一种。其中甲是黑色固体单质，常用于制作芯片的基底材料；乙是一种常见的酸，可用于蚀刻金属部件；丙的溶液呈碱性，可用于去除油污；丁是一种氧化物，能与水反应使溶液温度升高；戊的水溶液能与丙反应产生白色沉淀。下列说法正确的是（ ）
A. 甲与乙能发生置换反应生成氢气
B. 丁与水反应后的溶液能使无色酚酞变红
C. 丙与戊反应的化学方程式为NaOH + KCl = NaCl + KOH
D. 乙可以通过复分解反应转化为戊
【答案】：B
【解析】：物质推断 因为甲是黑色固体单质，常用于制作芯片的基底材料，所以甲是碳（C），属于单质；乙是一种常见的酸，可用于蚀刻金属部件，常见如盐酸（HCl）或硫酸（H2SO4）；
丙的溶液呈碱性，可用于去除油污，可知丙是碳酸钠（Na2CO3），属于盐；丁是一种氧化物，能与水反应使溶液温度升高，所以丁是氧化钙（CaO），氧化钙和水反应生成氢氧化钙并放热，氧化钙属于氧化物；戊的水溶液能与丙（碳酸钠）反应产生白色沉淀，且戊属于碱，所以戊是氢氧化钙（Ca(OH)2） 。A选项：甲（碳）与乙（酸）不能发生置换反应生成氢气，碳的化学性质在常温下稳定，且与常见酸不发生置换反应生成氢气，该选项错误。 B选项：丁（氧化钙）与水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙溶液显碱性，能使无色酚酞变红 ，该选项正确。C选项：丙（碳酸钠）与戊（氢氧化钙）反应的化学方程式应Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+ 2NaOH，而NaOH + KCl = NaCl + KOH中，生成物没有沉淀、气体或水，该反应不能发生，该选项错误。D选项：乙（酸）不能通过复分解反应直接转化为戊（氢氧化钙），酸和其他物质发生复分解反应无法直接生成碱，该选项错误。综上，答案选B。
15.在人工智能设备的精密零件表面处理中，需用稀硫酸去除铁锈。将一定质量的生锈铁片（仅含Fe和Fe2O3）放入200g溶质质量分数为19.6%的稀硫酸中，恰好完全反应，得到溶液的质量为218.4g。则反应后所得溶液中溶质的总质量为（ ）
A. 30.4g B. 32.2g C. 35.6g D. 38.0g
【答案】：B
【解析】：分析反应原理与守恒关系生锈铁片（Fe和Fe2O3）与稀硫酸反应，Fe与H2SO4反应生成FeSO4和H2，Fe2O3与H2SO4反应生成Fe2(SO4)3和H2O，最终溶液中的溶质为FeSO4和Fe2(SO4)3。根据硫酸根离子质量守恒，反应前后硫酸根离子全部转化到溶液中的溶质中。稀硫酸中硫酸（H2SO4）的质量决定了溶质中硫酸根离子的质量，进而决定溶质总质量。计算稀硫酸中硫酸的质量已知稀硫酸溶液质量为200g，溶质质量分数为19.6%，根据溶质质量 = 溶液质量×溶质质量分数，可得H2SO4的质量为：200g×19.6% = 39.2g。计算硫酸根离子的质量H2SO4的相对分子质量为2 + 32+16×4 = 98，硫酸根（SO4）的相对质量为32 + 16×4 = 96. 设39.2g H2SO4中硫酸根离子的质量为x，根据硫酸中硫酸根离子的质量分数计算：96/98×39.2g = x，解得x = 38.4g。计算反应后溶质总质量:反应后溶质为硫酸盐，金属离子与硫酸根离子结合成盐。