相关试卷

被誉为21世纪“黑色材料”的石墨烯（如图1），是从石墨中分离出来的一层或几层由碳原子构成的石墨片，其化学性质类似于石墨。工业上可采用甲烷气体$\left({\text{CH}}_4\right)$在高温和催化剂作用下分解制取石墨烯（C），同时产生氢气。石墨烯是人类已知强度最高的物质，它比钻石还坚硬。纺织领域是石墨烯应用的新兴领域。面料掺入石墨烯后，在低温情况下，石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，促进新陈代谢。另外，石墨烯中的含氧基团能影响菌体的正常代谢，实验人员研究不同面料中掺加石墨烯后的抗菌效果（如图2）。随着科技水平的提升，功能化的石墨烯以及石墨烯的复合材料在智能生活、电子材料、生物医学、环保监测等方面展现了巨大的应用前景。

气体分离方法有深冷法、吸附法和膜分离法等。深冷法是将气体降温液化，再利用不同气体沸点差异气化分离。标准大气压下，部分气体的沸点为：${\text{H}}_2\left(-253℃\right)$、${\text{N}}_2\left(-196℃\right)$、${\text{O}}_2\left(-183℃\right)$；吸附法是加压使气体被吸附剂吸附，降压可解吸附，实现分离。降压时沸点低的气体先解吸附（原理见图甲）；膜分离法能耗低、易操作，用有机高分子膜分离气体的原理如图乙所示。一种无机钙钛矿透氧膜分离空气可得纯度达$100\mathrm{\%}$的${\text{O}}_2$ ， 其原理为${\text{O}}_2$先形成${\text{O}}^{2-}$ ， 填补膜中“氧空穴”，膜中${\text{O}}^{2-}$再在另一侧转为${\text{O}}_2$（如图丙所示）。

新型材料—液态金属材料

清华大学、中国科学院理化技术研究所发明了一种全新的可实现超大尺度膨胀变形的液态金属材料，该材料其实是一种低沸点的，由液态金属和硅胶制成的材料。液态金属并不只是一种，而是种类繁多的大家族，通过不同的金属和配比，可以获得不同性能的液态金属材料。硅胶的主要成分是二氧化硅，化学性质稳定，除强碱，氢氟酸($\text{HF}$)外不与任何物质发生反应，不溶于水和任何溶剂，无毒无味，具有开放的多孔结构，是一种非晶态物质，并且也不易燃烧。

研究人员称，这种可以被3D打印成任意形状的特殊材料，可以摆脱其他刚体支撑物和溶液环境并得以站立，呈现出超大尺度变形和运动功能，且全部过程可逆。而这种材料既具有金属的性质，又具有液体的流动性，尤其适合制备由无线控制的软体机器人以及肿瘤的治疗，神经和骨骼修复等。

我国化学电池技术全球领先，动力电池的发展备受全球关注。判断一种电池的优劣主要看这种电池的比能量(单位质量的电池所输出的电能)以及电池可储存时间的长短。常用电池的比能量：锂电池＞镍镉电池＞铅蓄电池。锂电池具有轻便、比能量高的突出优点。生产含磷酸亚铁锂(LiFePO₄)的电池时，在电池材料中添加适量的石墨烯(从石墨中分离出单层的石墨片)作导电剂，可有效提高电池性能，但过多的石墨烯会导致电池内阻增加，性能下降。我国科研团队就石墨烯含量对LiFePO₄粉末电阻的影响进行研究，结果如下图所示：

石墨烯(化学式为C)是从石墨中分离出的单层的石墨片，是目前为止最薄的二维纳米碳材料，1mm厚的石墨大约包含300万层石墨烯。因其结构特殊，具有很多优异性能，如高导热性、高导电性及高强度等，被誉为“新材料之王”。

石墨烯是世界上导电性最好的材料，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发。石墨烯在电子、复合材料、医疗健康、纺织等多领域具有广泛应用，不同领域的应用分布如图1所示。

纺织领域是石墨烯应用的新兴领域，纺织面料掺入石墨烯后，在低温情况下，石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，改善人体微循环系统，促进新陈代谢。有科学家提出，给石墨烯“打上”许多特定大小的孔，制成单层纳米孔二维薄膜，可进行海水淡化。图2为石墨烯海水淡化膜工作原理。随着科技水平的提升，石墨烯的应用前景会十分广阔。

依据上文，回答下列问题：

依据上文，回答问题：

氢内燃车：氢内燃车以氢气为燃料，不排放任何污染物。氢气可通过电解水等多种方式获得。据测算，$\text{1kg}$氢气完全燃烧可释放$14.3\times {10}^4\text{J}$的热量，$\text{1kg}$汽油完全燃烧可释放$4.6\times {10}^4\text{J}$的热量。

