2018年北京化学竞赛试题

2018 年高中化学奥林匹克北京地区预选赛试卷 共 7 页 1 2018年高中化学奥林匹克 北京地区预选赛试卷 2018年 4月 15日上午 9 00 11 00 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下 R 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 下列玻璃仪器的洗涤方法 不涉及 氧化 还原反应的是 A 附有银镜的试管用稀硝酸清洗 B 附有油脂的烧杯用热纯碱溶液清洗 C 附有 MnO2的烧瓶用热的浓盐酸清洗 D 附有硫的燃烧匙用热的烧碱溶液清洗 2 室温下 某兴趣小组用下图装置在通风橱中进行如下实验 实验 现象 试管 I中开始无明显现象 逐渐有微小气泡生成 越来越 剧烈 液面上方出现浅 红 棕色气体 溶液呈蓝色 试管 II中剧烈反应 迅速生成大量红棕色气体 溶液呈 绿色 之后向绿色溶液中持续通入 N2 溶液变为蓝色 下列说法正确的是 A 试管 I中浅 红 棕色气体为 NO2 由硝酸还原生成 B 等 质 量的 Cu完全溶解时 I中消耗的 HNO3更多 C 换成 Fe 之后重复实验 依然是 试管 II中反应更剧烈 D 试管 II中 反应后 溶液颜色与试管 I中的不同 是 由于 溶有 NO2 H C N O F Br 1 0 12 0 14 0 16 0 19 0 80 0 Cu 浓 硝 酸 稀 硝 酸 I II 2018 年高中化学奥林匹克北京地区预选赛试卷 共 7 页 2 3 溶液的导电性与溶液中离子的种类和浓度有关 下列 各组实验过程的被滴加溶液导电性变化与右图对应的是 A 向 Ba OH 2溶液 中滴加 H2SO4 溶液 B 向 醋酸溶液中滴加 NaOH 溶液 C 向糖水中滴加 NaCl溶液 D 向盐酸中滴加氨水 4 卤化钠 NaX 和 四 卤化 钛 TiX4 的 熔点如图所 示 下列判断 不正确 的是 A TiF4的 熔点反常升高是由于氢键的作用 B NaX随 X 半径 增 大 离子键减弱 C NaX均为 离子化合物 D TiCl4为共价化合物 5 钠 氯化镍电池是以 Al2O3 Al2O3 xNa2O 作为 固体电解质构成的一种新型高能电池 22 N a N i C l N i 2 N a C l 放 电充 电 其结构如图所示 下列关于该电池的叙述 错误 的是 A 放电时 NaCl在熔 融电解质中 生成 B 充电时阴极反应 Na e Na C 氯离子通过 Al2O3 s 在两电极间移动 D 如果电池过度放电 4AlCl 可能被还原 6 最近我国科学家 预测并据此合成了 新型碳材料 T 碳 可以看 作 金刚石结构中的一个 碳原子被 四个碳原子构成一个 正四面体结构 单元 替代 如下图所示 所有小球都代表碳原子 下列说法 正确的是 金刚石 T 碳 A T 碳与石墨 金刚石 互为同素异形体 B T 碳晶体 与金刚石晶体类似 属于原子晶体 C T 碳 晶体 和金刚石晶体 中含有 的化学 键 不同 D T 碳与金刚石 中的 碳原子 采取 的 杂化 方式不同 导 电 能 力 滴加溶液的体积 2 3 4 5 0 200 800 1000 NaF NaCl NaBr NaI TiF 4 TiCl 4 TiBr 4 TiI 4 熔点 o C 周期 金属外壳 Na l Al2O3 s NiCl2 NaAlCl4 l Ni电极 2018 年高中化学奥林匹克北京地区预选赛试卷 共 7 页 3 第 2题 回答 下列问题 30 分 1 质谱中 同位素带来的特征峰可用来鉴定某些元素 某氯代烃或溴代烃的质谱中分子离 子峰如左下图所示 氯和溴的天然同位素丰度比分别为 35Cl 37Cl 3 1 79Br 81Br 1 