2021年高中化学奥林匹克竞赛北京预赛试题及答案(精编).docx

2021 年高中化学奥林匹克北京地区预选赛试卷
(2021 年 4 月 18 0,上午 9： 00——11： 00)
1.
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。

2.
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。
3.
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。
4.
允许使用非编程计算器及直尺等文具。
5.
答题纸按密封线封装。
可能用到的元素相对原子质量如表：

H
C
N
O
S
C1
42Mo 44Ru
45Rh
46Pd
50Sn
70W
1.01
12.01
14.01
16.00
32.06
35.45
95.96 101.07
102.91
106.42
118.71
183.84

R=8314J mol-l K-l； 温度 T(K)=273.2+t(°C)
1.(1)三种消毒剂在不同浸泡时间对芽弛杆菌的消毒效果(阳性次数/试验次数)如下表:

消毒剂
lOmin
30min
lh
2h
5h
1%84 消毒液。

5/5

3/5

2/5

0/5

0/5
1%季铉盐
5/5
5/5
5/5
5/5
5/5
5%季铉盐
0/5
0/5
0/5
0/5
0/5
0. 1%过氧乙酸
0/5
0/5
0/5
0/5
0/5

下列说法不正确的是 O
A.84 消毒液的有效成分为 NaClO

O
B. 过氧乙酸的结构简式为 ||
CH3C—O—OH
C. 质量分数相同时，上述消毒剂消毒效果最好是季铉盐
D. 使用消毒剂浸泡消毒时，要选择合适的浓度和适当的浸泡时间
(2) 1 圮是碳的放射性同位素半衰期为 5730 年，常用来估算动植物生存的年代，其原理为：动植物的生命 活 动需要不断与大气进行碳交换，因此活体内的 1 圮丰度与大气中的 sc 丰度接近；没有生命体征之后，体 内的 14C

因放射性衰变导致丰度降低，依据衰变量可估计其生存年代。 2021 年 3 月，考古学家对三星堆遗

址 4 号坑的碳屑样品进行了分析，测得 l4C 的丰度约为大气中的 67.9%,试推测三星堆 4 号坑距今约

A. 1400 年 B. 3200 年 C. 4100 年 D. 9400 年
(3) 测定海水中溶解无机碳(主要为 HCO； )的总含量。取 zmL 海水样品酸化，用 N?将生成的 CCh 全部吹出并 用 NaOH 吸收(装置如下图)。充分反应后，将两瓶 NaOH 吸收液倒入锥形瓶中混合，滴加酚猷;，用 cmol-L'1 盐 酸标准溶液滴定至红色恰好褪去(pH=8.0),消耗 vimL 标准溶液。再向锥形瓶内滴加漠甲酚绿- 甲基红，继 续滴定 至溶液恰好变红(pH=5.0),又消耗 V2H1L 盐酸标准溶液(V1>V2)。下列说法错误的是。

A. 用两瓶 NaOH 吸收溶液 目的是保证 CO2 全部被吸收
B. VI>V2说明吸收液中 NaOH 过量

C. 海水样品中溶解无机碳的物质的量浓度为一 mol-L'1 z
D. 若将硫酸改为盐酸，会因 HC1 挥发进入吸收瓶而影响无机碳的测定结果
(4) 麦角新碱属于呵噪类衍生物，其结构简式如图所示，分子结构中存在 3 个手性碳原子，它们的绝对构型 从
1 到 3 依次为

