2011北京化学竞赛试题及答案(高二).doc

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 北 京
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
总分
满分
9
9
4
5
8
6
10
5
8
9
22
5
100
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
C
N
O
Ni
Fe

1.008
12.01
14.01
16.00
58.70
55.85

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
实验1
实验2
实验3
反应物投入量 始态
1mol N2、3mol H2
2mol NH3
4mol NH3
NH3的平衡浓度/mol·L-1
cl
c2
c3
反应的能量变化
放出a kJ
吸收b kJ
吸收c kJ
体系压强( Pa)
p1
p 2
p 3
反应物转化率
α1
α2
α3
下列说法正确的是 （ ）

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 ( )
A．室温下，向0.01 mol·L－1 NH4HSO4溶液中滴加NaOH溶液至中性：
c(Na＋)＞c(SO42－)＞c(NH4＋)＞c(OH－)=c(H＋)
B．25℃时，pH =4.75、浓度均为0.1 mol·L－1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
CuO
饱和
食盐水
Na2S
溶液
NaOH溶液
酚酞
A
B
C
D
E
b
a
碱石灰

（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)
0.00329
0.0156
0.211
00213
0.00597
0.0495
0.117
0.0211
请说明c(I)／c0.5(II)为定值的原因。

第4题（ 5 分）
1000°C时，FeO + H2 Fe + H2O，K = 0.52，欲使容器中1.0 mol FeO被还原，至少需多少物质的量的H2

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。

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
TiO2(s)
TiCl4(g)
Cl2(g)
O2(g)
C(s)
CO(g)
ΔrΗΘm /kJ∙molˉ1
–944.7
–763.2
0
0
0
–110.5
SΘm/J∙molˉ1∙Kˉ1
55.02
354.9
223.1
205.1
5.74
197.7
请根据表中数据
（1） 计算反应：TiO2(s) + 2Cl2(g) = TiCl4(g) + O2(g) 298K的ΔrΗΘm和ΔrSΘm,该反应能否正向进行？

（2） 计算反应2C(s) + O2(g) ® 2CO(g) 298K的ΔrΗΘm和ΔrSΘm,并判据反应在298K进行的方向。ΔrΗΘm = –221 kJ/mol ΔrSΘm = 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)。计算该反应298K的ΔrΗΘm和ΔrSΘm,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
NaCl
Na2SO4
Na3PO4
c／mo1·dmˉ3
1.00
0.0050
0．0033
V／dm3
0.021
0.125
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。

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 r 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s 键和离域p 型键。s 间的夹角为116°，求离域p 型键所含单个碳的sp的成分及与s 键间的夹角。

（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 r

（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。

第12题（5分）
完成下列反应式，写出产物的结构简式。

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 得 x = 2.9（mol）
至少需加2.9 mol H2
第5题（ 8 分 ）
（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
5S2O82－ + 2Mn2+ + 8H2O = 10SO42－ + 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－ + 4 H2O （3分）
（2）形成的HNO2被H2O2还原
2 HNO2 + H2O2 = 2 NO + O2 + 2 H2O （3分）
第7题（ 10 分 ）
（1）TiO2(s) + 2Cl2(g) = TiCl4(g) + O2(g) ΔrΗΘm–TΔrSΘm = –163.9/ J∙molˉ1∙Kˉ1
ΔrΗΘm = 181.5 kJ/mol ΔrSΘm = 58.9/ J∙molˉ1∙Kˉ1
ΔrΗΘm–TΔrSΘm = 163.9/ J∙molˉ1∙Kˉ1 ＞＞0 反应正向不能进行 (3分)
（2）2C(s) + O2(g) ® 2CO(g)
ΔrΗΘm = –221 kJ/mol ΔrSΘm = 179/ J∙molˉ1∙Kˉ1
ΔrΗΘm–TΔrSΘm = –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)
ΔrΗΘm = –39.5 kJ/mol ΔrSΘm = 249.7/ J∙molˉ1∙Kˉ1
ΔrΗΘm–TΔrSΘm = –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)
c(Na3PO4) = 8.9 ´ 10ˉ4 mo1·dmˉ3 (1分)
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。 (1分)
实验结果：c(NaCl):c(Na2SO4):c(Na3PO4) = 1:0.0084:0.00174 (1分)
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 (1分)
a = d111(h2 + k2 + l2) ˉ1/2 = 416pm （1分）
（2）M(NixO) = r N0V/4 = 70.00， M(Nix) = M(NixO) – Mo = 54.00，
x = M(Nix)/M(Ni) = 0.92 （1分）
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 （1分）
求解得：u = 0.76， v = 0.16 （1分）
Ni的带氧化数的化学式：Ni2+0.76Ni3+0.16O （1分）
（3）A1; 八面体空隙; 92/100 （2分）
第10题（ 9 分 ）
（1）12个五元环面，20个六元环面，90条边 　 （3分）
（2）设s 键所含s的成分为α
cos116° = –α /(1– α) α = 0.305 （1分）
设大p 键所含单个碳s的成分为β
β= 1 – 3α = 0.085 　　　　 　 （1分）
含p成分1– β = 3α = 0.915 （1分）
设p 键与s 键的夹角为A
cosA = – [αβ/((1 – α)(1 – β))]1/2
A = 101.17°　　　　　　　　　　　 （１分）
（3）(a) r = nMC60/(N0a3) = 1.67g·cm-3 （１分）
(b) R = [a2/4 + a2/4]1/2/2 = 21/2a/4 = 502pm　　　 （１分）
第11题（ 22分 ）

第12题（分）