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2005年北京市化学竞赛高二组试题及答案


2005 年北京市高中学生化学竞赛试题(高中二年级)
2005 年 4 月 17 日上午 8:30-10:30
题号 满分 得分 评卷人 ·竞赛时间 2 小时。迟到超过 30 分钟者不得进场。1 小时内不得离场。时间到,把答题纸及 试题纸(背面向上)放在桌面上,立即离场。 ·竞赛答案全部写在答题纸上,使用黑色或蓝色圆珠笔、签字笔或钢笔答题,使用红色或铅 笔答题

者,试卷作废无效。 ·姓名、准考证号和所属区、县、学校必须填写在答题纸上方指定位置,写在他处者按废卷 处理。 ·允许使用非编程计算器及直尺等文具。 ·答题纸按密封线封装。 1 24 2 4 3 10 4 12 5 8 6 6 7 6 8 8 9 10

北 京
10 6 11 6 总分 100

H 1.008

C 12.01

N 14.01

O 16.00

Na 22.99

Al 26.98

S 32.07

Fe 55.85

Cu 63.55

Li 6.941

Si 28.09

第一题 单选或多选题(共 24 分) (选对一个答案得 2 分,多选一个错误答案扣 1 分) 1.体积、物质的量的浓度均相等的 NaCl 和 NaF 两份溶液中阴离子总数关系正确的是 A 。 A) 前者多 B) 后者多 C) 相等 D) 无法判断 2.大量生产次氯酸钠(漂白液)的主要方法是 A 。 A)电解 NaCl 水溶液制取 Cl2 气后通入 NaOH 水溶液 B)电解 NaCl 水溶液直接得到 NaClO 水溶液 C)浓盐酸和 MnO2 反应制取氯气后通入 NaOH 水溶液 D)浓盐酸和 KMnO4 反应制取氯气后通入 NaOH 水溶液 3.导电仪测得液态 BrF3 具有微弱的导电性,表示 BrF3 液体中有阴、阳离子 X 和 Y。X 和 Y 也 存在于 BrF2SbF6 、 KBrF4 、 (BrF2)2SnF6 等化合物中,则下列的电离式正确的是 BrF3 B) Br + 3F BrF3
3+ ?

C

。 A)

BrF2+ + F BrF2+ + BrF4? BrF4? + Br3+ + 2F?

C) 2BrF3 D) 2BrF3

-1-

4.美国 Gokel 教授研制了氧化还原型电控分子开关——蒽醌套索醚电控开关。它是
O O O O O

[a]
O O

O O

O O

O O O

O O 使冠醚“胳膊”阴离子化,从而加强对流动阳离子的束缚力,达到“关”的作用。下列说法正

[b]

确的是 B



A

B

A)[a]过程是氧化反应 B)通过[b]过程达到“开启”状态 C)A 为“关闭”状态 D)A 的分子式为 C25H30O8 5.a mol 铁粉和硫粉 b mol 混合均匀(a ? b),隔绝空气加热充分反应。然后向反应物中加入足 量稀硫酸,将产生的气体完全燃烧,消耗氧气物质的量是 A & D 。 A) 1.5 a B) a + 2b
OH

C) a + 2.5b

D) 0.5a + b

6. 乙醛,丙醛,环己醇( 平均摩尔质量应为 C 。 A) 46.1 B) 52.2

)的混合液中,氢元素的质量分数为 10%,则此混合物的

C) 53.3

D) 62.4 x C (g),达到平衡

7.在一恒定的容器中充入 2 mol A 和 1 mol B 发生反应:2 A (g) + B (g) 后,C 的体积分数为ω%,若维持容器的容积和温度不变,按起始物质的量

A:0.6 mol,B:0.3 mol,C:1.4 mol 充入容器,达到平衡后,C 的体积分数仍为ω%,则 x 值 应 D 。 A) 只能为 1 B) 只能为 3 C) 可能是 1,也可能是 3 D) 可能是 2,也可能是 3 8. 已知 0.1 mol/L Na2CO3 溶液的 pH = 10,0.1mol/L 的 NaAlO2 溶液的 pH = 12,根据上述信息 判断下列推论正确的是 A & D 。 A) 通入适量 CO2 于 AlO2?溶液中,有 CO3 生成
2-

镁原子 硼原子

B) 等物质的量浓度的 NaHCO3 和 Na AlO2 溶液前者 pH 大于后者 pH C) HCO3?只能跟 Al 反应,而不能跟 AlO2?反应
3+

D) NH4 、AlO2?、HCO3?不能大量共存于同一溶液中
+

9.2001 年报道硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物 超导温度的最高记录。右图示意的是该化合物的晶体结 构单元:镁原子间形成正六棱柱,且棱柱的上下底面还 各有一个镁原子;6 个硼原子位于棱柱内。则该化合物的 化学式可以表示为是 B 。 A) MgB B) MgB2 C) Mg2B D) Mg3B2