A. R, S, S B.R, R, S C.S, R, R D.S, S, R
(5) 氮气在常温常压下转化成氨气具有重要意义。近期报道的我国学者研究成果，使用 MoSe2 负载氮化碳 (C3N4)为光电催化剂，利用光电化学方法实现常温常压合成氨。其可能的催化原理和能量变化如下图所示 (图

b 中"*"表示催化剂的活性位点)。

下列说法不正确是 o
A. NH3 在阴极生成
B. 8 步历程中有 3 步需要吸收能量
C. 仅④涉及氮氮之间共价键的断裂

D. 催化剂中的 Mo 具有空轨道，有利于“吸附”N2 并催化反应

(6)
HC1CU 催化丙酮与Bn 的反应：

其机理为：


o O
某小组研究在 25°C 的水溶液中，
II +Bn 二 II +HBr
CH3CCH3 - CH CCH Br
3 2

O： H+
II
CH3CCH3 i

rOH
〔II
CH3C-CH3

OH H
eg


ii

(OH

3 2
CH C=CH iii

rx
Br-Br



OH Br
II I
CH3C —CH,


O Br
CH3C—CH2

通过分光光度法测出 Bn 单质的浓度随时间的变化，数据如下图所示。已知 Bn 初始浓度为 520mmolLi,
下列说法不正确的是 o

A. 0~5min 内,Br?的平均消耗速率为 Z^imol-L -min1
B. 根据图像判断， Br2 的浓度随时间变化符合零级反应动力学特征
C. 该反应的决速步为 iii
D. 该方法也可测定 NaOH 催化丙酮与Bn 反应的化学反应速率
2. 鸨被誉为“工业的牙齿”，由仲鸨酸@[(NH4)ioH2Wi2042-4H20]®烧可得黄鸨(WO3)、蓝鸨(WO2.9)、紫鸨 (WO2.72)等。
(1) 写出仲鸨酸铉分解制取黄鸨的反应方程式。
(2) 试解释嘏烧过程中生成蓝鸨和紫鸨的原因 ______o
(3) 鸨的一种硫化物具有类似石墨的层状结构，在催化剂、能量储存、锂电池、润滑剂等方面有广泛应用。 它可 由黄鸨与硫粉反应后经气相沉积结晶而成。该硫化鸨的一种结构如图，每 W 原子与 6 个 S 原子以共价 键相结合， 形成三棱柱配位；每个 S 原子与 3 个 W 原子以共价键相结合，形成三棱锥配位。

① 写出该硫化鸨化学。
② 写出生成该硫化鸨的化学方程式—
③ 简述该硫化鸨能用做润滑剂的原因 ____

3.以 FeCh 溶液和不同的强碱弱酸盐溶液作为研究对象，探究盐溶液之间反应的多样性。

实验
现象

I.用 FeCl3-6H2O 与稀盐酸配制 1 mol/LFeCl3 溶 液 (pH=l)；取部分溶液稀释至 0. 1mol/L 备用
II.取 1 mLlmol/LFeCh 溶液，加入
3mL0.5mol/LNa SO 溶液

II.取 1 mLlmol/LFeCh 溶液，加入
3mL0.5mol/LNa CO3 溶液

IV 取 WmLO.lmol/LFeCh 溶液，滴加

0.5mo/LNa S 溶液

—

黄色溶液转变为红褐色液体

迅速产生红褐色沉淀和无色气体

加入 2 滴，出现黑色沉淀，振荡后消失，溶液澄清；再加 2
滴，又出现黑色沉淀，振荡后消失，同时出现少量淡黄色 沉
淀，并有臭鸡蛋味气体产生

(1) ①实验 I 中选用稀盐酸而不用蒸馅水的原因(结合离子方程式解释)：。
② 实验 I 中稀释所得 O.lmol/LFeCh 溶液的 pH(选填字母序号)。
3. 小于 1 b.l~2 之间 c.大于 2

(2) ①用光束照射实验 n 中红褐色液体有丁达尔现象表明其为 分散系。
②取少量实验 II 中红褐色液体加足量盐酸酸化，再加 BaCl2 溶液有白色沉淀，由此推断 FeCh 溶液与 Na2SO3 溶液发 生反应的离子方程式是。
⑶一些弱酸的电离常数(Kj如下表所示
2 3
2
2