根据质量守恒，反应后溶质质量等于硫酸根离子质量加上金属离子质量。反应后溶液质量为218.4g，加入稀硫酸质量200g，根据质量差可知生锈铁片质量为218.4g - 200g +生成氢气质量（铁与硫酸反应生成氢气，但本题通过硫酸根守恒计算，可不考虑氢气质量）。溶质中硫酸根质量为38.4g ，金属离子质量为218.4g - 200g= 18.4g，则溶质总质量 = 硫酸根离子质量 + 金属离子质量= 38.4g+ 30g - 38.4g=32.2g（也可根据硫酸根质量计算：设溶质总质量为y，y×96/溶质相对分子质量总和=38.4g，由于最终溶质可看作FeSO4和Fe2(SO4)3，通过计算可得y = 32.2g ）。综上，答案选B。
二．非选择题（40分）
16.(6分)人工智能技术的发展离不开各类化学材料的支持。请根据所学知识回答下列问题：
（1）在芯片制造中，高纯硅（Si）是关键材料。硅元素在元素周期表中位于第三周期、第IVA族，硅原子的最外层电子数为______，硅单质属于______（填“金属”或“非金属”）单质。
（2）用于人工智能设备散热的石墨烯材料，是由碳原子构成的单层片状结构。下列有关石墨烯说法正确的是（ ）
A. 石墨烯与金刚石的物理性质完全相同 B. 石墨烯能导电，体现其化学性质
C. 石墨烯在氧气中完全燃烧生成二氧化碳 D. 构成石墨烯的碳原子静止不动
（3）人工智能传感器中常使用氧化铝（Al O ）陶瓷。氧化铝中铝元素的化合价为______，氧化铝能稳定存在，是因为其内部铝离子（Al ）和氧离子（O ）通过______（填“得失电子”或“ 形成共用电子对”）结合形成稳定结构。
（4）人工智能设备外壳常用到聚碳酸酯塑料。下列描述中，属于聚碳酸酯化学性质的是（ ）
A. 透明、坚韧 B. 密度约1.2g/cm C. 具有阻燃性 D. 可加工成各种形状
【答案】 （1）4；非金属；（2）C ； （3）+3；得失电子；（4）C。
【解析】（1）元素周期表中，主族序数等于原子最外层电子数，硅位于第IVA族，故最外层电子数为4；硅的名称不带“钅”字旁，属于非金属单质。（2）A选项：石墨烯与金刚石都是碳单质，但原子排列方式不同，物理性质差异大，A错误；B选项：导电能力是物质的物理性质，不是化学性质，B错误；C选项：石墨烯是碳单质，完全燃烧生成二氧化碳，C正确； D选项：构成物质的原子始终在不断运动，D错误。（3）氧化铝中氧元素显-2价，设铝元素化合价为x，根据化合物中正负化合价代数和为0，可得2x + 3×(-2) = 0，解得x = +3；铝离子与氧离子通过静电作用形成。（4）A选项“透明、坚韧”和B选项“密度”描述物质的外观和物理属性，属于物理性质；C选项“阻燃性”指物质在燃烧过程中表现出的化学稳定性，属于化学性质； D选项“可加工性”体现材料的物理变化能力，属于物理性质。
17.（6发）人工智能设备的电路板制造过程中，涉及多种化学原理与操作。请结合所学知识，回答下列问题：
（1）为防止电路板的铜质线路氧化，常使用锡（Sn）进行焊接，形成铜锡合金。铜锡合金属于__________（填“金属材料”或“合成材料”）。焊接时，锡在加热条件下可与空气中的氧气反应生成二氧化锡（SnO2），该反应的基本类型是__________反应。
（2）电路板上残留的油污可用氢氧化钠溶液清洗，这是利用了氢氧化钠的_______（填序号）。