沉 淀 质 量 /g

0

34 45 NaOH 溶液体积 /mL

-2-

10. 准确称取 6g 铝土矿样品(含 Al2O3、Fe2O3、 SiO2) ,加入 100mL 硫酸溶液,充分反应后向滤液 中加入 10mol?L?1 NaOH 溶液,产生沉淀的质量与 加入溶液体积的关系如图右所示,则所用硫酸溶液 的物质的量的浓度应该为 B 。 A) 3.50 mol?L?1 B) 1.7 mol?L?1 C) 0.85 mol?L?1 D) 无法计算 第二题(共 4 分)Li2O2 和 Na2O2 都可用于航天飞船制造宇航员赖以生存的氧气。 (A)它们在载人飞船里会自动产生氧气,并去除飞船内不需要的气体,这个过程涉及的化学 方程式是: Li2O2 + CO2 = Li2CO3 + 1/2 O2 (1 分) Na2O2 + CO2 = Na2CO3 + 1/2 O2 (1 分) (B)载人宇航飞船的设计师宁愿用价格较贵的 Li2O2 而不用 Na2O2 获得氧气。其最主要的原因 是 Li2O2 摩尔质量比 Na2O2 小,同质量时得到氧气更多。 (2 分) 第三题(共 10 分) 铜无论是在化学中还是在工业、国防或日常生活中都是一种非常重要的 金属。铜的化合物的颜色变化也是丰富多彩的。请从化学组成、结构和化学反应的角度来解 释下列与颜色有关的现象: 1. 导线中的铜丝是紫红色,铜钥匙是黄色;青铜塑像是深灰色,为什么(从组成上说明)? 导线中的铜丝是纯铜单质,故呈紫红色;铜钥匙的材料是黄铜,它是 Cu—Zn 合金,故呈黄色; 青铜塑像是青铜,它是的材料 Cu—Sn 合金,故呈深灰色。 (3 分) 2. 硫酸铜的水溶液是浅蓝色,受热的蓝色硫酸铜晶体却变成白色粉末; 硫酸铜水溶液的浅蓝色是 Cu(H2O)62+ 的颜色;蓝色硫酸铜是晶体的颜色是[Cu(H2O)4] ?H2O(SO4) 的颜色,当该晶体受热脱水后变成无水 CuSO4,故为白色粉末。 (3 分) 3. 往硫酸铜水溶液中加入足量氨水后变成蓝紫色(用反应方程式说明发生的变化) ; 生成硫酸四氨合铜络合物(配合物) ,该络合物显蓝紫色。 2+ 2+ Cu(H2O) 4 + 4 NH3 ? [Cu(NH3) 4] (蓝紫色) (共 2 分) 4. 往硫酸铜溶液中加入 KI 会析出白色沉淀,而溶液由蓝色变成棕色; 2 Cu2+ + 5 KI ? KI3(棕色)+ 2 CuI?(白色)+ 4K+ (1 分) 5. 薄铜片会慢慢溶解在氯化铁(Ⅲ)溶液中,该溶液由棕色逐渐变成蓝绿色。 2 FeCl3(棕色)+ Cu ? CuCl2(蓝绿色)+ 2 FeCl2 (1 分) 第四题(12 分)仔细研究 BF3、NF3、IF3 中的化学键,就这 3 种分子分别回答下列问题: 1. 画出它们的电子结构式,即用点或线标明各原子的价电子结构;

-3-

BF3 F B F F F

NF3 N F F F

IF3 I F F

(6 分)

2. 推测它们的几何结构,说明在这 3 种分子中,键角的变化情况; BF3,平面三角形,键角 120?;NF3,三角锥形,键角约 107?; IF3,T 形,键角约 90? (3 分) 3. 分别说明它们是极性分子,还是非极性分子,并说明理由。 BF3 是非极性分子,正电荷中心重合;NF3 分子中 N 原子上有孤对电子,故为三角锥体, 是极性分子,正负电荷中心不重合;IF3 为 T 形分子,极性分子,正负电荷中心不重合。 (3 分) 第五题(共 8 分)RX 是第二周期和第三周期两种非金属元素(1 : 1)化合形成的晶体。它的 天然矿物称为莫瓦桑石(Moissanite) ,曾大量合成用作磨料,1997 年,发明了它的透明单晶 的合成法。用合成的莫瓦桑石透明单晶制作的首饰甚至比钻石更美丽(更显光彩、更透亮)、更 轻(对比:金刚石密度 3.5 g/cm3, 莫瓦桑石密度 3.24g/cm3)、更耐火(热至 1500oC 不分解) 、更 显光彩、更透亮,价廉物美,巧夺天工,仅硬度较差,但仍是已知固体中第三种硬度最高的 (对比:金刚石的硬度为 10,莫瓦桑石为 9.25) 。RX 的摩尔质量 40.1 g/mol,有多种不同的晶 体结构,其中最常见的一种的晶胞是六方的,这种晶胞是一个平行六面体,棱长分别为 a = b = 3.073x10-8cm,c = 15.07x10-8cm,面夹角分别为 α = β = 90o, γ = 120o。 1.写出莫瓦桑石的化学式 SiC (1 分) 。 原子晶体 (1 分)

2.莫瓦桑石是原子晶体、分子晶体、离子晶体还是金属晶体?