H2S

8.9x10 - 8
1.2xl(yi3
H2CO3

4.5x10-7
4.7xl()Ti
H2SO3

1.4X10-2
6.3xl08
化学式

Kai
K
a2

解释实验 II 和III 现象不同的原因： o
(4) 查阅资料： FeS 和 Fe2S3 均为难溶于水的黑色固体，其溶度积常数(Ksp)如下表:
Fe(OH)3

2.8x10-39
FeS

6.3X1018
化学式

KSp
Fe S
2 3

~10-88

用离子方程式解释实验 IV 中为线部分现象产生的原因： o
(5) 反思与评价： FeCb 溶液和不同的强碱弱酸盐溶液反应的多样性与 有关(至少答出 2 种影响因素)。

4. 2019 年，基于阿伏加德罗常数(NA)的“摩尔”新定义正式生效，即 “Imo表l示 6.02214076X1023 个微粒的集 合
体”。为了保证新定义的平稳过渡，中国科学家参与的国际阿伏加德罗协作组织以高纯单晶 28Si 为样品用 X 射线

晶体密度法高精度地测定了 NA=

I. 高纯单晶 28Si 的制备

几种元素的天然同位素
元素 Si H F

天然同位素 28Si, 29Si> 30Si 】H、 2H、3H 19p
(1)写出 SiF4 的分子构型
(2) ①中离心浓缩利用了气体分子相对分子质量的差异。室温下 SiF4、 SiH4 均为气体，但 SiH4 不用于同位素 浓缩，请说明原因 _______ o
(3) 写出反应②的化学方程式 o
(4) ③中发生分解反应。根据元素周期律判断， SiH4 的分解温度(填或“<”)CH4 的分解温度。

II.NA 的测定。单晶硅的晶胞结构(图 1)及其沿 c 轴的投影(仅画出部分 Si,图 2)如图。

(5) 在图 2 中补充晶胞投影图中全部 Si 原子(用O 表示)。
(6) X 射线衍射测定晶面间距 d220=192pm,求晶胞参数 a=(写出简要的计算过程)。
(7) 除 a 外，需要精确测定的物理量还有：浓缩硅的相对原子质量 A(同位素相对原子质量按浓缩后的丰度的 加权 平均值)、宏观硅球的质量 m 和体积 V 以及缺陷修正值 6(晶胞内实际原子数=理论原子数+6)。用上述物 理量列出 NA的计算表达式 —o
(8) 硅球体积和 X 射线衍射必须在严格相同的温度下进行，请说明理由 o
5. (1)氮化硼(BN)是一种用途广泛的无机非金属材料，常见有立方氮化硼与六方氮化硼两种结构。六方氮化 硼是 一种白色难熔的耐高温物质，它具有类似石墨层状结构，被成为白石墨，常用作润滑剂，虽然六方氮 化硼结构与 石墨相似，但六方氮化硼却并不导电，具有优良的绝缘性能。立方氮化硼是棕色或暗红色的晶 体，为闪锌矿结 构，硬度仅次于金刚石，具有很高的热稳定性和化学惰性，因此，立方氮化硼磨具的磨削 性能十分优异。
① 写出氮化硼中 B 和 N 的基态电子排布式 o
② 氮化硼非常稳定，在红热时才能与水蒸气发生水解反应，写出该化学方程式 o
③ H3BO3 是一元酸，试从分子结构角度解释原因 ______ O
④ 判断六方氮化硼中 B 与 N 的杂化类型 _______、 。
⑤ 从化学键角度解释为什么六方氮化硼的结构与石墨相似，但六方氮化硼却并不导电 o

(2) PH3 可由白磷(P4)和氢气反应生成。已知键能： P-P： 213kJ-mol>, H-H： 435kJ ・ mol』， P-H： 326kJ-mol'o

