2020年化学奥赛北京预赛试题.docx

2020 年高中化学奥林匹克北京地区预选赛试卷 (共 8 页) - 1-2020 年高中化学奥林匹克 北京地区预选赛试卷(2020 年 6 月 18 日下午 17:15-19:15) 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。 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。考试结束后，把试卷 (背面向上)放在桌面上，立即离场。 竞赛答案全部写在答题纸指定位置上，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。 允许使用非编程计算器及直尺等文具。试卷按密封线封装。可能用到的元素相对原子质量如表:Cl35.45Pd106.42H1.01O16.00C12.01S32.06Cr52.00Mn54.94Fe55.85Cu63.54N14.01R = 8.314 J mol 1 K 1 ；温度 T (K) = 273 + t ()第 1 题 选择题(30 分) (单选或多选，每题 5 分)(1)居家生活时若白色衣物不慎沾上了碘酒，以下物质中对于去除碘酒污渍无效的是A纯碱 B食盐 C 84 消毒液 D维生素 C(2)下列有机物作为杀菌消毒剂时，利用其氧化性的是A过氧乙酸 B戊二醛 C 苯酚 D 酒精(3)锂离子电池以嵌锂化合物为电极材料，通常是嵌锂钴酸盐和嵌锂石墨，电解液是 溶解在有机溶剂中的锂盐，工作原理如右图所示。在充放电过程中，锂离子通过 电解液从一个电极移动到另一个电极。如在放电过程中，电池半反应为：Li(1-x)CoO2 + xLi+ + xe = LiCoO2 。如果电池充电过度，其中一个电极上会生成金属锂，形成极大的安全隐患。以下判断正确的是：A放电时， Li+从钴酸盐中脱嵌B放电时，钴元素化合价升高C充电时， Li+从石墨电极移向钴酸盐D充电过度，石墨电极生成金属锂2020 年高中化学奥林匹克北京地区预选赛试卷 (共 8 页) -2-(4)近期，我国研究人员报道了温和条件下实现固氮的一类三元NiFeV 催化剂，下图为 其电催化固氮的机理示意图。以下关于该电催化机理过程描述错误的是A反应在酸性条件下进行B反应过程涉及了 N2 的电化学氧化C 1 个 N2 分子反应生成 2 个 NH3 分子D 反应分多步进行，中间产物为几种不同的氮氢化物(5)具有光激发异构化性能的化合物可用作信息存储的材料。典型的是偶氮苯的光致顺反 异构化(如下图所示)，下列正确的是A顺式偶氮苯比反式的能量低C二者相互转化都需要光驱动B反式偶氮苯分子的极性大D N 原子周围有孤对电子(6)理论预测 Cs (铯)可以与 F 形成 CsF5 分子，其与 XeF5 互为等电子体，根据价层电子对互斥理论判断 Cs 周围的价电子对数为A 4 B 5 C 6 D 7第 2 题 回答下列问题(25 分)(1) 某同学利用塑料瓶、 铁钉和废电池中的石墨棒等废旧材料 自制“消毒液发生器”(如图)。加入含 5% NaCl 和 1% Na2CO3 的电解液，用旧手机充电器作电源电解数小时，得到约含 1% NaClO 的消毒液。请回答下列问题： 用离子方程式表示该“消 毒液发生器”的原理；为促进NaClO 的生成并减少有毒气体的释放，采取了哪些措施(列举两条)？铁钉塑料瓶电解液石墨棒电源+胶封2020 年高中化学奥林匹克北京地区预选赛试卷 (共 8 页) -3-(2) 氟代硼铍酸钾晶体 (KBe2BO3F2 )能够将激光转化为 176纳米波长(深紫外)激光，从而可以制造出深紫外固体激光器；实验室可用 BeO、 KBF4 和 B2O3 在 700oC 左右灼烧获得氟代硼铍酸钾多晶料(晶胞如右图所示，其中氧原子略去)，并放出 BF3 气体。问题：写出生成 KBe2BO3F2 的化学反应方程式；指出图中代表硼原子的字母。(3)写出 B2H6 的结构式和 BF3 的电子式； BH3 不存在， BF3 能存在，说明原因。(4) Ag 在 HI 中可置换出 H2 ，而在 HCl 中不能。请简述原因。(5) 某种离子晶体具有 A1 型密置堆积结构， 其密置层排列方式如右图，其中白球代表阴离 子 X， 黑球代表阳离子 Y。