乙醇汽车：乙醇汽车以乙醇为燃料，乙醇是可再生能源，可以通过发酵甘蔗、玉米等农作物，或发酵粮食收割后剩余的秸秆大量提取。

我国新能源汽车发展迅速，未来可期。

风暴瓶，也叫“天气瓶”，瓶子里的溶液组成有蒸馏水、乙醇、硝酸钾、氯化铵和樟脑，瓶内结晶的变化主要是溶液内的樟脑在乙醇中的溶解度会随着温度变化，而硝酸钾、氯化铵和水是为了控制晶体高速生长过程中的连续成核。现代研究证实，温度是影响瓶内结晶形态的最主要因素，与天气的对应关系几乎成随机分布，无预测价值。

如图1和图2展示了“风暴瓶”的制作方法以及KNO₃和NH₄Cl在水中的溶解度曲线。

“化”说氮肥

中国用世界9%的耕地解决了世界22%的人口粮食问题，其中氮肥功不可没。铵态氮肥与硝态氮肥的生产都需要首先将${\text{N}}_2$转变为${\text{NH}}_3$。工业合成氨的流程如图1所示。研究发现：在铁触媒作用下，用体积比为$1:3$的${\text{N}}_2$和${\text{H}}_2$合成氨，当容器中氨的含量不再发生变化时（平衡时），测得氨的含量分别与温度和压强的关系如图2所示。氨的获得，有效缓解了地球上有限的耕地资源与庞大的粮食需求之间的矛盾，但氮肥在生产过程会产生大量的废气、废水。

不同类型的氮肥在使用过程中的利用率仅为30%~35%，大部分氮肥会流失到环境中。长期使用氮肥对土壤有明显的酸化作用，会导致土壤营养成分流失、贫瘠、板结。此外，土壤中硝态氮肥会促进${\text{CH}}_4$的产生，${\text{CH}}_4$是仅次于${\text{CO}}_2$的重要温室气体。

一氧化二氮（N₂O），在常温下是无色有甜味的气体，微溶于水，可溶于乙醇。它具有氧化性，在高温下，N₂O可以氧化有机物。它也可以用在火箭和赛车上，增加发动机的输出功率。它的工作原理是 N₂O 在发动机内与空气一道充当助燃剂，与燃料混合燃烧， N₂O 可放出 O₂和 N₂ ， 其中氧气是关键的助燃气体，而氮气又可降温，提高燃料燃烧效率。需要注意的是， N₂O 是一种温室气体，它的温室效应是二氧化碳的296倍。

依据文章内容回答下列问题。

遇鉴文明

《遇鉴文明》是由中央广播电视总台推出的中外文明交流互鉴节目。分别围绕瓷器与玻璃器、国画与油画、茶与咖啡、中餐与西餐等多领域展开交流。

瓷器是中国古代文明的一张名片，烧制瓷器所用的黏土中含有氧、硅、铝、铁等元素，经过高温脱水、烧结等复杂的化学反应，才能成为一眼看尽三千年的精致瓷器。高温脱水时主要发生的反应是氢氧化铝$\text{Al}{\left(\text{OH}\right)}_3$分解成氧化铝和水。

国画，古称丹青，气韵生动，油画，以彩代墨，抽象浪漫。博物馆保存这些珍贵名画时，一般用氮气做保护气。

茶清香四溢，而咖啡则浓郁醇厚，千百年来茶与咖啡的芬芳迷人地交汇，见证着中西文明的交流与互鉴。

随着食材流转，风味交融，中西方的饮食文化也一如既往地在碰撞中互通，在融合中共生。

节目以不同的形式展现了中华文明魅力，凸显了中外文明互鉴交流对当代的积极影响和深远意义。

阅读分析，解决问题：

在足球场上，足球裁判会随身携带“任意球喷雾器”。主要用于任意球定位和人墙排布，喷到草地上1分钟后就会消失。喷雾由巴西人海涅·阿勒马涅发明，2000年首次在巴西联合杯锦标赛中使用。喷剂内含有80%的水、17%的丁烷、2%的植物油，以及1%的表面活性剂。当内容物从阀门压出时，液化的丁烷会迅速膨胀。与水和表面活性剂混合产生泡沫，此时被标记的地方就会有一条很明显的白线。丁烷快速挥发后，泡沫就会消失，草地上只会留下水和表面活性剂，不会留下可见痕迹干扰接下来的比赛。据统计，在使用任意球喷雾器后，球员们罚任意球的平均时间已经从48秒降至20秒。丁烷在常温常压下是一种无色、易液化、易燃的气体。丁烷是石油裂化反应的产品之一，日常用途包括家用液化石油气、打火机和便携式丁烷气炉中作燃料等。

我们的胃液呈酸性，是因为胃腺壁细胞能分泌出盐酸。胃酸在人体的消化吸收中发挥着重要作用，比如为胃蛋白酶提供适宜的酸性环境，分解食物中的结缔组织和肌纤维。使其易于被消化吸收。