① 画出白磷的结构式(空间结构)o
② 写出所对应反应的化学方程式 0
③ 根据键能计算该反应的焙变(反应物和产物均为气态，写出简要的计算过程)o
(3) 锡的利用在我国有几千年历史，青铜器中就含有锡，殷墟中还出土过锡制品。锡的熔点 232©,有两种 常见的 同素异形体一白锡和灰锡，二者在一定温度下可以相互转化。
① 锡的密度为 7.28g ・ cm。，晶胞参数 a=583pmc=318pm,延展性好，质软。通过计算求出一个白锡晶胞中的 锡原子数 o
② 灰锡的密度为 5.75g ・ cm。，有金刚石的结构。灰锡和白锡的部分热力学数据如下：
△fH% /kJ-mol1

Sn(灰) -2 12
Sn(白) 0
S® JA'-K '-mol1

44.15
51.55

通过计算说明常温(25°C)时，灰锡和白锡哪种更稳定；
③ _______________________________________________________ 锡做的茶叶罐不能放在冰箱中冷冻保存， 通过计算说明原因 ______________________________________________ o
6. (1)碳笼结构已经为人们所熟悉，其中最典型的是 C60 分子。实际上，近年来又合成了许多碳笼分子，如 C20、 C50、 C70 C120、 C540 等，其结构均由碳原子形成的五元环或六元环组合而成。将这些碳笼结构视作凸 多面体，满足欧拉公式(顶点数一边数+面数=2)。通过计算推断 C20 和C540 结构中有分别有多少个五元环和 六元 环 o
(2)钙钛矿材料是近年来材料科学研究的热门方向，基于钙钛矿结构开发的新型太阳能电池具有优良的性能。 图 A 为 La、 Ni、。三种元素形成的具有钙钛矿结构的一个晶胞。图中圆球代表 La,正八面体顶点为 0,体 心为 Ni。研究 人员发现，在该材料基础上对晶体结构进行改造，可以得到不同组成的 LaxNiyOz 材料，在一 定条件下这些材料 随着结构变化逐渐由导体变为绝缘体。
① 出图 B 中三种晶体结构对应的化学式— 并总结它们的通式 o
② 若 La 为+3 价，请给出图 B 中最右图所示晶体中忒+和仲+的数量之比 。

7. 下图是一种染料敏化太阳能电池的示意图，电池的一个电极由吸附光敏染料(D)的 TiCh。纳米晶体涂敷在 导 电玻璃上构成，另一电极由 Pt-导电玻璃构成，工作原理为：

®TiO2/D ——也—— > +TiCh/D*(激发态)
② TiCh/DJTiCh/D+e-
③ 还原剂 A+D—D+氧化产物 B
④ 还原剂 A 再生 回答下列问题：
(1) Pt 电极是该电池的 极(填“正”或“冗')。
(2) 结合图示写出③的离子方程式(其中染料分子用D 表示)o
(3) 电池工作过程中，导带中的 e 会与 D+发生复合，该反应的速率常数为 k',步骤③的速率常数为 k,若该 电池持续稳定工作，则 k k'(填">”或

(4) 导电玻璃材料的选择非常重要，你认为该材料应具备哪些性能 (回答两条即可)o
(5) 一种经典的染料 D 以金属离子 NT+为中心,2,2'-联毗噬衍生物(用L 表示，结构如图，分子式为 C|2H8N2O4) 和 SCN-为配体，化学式可用 M(L)n(NCS)6-2n 表示。

HOOC

COOH

①已知 D 中 C、 H、 N 元素质量分数分别为 44.25%、 2.27%、 11.91%,通过计算判断出金属M 的种类

② 若 D 为抗磁性，写出中心离子 MX+价电子的轨道表示式 _____,其杂化轨道类型为
③ 已知 SCN 中N 原子与中心离子配位，画出 D 可能 结构，配体 L 用一' 表示 o
8. 舒马曲坦是一类抗偏头痛的药物，其主要合成路线如图所示：