A. 吸水性 B. 腐蚀性 C. 乳化作用 D. 碱性去污能力
（3）若电路板中混入少量铁杂质，可用稀盐酸去除。铁与稀盐酸反应的化学方程式为____________，该反应的微观实质是铁原子与氢离子反应，生成亚铁离子和__________（填粒子符号）。
（4）为验证Cu、Fe、Sn三种金属的活动性顺序，某同学设计了以下实验方案，其中可行的是__________（填序号）。
① 将Fe、Sn分别放入CuSO4溶液中
② 将Cu、Sn分别放入FeSO4溶液中
③ 将Fe放入SnSO4溶液，再将Fe放入CuSO4溶液
④ 将Sn放入FeSO4溶液，再将Cu放入SnSO4溶液
【答案】（1）金属材料；化合反应；（2）D； （3）Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑；H2；（4）④
【解析】（1）金属材料包括纯金属和合金，铜锡合金属于金属材料。 锡与氧气反应的化学方程式为Sn + O2===SnO2，该反应符合“多变一”的特征，基本反应类型是化合反应。（2）
- 氢氧化钠溶液显碱性，能与油污发生化学反应从而去除油污，利用的是其碱性去污能力，答案选D。吸水性主要用于干燥气体；腐蚀性与除油污无关；乳化作用是洗涤剂的特性，而非氢氧化钠的性质 。（3）铁与稀盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，化学方程式为Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑ 从微观角度看，该反应的实质是铁原子与氢离子反应，生成亚铁离子和H2。
（4）①将Fe、Sn分别放入CuSO4溶液中，Fe、Sn都能置换出Cu，只能证明Fe、Sn活动性大于Cu，无法比较Fe和Sn的活动性，不可行。②将Cu、Sn分别放入FeSO4溶液中，Cu、Sn都不反应，只能证明Fe活动性大于Cu、Sn，无法比较Cu和Sn的活动性，不可行。③将Fe放入SnSO4溶液能反应，说明Fe活动性大于Sn；再将Fe放入CuSO4溶液能反应，只能证明Fe活动性大于Cu，无法直接比较Sn和Cu的活动性，不可行。 ④将Sn放入FeSO4溶液，无现象，说明Fe活动性大于Sn；再将Cu放入SnSO4溶液，无现象，说明Sn活动性大于Cu，从而得出Fe＞Sn＞Cu，④可行。
18.（6分）人工智能芯片的核心材料是高纯度的硅，工业上以石英砂（主要成分SiO2）为原料制取高纯硅，其生产流程如图所示。请回答下列问题：
（1）反应I的化学方程式为2Mg + SiO2 Si + 2MgO，该反应中硅元素的化合价由______变为______。
（2）操作I的名称是______，该操作中用到的玻璃仪器有玻璃棒、______和烧杯。
（3）反应II的化学方程式SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl，该反应属于（ ）
A. 化合反应 B. 分解反应 C. 置换反应 D. 复分解反应
（4）下列有关说法正确的是（ ）
A. 石英砂是一种纯净物
B. 整个生产过程中，只有硅元素的化合价发生了变化
C. 氢气在反应II中体现了还原性
D. 粗硅中只含有硅单质
【答案】 （1）+ 4； 0。（2）过滤；漏斗；（3）C; （4）C.
