【最新素材一】
化学素材与命题架构
被称为“黑金”的“新材料之王”石墨烯
2019年7月雅迪公布了一项“新技术”，即由雅迪自主研发的两轮电动车行业首款石墨烯电池。经国家权威机构监测，该款电池具备循环寿命1000多次，每充电1小时续航50公里，续航里程提升10%等多项突出优势，这一创新研发预示着电动车行业正式进入了科技能源时代；华为去年10月份发布的mate20X是全球首款使用石墨烯技术的手机，虽然只是用于散热系统当中，但mate20X的散热系统要远好于其他手机，这说明了石墨烯在导热方面的强大实力。
作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆(AnD.reGeim)和克斯特亚·诺沃消洛夫(KonstantinNovoselov)从高定向热解石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯(如图)。
【命题背景与学科素养】
从美国断供华为，日本断供韩国可看出，企业的发展离不开科技，离开了自主创新，就要受制于人，而主要的创新是基于原材料的创新与发展，新材料的创新是一切创新的源泉，新材料是指新近发展或正在发展的具有优异性能的结构材料和有特殊性质的功能材料，近几年，世界上研究、发展的新材料主要有新金属材料，精细陶瓷和光纤等等。
而学科素养要求考试具有“认识化学、技术、社会和环境之间的相互关系，赞赏化学对社会发展的重大贡献，能运用已有知识和方法综合分析、全面认识化学过程对自然可能带来的各种影响；具有环境保护和合理开发、利用资源的意识，理解和赞赏可持续发展和绿色化学的观念；能关心并积极参与和化学有关的社会热点问题的讨论，能权衡利弊作出正确的价值判断，有社会责任感敢于参与力所能及的决策和实践活动”，通过对新材料的认识，从而提高“科学精神与社会责任”学科素养。【命题架构】1.(物质结构方向)
请用化学知识解释科学家为什么可以用特殊的胶带将石墨不断地粘撕得到石墨烯：________________________________________________________________________________________________。
12g石墨烯中含有________NA个如图所示(素材石墨烯图)的六元环。解析
石墨是层状结构，层与层之间是分子间作用力(范德华力)，克服分子间作
用力不会改变石墨烯的六边形结构，故上述方法能得到石墨烯。12g石墨烯中含有1mol(NA个)C原子，由石墨烯的结构可得，每个C原子被3个六元环共用(1个C原子当3个使用)，每个六元环由6个C原子形成，故NA个C原子可形成六元环数为：NA×3÷6＝0.5NA。答案
石墨是层状结构，层与层之间是分子间作用力(范德华力)
0.5
2.(化学反应热效应方向)
已知25℃，101kPa下，石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为C(s，石墨)＋O2(g)===CO2(g)C(s，金刚石)＋O2(g)===CO2(g)
ΔH＝－393.51kJ·mol－1ΔH＝－395.41kJ·mol－1(1)C(s，金刚石)===C(s，石墨)ΔH＝________kJ·mol－1。(2)石墨和金刚石相比，更稳定的是：________。解析
(1)根据盖斯定律，ΔH＝－395.41kJ·mol－1－(－393.51kJ·mol－1)＝－1.90
kJ·mol－1。(2)由上分析金刚石转变为石墨放出能量，故石墨更稳定。答案
－1.90
石墨
3.(电化学方向)
华为利用锂离子能在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出石墨烯电池，可充电5分钟，通话2小时，一种石墨烯锂硫电池(2Li＋S8===Li2S8)工作原理示意图如图。已知参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的大小称为该电池的比能量，下列有关该电池说法不正确的是(
)
A.金属锂是所有金属中比能量最高的电极材料B.A电极为该电源的负极，发生氧化反应C.B电极的反应：2Li＋＋S8＋2e－===Li2S8D.电子从A电极经过外电路流向B电极，再经过电解质流回A电极解析
A.单位质量的电极材料失去电子的物质的量越多，则得到的电能越多，能
量越高，Li是所有金属元素中原子量最小的金属，所以金属锂是所有金属中比能量最高的电极材料，故A正确；B.原电池中阳离子向正极移动，由图可知，B为正极，A为负极，负极发生失电子的氧化反应，故B正确；C.B电极上S8得电子生成Li2S8，则B电极的反应：2Li＋＋S8＋2e－===Li2S8，故C正确；D.电子只能在电极和导线中移动，电子不能在电解质溶液中移动，故D错误。故选D。答案
D
测试方向：
[选考(一)：3(1)、4(1)]了解范德华力的含义及对物质性质的影响，了解晶体的类型及不同类型晶体中结构微粒的区别。
[必考：2－(5)③④]了解反应热的概念及热化学方程式的含义。
[必考：2－(5)⑧]理解原电池构成、工作原理及应用，能书写电极反应式。【自主命题】新材料与已有知识的迁移根据所提供的材料，自编一道相关习题：[材料]
新型石墨烯电池工作原理如下图，电池反应式为：
放电充电
C6＋LiCoO2LixC6＋Li1－xCoO2A.________________________________________________；B.________________________________________________；C.________________________________________________；D.________________________________________________。【最新素材二】
葡萄糖是具有潜在的巨大能量密度的生物质燃料，其完全转化为CO2将转移24个电子，经热力计算可得理论能量密度为4430Wh·kg－1[1]。造纸、酿酒等工业废水中都含有大量的葡萄糖，且相较于甲醇等生物质燃料，葡萄糖具有无毒无臭、清洁等特点，可成为代替甲醇作为燃料电池的能源。
