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2013年北京市高二化学竞赛试卷及答案


2013 年北京市高中学生化学竞赛试卷(高中二年级)
题中可能用到的相对原子质量为: H 1.008 C 12.01 N 14.01 O 16.00 S 32.07 Na 22.99 Fe 55.85 Cu 63.55 Pb 207.2

第 1 题 选择题(12 分) (单选或多选,每选 2 分,错一对一不得分) (1)Na2SO3?7H20 晶体

加热脱水后,强热过程中质量不变。待固体冷却后溶于水,溶液的碱性比 Na2SO3 溶液强,所得固体成分可能是( A.Na2S C.Na2O Na2O Na2S Na2SO3 Na2SO4 ) B.Na2SO4 D.Na2S Na2O Na2SO4 Na2SO3 Na2SO3

(2)右图是一种蓄电池的示意图,被膜隔开的电解质分别为 Na2S2 和 NaBr3。放电后变为 Na2S4 和 NaBr 下面对该装置工作过程中叙述正确的是( A.放电过程,甲电极电极反应:2S22 –2e = S42 B.放电过程,电池反应:2S2 + Br3 = C.充电过程,阳极室流出 NaBr3 溶液 D.充电后向阳极室补充 Na2S4 溶液 (3) 已知 KSP (FeS)=6.3× 10 和 0.10mol?L
-1 -18 - - -


+
-

电源

2-



- S42 +

3Br

电解质

电解质



阳离子膜



, KSP(CuS)=6.3× 10

-36

, 1 K2 (H2S)=1.3× K 10

-20

。 向 0.10mol?L


-1

Fe2+

Cu2+ 的混合溶液中通入 H2S 气体至饱和(c(H2S) 0.10mol?L 1) 。请推断沉淀生成 )

情况是下列哪一种(

A.先生成 CuS 沉淀,后生成 FeS 沉淀 B.先生成 FeS 沉淀,后生成 CuS 沉淀 C.先生成 CuS 沉淀,不生成 FeS 沉淀 D.先生成 CuS 沉淀,反应一段时间 FeS 和 CuS 同时沉淀 (4)下面是有关氢硫酸(H2S 水溶液) : ①蒸馏水中通入 H2S 至饱和,敞口存放两天,明显失效,但无沉淀;若密闭保存一个月,既 不浑浊,也不失效。 ②自来水中通入 H2S,出现浑浊现象,因此不能做为 H2S 饱和溶液使用。 根据以上事实,判断以下说法正确的是(
1



A.氢硫酸失效的原因是易被 O2 氧化 B.氢硫酸失效的原因是 H2S 易挥发 C.氢硫酸这种试剂一定要现用现制 D.自来水中存在着较强的氧化性物质 (5)PbO2 是褐色固体,受热分解为 Pb 的+4 和+2 价的混合氧化物,+4 价的 Pb 能氧化浓盐酸生 成 Cl2;现将 1mol PbO2 加热分解得到 O2,向剩余固体中加入足量的浓盐酸得到 Cl2。反应中生 成的 O2 和 Cl2 的物质的量之比为 3:2,分解释放 O2 后固体的组成及物质的量比是( A. 1:1 混合的 Pb3O4, PbO C. 2:1:4 混合的 PbO2, Pb3O4, PbO B. 1:2 混合的 PbO2, Pb3O4 D. 1:2:4 混合的 PbO2, Pb3O4, PbO )

第 2 题( 6 分) (1)常压下,27° 混合 100mL NO 和 100mL 含 NO2 和 N2O4 的气体,反应生成 6mL N2O3,气 C 体体积仍为 200mL。问反应过程中有多少 mL N2O4 转化为 NO2?

(2)仅由上述实验数据,不能知道原 100 mL 气体中 NO2、N2O4 各多少 mL,需什么信息就能 知道 NO2、N2O4 具体体积?

