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2009年高二学生化学竞赛试卷及答案【北京市】


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2009 年北京市高中二年级学生化学竞赛试卷 年北京市高中二年级 高中二年级学生化学竞赛试卷
2009 年 4 月 19 日下午 14:00-16:00 : - : 题号 满分 得分 1 10 2 8 3 8 4 8 5 8 6 6 7 22 8 12 9 10 北 京

10 8 总分 100

评卷人

小时。迟到超过 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。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。 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, ·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 红色或铅笔答题者,试卷作废无效。 红色或铅笔答题者,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指定位置,写在其他处者按废卷 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。 试卷按密封线封装。 ·试卷按密封线封装。 题中可能用到的相对原子质量为: 中可能用到的相对原子质量为: 相对原子质量为
H 1.008 C 12.01 N 14.01 O 16.00 Na 22.99 S 32.07 Cl 35.45 Co 58.69 Cu 63.55 Ag 107.9 Ba 137.3

单选择题( 第 1 题 单选择题(10 分) + + - - - - 1.某无色溶液中可能含有①Na 、②Ba2 、③Cl 、④Br 、⑤SO32 、⑥SO42 离子中的若 . 干种,依顺序进行下列实验,且每步所加试剂均过量,观察到的现象如下: 步骤 1 2 3 4 用 pH 试纸检验 向溶液中滴加氯水,再加入 CCl4 振荡,静置 向所得水溶液中加入 Ba(NO3)2 溶液和稀 HNO3 过滤,向滤液中加入 AgNO3 溶液 操作 现象 溶液的 pH 大于 7 CCl4 层呈橙色 有白色沉淀产生 有白色沉淀产生

下列结论正确的 ( A ) 正确的是 。 正确的 A.肯定含有的离子是①④⑤ C.不能确定的离子是①

B.肯定没有的离子是②⑥ D.不能确定的离子是③⑤

2.向 2mL 0.5mol/L 的 FeCl3 溶液中加入 3mL 3mol/L KF 溶液,FeCl3 溶液褪成无色,再加 . 入 KI 溶液和 CCl4 振荡后静置,CCl4 层不显色,则下列说法正确的 正确的是 ( B ) 正确的 - - - 3+ 3+ A.Fe 不与 I 发生反应 B.Fe 与 F 结合成不与 I 反应的物质 - - C.F 使 I 的还原性减弱 + - + + D.Fe3 被 F 还原为 Fe2 ,使溶液中不再存在 Fe3 3.下列四种情况分别表示过程的焓变、熵变,则逆过程不能自发 . 不能自发的是( C 不能自发 A.△H>0 △S<0 B.△H<0 △S<0
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)