美国麻省理工学院的电子工程和计算机科学系的副教授拉胡尔·萨派斯卡所领导基于葡萄糖开发了一种新型燃料电池，有望成为未来医疗植入物的能量来源，并有助于瘫痪病人四肢运动能力的恢复等。这种燃料电池可从葡萄糖分子中剥离电子制造微弱的电流，允许其与其他电路结合，而这正是脑部植入物所需的。【命题背景与学科素养】
新型电池在飞速发展的信息技术中发挥着越来越重要的作用，一些新型高效电池也应运而生，学科素养要求学生能科学地加工、处理创新探究过程中获得的现象、数据，通过分析、归纳、推理，得出合理的结论；能对创新过程、结果反思，并通过交流、探讨，进一步完善，能尊重客观事实，独立思考，敢于质疑，敢于发表自己的见解、看法，有批判精神和创新意识。【命题架构】
1.微生物燃料电池(MFC)是燃料电池中特殊的一类，它利用微生物作为反应主体，将有机物的化学能转化为电能。以葡萄糖溶液作底物为例，其工作原理如图所示。
已知石墨电极上的反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋
(1)电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过，电池工作时，质子移向电池的________极(填正或负)，铂碳上所发生的电极反应式为：________________________________________________________________________________________________。
(2)葡萄糖的燃烧热为2800kJ·mol－1，写出葡萄糖完全燃烧的热化学方程式：________________________________________________________________________________________________。
(3)化学需氧量(COD)是重要的水质指标，其数值表示将1L水中的有机物氧化为CO2、H2O所需消耗的氧气的质量。科学家设想利用微生物燃料电池来处理某些污水，并进行发电，该设想已经在实验室中获得成功，但如果1L废水中有机物(折算成葡萄糖)氧化提供的化学能低于5.6kJ，就没有发电的必要，则下列污水中，不适合用微生物燃料电池发电的是________(填序号)。
序号污水类型COD值/mg·L－1解析
A生活污水520
B印染870
C电镀20
D造纸960
E硫酸工业废水
120
(1)燃料电池中，阳离子氢离子移向电池的正极，燃料电池的正极上是氧气
发生得电子的还原反应，即O2＋4e－＋4H＋===2H2O；(2)葡萄糖的燃烧热为2800kJ·mol－1，则葡萄糖燃烧的热化学方程式为：C6H12O6(s)＋6O2(g)===6CO2(g)＋6H2O(l)
ΔH＝－2800kJ·mol－1；(3)根据题意写出葡萄糖氧化分解的热化学方程
ΔH＝－2800kJ·mol－1，则氧化提
32g/mol×6×5.6kJ
2800kJ·mol－1式为C6H12O6(s)＋6O2(g)===6CO2(g)＋6H2O(l)
供的化学能等于5.6kJ时所需引起氧气的质量变化量m(O2)＝
＝0.384g，相当于384mg，由此可以知道选项CE符合题意。答案
(1)正
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
(2)C6H12O6(s)＋6O2(g)===6CO2(g)＋6H2O(l)ΔH＝－2800kJ·mol－1(3)CE测试方向：
[必考：2－(5)⑧]理解原电池构成、工作原理及应用，能书写电极反应式。[必考：2－(5)③④]了解反应热的概念及热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。
[必考：1－(3)]了解化学反应的本质，以及能量变化规律。
2.中科院董绍俊课题组将二氧化锰和生物质置于一个由滤纸制成的折纸通道内形成电池，该电池可将可乐(pH＝2.5)中的葡萄糖作为燃料转化成葡萄糖内酯并获得能量。下列对于该电池的说法正确的是(
)
A.a极为正极
B.随着反应不断进行，负极区的pH不断增大
C.b极的电极反应为：MnO2＋2H2O＋2e－===Mn2＋＋4OH－D.当消耗0.01mol葡萄糖时，电路中转移0.02mol电子解析
溶液pH＝2.5，溶液显酸性，正极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋
2H2O，负极反应式为C6H12O6－2e－===C6H10O6＋2H＋。A项，葡萄糖中碳元素的1平均化合价为0价，葡萄糖内酯中碳元素的平均化合价为＋，则a电极发生失电
3子的氧化反应，则a为负极，b为正极，故A项错误；B项，负极反应生成H＋，溶液pH减小，故B项错误；C项，溶液显酸性，b极的电极反应式为MnO2＋2e
－
＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，故C项错误。D项，根据负极反应式可知，当消耗0.01
mol葡萄糖时，转移0.02mol电子，故D项正确；综上所述，本题正确答案为D。答案
D
测试方向：
[必考：2－(5)⑧]理解原电池构成、工作原理及应用，能书写电极反应式。
【自主命题】新材料与已有知识的迁移根据所提供的材料，自编一道相关习题：[材料]
据报道，美国麻省理工学院基于葡萄糖开发了一种新型燃料电池，以
Pt/TiO2为电极，植入人体就可以进行工作，如图是人工模拟此电池的示意图。
A.________________________________________________；B.________________________________________________；C.________________________________________________；D.________________________________________________。
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容