2

第 3 题( 7 分) 氰酸 HOCN 和雷酸 HONC,都能发生水解反应(不是氧化还原反应) ,请根据它们水解产物给 出两种酸中相邻两原子间的化学键(单、双、叁键分别以—、=、≡表示)并给出 C、N 原子 的氧化态: (1)HOCN 水解产物为 NH3、CO2、H2O

(2)HONC 水解产物为 NH2OH(羟氨) 、HCOOH

第 4 题( 8 分) 往 10mL 0.020mol/L Cu(NH3) nSO4 溶液中滴加 0.020 mol/L 硫酸,最终得 Cu2+(aq)。当加入溶 液体积为 10mL、 20mL 时先后发生两个完全的反应, 请写出两个反应方程式并计算 Cu(NH3) n2+ 的 n 值。

3

第 5 题( 9 分) HN3 叠氮酸中 N 的化合价(氧化态)为多少? (1) 请写出, 酸性条件下, 2H5+ 和 HNO2 制备 HN3 反应的方程式并标示出反应中 N 化合价 N (氧 化态)的改变;碱性介质中,N2H5OH 和 NCl3 生成 N3 反应的方程式。


(2) 请写出 HClO 和 HN3 生成 N2 反应的方程式。 并写出 HNO2 和 HN3 反应 (物质的量比为 1:1) , 生成三种产物,其中一种是 H2O 的反应方程式。

4

第 6 题( 6 分) 请画出下列图形并解释其含意。 (1)1s 态的界面示意图。

(2)3dxy 电子的几率密度的示意图。

(3)3dz2 轨道示意图

第 7 题( 14 分) 有一铜的氧化物属立方晶系,一类原子处于体心格子,另一类原子,若将立方格子分成八个 等同的小立方体,它们处在 1/2 个小立方体中心。 (1)写出该氧化物的化学式

5

(2)在下列立方的透视图中,标出 Cu、O 原子并给出原子坐标

Cu O

(3)若晶胞长 a = 426pm,试计算体密度 D

(4)计算 Cu—O 间距离 L,并解释晶体铜的配位数及其和邻近氧间所形成的几何图像

(5)画出沿 C 轴的垂直投影图,标明 110 晶面,计算其面间距 d。

(6)若用 λ (Cu K α) = 154.18pm 的 X 光测量 110 的面间距,计算其二级的衍射角 θ 大小。

6

第 8 题( 13 分) 人们经常用电化学的基本理论和测定方法求算一些热力学函数变化值,或用已知的热力学函 数值来求得电化学反应的物理量,这些理论和方法的应用给解决实际问题带来极大方便。 现设计以下电池(298K,pΘ) (–)(Pt)Cl2(g,pΘ)︱HCl(1mol/dm3)︱AgCl(s) –Ag(s) (+) 其中 Clˉ1︱AgCl(s) –Ag(s)电极称为银-氯化银电极,是微溶盐电极,其电极反应为:AgCl(s) + e ? Ag(s) + Cl (1mol/dm3),是对 Cl 的可逆电极。
- - -

已知有关物质的热力学数据如下: 物质 AgCl (s) Ag (s) Cl2 (g) ΔfΗΘm /kJ?molˉ1 –127.0 0 0 SΘm/J?molˉ1?Kˉ1 96.11 42.70 223.0

法拉第常数 F = 9.65× 4 C?molˉ1 ,理想气体常数 R = 8.314 J?molˉ1?Kˉ1 10 (1) 根据该电池正、负极的电极反应,写出该电池的电池反应式

(2) 求该反应的 ΔrΗΘm 和 ΔrSΘm 和 ΔrGΘm,(298K,pΘ)

7

(3) 求该电池反应的电动势 E 及标准电池电动势 EΘ。已知 ΔrGΘm = – nFEΘ; ΔrG = – nFE,其中 n 为电极反应得失电子的物质的量。

(4)求该电池在可逆放电时的热效应 QR。QR 等于该反应的 ΔrΗΘm 吗?为什么?

