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2007年北京市高二学生化学竞赛试题及答案

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2007 年北京市高二学生化学竞赛试题 年北京市高二
2007 年 4 月 14 日上午 8:30-10:30 : :
题号 满分 得分 评卷人 小时。 分钟者不得进场。 小时内不得离场。时间到, ·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。 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, ·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。 笔答题者,试卷作废无效。 姓名、准考证号和所属区、 学校必须填写在答题纸上方指定位置, ·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。 处理。 允许使用非编程计算器及直尺等文具。 ·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。 ·答题纸按密封线封装。 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 1 12 2 8 3 10 4 9 5 10 6 10 7 9 8 15

北 京
9 17 总分 100

单选题( (每一个答案得 第一题 单选题(共 12 分) 每一个答案得 1.5 分) ( 1. 已知 H 2CO3 的第二级电离比 HAlO2 的电离容易,则下列推论正确的 正确的是( A ) 。 正确的 - A. 通适量的 CO2 于含有 AlO2 的溶液中,反应后生成 Al(OH) 3 B. CO32-在水溶液中易使 Al(OH) 3 溶解变成 AlO2- C. HCO3-只能跟 Al3+反应,不能与 AlO2-反应 D. HCO3-只能与 AlO2-反应,不能与 Al3+反应 2. 两瓶气体分别为 NO2 和 Br2 蒸气,外观相同,某同学设计了多种鉴别法,①用湿润的 KI 淀粉试纸;②加少量 NaCl 溶液;③加少量 AgNO3 溶液;④加少量水后再加适量苯;⑤一 定条件下改变温度,则下列选项中正确的 正确的是:( C ) 正确的 A. 只能采用①②③ B. 只能采用②③④ C. 能采用②③④⑤ D. 都可以 3.下列有关实验现象叙述正确的 正确的是( A ) 。 正确的 A. Cu 跟浓 HNO3 反应后溶液呈绿色 B. Cu 溶于热、浓 H2SO4 后溶液呈蓝色 C. NaHCO3 溶液可使苯酚的乳浊液变得澄清 D. Mg 跟盐酸反应放出 H2 的速率不断减慢 4. 锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池,该电池具有能量密度大,电压高的特性。锂 离子电池放电时的电极反应式为:

-1-

负极反应:C 6Li – xe- = C 6Li1 - x + xLi+ (C 6Li 表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料) 正极反应:Li1 - x MO2 + xLi+ + xe- = Li MO2(Li MO2 表示含锂的过渡金属氧化物) 。 下列说法正确的 正确的是( D ) 正确的 A. 锂离子电池充电时电极反应为 C 6Li + Li1 - x MO2 == Li MO2 + C 6Li1 - x B.电池反应中,锂、锌、银、铅各失去 1mol 电子,金属锌所消耗的质量最小 C.锂离子电池放电时电池内部锂离子向负极移动 D. 锂离子电池充电时阴极反应为 C 6Li1 - x + xLi++ xe- = C 6Li

5. 某烃的组成为 C15H24,分子结构非常对称。有关实验证明该烃中仅存在三种基团,乙烯基 (—CH=CH2) ,亚甲基(—CH2—)和次甲基(
CH ) ,并且乙烯基和次甲基之间必须

通过亚甲基相连。当该烃只含有一个单环结构时,分子中乙烯基和亚甲基的数目为( C ) 。 A. B. C. D. 4、6 2、3 3、6 3、3 、丙酮和戊醛混合物 2.000g 完全燃烧后,所得气体通过 OH )