以 丫] Na SO, B SOCI /H+ C ⑴叫 D
2 2
EtOH,%。 ** C H NO SNa * C H NO SCI
7 6 5 7 6 4
A


C H| N O S
8 0 2 4

H, E
Pd-C

NaNO /HCI
2
。 8 山 2 卬。 2，

F

C H N O SCl
8 10 3 2

HCHO,NaBN C|4H2 |N3O2S
: 4 3 2
Na HPO ,CH OH.H O CH3OH, H2O 舒马曲坦

回答下列问题：
(1) A —B 的反应类型属于 o
A.亲核取代反应 B.亲电取代反应 C.亲核加成反应 D.亲电加成反应
(2) 下列四种有机物形成的节基正离子稳定性由强到弱的顺序为— (填字母顺序)；写出 b 形成节基正离 子的共振 式 。

(3) 写出结构简式： B D
(4) D—E 过程中 n(D)： n(H2)= 。
(5) E—F 的化学方程式 o
(6) 舒马曲坦的结构简式 o

⑺已知：性质与半缩醛相似，在反应过程中可转化为
OH 0

C|/^^^S °3Na

2
G EtOH. H 0


扁

中间体 G'
12 18 2 3
" C H O N SC1

① G 的结构简式为.
② 写出在弱酸性条件下， G 转化为 H 的机理。

1. 【答案】

2. 【答案】

① .C ② .B ③ .D ④ .B ⑤ .C @.CD
'锻烧
® . (NH4)IOH2WI2042-4H20^=10NH3+ 12WO3+ 10H2O


② .NH3 有还原性，嘏烧时可

A
3 2 2
将 WO3 还原 ③ .WS2 ④ .2WO + 7S = 2WS +3SO T ⑤ .二硫化鸨是 S-W-S 层状分子，层内 W 与

S 通过共价键连接，层间通过范德华力作用，范德华力较小且无方向性，层间可相互滑动，因此具有润滑作 用

3. 【答案】 酸可抑制 Fe3+的水解
+SO； +H2O=2Fe2++SO； +2H+

® . Fe3+ +3H2O = Fe(OH)3 +3H+ ，稀盐 ② .b ③ .胶体 ④ .2Fe3+
⑤ .FeCb 水解，溶液呈酸性，加入的 Na2SO3. Na2CO3 水解都使溶液呈

碱性，混合后互促水解； Na2SO3 水解程度小、碱性弱、互促程度小，只得到 Fe(OH)3 胶体； Na2CO3 程度更大、碱 性更强，互促程度更大，最终有 Fe(OH)3 沉淀和 CO2 气体放出； CO2 溶解度小于 SCh,利于 气体逸出 ® . Fe2S3+ 4H+
= 2Fe2+ +S； + 2H2S? ⑦ .强碱弱酸盐溶液的阴离子的水解程度(或碱性强弱)
和还原性、 FeCb 溶液的浓度、生成物的溶解性等
4 【答案】 ① .正四面体 ② .Si 和 H 均有多种同位素，因此不同相对分子质量 SiH4 的种类过多(15
种)；而 F 仅有一种核素，因此 SiF4 相对分子质量的差异完全由 Si 的同位素决定 ③.

SiF4+CaH2=2CaF2+SiH4 ④ . < ⑤ . ⑥.543 pm ⑦ .

NA=-~三一⑧ .原子间距是决定宏观体积的因素之一，原子间距随温度的变化导致体积随温度变化
am

5 【答案】 ① .B Is^s^p1； N ls22s22p3 ② .BN + 3H2O = NH3 + H3BO3 ③ .水分子中氧的孤电

子对与 H3BO3 中 B 的空轨道形成配位键，仅水分子中的一个 H 可电离，形成[B(OH)4]-和 H+ ④ .sp2 ⑤ . sp2 ⑥ . 由 于 N 电负性比较大，氮化硼中的 II 键电子(N 的p 电子)被定域在 N 的周围，无法自由移动 ⑦.