(5)已知恒压下 ΔrSΘm = nF(ΔE/ΔT),(ΔE/ΔT)为电池电动势的温度系数,试求之?

(6)求该电池反应的平衡常数 KΘ。

(7)根据题(3)中求得的 EΘ 和 E 的数值,能否判断所设计的电池是自发电池还是非自发电 池?若想改变方向,如何进行操作?

8

第 9 题( 8 分) 化合物 A 与盐酸反应生成 B,B 经氢氧化钠的醇溶液加热生成 C(2,3,4-三甲基-2-戊烯);当对 A 进行催化加氢时得到 D,当 D 在光照下与氯反应时,主要产物为 E(2,3,3-三甲基-2-氯-戊烷)。请 给出 A、B、C、D、E 的结构简式并对 A、B、D 命名。

第 10 题( 9 分) 化合物 A 与 1mol 盐酸反应生成 B(2,4,5,6-四甲基-4-氯-2-庚烯);与酸性高锰酸钾反应生成丙酮 和 C 各 1mol,完成下列反应式,请给出 A、B、C 的结构简式并对 A、C 命名。

9

第 11 题( 8 分) 完成下述反应式,逐步写出这个反应的反应机理。 分) (8

HBr CHOH CH3

10

2013 年北京市高中化学竞赛(高二试题) 参考答案 (2013-03-14)
第 1 题(12 分) (单选或多选,每选 2 分,错一对一不得分) (1)D(2)B(3)C(4)B & D(5)A 第 2 题( 6 分 ) (1) 生成 6mL N2O3, 必消耗 6mL NO 和 6mL NO2, 因反应前后, 气体体积未变, 表明 6mL NO2 必是 6mL N2O4 分解得到的。 (2) 需要信息:常压下,27° NO2 和 N2O4 气体的平均分子量 C 常压下,27° N2O4 = 2NO2 气体的平衡常数 C 其他答案符合题意也可。 第 3 题( 7 分 ) (1)产物中 N 的氧化态为-3,C 的氧化态为+4,所以
+4 3

( 3 分)

( 3 分)

H O C N
(2)产物中的 N 的氧化态为-1,C 的氧化态为+2,所以
1 +2

( 3 分)

H O N
第 4 题( 8 分 )

C

( 4 分)

两个反应的反应方程式是:生成 Cu(OH) 2 及 Cu(OH) 2 转化为 Cu2+(aq) Cu(NH3) n2+ + (n-2) H+ + 2H 2O = Cu(OH) 2 + n NH4+ Cu(NH3) n2+ 为 0.020 mol/L × 0.010 L = 2.0 ×10
-4

mol
-4

H2SO4 中 H+ 为 0.020 mol/L × 2 ×0.010 L = 4.0 ×10 反应中 Cu(NH3) n2+ : H+ = 1:2 即 n - 2 = 2,所以 n = 4 为 Cu(NH3) 42+ Cu(OH) 2 + 2 H+ = Cu2+ + 2H2O Cu(OH) 2 为 2.0 ×10
-4

mol

(5 分)

mol
-4

H2SO4 中 H+ 为 0.020 mol/L × 2 ×0.010 L = 4.0 ×10

mol

(3 分)

11

第 5 题( 9 分 ) (1)- 1/3;
+3 降低 10 3 1 3

2

HNO3 + N2H5 == HN3 + H+ + 2H2O
升高


+ 10 3


N2H5OH + NCl3 + 4OH = N3


+ 3Cl + 5H2O



(5 分)

(2)2 HN3 + HClO = 3N2 + Cl + H2O HN3 + HNO2 = N2 + N2O + H2O 第 6 题( 6 分 ) (1) (4 分)

r

或 1s 态界面图

r

以 r 为半径的球内 1s 电子出现的 几率为 90% (2 分)

(2)运动在 3dxy 轨道上的 电子出现的几率密度

y

x z

z

[ 3dxy]2

(2 分)

(3)
y x 3dz2 第 7 题( 14 分 )

描述单个电子处在 3dz2 运动时 状态函数的图像。 (2 分)