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C.△H<0 △S>0


D.△H>0 △S>0

4.25℃时浓度都是 1 mol·L 1 的四种正盐溶液:AX、BX、AY、BY;AX 的溶液 pH=7 . - - 且溶液中 c(X )=1 mol·L 1,BX 的溶液 pH=4,BY 的溶液 pH=6。下列说法正确的 正确的是( A ) 正确的 A.电离平衡常数 KBOH 小于 KHY B.AY 溶液的 pH 小于 BY 的 pH C.稀释相同倍数,溶液 pH 变化 BX 小于 BY D.AY 溶液的 pH 小于 7 5.次磷酸是强还原剂,加入到 CuSO4 溶液中,加热到 40—50℃,析出红棕色的固体 M, . 经鉴定反应后的溶液是磷酸和硫酸混合物。M 的主要性质如下:①60℃以上分解成 Cu 和一 种气体,②可以在 Cl2 中燃烧,③与盐酸反应放出气体,则 M 的化学式是( D ) A.Cu2S B.Cu2O C.Cu3P2 D.CuH 第 2 题( 8 分) SO3 和 NaCl 作用生成 Cl2 被认为是由以下几个反应构成,请分别写出反应方程式 (1)40°C ~100°C,SO3 和 NaCl 生成氯磺酸钠 SO3 + NaCl = NaSO3Cl (2)氯磺酸钠 230°C 分解生成 Na2S2O7、NaCl、SO2、Cl2 3 NaSO3Cl = Na2S2O7 + NaCl + SO2 + Cl2 (3)400°C Na2S2O7 和 NaCl 反应生成 Na2SO4、SO2、Cl2 2 Na2S2O7 + 2 NaCl = 3Na2SO4 + SO2 + Cl2 (4)总反应式 2 NaCl + 2 SO3 = Na2SO4 + SO2 + Cl2 第 3 题(8 分) 称取 2.379 g 金属化合物(化学式为 MaXb·cH2O) ,用过量 SOCl2(bp 78°C)脱去其结 晶水,得到 MaXb,逸出气体(过量 SOCl2 已冷冻除去)溶于 HCl 和 H2O2 的混合液,加沉 淀剂得到 14.004 g 沉淀(一种难溶物,其中 S 的质量分数为 13.74%) 。另取 1.1906 g 原化合 物溶于水配制成 100.00 mL 溶液,吸取 20.00 mL 和 AgNO3 反应得到 0.287 g 白色沉淀。根 据计算给出原化合物的化学式。 脱水反应式:SOCl2 + H2O = SO2 + 2 HCl 或 MaXb·cH2O + cSOCl2 = MaXb + c SO2 + 2c HCl - SO2 被 H2O2 氧化成 SO42 ,沉淀剂为 BaCl2,得 14.004 g BaSO4(S 质量分数为 13.74%) M()= 32.07/13.74 = 233.4 或用相对原子量计算也可 14.004 g/233.0(g/mol)= 0.060 mol 即样品中含有 0.060 mol 的 H2O 0.060 mol × 18.0 g/mol = 1.080 g(H2O) 样品中 MaXb 质量为 2.379 g – 1.080 g = 1.299 g 由此求得:1.190 g MaXb·cH2O 中含 MaXb 质量为 1.299×1.019/2.379 = 0.650 g 20 mL 试液中含 MaXb 为 0.650 g ÷ 5 = 0.130 g - 加 AgNO3 的白色沉淀为 AgCl,其物质的量为 0.287/143.4 = 2 × 10 3 mol 说明 MaXb 中含 Cl 为 0.071 g
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MaXb 中 M 质量为 0.130-0.071 = 0.059 g, 为 0.071 g, Cl 由原子量表可知 MaXb 为 CoCl2 原化合物为 CoCl2·6H2O 第 4 题(8 分) 请根据等电子原理,将相应物质的化学式填入下列表格的空格中: CH4 NH4
+

C 2H 6 N2H62+

CO32 NO3



CO2 NO2
+

C 2O 42



CO N2

CN



C 22





N 2O 4

N2
-5

NO

+

查得 PbI2 在水中和在不同浓度(mol/100 g H2O)KI 溶液中的溶解度(10 如下表 KI PbI2 0 16.41 0.030 6.53 0.060 4.60 0.100 4.01 0.150 4.42 0.200 5.49 0.250 6.75

mol/100 g H2O)

0.300 8.17

0.350 10.23

请说出 PbI2 溶解度随 c(KI) 增大而改变的原因。 PbI2 为难溶物,开始随溶液中 c(I )增大溶解量下降,后因 PbI2 和 I 反应生成可溶物,溶解 量增大。 第 5 题(8 分) 经 X 射线分析鉴定,某一离子晶体属于立方晶系,其晶胞参数 a = 403.1 pm。晶胞顶点 4+ 2+ 2- 位置为 Ti 所占,体心位置为 Ba 所占,所有棱心位置为 O 所占。请据下图回答或计算: (1) 用分数坐标表达诸离子在晶胞中的位置:
Ti4+ Ti4+(0, 0, 0) Ba2+(1/2, 1/2, 1/2) Ba O2
2+
- -

O2 (1/2, 0, 0) (0, 1/2, 0) (0, 0, 1/2)

(2) 写出此晶体的化学组成: BaTiO3 (3) 指出晶体的点阵型式、结构基元: 简单立方;BaTiO3 - (4) 指出 Ti4+ 的氧配位数与 Ba2+ 的氧配位数及 O2 的配位情况: 4+ - - Ti 6 个 O2 ;Ba2+ 12 个 O2 ;2 个 Ti4+ 和 4 个 Ba2+ (5) 计算两种正离子半径值: 1 1 RTi4+ = (a 2r 2 ) = (403.1 280.0) = 61.6 pm O 2 2 1 1 RBa2+ = ( 2a 2r 2 ) = ( 2 403.1 280.0) = 145.0 pm O 2 2 - (6) Ba2+ 和 O2 联合组成哪种型式堆积: A1 型,ccp