⑧ .P4 + 6H2 = 4PH3 ⑨ .-24 kJ-mol1 ® , 4 @ 对于反应 Sn (白) =Sn (灰)有

\tG°m =-2. 12-0=-2. 12kJ-mol' 1； =44. 15-51.55=-7.40JK mol』。贝!j T= 298.2K 时△『&,； = T
△J,： =-2120 + 298.2x 7.40 =86.7 J molT>0,因此白锡更稳定 灰锡和白锡转化正好达到平衡时，

ArG； ,=O,平衡转化温度 L= \H°n/ ArS； = 286.5K= 13.39 °C,可知，低温下(T< 13.39 °C)白锡转化 为灰锡 ArG； <0,
自发进行，灰锡密度小体积大，白锡转化为灰锡会碎掉，发生“锡疫”

【解析】

【详解】 (2)③小 1!= 6Ep-p+6Ep.p- 12Ep-H=6 x 213+6 x 435- 12 x 326=-24 kJ-mol 1
P a2 cN, 7. 28 x 106 x (583 x 10^12)2 x 318 x 10'12 x 6. 02 x 1023。 .
(3) --------------- ① Z= ------------------------------------------------------------------------』- = =3.99=4

M

118. 7

6. 【答案】 ① .C20 中，五元环为 12 个，六元环为。个； C540 中，五元环为 12 个，六元环为 260 个 ②.

La4Ni2()8 (或 LazNiCU), LasNijOn, LaeNi^u

【解析】

③ .La +2Ni O3n+2 n n

④.1： 1

【分析】
【详解】 (1)对于碳笼结构，原子数对应顶点数为 N,共价键数量则对应多面体的边数，由于每个 C 原子形 成三
个共价键每个共价键由两个 C 原子分享，对应边数为 3N/2,可知面数=2+ 3/2N-N= 2+ 1/2N 设五元环数量为 m,六
元环数量为 8,根据共享原则，每个五元环中包含的 C 原子数为 5/3 个，每个六元 环包含 C 原子数为 6/3=2 个。
可以列方程组 5/3m+2n2=N;
ni+n2=2+l/2No 可以解得 m=12, n2= (N-20) /2

由此可知： C20 中，五元环为 12 个，六元环为。个
C540 中，五元环为 12 个，六元环为 260 个

7. 【答案】 ① .正 ② .3r+2D+=2D+I；或
3I + 2TiO2/D+=2TiO2/D+I； ③ . > ④ .透光性、导电
性、硬度等 ⑤ .Ru . 2 ⑦ .处门门 ⑧ .d2sp3 ⑨ .

NCS :
SC". |
Ru ) : I Ru
N- | : 'N- |、 N

【解析】
【分析】

NCS
/阪」 q\NCS

I

NCS

NCS

【详解】 (5)①设染料相对分子质量为 W,依题意

(12〃 + 6-2 少 12.01 =44.25%

(2n + 6-2n)x 14.01
----------------------------- = 11.91%


(也可用c、 H、 N 质量分数的其它组合列式)

解得 w=705.8, n=2.则金属 相对原子质量=705.8 - 244.22 x2- 58.08 x2= 101.2,该金属为 Ru (4 分，其它方法做出，

过程合理，答案正确同样得分)
D 的化学式为 M(C12H8N2O4)n(NCS)4-n
设 M 的摩尔质量为 x,根据 C 元素质量分数为 44.25列出计算式:
(11 + 4) x 12. 01 ------------------------------------------------------------------------------------------ =44 x
+ (12. 01 x 12 + 1. 008 x 8 + 14. 01 x 2 x 16. 00 x 4) + (14. 01 + 12. 01 + 32. 07) x (4-?)
25%
当 n=l 时，无合理结果
当 n=2 时， x=100.8,查周期表可知 M 为 Ru
当 n=3 或者 4 没有合理的数据