Cu O

(1) Cu2O (2)

(1 分)

O: 0 0)(1/2 1/2 1/2) (0 , Cu:(1/4 1/4 1/4),(1/4 3/4 3/4),(3/4 1/4 3/4),(3/4 3/4 1/4) 或 (3/4 1/4 1/4),(1/4 3/4 1/4),(1/4 1/4 3/4), (3/4 3/4 3/4)
12

(5 分)

(3)D = [4× 63.5+2× 16]/ [6× 23× (4.26)3 × -24] = 6.0 (g/cm3) 10 10 (4)L = 31/2a/4 = 4.26× 1.733/4 = 183pm 。 每个铜有两个邻近的氧,他们处在一条直线上。 (5)
b

(1 分)

(2 分)

a

d = 426 × 21/2/2 = 301.18pm (3 分) (6)2d sinθ = 2λ; d sinθ = λ;301.18sinθ = 154.18; θ = 30.79° 第 8 题( 13 分 ) (1)
电极反应 ( )极 Cl (1mol/dm3) (+) 极 AgCl(s) + e 电池反应 AgCl(s) e Ag(s) Ag(s) +
1 Cl (g, P ) 2 2

(2 分)

Cl (1mol/dm3)

1 Cl (g, P ) 2 2

(3 分)

(2)ΔrΗΘm =ΔfΗΘm (Ag, s) + 1/2ΔfΗΘm (Cl2, g) –ΔfΗΘm(AgCl, s) = 127.0(kJ?molˉ1) ΔrSΘm = 1/2 SΘm(Cl2, g) + SΘm(Ag, s) – SΘm(AgCl, s) = 58.09(J?molˉ1?Kˉ1) ΔrGΘm = ΔrΗΘm – TΔrSΘm = 127.0 × 103 – 298 × 58.09 = 109.7 (kJ?molˉ1) (3)根据题给条件: E = EΘ = ΔrGΘm/nF = –109.7× 3 / 9.65× 4 = –1.137V 10 10 (4)根据热二律的数学表达式 ΔS ≥ Q/T,可逆条件下 ΔS = QR/T ∴ QR = TΔS = TΔrSΘm = 298 × 58.09 = 17311 J?molˉ1 该反应中 QR ≠ ΔrHΘm, ∵ ΔrHΘm 为 T, pΘ, 非体积功 W' = 0 的反应热;而 QR 为 T, pΘ, W' ≠ 0(有电功)可逆放电时的热效应。 (5)温度系数(ΔE/ΔT) = ΔrSΘm /nF = 58.09/ 9.65× 4 = 6.02 × 4 V/K 10 10ˉ (2 分) (1 分) (3 分) (1 分)

(6)KΘ= exp (nFEΘ/RT) = exp [1 × 9.65× 4 × (–1.137)/8.314 × 298] = 5.84 × 20 (1 分) 10 10ˉ (7)因 E = EΘ = –1.137V,EΘ < 0 说明该电池是非自发电池。欲使其变为自发电池, 只要把正、负极交换位置即可。此时电池反应为 Ag(s) + 1/2Cl2 ? AgCl (s)反应(2 分)

13

第 9 题(8 分)
Cl C

A 1,2-二甲基-1-异丙基-环丙烷

B 2,3,4-三甲基-3-氯-戊烷

Cl D 2,3,3,-三甲基-戊烷 E

每个结构式 1 分,每个命名 1 分

第 10 题(9 分)

Cl A
A: 1-甲基-2-异丙基-1-异丁烯基-环丙烷

HOOC B C

C: 1-甲基-2-异丙基-环丙基甲酸

B 1 分,其他每个 2 分 第 11 题(8 分)
CH OH CH3 + CH3 Br CH3 H+ + CH OH2 CH3 Br H2O + CH CH3

除起始物外每个结构 1 分,每个箭头 1 分,箭头起落位置应正确, 方向应正确。只写一步溴取代不得分

14


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