6.环己醇(

。74.75 P2O5 吸收瓶,瓶增重 1.998g。则混合物的平均相对分子质量为( C ) A. 86.00 B. 72.00 C. 81.33 7.已知反应 BeCl2 + Na2BeO2 + 2H 2O == 2NaCl + 2Be(OH)2↓能进行完全。以下推论中正确的 正确的 正确 。 是( C ) A. BeCl2 溶液 pH<7,将其蒸干,灼烧后可得残留物 Be(OH)2 B. Na2BeO2 溶液的 pH>7,将其蒸干,灼烧后可得残留物 BeO C. Be(OH)2 既能溶于盐酸,又能溶于 NaOH 溶液 D. BeCl2 水溶液的导电性强,BeCl2 应该是离子化合物 8. 1.92g 铜投入一定量浓 HNO3 中,铜完全溶解,生成气体颜色越来越浅,共收集到 672 mL 气体(标准状况) 。将盛有此气体的容器倒扣在水中,通入标准状况下一定体积的 O2,恰 好使气体完全溶于水中,则通入 O2 的体积为( B ) 。 A. 504mL B. 336mL C. 224mL D. 168mL 第二题( 第二题(共 8 分)向含有 Fe2+的溶液中加入 NaOH 溶液后生成蓝绿色沉淀,该沉淀在空气中 放置一段时间后变成棕色,过滤后,用盐酸溶解棕色沉淀得黄色溶液。用离子方程式解释下 列各实验现象: (1) 向该黄色溶液中加入几滴 KSCN 溶液则溶液立即变红;

-2-

Fe3+ + 3SCN- = Fe (SCN) 3 (方程式中 SCN-系数 3-6 均可,只要配平合理即可。要看出明显颜色系数需 3 以上。 ) (2) 往该红色溶液中通入 SO2 则红色消失; 2Fe (SCN) 3 + SO2 + 2H2O = 2Fe2+ + SO42- + 4H+ + 6SCN- (方程式中只要能显示出 Fe 被还原,S 被氧化,硫酸根写成 H2SO4 也可得分。 ) (3) 向此溶液中再滴入 KMnO4 溶液,则 KMnO4 紫色褪去; MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O (4) 最后加入黄血盐(K4 [Fe(CN)6])溶液时,生成蓝色沉淀。 Fe3+ + [Fe(CN) 6] 4- + K+ = KFe [Fe(CN)6]↓ 第三题( 第三题( 共 10 分) 在 1L(dm3 )0.10 mol · dm- 3 K[Ag(CN) 2]溶液中加入 KCl 固体 0.10 mol, 通过计算判断会有何现象发生? 已知:Ksp(AgCl)=c Ag+?cCl- = 1.8×10-10

K稳[Ag(CN)2 ] =

c cAg

[Ag(CN)2]

c

2

= 1.25

1021

CN

答: 平衡浓度(mol·dm-3)

Ag+ + 2CN
x 2x

[Ag(CN)2]
0.1-x

0.1 x(2x)
2

x

= 1.25 1021

得 x = 2.7×10-8

c Ag+ = 2.7 × 10-8 mol·dm-3 Q = c Ag+?cCl- = 2.7×10-8 ×0.10 = 2.7×10-9 因为 Q > Ksp(AgCl) ,因而会有 AgCl 沉淀从溶液中析出。 (写不出浓度商但如有计算数据 2.7×10-9 > Ksp(AgCl) ,可判断出 AgCl 沉淀也可得满分。 ) 第四题( 第四题(共 9 分)S 和 Na2SO3 溶液反应生成 Na2S2O3。另一种制备 Na2S2O3 的方法是:持续通 SO2 入 Na2S 和 Na2SO3 的混合液,不久有黄色沉淀生成,沉淀量逐渐增多,溶液 pH 相应下降, 反应方程式: 2SO2 + 2HS- = 3S + SO32- + H2O * (2 分) (*在 pH > 7 时生成 S,所以不宜写成 H2SO3 + 2H2S = 3S + H2O, 若写成此式建议扣 0.5 分。, ) 而后沉淀量减少并消失成无色溶液得 Na2S2O3, 此时溶液 pH~7。反应方程式: S + Na2SO3 = Na2S2O3 ** 2 分) (**问题是制备 Na2S2O3,若写成 SO32- + S = S2O32-不扣 分。。 ) 继续通入 SO2,又有黄色沉淀生成,反应方程式为: S2O32- + 2H+ = S + H2SO3 (2 分) 。 原混合物中 Na2S 和 Na2SO3 的物质的量比为 1:2 (1.5 分) ,生成 Na2S2O3 最有利。 若用 Na2S 和 Na2CO3 混合液为原料,通入 SO2 制备 Na2S2O3,方法和现象同上, 原料液中 Na2S 和 Na2CO3 最佳物质的量比为 1:2 (1.5 分) 。 第五题( 第五题(共 10 分)Si3N4 是一种新型陶瓷。请写出下列制备方法的反应方程式 (1)SiH4 和 NH3 反应: 3SiH4 + 4NH3 = Si3N4 + 12H2 3SiO2 + 2N2 + 6C = Si3N4 + 6CO(若产物为 CO2 要扣一定分。另,只写一种制备方法也不 扣分。 )