在层间形成的完全 由 X 离子包围的正八面体空隙中，填充了另 一种阳离子 Z。 请写出该晶体的化学式； 以 Y 为顶点，画出该晶体的一个晶胞。第 3 题(12 分) 可从电解精炼铜时产生的阳极泥(含 Au、 Pt、 Pd 等)中提取贵金属。用王水(浓盐酸:浓硝酸 3:1)处理阳极泥后得到溶液 1，通过如下过程得到贵金属单质或化合物。(1) 金、 铂与王水反应分别生成氯金酸 (HAuCl4 )、 氯铂酸 (H2PtCl6 ) 和氯钯酸 (H2PdCl4 ) 以及一氧化氮，请写出铂溶解的化学方程式： 。(2)X 和 Y 通过过滤得到，写出 X 和 Y 的化学式： 。写出生成氢氧化铁沉淀的离子方程式： 。溶液 2 加入适量氨水可生成沉淀 Z，氨水过量的目的： 。(3) Z 为平面正方形构型，所含元素的物质的量之比为： Pd : Cl : N : H = 1 : 2 : 2 : 6。画出 Z 的可能结构。2020 年高中化学奥林匹克北京地区预选赛试卷 (共 8 页) -4-第 4 题(10 分) CO2 的固定利用有助于缓解温室效应带来的环境问题。已知：键能数据C=O799CO343HO463CH413HH436共价键键能(kJmol 1 )(1)在催化剂作用下， CO2(g)和 H2(g)反应生成 CH3OH(g)和 H2O(g)。该反应的热化学方程式为 。该反应在密闭容器中达平衡后，欲提高 CO2 的转化率，可以采取的措施有(答 2种) 。(2)可以利用光电池将 CO2 和 H2O 转化为 HCOOH 和 O2， CO2 在电极表面发生的反应为 ， 该极为(填“阳极”或“阴极”)。(3)常温常压下以纳米二氧化钛(TiO2 )膜为工作电极，酸性条件下电解 CO2 可以得到聚乙烯，该电极反应方程式为 。第 5 题(12 分) 某小组探究 Cu 与 HNO3 反应，发现有趣的现象。室温下，溶液A 遇铜片即 产生气泡，而相同条件下 3 mol L 1 稀硝酸(溶液 B)遇铜片短时间内无明显变化，一段时间后才有少量气泡产生。浓硝酸铜片反应片刻后的绿色清液倒入水中稀释铜片蓝色溶液 A其中 c(HNO3) = 3 mol L 1立即产生气泡(1)铜与稀硝酸反应的化学方程式： 。(2)分析溶液 A 的成分后，同学们探究溶液 A 与铜片能够立即发生反应的原因。假设 1：对该反应有催化作用。实验验证：向 B 中加入少量硝酸铜，溶液呈浅蓝色，放入铜片，没有明显变化。 结论：假设 1 不成立。假设 2： NO2 对该反应有催化作用。方案 1：向放有铜片的 B 中通入少量 NO2 ，铜片表面立即产生气泡，反应持续 进行。有同学认为应补充对比实验：向放有铜片的 B 中加入数滴 5 mol L 1 硝 酸，无明显变化。补充该实验的目的是 。方案 2：向 A 中鼓入 N2 数分钟得溶液 C。相同条件下，铜片与 AC 溶液反应速率 v(A) v(C) v(B) 。该实验能够证明假设 2 成立的理由是 。2020 年高中化学奥林匹克北京地区预选赛试卷 (共 8 页) -5-经检验， A 溶液中还含有少量 HNO2。 实验证明 HNO2 也对该反应也有催化作用， 操 作和现象是：向含有铜片的 B 溶液中 。结论： NO2 和 HNO2 对铜与硝酸的反应有催化作用。(3)结合NO和 NO2 的结构解释NO在金属表面得电子的能力弱于NO2 的原因： 。(4)请推测 Cu 与稀硝酸反应中NO2 和 HNO2 参与的可能催化过程：i Cu + 2NO2 + 2H+ = Cu2+ + 2HNO2 iiiii第 6 题(8 分) 为测定某型号不锈钢(含铁、铬、锰等)各元素的含量， 某研究组采用原子吸收光谱进行了如下实验。首先测得已知铁含量的溶液的吸光度制作标准曲线(如右图)，推得铁的含量 C (mg/L)与吸光度 A 的关系为 A = 0.1078C+ 0.0072。(1)将质量为 0.1148 g 的钢样在浓硝酸中消解，冷却、除去不溶物后配制成500.0 mL 溶液 (钢样中的所有铁均转化为 Fe3+ ，铬转化为 Cr3+ ，锰转化为 Mn2+ )。另取该溶液 10.00mL，稀释至 500.0 mL。测得溶液的吸光度为 0.421 (吸光度仅与 Fe3+浓度有关)。