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2011北京化学竞赛试题及答案(高二)


2011 年北京市高中学生化学竞赛(高中二年级)试卷

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2011 年北京市高中学生化学竞赛试卷(高中二年级)
2011 年 4 月 10 日上午 8:00-10:00 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。开赛后 1 小时内不得离场。时间到,

把试卷纸 (背面向上)放在桌面上,立即离场。 ·竞赛答案全部写在试卷指定位置上,使用黑色或蓝色圆珠笔、签字笔、钢笔答题,使用红色笔或 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指定位置,写在其他处者按废卷处理。 ·允许使用非编程计算器及直尺等文具。 ·试卷按密封线封装。 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 Ni 58.70 Fe 55.85

北 京 11 22 12 5 总分 100

1 9

2 9

3 4

4 5

5 8

6 6

7 10

8 5

9 8

10 9

第 1 题 选择题(9 分) (单选或多选,每选 1.5 分) (1)化学在生产和生活中有着广泛的应用。下列说法错误的是 ( ) A.用聚乙烯塑料作食品包装袋 B.SiO2 是制备光纤导线的主要材料 C.用浸泡过高锰酸钾溶液的硅藻土吸收水果产生的乙烯以延长货架期 D.民间用明矾作净水剂除去水中的悬浮物 (2)下列离子方程式正确的是 ( ) A.向 NH4HSO4 溶液中滴加少量的 Ba(OH)2 溶液 + - + + Ba2 +2OH +NH4 +H == BaSO4↓+NH3·H2O+H2O B.向漂白粉溶液中通入过量的 SO2 气体 - - ClO +SO2+H2O== HSO3 +HClO C.向偏铝酸钠溶液中通入 CO2 气体 - - AlO2 +CO2+2H2O== Al(OH)3↓+HCO3 + D.海水中的 Fe2 在铁细菌的催化下被氧化成 Fe2O3 + - 4Fe2 +8OH +CO2==2Fe2O3+HCHO+3H2O (3)已知:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H = -92.4 kJ·mol-1,在温度、容积相同的 3 个密闭容器 中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下: 容器 反应物投入量 始态 NH3 的平衡浓度/mol· L 反应的能量变化 体系压强( Pa) 反应物转化率 下列说法正确的是
-1

实验 1 1mol N2、3mol H2 cl 放出 a kJ p1 α1

实验 2 2mol NH3 c2 吸收 b kJ p2 α2 (

实验 3 4mol NH3 c3 吸收 c kJ p3 α3 )

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A.2 cl > c3 B.a + b = 92.4 C.2 p2 < p3 D. (α1 + α3) < 1 (4)下列溶液中微粒的物质的量浓度关系正确的是 ( ) -1 A.室温下,向 0.01 mol·L NH4HSO4 溶液中滴加 NaOH 溶液至中性: + - + - + c(Na )>c(SO42 )>c(NH4 )>c(OH )=c(H ) -1 B.25℃时,pH =4.75、浓度均为 0.1 mol·L 的 CH3COOH、CH3COONa 的混合液: - - + c(CH3COO )+c(OH )<c(CH3COOH)+c(H ) - + C.25℃时,pH=2 的 HCOOH 与 pH=12 的 NaOH 等体积混合:c(CHCOO )+c(H )< + - c(Na )+c(OH ) - - D.0.1 mol/L Na2CO3 溶液与 0.1mol/L NaHCO3 溶液等体积混合:3 (CO32 )+3 (HCO3 ) + +3 (H2CO3)=2 (Na ) (5)现有 3.5t 质量分数为 70%的硫酸和 2.5t 含杂质 20%的烧碱(杂质不参加反应) ,足量 的铝屑。用上述原料最多生产 Al(OH)3 的质量是 ( ) A.1.3t B.2.6t C.5.2t D.6.5t 第 2 题( 9 分) 如图,A 为用惰性电极电解饱和食盐水(含少量 Ca2+、Mg2+)的装置。
电源

a CuO

b

碱石灰 E Na2S NaOH 溶液 饱和 酚酞 食盐水 溶液 A C D B (1)电解时,电极 a 附近溶液出现浑浊,请用离子方程式表示原因

(2)一段时间后,C 中溶液可出现浑浊,写出浑浊的原因,用离子方程式表示:

(3)随反应的进行,D 中溶液红色褪去。 请简述 D 中溶液红色褪去现象的可能的两种主要原因

请根据你的推论,设计简单实验证明红色褪去的主要原因,简述主要 操作、现象和结 .. 论

第 3 题( 4 分) 6° C 时,苯甲酸在 H2O (I)、C6H6 (II)中浓度(mol/L)及分配比见表: c(I) c(II) c(I)/c(II) c(I)/c0.5 (II)

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0.00329 0.00597 请说明 c(I)/c
0.5

0.0156 0.0495
(II)为定值的原因。

0.211 0.117

0.0213 0.0211

第 4 题( 5 分) 1000° C 时, FeO + H2 至少需多少物质的量的 H2

Fe + H2O, K = 0.52, 欲使容器中 1.0 mol FeO 被还原,

第 5 题( 8 分) 1834 年 Faraday 作电解 H2SO4(稀)水溶液实验时,发现阳极形成的 O2 量少于理论量; 经电解后,溶液的氧化性显著强于 H2SO4 溶液。他怀疑阳极形成了 H2O2,但实验结果是 否定的。如果你遇到以上实验过程,用什么实验可以证实电解后溶液的氧化性增强,且没 有 H2O2 生成(限制条件:每个实验只能选用一种试剂) ,写出相应的反应方程式。

1891 年 Marshall 把 MnSO4 溶液加到电解后的 H2SO4 溶液中,有 MnO4 生成,分析得 - - 知溶液中的阴离子只有 SO42 及极少量的 OH 。请写出两个反应的方程式及阳极产物的 化学名称。



第 6 题( 6 分) 无色浓 HNO3 和金属反应后不久, 溶液呈现蓝色时, 速率增快。 目前认为, 这是浓 HNO3 被还原形成 HNO2 之故,HNO2 的氧化性、氧化反应速率均强于 HNO3。现作以下两个 实验并请解释现象。 (1)取 50 mL 浓 NH3· H2O 两份,一份加 10 mL H2O,另一份加 10 mL 3% H2O2,再同时 加入 Cu。发现加 H2O2 溶液的反应快.写出原因和反应方程式。

(2)取 50 mL 浓 HNO3 两份,一份加 10 mL H2O,另一份加 10 mL 3% H2O2,再同时加 入 Cu。发现加 H2O2 溶液的反应慢.写出原因和反应方程式。

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第 7 题( 10 分) 光催化是新发展的一个催化技术,TiO2 是目前研究成功的应用广泛的光催化剂,它是由 金红石矿(主要成分为 TiO2)先制备为 TiCl4,再转化为纯 TiO2。 物种 ΔrΗΘm /kJ?molˉ1 S m/J?molˉ ?Kˉ 请根据表中数据 (1) 计算反应:TiO2(s) + 2Cl2(g) = TiCl4(g) + O2(g) 298K 的Δ rΗ Θm 和Δ rSΘm,该反应能否 正向进行?
Θ 1 1

TiO2(s) –944.7 55.02

TiCl4(g) –763.2 354.9

Cl2(g) 0 223.1

O2(g) 0 205.1

C(s) 0 5.74

CO(g) –110.5 197.7

(2) 计算反应 2C(s) + O2(g) ? 2CO(g) 298K 的Δ rΗ Θm 和Δ rSΘm,并判据反应在 298K 进行 的方向。Δ rΗ Θm = –221 kJ/mol Δ rSΘm = 59/ J?molˉ1?Kˉ1

(3) 为得到纯的 TiCl4, 有人设计如下方案: TiO2(s) + 2Cl2(g) + 2C(s) ? TiCl4(g ) + 2CO(g)。 Θ Θ 计算该反应 298K 的Δ rΗ m 和Δ rS m,并判据反应进行的方向。

第 8 题( 5 分) 在三个试管中盛 0.020 dm3 的 Fe(OH)3 溶胶,分别加入三种电解质溶液(浓度为 c,体积 为 V)使其聚沉,不同浓度所需量如下: 溶液 c/mo1?dmˉ V/dm
3 3

NaCl 1.00 0.021

Na2SO4 0.0050 0.125

Na3PO4 0.0033 7.4×10ˉ3

试计算各电解质的聚沉值(一定时间内聚沉所需的电解质最低浓度) 、聚沉值之比。有 人提出一般聚沉值大致与反离子价(胶粒带相反电性的离子价数)的 6 次方成反比,根据以 上实验请对此规则作出评论。