3.莫瓦桑石的上述晶胞里有几个原子?给出计算过程。原子数取整。 晶胞体积:V = abcsin120o = 3.073 x 10-8cmx3.073 x 10-8cm x 15.07 x 10-8cm x sin120o = 123 x 10-24 cm3 (注:无需更多有效数字,因本题求原子数,而原子量是要 求记忆的有效数字很少的数值) 摩尔体积:Vm = 123x10-24 cm3 x 6.02x1023/mol = 74 cm3/mol 摩尔质量:28+12=40 g/mol 计算密度:n(40 g/mol)/( 74 cm3/mol) = n0.54 g/cm3 按 SiC 计的原子数= n=(3.24 g/cm3)/(0.54g/cm3)≈6 即 Si 和 C 各 6 个原子。 (4 分) (注:不给出具体数字不给分。此题硅的相对原子质量是要 求记忆的数据, ) 。 4.如何理解莫瓦桑石的密度比金刚石小? 硅的原子半径较大 (2 分) (注:答其他不合题意的答案不给分,如不稳定,易分解, 不硬,摩尔质量不合等等) 第六题(共 6 分)脱除石油炼厂气中 H2S 的两种方法是:干法用 ZnO,湿法用 HOCH2CH2NH2 (乙醇胺)溶液。两个反应的方程式为: 干法:ZnO + H2S = ZnS + H2O 湿法:2 HOCH2CH2NH2 + H2S = (HOCH2CH2NH3)2S (HOCH2CH2NH3)2S + H2S = 2 HOCH2CH2NH3HS 而不用 NH3?H2O 脱硫(H2S)? (3 分) 乙醇胺的沸点 170.8℃, 和水完全互溶, 碱性略强于 NH3?H2O。 为什么工业上用 HOCH2CH2NH2

-4-

乙醇胺脱硫产物,加热释出 H2S 后,可利用,乙醇胺可循环使用 (HOCH2CH2NH3)2S = 2 HOCH2CH2NH2 + H2S HOCH2CH2NH3HS = HOCH2CH2NH2 + H2S NH3?H2O 和 H2S 作用的产物(NH4)2S、NH4HS,受热分解为 NH3 和 H2S,不易分离和循环 使用。 (3 分) 第七题(共 6 分)以石墨为电极,通电电解含酚酞的 KI 溶液(无色) 1. 阴、阳极的电极反应和阴、阳极区溶液呈现的现象是: 阳极电极反应式 2 I ? 2 e = I2 或 3I ? 2 e = I3
― ― ―

阳极区现象

溶液呈黄棕或浅黄棕色
+ ―

阳极电极反应式 2 H + 2 e = H2 或 2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH 阳极区现象 溶液呈红色


(共 3 分)

2. 观察到以上现象时停止通电,摇匀电解液,恢复成(几乎)无色,为什么? 阳极、阴极生成的 I2 和 OH 物质的量之比为 1∶2,因此发生以下反应: 3 I2 + 6 OH = IO3 + 5 I ― I2 和 OH 完全反应 注:若写成 I2 + 2OH 室温 IO 会发生 3IO
― ― ― ― ―

+ 3 H2O (共 3 分) +I


= IO



+ H2O,因 IO 是弱酸盐,水解显碱性,溶液应呈现红色。又,






= IO3



+ 2I 反应。 最多只能给一半分。

第八题(共 8 分)为了利用天然气矿中的甲烷,有人设计了如下两个化学反应: 2CH4(g) + H2O(l) = C2H5OH(l) + 2H2(g) ① CH4(g) + 1/2 O 2 (g) = CH3OH(l) ② Θ 已知:298K,P 下 物质 Δ fΗ Θm(kJ/mol)

Δ fGΘm(kJ/mol)