-3-

(2)Si3N4 分别和浓 H2SO4、KOH(熔融)的反应方程式(都不是氧化还原反应) : Si3N4 + 2H2SO4 + 9H2O = 3H2SiO3 + 2(NH4)2SO4 (产物为 H4SiO4、SiO2 均可) Si3N4 + 6KOH + 3H2O = 3K2SiO3 + 4NH3 (3)按 lewis 酸碱理论,给出电子对的物质是碱;接受电子对的物质是酸,请写出 Ca3N2(碱) 和 Si3N4(酸)间的反应方程式: Ca3N2 + Si3N4 = 3CaSiN2 (产物为 Ca5(SiN3)2 也可,需配平)

第六题( 第六题(共 10 分)阴离子膜(用 A 表示) ,阳离子膜(用 C 表示)分 别只能允许阴、阳离子通过。如 右上图所示,把 Na2SO4 溶液导入阳 极区,水导入阴极区,通电电解,阳 极区流出液为 H2SO4,阴极区流出液 为 NaOH。 现用下列装置(如右下图所示) ,分 别导入 NaNO3 溶液、KCl 溶液和 H2O, 导出 KNO3 溶液、NaCl 溶液。请写出 导入、导出各区(即图中(1)~(7) ) 电解质的化学式。 (1)NaNO3 溶液 或 KCl 或 H2O (2)H2O (3)KCl 溶液 或 NaNO3 (4)H2O 或 H2O (5)NaNO3 溶液 或 KCl (6)NaCl 溶液 或 KNO3 (7)KNO3 溶液 或 NaCl

导出区 H2SO4 NaOH A C 阳 极 H2O Na2SO4 H2O 导入区 阴 极

导出区 A ( 6 C A( 7 C A C A C ) ) 阳 极
) ( 2 ) 1


阴 极
( 3 ) ( 4 ) ( 5 )

导入区

第七题( 第七题(共 9 分)某晶体的晶胞呈立方体,可看作是由 27 个共面的小立方体构成的,这些小 立方体的顶角是阴离子 B,而阳离子 A 处于半数小立方体的中心,另一半小立方体的中心是 空的。 (1)试给出这种晶体的化学式(用 AB 表示) 。 AB2 (小立方体是共面、共顶角、共棱的,因此,每个小立方体 A 含一个 B 原子(即共顶角的原子) ;不妨看作相邻的空立方体 B 和实立方体平均有 1/2 个 A 原子,因此,每个小立方体的化 学式为 A 1 B ,故晶体的化学式为 AB2)
2

另一晶体的结构如右图所示,灰球为 A,黑球为 B。 (2)问这种晶体的化学式 AnBm 的 n = ? m = ?

-4-

n = 1; m = 1 (3)问一个晶胞里有几个 A,几个 B? 一个晶胞里有一个 A 原子,一个 B 原子。 (图中 8 个 A 原子围拢的平行六面体(图中六 方柱体的 1/6 是一个晶胞。) ) 第八题( (298K,100kPa 下) 第八题(共 15 分)已知有关物质的热力学数据如下: 物质 Δ fΗ m (kJ/mol) S Θm
Θ