【解析】（1）在SiO2中，氧元素化合价为-2价，根据化合物中各元素化合价代数和为零，可算出硅元素化合价为 + 4价；在单质Si中，硅元素化合价为0价。所以该反应中硅元素的化合价由 + 4变为0。（2）操作I是将粗硅（固体）和滤液（液体）分离，其名称是过滤。过滤操作中用到的玻璃仪器有玻璃棒、漏斗和烧杯 。（3）反应SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl，是一种单质（H2 ）和一种化合物（SiCl4）反应，生成另一种单质（Si）和另一种化合物（HCl），符合置换反应的特征，所以该反应属于C. 置换反应。 （4）A选项：石英砂主要成分是SiO2，还含有其他杂质，是混合物，不是纯净物，A错误。 B选项：反应I中镁元素化合价从0价变为 + 2价，反应II中氢元素化合价从0价变为 + 1价，不只是硅元素化合价发生变化 ，B错误。 C选项：在反应II中，氢气夺取了SiCl4中的氯元素，将硅还原出来，体现了还原性，C正确。 D选项：粗硅是由反应I制得，反应I中加入过量稀盐酸，粗硅中除了硅单质，还可能含有未反应完的其他物质 ，D错误。所以答案选C。
19.（10分）人工智能设备的某些传感器制造中需要用到纯净的气体。以下是实验室制取气体的常用装置，请回答相关问题。
（1）仪器a的名称是______。用A装置制取氧气，试管口略向下倾斜的原因是______。
（2）实验室用双氧水和二氧化锰制取氧气，可选用的发生装置是______（填序号），该反应的化学方程式为______。
（3）若要收集较纯净的氧气，应选择的收集装置是______（填序号）。用D装置收集氧气时，验满的方法是将带火星的木条放在______（填“b”或“c”）导管口处，若木条复燃，则氧气已收集满。
（4）在人工智能芯片的光刻过程中，需要用到高纯度的氮气。氮气在常温下化学性质稳定，可用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠晶体混合加热制取氮气，制取氮气应选用的发生装置是（ ）
A. A B. B C. C D. 以上都可以
（5）下列关于气体制取与收集的说法正确的是（ ）
A. 用A装置制取氧气时，必须使用催化剂
B. B装置与C装置相比，B装置能更好地控制反应速率
C. 用E装置收集二氧化碳时，导管应伸到集气瓶口
D. 所有气体都可以用排空气法收集
【答案】（1） 试管；防止冷凝水回流到热的试管底部，炸裂试管；（2）B或C；
2H2O2 2HO2 +O2↑；（3）F；b； （4）A; （5）B.
【解析】（1）仪器a的名称是试管。用A装置制取氧气，试管口略向下倾斜是为了防止冷凝水回流到热的试管底部，炸裂试管。（2）实验室用双氧水和二氧化锰制取氧气，该反应不需要加热，属于固 - 液常温型，可选用的发生装置是B或C。反应的化学方程式为2H2O2 2HO2 +O2↑。（3）排水法收集的气体较纯净，所以若要收集较纯净的氧气，应选择的收集装置是F。用D装置收集氧气时，氧气密度比空气大，应从c导管口进气，空气从b导管口排出，所以验满的方法是将带火星的木条放在b导管口处，若木条复燃，则氧气已收集满。
（4） 用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠晶体混合加热制取氮气，该反应属于固体和液体混合且需要加热的反应，应选用的发生装置是A，答案选A。（5）A选项：用A装置加热高锰酸钾制取氧气时，不需要使用催化剂，A错误。B选项：B装置中的分液漏斗可以控制液体的滴加速度，从而能更好地控制反应速率，C装置中的长颈漏斗不能控制反应速率，B正确。 C选项：用E装置收集二氧化碳时，为了尽可能排净空气，导管应伸到集气瓶底部，C错误。D选项：一些气体密度与空气接近或能与空气中成分反应，不能用排空气法收集，D错误。所以答案选B。
20.（12分）阅读短文，回答问题。
《人工智能芯片制造中的化学奥秘》
人工智能芯片是人工智能设备的核心部件，其制造过程涉及众多化学知识。芯片的主要材料是硅，硅的制取和提纯至关重要。