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第 9 题( 8 分) NiO 晶体为 NaCl 型结构,将它在氧气中加热,部分 Ni 将氧化为 Ni3+,成为 NixO(x<1)。 今有一批 NixO,测得密度 ? 为 6.47g· cm-3,用波长 ? =154pm 的 X 射线测得立方晶胞衍射指 ° 标为 111 的衍射角 ? =18.71 。 (Ni 的原子量为 58.70) (1) 计算 NixO 的立方晶胞参数 a

(2) 计算 x 值,并标明 Ni 的氧化数的化学式

(3) Ni 晶体中,O2-的堆积方式怎样?Ni 在堆积中占据那种空隙?占有率多少?

第 10 题(9 分) 1985 年 Kroto 和 Smaller 领导的研究小组发现了以 C60 为代表的碳的另一个家族,极大 地丰富了碳化学。认识 C60 有利于制备新性质的化合物,请问: (1) C60 这个封闭多面体由多少个五元环和六元环的面组成,共有多少条边?

(2) C60 中每一个碳参加形成 2 个六元环和一个五元环,形成 3 个? 键和离域? 型键。 ? 间的夹角为 116° ,求离域? 型键所含单个碳的 sp 的成分及与? 键间的夹角。

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(3) 由于生成条件的不同 C60 可堆积成不同的晶体结构。其中有立方最密堆积,晶胞 参数为 a=1420pm。 (a)计算其晶体密度 ?

(b)

计算 C60 球体半径 R

第 11 题(22 分) 请你给出化合物 A—K 的结构简式。其中 D 的相对分子质量为 100。
Cl2 500 C A E C
O2/催化剂

B

Br2 CCl4

C3H5Br2Cl NaOH/H2O G (C8H8O2) 聚合

H

K 高聚物

D

J
催化剂/

催化剂/

CH3OH F NaOH/H2O I H+ C

第 12 题(5 分) 完成下列反应式,写出产物的结构简式。

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(1) (2) (3) (4)

HCl 1 mol
HCl 1 mol

A B’ B

HCl 2 mol HCl 2 mol D

C

2011 年北京市高中学生化学竞赛试题答案 (高二年级)
第 1 题( 9 分 )每选 1.5 分(1)A(2)C(3)B & D(4)A(5)C 第 2 题( 9 分 ) - - (1)2H+ + 2e == H2↑,Mg2+ + 2OH = Mg(OH)2? (2 分) - - (2)Cl2 + S2 = 2Cl + S (1 分) 如写 Cl2 + H2S = 2HCl + S 扣 0.5 分 (3)A 中逸出 Cl2 与水反应生成有强氧化性的 HClO,有漂白作用使红色褪去 ,此为氧化 - 为主的原因。另一种原因,可能是 H+中和了 OH 造成褪色。 (3 分) 向褪色溶液中再滴加酚酞,又显红色,即主要为氧化;向褪色的溶液中加入适量 NaOH 溶液,若红色出现,则则可能主要为中和。 (3 分) 第 3 题( 4 分 ) 和 C6H6 中的平方根比为定值表明苯甲酸为二聚体(C6H5COOH)2 第 4 题( 5 分 ) 设需要 H2 的物质的量为 n FeO + H2 Fe + H2O 始态 n 平衡态 n–x x 今 x = 1.0(mol) 代入 n/( n–x) = 0.52 至少需加 2.9 mol H2 第 5 题( 8 分 )

得 x = 2.9(mol)

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(氧化性增强:用 I 被氧化成 I2 的溶液颜色来判断 无 H2O2 生成:用滴加 KMnO4,不褪色并无 O2 生成来判断 2MnO4 + 5H2O2 + 6H+ = 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O




(5 分)

注:用其他方法证明其氧化性增强,且无 H2O2 生成亦可得满分。 阳极反应: 2 SO42 – 2e = S2O82 ,过二硫酸根 - 2- 2+ 2- 5S2O8 + 2Mn + 8H2O = 10SO4 + 2MnO4 + 16H+
- - -

(3 分)

第 6 题( 6 分 ) (1)H2O2 氧化 Cu,Cu(II)和 NH3 配位 Cu + H2O2 + 4 NH3· H2O = Cu(NH3)42+ + 2 OH (2)形成的 HNO2 被 H2O2 还原 2 HNO2 + H2O2 = 2 NO + O2 + 2 H2O 第 7 题( 10 分 ) (1)TiO2(s) + 2Cl2(g) = TiCl4(g) + O2(g) (3 分) Δ rΗ Θm–TΔ rSΘm = –163.9/ J?molˉ1?Kˉ1