第 6 题(6 分)

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使用价电子对互斥理论,推测下列分子构型,并画出示意图。 - - ICl4 IF3 IF5 ICl2
Cl I Cl Cl Cl I Cl Cl F I F F F F F I F F

第 7 题(22 分) 有机物 A、B、C,分子式均为 C5H8O2,有关的转化关系如下图所示。A 的碳链无支链, 且 1mol A 能与 4mol 银氨溶液完全反应。请给出 A、B、C、D、E、F、G、H、I 的结构简 、 、 、 、 、 、 、 、 式。
B
(1)NaOH H2O (2)H+

D

浓H2SO4

C

NBS

E

(1)NaOH H2O (2)H+

F
H2 Pd

A
O

(1)Ag(NH3)2+ (2)H+

I

(1)Ag(NH3)2+ (2)H+

H

O2 Cu

G

O

B
CH3 OH

(2分)

G

HO CH2

CH2

CH2

CH2

COOH (2.5分)

D C E F

CH3 CH3 Br

CH

CH2

CH2

COOH (2.5分) COOH
(2.5分)

H I A

O CH CH2 CH2 CH2 COOH HOOC CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 COOH CH O

(2.5分) 第 (2.5分) (2.5分)

8 题

CH CH CH2 CH2

CH CH CH2 CH CH CH2

COOH (2.5分) COOH (2.5分)

O CH CH2

HO CH2

(12 分) 已知在 K2CrO4 的溶液中存在着如下的平衡: 2CrO42– + 2H+ ? Cr2O72– + H2O,
14 平衡常数 K=10

(1)浅黄色难溶化合物 BaCrO4 和过量的硫酸作用后,能产生白色沉淀,则有关的离子 方程式为: 2 BaCrO4 + 2 H+ + 2 SO42


= 2 BaSO4↓ + Cr2O72 + H2O


(2)向 K2Cr2O7 溶液中加入 Pb(NO3)2 并充分搅拌后,溶液的 pH 明显降低,其原因是: - Cr2O72 和 Pb2+、H2O 反应,生成难溶物 PbCrO4,同时放出 H+ (3)用 0.05mol K2Cr2O7 配制成 1 L K2CrO4 溶液,其中 Cr2O7 -的浓度小于 10-5mol/L。则配制时除 K2Cr2O7、H2O 外还用到的试剂是:KOH ,溶液的 pH 应: 大于 8.5 (填大于、等于或小于多少)。 (4)在碱性(c OH- = 1 mol/L)介质中铬和过氧化氢分别有如下的元素电势图:
2

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2 CrO 4 ?

?0.12

Cr(OH)? 4 0.87

?0.8

Cr(OH)2

?1.4

Cr

O2


?0.065

? HO 2

OH ?


把 H2O2 写成 HO2 的原因是: 2O2 显弱酸性, H 在强碱介质中以 HO2 为主要存在型体; 向 - KCr(SO4)2 溶液中,加过量的 NaOH 和过量的 H2O2,则 HO2 参与反应的离子方程式为:2 - - - - Cr(OH) 4 + 3 HO2 = 2 CrO42 + 5 H2O + OH 或 2 Cr3+ + 3 HO2
- -

+ 7 OH




= 2 CrO42



+ 5 H 2O

2 HO2

= O2 + 2OH

第 9 题(10 分) - - 通常空气中 CO 允许浓度是<5 × 10 6,最高可忍受的水平是 50 × 10 6。在甲烷燃烧器 里常发生如下反应:CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O (g) (A) CH4(g) + 3/2O2(g) = CO(g) + 2H2O (g) (B) 当燃烧器的调节不当时有引起 CO 中毒的危险。现已知下列数据(298K,PΘ下) : 物质 ΔfΗ m (kJ/mol) SΘm (J/mol·K)
Θ