H2O(l) —285.84 —237.19 CH4(g) —74.85 —50.79 CH3OH(l) —238.57 —166.23 C2H5OH(l) —277.63 —174.77 CO2(g) —393.51 —394.38 Θ 1. 请用计算结果判断,反应①和②在常温常压下(298K,P )实现的可能性如何? Θ ① Δ rH m = 2 × 0 + (-277.63) – (-285.84)-2× (-74.85)= 157.91 kJ/mol(吸热) Θ Δ rG m = 2 × 0 + (-174.77)– (-237.19)-2 × (-50.79)= 164.09 kJ/mol Θ ② Δ rH m = -238.57 – 1/2 × 0 –(-74.85)= –163.72 kJ/mol(放热) Θ Δ rG m= -166.23 – 1/2 × 0 –(-50.79)= -115.44 kJ/mol Θ Θ 反应②有实现的可能性,∵ 298K,P 下 Δ rG m ? 0 (共 2 分) 2. 对于常温常压下不可能实现的反应,当选用“高效催化剂”之后,能否变为常温常压下可 实现的反应?为什么? Θ Θ 对反应①选用高效催化剂,也不可能在 298K,P 下进行,∵ Δ rG m ? 0,热力学上不可能进 行反应,催化剂无效。 (1 分) Θ Θ Θ 3. 对于可能实现的反应,请利用ΔrG m = –RTlnK 从理论上求出 298K,P 下其平衡常数 KΘ。若 该反应为可逆的话,讨论温度、压力等外界条件对化学平衡的影响。(R = 8.314 J/mol?K) Θ Θ Θ Θ Δ rG m = -RTlnK lnK = -Δ rG m /RT = 115.44 × 103/8.314 × 298 = 46.594

-5-

K

Θ

= 1.72 × 1020 (2 分)

∵为放热反应,升温不利于正向进行, Δ n = 0 – 1.5 = –1.5,升高压力有利于正向进行。 4. 若将 CH4 与 O 2(或空气)制造燃料电池 (1) 这个电池放电时发生的化学反应方程式为: CH4(g) + 2 O2(g) = CO2(g) + 2 H2O(l)


(2) 电池中电极发生反应 负极发生的反应是 CH4 + 4O2 – 8 e = CO2 + 2 H2O 正极发生的反应是 2 O2 + 8 e = 4O2 总反应: CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O 向外电路释放电子的电极是 向外电路释放电子的电极是负极。 (3) 请根据ΔrGΘm = –nFEΘ的关系式求出该电池的电动势 EΘ(F 为法拉第常数,F = 96500 库 仑) 。 Θ Θ Θ Δ rG m = –nFE Δ rG m = 2 ×(-237.19)+(-394.38)- (-50.79)= -817.97 kJ/mol


E

Θ

= –Δ rG

Θ

m

/nF = 817.97 × 103/8 × 96500 = 1.06 V

(共 3 分)

第九题(共 10 分)化合物 A、B 分子式均为 C8H15Cl3,经乙醇的氢氧化钠溶液处理,A 得到 C 和 D,而 B 得到 C 和 E。在热的酸性高锰酸钾处理后,C 得到 1 mol 丁二酸同时放出气泡,D 得到乙酸和丙二酸各 1 mol 并放出气泡,而 E 得到 2 mol 乙酸和气泡。请给出 A、B、C、D、E 的结构简式。
Cl B Cl C D Cl Cl E

Cl A

Cl

第十题(共 6 分)化合物 A(C8H8O2) ,在铁粉催化下与氯反应,一元取代物有两个异构体。 经热的酸性高锰酸钾处理后,A 转变为 B,B 在铁粉催化下与氯反应只得到一种一元取代物,B 可与 NaHCO3 放出气泡。B 在催化剂存在下与乙二醇反应,可得一高分子化合物 C。请写出 A、 B、C 的结构简式。
O CH3 COOH HOOC COOH OCH2CH2O C O C n

A

B

C

第十一题(共 6 分)含 I2 的水溶液 100 mL,其中含 I2 10.00 mg,用 90 mL CCl4 按下述两种方式 进行萃取: (1)用 90 mL,一次萃取; (2)每次用 30 mL,分三次萃取。试计算并比较两种方 式的萃取效率 E。 ( K= cI2
CCl4

/ cI2 2 =85 ,K 为被萃取物在各相中浓度之比;萃取效率为被萃取

HO

物质在萃取相中的总量与被萃取物质的总量之比。 ) (1) 用 90mL,一次萃取时:

-6-

m1=10.00 E=

100 = 0.13 (mg) 85 90 + 100 10.00 0.13 100% = 98.7% 10.00

(3 分)

(2) 每次用 30 mL,分三次萃取时:

m3=10.00

3 100 = 0.00054 (mg) 85 30 + 100 10.00 0.00054 E= 100% = 99.99% 10.00

由此可见,同样量的萃取溶剂,分几次萃取的效率比一次萃取的效率高。 (3 分)

题中所用公式:

被萃取物质在有机相中的总量 E= ?100% 被萃取物质的总量

? Vw ? mn = m0 ? ? ? Vw+KV0 ?

n

-7-


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