C(s) 0

辛烷(g) 甲烷 甲烷(g) CO2(g) H2O(l) 辛烷 -207.8 -74.85 -393.5

SiF4(g) HF(g) SiCl4(g) HCl(g) SiO2(石英) -859.4

-285.8 -1641.9 -203.6 -657.0 -92.31

5.69

757.1

186.2

213.6

62.94

282.4

173.5

330.6

184.8

41.8

(J/mol·K) (1) 煤、汽油、天然气是当今最常用的几种燃料,它们所含的主要代表物质分别是:碳(C)、 辛烷(C8H18)、甲烷((CH4),试从对环境的污染及其各物质完全燃烧时的热效应等方面 进行比较(以 1 mol 物质为基础进行计算) 。 C + O2 → CO2 ΔrΗm = -393.5 kJ/mol (煤) C8H18 + 25/2 O2 → 8CO2 + 9H2O ΔrΗm = -5.5х103 kJ/mol (汽油) CH4 + 2 O2 → CO2 + 2H2O ΔrΗm = -0.890х103 kJ/mol (天然气) 煤炭是组成极其复杂的大分子,含有大量的芳香烃,含有 S、N 的杂环化合物,因此在燃烧时 有 SO2 及 NO 的化合物生成,也有 CO、CO2 生成,导致产生温室效应,光化学烟雾及形成酸 雨。 汽油在气缸中燃烧时通常有空气参加,常有 NO 及 CO 生成。汽油的组成中碳氢化合物在不完 全燃烧时产生一些有毒物质。若未完全净化的汽油则含有 S,燃烧时生成 SO2。 天然气为较好的清洁燃料,完全燃烧生成 CO2,H2O。 (2) 估计下列各变化过程中的熵(S)是增大还是减少。 ① NH4NO3 爆炸: 2NH4NO3(g)→ 2N2(g) + 4H2O(g) + O2(g) ② 水煤气转化: CO(g) + H2O(g) → CO2(g) + H2(g) ③ 臭氧生成: 3O2(g) → 2O3(g) ① 该过程为气体增加过程,故熵增大 ② 该过程发生前后为分子不变过程,故熵不变 ③ 该过程为分子数减少过程,故为熵减小 (3) ΔG = ΔH - TΔS 称为吉布斯(gibbs)方程,在等温等压下的化学反应的吉布斯自由 能(ΔrGm)变化是其焓变(ΔrΗm)和熵变(ΔrSm)的综合效应。因此可用ΔrGm 的 正负判断反应的自发性。请根据给定的热力学数据,计算下列反应在 298K,100kPa 下的ΔrGΘm 值,并说明在该条件下,SiO2(石英)和 HF(g)能反应,而 SiO2(石英)和 HCl(g)不能反应。 SiO2(石英) + 4HF(g) → SiF4(g) + 2H2O(l) SiO2(石英) + 4HCl(g) → SiCl4(g) + 2H2O(l) ① ΔrΗΘm = -512.7 kJ/mol ΔrSΘm = -515.9 J/mol?K ΔrGΘm = ΔrΗΘm - TΔrSΘm =(-512.7 kJ)-298K(-515.9 J/mol?K)

-5-

= -358.9х103 kJ/mol ΔrGΘm < 0 298K,PΘ下反应可自发正向进行。 Θ = 38 kJ/mol ② ΔrΗ m ΔrSΘm = -324.56 kJ/mol?K ΔrGΘm = ΔrΗΘm - TΔrSΘm = 38kJ/mol -298K(-324.6×10-3 kJ/mol?K) = 96.76 kJ/mol 298K,PΘ下反应非自发。 ΔrGΘm > 0 第九题( 第九题(共 17 分)茚
4 3

也称苯并环戊二烯,近来发现 6-甲基茚是一个很有

1 前途的中间体。其合成路线如下:

MgBr A + Br2 Fe B Mg Et2O CH3 (1)

CH2 O

CH2

(2) H O 2

H+

C

PBr3 CH3

CH2CH2Br NaCN D H2O

H+

CH2CH2COCl E PCl3 CH3 K G L 6-甲基茚 AlCl3 F

H2 Ni

请给出 A、B、C、D、E、F、G、L 的结构简式及条件 K。

Br A CH3 B CH3 CH2CH2CN D CH3 E CH3 C CH3

CH2CH2OH

CH2CH2COOH

F G L CH (A 至3L 每个答案 2 分,K 为 1 分,L 答出任一个均可得分。 ) O OH 为修改后的答案。 F 至 L 为修改后的答案。 H2SO4 K

-6-


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