CH4 (g)
-74.9 186.2
Θ

O2 (g) 0 205.0
Θ

CO2(g) -393.6 213.6
Θ

CO(g) -110.5 197.6

H2O(g) -241.8 188.7
Θ

并已知下列有关公式:ΔrG m=ΔrΗ m -TΔr S m; ΔrG m= -RTlnKΘ 请求算并解答下列问题: (1) 假设ΔfΗΘm、 Θm 的数值均不随温度发生变化, S 试计算 T=1500K 下反应的 (A) 、 (B) Θ Θ 的ΔrG m(A) 、ΔrG m(B) 对 A 反应 ΔrΗΘm(A) =ΔfΗΘm(CO2,g) + 2ΔrΗΘm(H2O,g)–ΔfΗΘm(CH4,g) = -802.2(kJ/mol) Θ ΔrS m(A) = SΘm (CO2,g) + 2 SΘm (H2O,g) – SΘm (CH4,g) –2 SΘm (O2,g) = -5.2(J/mol·K) Θ ΔrG m(A)=ΔrΗΘm(A)-TΔr SΘm(A) = -802.2 × 1000 – 1500 × (-5.2) = -794500(J/mol) 同理对 B 反应 ΔrΗΘm (B) = -519.2(kJ/mol) ΔrSΘm(B) = 81.3(J/mol·K) ΔrGΘm(B) = -641150(J/mol) (2) 求反应(A)(B)在 1500K 下的标准平衡常数 KΘA、KΘB 、 lnK(A)Θ = -ΔrGΘm(A)/RT lnK(B)Θ = -ΔrGΘm(B)/RT ∴ K(A)Θ = 4.62 × 1027 ∴ K(B)Θ = 2.13 × 1022

(3) 由(2)题得出的信息说明下列问题: ① 该条件下, (A)(B)反应是否完全?达平衡时有人认为 n(CH4) ≈ 0,是否合理? 、 ①因 K(A)Θ和 K(B)Θ都很大,可视为反应十分完全,达平衡时 n(CH4) ≈ 0 合理。 ② 平衡时,n(CO2)和 n(CO)之间的关系如何?(写出>,< 或>>,<<) ②因 K(A)Θ>> K(B)Θ ∴ n(CO2) >> n(CO) (4) 当反应条件在 T=1500K,PΘ时,进入燃烧器的空气量维持物质的量的比例 CH4:O2 - =1:2,当达到平衡时,CO 的物质的量分数 x(CO)为 7.6× 10 5;若反应前后总物质 的量可视为不变。请计算当燃烧产生的烟中的水蒸气从 1500K 冷却到室温后,水蒸
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汽凝结,致使气相中的总物质的量由 n 总 =11 变成 n 总 =9,此时烟里的 CO 的浓度 - x′(CO)为多少?(用 10 6 表示)有 CO 中毒的危险吗?。 因达平衡时气相中 x(CO) = 7.06 × 10 5,则水蒸汽凝结后使气相中的物质的量的总数由 n 总 =11 变成 n 总 =9。 ∴ x′(CO) = 7.06 × 10 此值大于 50 × 10
-6 -5 -

× 11/9 = 86.3 × 10

-6

有引起中毒的危险

第 10 题(8 分) 在 298K 时,当 SO2 在 1 升 CHCl3 中有 1 mol 时,液面上 SO2 平衡分压为 53.7 kPa;当 SO2 在 1 升 H2O 中总量达 1.0 mol 时,液面上 SO2 分压为 70.9 kPa;此时 SO2 在水中有 13% + - 电离成 H 和 HSO3 。 如今将 SO2 通入一个放有 1 升 CHCl3 和 1 升 H2O 的 5 升容器中。其内无空气,在 298K 达平衡时,已知 1 升 H2O 中的 SO2 总量达 0.200 mol;此时 H2O 中的 SO2 有 25%电离,试 求通入此 5 升容器中的 SO2 共为多少摩尔? CHCl3 相中 k m′ = p′(SO2) /m′ = 0.53/1.0 = 0.53 (53.7kPa/101kPa = 0.53,70.9 kPa /101 kPa = 0.70) H2O 相中 k m = p(SO2) /m , 而 H2O 中 SO2 未电离浓度 m = 1.0 ×(1.00-0.13)= 0.87 ∴ k m = p(SO2) /m = 0.70 /0.87 = 0.80 气相中:p(SO2) = k m × 0.2×(1-0.25)= 0.80 × 0.2 × 0.75 = 0.121 PΘ n(g) = pV / RT = 0.121× 3 / 0.08205 × 298 = 0.0148 mol n(CHCl3) = p(SO2) / k m′ = 0.121/0.53 = 0.228 mol 已知 n(H2O) = 0.200 mol 所以 n(SO2) = n(CHCl3) + n(g) + n(H2O) = 0.200 + 0.228 + 0.0148 = 0.443 mol

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