+ 4 H2O

(3 分)

Δ rΗ Θm = 181.5 kJ/mol Δ rSΘm = 58.9/ J?molˉ1?Kˉ1 Δ rΗ Θm–TΔ rSΘm = 163.9/ J?molˉ1?Kˉ1 >>0 反应正向不能进行 (3 分) (2)2C(s) + O2(g) ? 2CO(g) Δ rΗ Θm = –221 kJ/mol Δ rSΘm = 179/ J?molˉ1?Kˉ1 Δ rΗ Θm–TΔ rSΘm = –274/ J?molˉ1?Kˉ1 <<0 反应正向能进行 (3 分) (3)TiO2(s) + 2Cl2(g) + 2C(s) ? TiCl4(g) + 2CO(g) Δ rΗ Θm = –39.5 kJ/mol Δ rSΘm = 249.7/ J?molˉ1?Kˉ1 Δ rΗ Θm–TΔ rSΘm = –113.9/ J?molˉ1?Kˉ1 <<0 反应正向能进行. (4 分) 第 8 题( 5 分 ) c(NaCl) = 1.00 mo1?dmˉ3 ? 0.020 dmˉ3/(0.020 + 0.021) dmˉ3 = 0.51mo1?dmˉ3 分母应为溶胶的体积加电解质的体积;如只计电解质体积为错误,下同,扣 0.5 分 同法可得:c(Na2SO4) = 4.3 ? 10ˉ3 mo1?dmˉ3 (1 分) (1 分) (1 分) (1 分)

c(Na3PO4) = 8.9 ? 10ˉ4 mo1?dmˉ3
Fe(OH)3 是正电溶胶,故负离子价高的电解质聚沉能力高,聚沉值小。 实验结果:c(NaCl):c(Na2SO4):c(Na3PO4) = 1:0.0084:0.00174 理论上各电解质溶液的临界胶团浓度之比为: c(NaCl):c(Na2SO4):c(Na3PO4) = 1/1:1/26:1/36 = 1:0.0156:0.00137

本实验虽不完全遵守聚沉值与反离子价的 6 次方成反比,但趋势是对的。(1 分) 第 9 题( 8 分 ) (1)2d111sin α = λ;d111 = 154/2sin18.71° = 240pm 2 2 2 1/2 a = d111(h + k + l ) ˉ = 416pm (2)M(NixO) = ? N0V/4 = 70.00, M(Nix) = M(NixO) – Mo = 54.00, x = M(Nix)/M(Ni) = 0.92 设 NiO 为 u,Ni2O3 为 v,建立方程组有 uM(NiO) + vM(Ni2O3) = M(NixO) = 54.00 u + v = x = 0.92 求解得:u = 0.76, v = 0.16 (1 分) (1 分) (1 分) (1 分) (1 分)

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Ni 的带氧化数的化学式:Ni2+0.76Ni3+0.16O (3)A1; 八面体空隙; 92/100 第 10 题( 9 分 ) (1)12 个五元环面,20 个六元环面,90 条边 (2)设? 键所含 s 的成分为 α cos116°= –α /(1– α) α = 0.305 设大? 键所含单个碳 s 的成分为 β β= 1 – 3α = 0.085 含 p 成分 1– β = 3α = 0.915 设? 键与? 键的夹角为 A cosA = – [αβ/((1 – α)(1 – β))]1/2 A = 101.17° (3)(a) ? = nMC60/(N0a3) = 1.67g· cm-3 (b) R = [a2/4 + a2/4]1/2/2 = 21/2a/4 = 502pm 第 11 题( 22 分 )

(1 分) (2 分) (3 分) (1 分) (1 分) (1 分)

(1分) (1分) (1分)

A. CH2

CHCH3

B. CH2 E.

CHCH2Cl CHCH2OH

C. F.

CH3COOH CH3COOCH3

D. CH3COOCH2CH CH2

CH2 H.

G.

COOCH3

COOCH2CH CH2

I. CH3COONa

J.

CH3OH

K.

CH2

CH

n CH2OOC

第 12 题(分)

Cl (1) Cl (3) Cl (4) Cl Cl (2) Cl Cl

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