你知道吗？深受人们喜爱的早餐食品燕麦中常添加颗粒极小的铁粉，它既可以作为双吸剂（起到干燥和减缓食品变质的作用），还可以作为补铁剂。要把铁粉变为人体需要的、能吸收的营养元素，就离不开胃酸的帮助。

健康人胃液的$\text{pH}$在$0.9~1.5$ ， 胃液的$\text{pH}$不仅影响人的消化吸收功能，还对伴随食物进入人胃内的各类病菌的繁殖有影响。胃酸过多会对胃黏膜产生侵蚀作用，并使人感觉反酸或胃灼热。治疗胃酸过多的药主要有两大类：一是抑酸药，能抑制胃酸分泌，但本身不能和胃酸反应；二是抗酸药，能直接与胃酸反应。

常服用的抗酸药的药物有碳酸氢钠、氢氧化铝、氧化镁、氢氧化镁和碳酸钙等。

胃溃疡患者若服用不合适的抗酸药，会因胃内气体压力增大而引起胃穿孔。患者如长期使用抗酸药，很可能刺激胃酸分泌过多。因此，应遵医嘱合理使用抗酸类和抑酸类药物。

依据文章内容回答下列问题。

能源是指能够提供能量的资源，能源可按不同方法分类（如表1），随着人们开发能源的种类越来越多，能源消费结构也在不断优化。

海洋温差能是一种稳定且储量巨大的能源，主要来源是蕴藏在海洋中的太阳能。广东省某基地利用海洋温差能发电，并采用膜法（利用淡化膜分离）和热法（加热蒸发分离）进行海水淡化，淡化后的浓海水还可综合应用于盐类提取、金属提取等。

那么，海洋温差发电具体是如何运作的呢？在海洋温差发电中，巧妙运用到了氨水和水的混合液。水的沸点是100℃，而液氨的沸点是零下33℃，相比之下后者更容易沸腾。为了从温差中获取能量，工程师将温暖的表层海水加入内层装有氨水等低沸点液体的管道。氨水沸腾后，其蒸气推动涡轮机，即可发电。之后，工程师再将深层冰冷的海水泵入蒸气管道进行冷却，导致氨蒸气冷凝回液体状态，进入下一个温度循环。

海洋温差发电主要是利用海水表层与深层温度的差异，转换热量成为电力，属于再生能源的一种，然而在地理因素影响与经济效益的考虑下，世界各国对于温差发电的推动尚无出色的成绩。我国地理环境适合，在广倡再生能源利用的今日，对于温差发电的相关研究工作，应该给予更多的支持。

表1

表2

我国正在筹建月球科考站。经测定，日出时月球表面有极微量的甲烷和氨气产生。查阅资料：①甲烷(化学式为CH₄)是一种无色无味的气体，密度比空气小。②氨气(NH₃)被广泛认为是未来理想的零碳燃料，氨气能燃烧生成水和氮气。氨气易液化成无色的液体，液氨汽化时吸收大量的热。③我国建成首座氨制氢加氢站。氨制氢的一种生产流程图如下所示。

太阳能是清洁的可再生能源，昼夜、季节及天气等因素对持续、稳定地利用太阳能有较大影响。储能是解决上述问题的重要途径。目前，$\text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2/\text{CaO}$储热体系受到广泛关注，其工作原理如图1所示。在脱水反应器中，将太阳能以化学能的形式存储起来；需要能量时，水合反应器中发生反应释放热量。除$\text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2/\text{CaO}$储热体系外，科研人员对其他体系也进行了研究。图2列举了几种储热体系的储热密度(单位质量储热材料的储热量)，它们的反应原理可表示为：$\text{A}\to \text{B}+\text{C}$ ， 吸热；$\text{B}+\text{C}\to \text{A}$ ， 放热。这些储热体系均借助物质相互转化来实现能量的存储和释放。

依据上文，回答下列问题。

“国防金属——镁”

镁是一种年轻的金属，1808 年英国化学家戴维用电解法最早制得少量的镁。镁呈银白色，熔点为649℃，质轻、密度为$\text{1}{\text{.74 g/cm}}^{\text{3}}$。镁的化学性质活泼，能与许多物质发生化学反应，镁在氧气中燃烧生成氧化镁，镁在氮气中燃烧生成氮化镁，镁在二氧化碳中燃烧生成碳和氧化镁。工业上主要利用电解熔融的氯化镁制取金属镁，同时生成氯气。烟花和照明弹里都含有镁粉，是利用了镁在空气中燃烧能发出耀眼的白光；金属镁与战争有着密切的关系，除照明弹里有镁粉外，燃烧弹里也装有镁粉，每架飞机的外表，是耗费近半吨镁的铝镁合金制成的。世界上镁产量最高的年份，往往就是发生战争的年份，因此镁产量就成了战争的晴雨表和指示剂，人们常把镁称为“国防金属”。