工业上，首先将石英砂（主要成分SiO2）和焦炭在高温下反应生成粗硅和一氧化碳，化学方程式为SiO2 + 2C Si + 2CO↑。粗硅中含有一些杂质，需要进一步提纯。提纯过程中，先将粗硅与氯气（Cl2）在加热条件下反应，生成四氯化硅（SiCl4），四氯化硅是一种沸点较低的液体。反应的化学方程式为Si + 2Cl2 SiCl4。然后将四氯化硅与氢气在高温下反应，又可得到高纯硅和氯化氢气体，化学方程式为SiCl4 + 2H2Si + 4HCl。
在芯片制造过程中，还会用到光刻技术。光刻过程中会使用光刻胶，光刻胶是一种对光敏感的高分子材料。曝光后，光刻胶的化学性质会发生改变，从而实现对芯片电路图案的刻画。此外，在芯片的封装环节，需要使用一些特殊的材料，如环氧树脂等，这些材料能起到保护芯片的作用。
请根据上述内容，回答下列问题：
（1）石英砂的主要成分SiO2中硅元素的化合价为______价。在SiO2 + 2C Si + 2CO↑反应中，碳元素的化合价______（填“升高”“降低”或“不变”）。
（2）将粗硅转化为SiCl4的反应类型是______反应。
（3）四氯化硅与氢气反应生成高纯硅的化学方程式中，氢气表现出______性（填“氧化”或“还原” ）。
（4）光刻胶的性质中，能用于光刻技术的关键性质是（ ）
A. 可燃性 B. 对光敏感 C. 易挥发 D. 硬度大
（5）下列关于芯片制造过程中涉及物质的说法，错误的是（ ）
A. 一氧化碳是SiO2和焦炭反应的产物之一 B. 环氧树脂在芯片封装中起保护作用
C. 四氯化硅是固体 D. 氯化氢是SiCl4与H2反应的产物
（6）在Si + 2Cl2 SiCl4反应中，若有28g硅完全反应，参加反应的氯气质量为（ ）
A. 71g B. 142g C. 213g D. 284g
（7）下列关于芯片制造中化学知识的理解，正确的是（ ）
A. 整个硅的制取和提纯过程只涉及物理变化
B. 芯片制造中用到的材料都是金属材料
C. 芯片制造中的化学反应都遵循质量守恒定律
D. 只要掌握硅的制取，就能完全实现芯片的制造
【答案】（1）+ 4；升高；（2）化合反应；（3）还原；（4）B； （5）C; (6)B; (7)C.
【解析】（1）在SiO2中，氧元素化合价为-2价，根据化合物中各元素化合价代数和为零，可得硅元素化合价为 + 4价。 在SiO2 + 2C Si + 2CO↑反应中，碳元素在反应前是单质，化合价为0价，反应后在CO中化合价为 + 2价，所以碳元素的化合价升高。（2）反应Si + 2Cl2 SiCl是由两种物质生成一种物质，符合“多变一”的特征，反应类型是化合反应。（3）在反应SiCl4 + 2H2Si + 4HCl中，氢气夺取了SiCl4中的氯元素，将硅还原出来，所以氢气表现出还原性。（4）由文中“光刻胶是一种对光敏感的高分子材料。曝光后，光刻胶的化学性质会发生改变，从而实现对芯片电路图案的刻画”可知，能用于光刻技术的关键性质是对光敏感，答案选B。（5）A选项：由可SiO2 + 2C Si + 2CO↑知，一氧化碳是SiO2和焦炭反应的产物之一，A正确。B选项：由“在芯片的封装环节，需要使用一些特殊的材料，如环氧树脂等，这些材料能起到保护芯片的作用”可知，环氧树脂在芯片封装中起保护作用，B正确。 C选项：文中提到“四氯化硅是一种沸点较低的液体”，不是固体，C错误。D选项：由SiCl4 + 2H2Si + 4HCl可知，氯化氢是SiCl4与H2反应的产物 ，D正确。所以答案选C。（6）设参加反应的氯气质量为x。
解得x = 142g，答案选B。
（7）A选项：硅的制取和提纯过程中有新物质生成，涉及化学变化，不是只涉及物理变化，A错误。B选项：光刻胶是高分子材料，环氧树脂是有机材料，不都是金属材料，B错误。 C选项：所有化学反应都遵循质量守恒定律，芯片制造中的化学反应也不例外，C正确。 D选项：芯片制造是复杂过程，除硅的制取外，还有光刻、封装等众多环节，掌握硅的制取不能完全实现芯片制造，D错误。所以答案选C。
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