溶液配制过程中，所用玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、移液管和 。稀释的目的是 。不锈钢样品中铁的质量分数是 。(2)取 0.3647 g 该不锈钢样品，类似处理后，经络合滴定，测得该样品中Cr3+、 Mn2+ 的总 物质的量为1.144 mmol。另取 0.1848 g同一样品溶于硝酸，所得溶液用过硫酸钾(K2S2O8 )处理，将 Cr3+氧化为 Cr O2， Mn2+氧化为 MnO 。煮沸分解剩余的过硫酸盐，冷却、2 7 4过滤后，用 0.05683 mol L 1 FeSO4 标准溶液滴定，消耗 34.70 mL。写出 K2S2O8 氧化 Mn2+ 的离子方程式 ；不锈钢样品中铬的质量分数是 。2020 年高中化学奥林匹克北京地区预选赛试卷 (共 8 页) -6- 第 7 题 ( 10 分 ) 已 知： 谷 氨 酸 的 结 构 简 式 为 ， 其 盐 酸 盐 ( )的 pKa1 = 2.13， pKa2 = 4.32， pKa3 = 9.95。(1)谷氨酸分子中，氨基相邻位置上的羧基酸性比另一个羧基 (填“强”或“弱”)， 简述判断依据： 。(2)在某 pH 值下，氨基酸主要以净电荷为零的两性离子形式存在， 此时的 pH 值称为该氨 基酸的等电点。等电点时谷氨酸主要存在形式的结构简式为 ，其等电点时的 pH 为。(3)味精的主要成分是谷氨酸一钠(C5H8NO4Na)；谷氨酸二钠不具有鲜味。生产味精适宜 的 pH 值约为。A 2 B 4 C 7 D 10(4)味精不宜在高温烹饪条件下使用，因其受热会发生分子内脱水，生成焦谷氨酸钠，失 去鲜味。请写出焦谷氨酸钠的结构简式： 。(5)谷氨酸的熔点为 205 ，其熔点比一般有机酸高，主要原因是。第 8 题(8 分) 用 Cu/SiO2 催化香茅醇制取香料香茅腈的反应及机理如下：(1)写出总反应的化学方程式： ；写出香茅醇的结构简式，并用*标明香茅醇中的手性碳： 。(2)的反应类型是 。(3)中间体 A 的结构简式是(4)先用 Cu(NO3)2 和 Na2SiO3 溶液热浴中混合， 过滤， 洗涤， 干燥， 得到 xCuOySiO2 zH2O，再经通氢气热还原制得 Cu/SiO2 催化剂。i热浴的作用是；ii还原过程升温不够高会使得还原不充分，制得的催化剂活性偏低，原因是。2020 年高中化学奥林匹克北京地区预选赛试卷 (共 8 页) -7-第 9 题(10 分) 某金属 X 的氧化物晶胞结构如右图所示，该晶体属于立方晶系，晶胞参数a = 429.5 pm，晶体密度为 6.00 g cm3。(1)通过计算，推断该金属氧化物的化学式。3 1 1(2)已知：其中一个黑球所代表离子的分数坐标为( , , )，4 4 4写出其余三个黑球的分数坐标。(3)写出该晶胞的结构基元和点阵类型。(4)计算 XO 的间距。第 10 题(25 分) 某种具有生物活性的化合物 X 的合成路线如下图所示：提示：Bn：苄基 C6H5CH2TsOH: 对甲基苯磺酸TMSCN： (CH3)3SiCNH 的结构式为：(1) A 中官能团的名称为 、 ；(2) B 的分子式为 ，不饱和度为 ；(3) C 生成 D 的反应类型属于 反应；(4) 已知 F 分子式为 C5H12O2 ，分子中含有醚键，其核磁共振氢谱只有 2 组峰， F 的结构 简式为： ，由 E 制备 G 的目的是 ；(5)得到单一构型的化合物 H 至关重要，具体实验方法是：消旋化合物在异丙醚溶剂中重 结晶分离提纯获得 H，则 H 中磷原子的立体构型是 ；(6)在 G 生成 I 的过程中，离去基团是 ，使用共振式以及必要的化学用语解释原因。2020 年高中化学奥林匹克北京地区预选赛试卷 (共 8 页) -8- (7) A 可以由 D-(-)核糖 (C5H10O5 ) 合成， 具体合成路线如下。 写出核糖的 Fischer 投影式，以及 J、 K、 L 的结构简式。(8) B 属于吡咯并三嗪类杂环化合物，下图给出了一条制备该类衍生物V 的路线。给出 P、 T、 U 的结构式。由 Q 制备 S 的过程中，试剂 R 是一种试剂(填“亲电”或“亲核 ”)。写出由 M 和 N 合成 O 的反应的机理(用箭头表示电子的流动过程)。