1 该有机物是 代烃 其分子式是 1 2 2 右 上 图是水的相图 每一条线表示两 相 共存 比如 OC表示冰 水共存 I 冰 气 共存线 是 II 夏天将衣服晾干 请在图中用 虚 线画出水的状态变化 g 点是湿衣服 中 水的起始状 态 此时空气中水的蒸气压为 f Pa 3 已知 CuSO4 5H2O的结构 式 为 Cu H2O 4SO4 H2O 某同学测定 下 列 配 合物 在 水中 的摩 尔电导率 如下 表所示 试从结构角度 说明 下列各配合物 摩尔导电率变化的 原因 配合物 摩尔电导 率 S m2 mol 1 PtCl4 6NH3 523 PtCl4 5NH3 404 PtCl4 4NH3 229 PtCl4 3NH3 97 PtCl4 2NH3 0 4 多重氢键在生命体 分子自组装和响应型功能材料领域都 有 重要应用 三聚氰 酸 和三 聚氰 胺 1 1 可以通过多重氢键自组装构成二维片状结构 被形象地称为 分子饼 请用虚线在 下 图中直接画出两个分子间存在的氢键 并 画出二维片状结构中的一个环的 结构 分别 以 和 表示 三聚氰 酸 和三聚氰 胺 分子 N N N O O O H H H N N N N N N H H H H H H 5 查文献知 25oC 时 PbCrO4在不同条件下的溶解度如下 溶媒 H2O 0 1 mol L 1的 CH3COONH4 0 1 mol L 1 的 HClO4 0 9 mol L 1 的 KOH 溶解度 mol L 1 5 3 10 7 4 3 10 6 1 3 10 4 3 7 10 2 分别说明 PbCrO4在三种溶液中的溶解度都 在 比水中的大的原因 172 174 176 m q 相 对 强 度 2018 年高中化学奥林匹克北京地区预选赛试卷 共 7 页 4 第 3 题 11 分 烟花爆竹 常常 在 重大节日 庆典 中 燃放 烟花的主要成分可以分 为 氧化剂 还原剂 发色剂 黏合剂 等 1 爆竹的主 要成分是黑火药 含有硝酸钾 硫 黄 和 木炭 生成物中有一种单质 该单质 分子的电子式 是 2 用高氯酸钾代替硝酸钾 用糖类代替 木炭 和硫黄 可避免硫化钾 二氧化硫等有害物 质的排放 请写出高氯酸钾 KClO4 与葡萄糖 C6H12O6 反应 的 化学 方程式 3 烟花中的发光剂 可用短周期金属的粉末 其燃烧时会发出白炽的强光 写出该金属 的化学符号 4 烟花中还含有发色剂 利用焰色反应可使烟花放出五彩缤纷的 色彩 焰色反应的原理 是 第 4题 11 分 土壤中的硫循环 如右 图所示 回答 下列 问题 1 土壤中的硫酸盐部分来自于降水 写出 SO2转化为酸雨 的 化学方程式 2 I中 土壤中的黄铁矿 FeS2 会转化成硫酸亚铁和硫酸 写出化学方程式 3 某种反硫化 细 菌 在过程 II 中要消耗乳酸 乳酸的作用 是 4 某些 硫酸盐溶液向地下深层渗透 遇到难溶硫化物时 缓慢转变为 更难溶的硫化物 用离子方程式表示 CuSO4 遇 ZnS的变化 第 5题 9分 卡尔 费休 Karl Fischer 法是测定有机溶剂中的微量水含量的经典方法 所 用试剂由碘 二氧化硫 吡啶 C5H5N 有机碱 与 H 反应生成 C5H5NH 和无水甲醇按一 定比例配制而成 该 试剂 与 待测 溶剂中的水反应后 产物 的含量 用库仑滴定法来测定 1 该方法的基本原理是利用碘与二氧化硫反应 化学 方程式为 2 上述反应在测量条件下 是可逆反应 加入吡啶的作用是 3 加入甲醇可以进一步稳定产物 生成 C5H5NHSO4CH3 请写出总反应的化学方程 式 4 测定 20 0 mL有机溶剂含水量 库仑滴定 时 以 24 8 mA 恒定 电流通电 302 s时达到反 应终点 电极反应 2I 2e I2 求该有机溶剂的含水量 mg L 1 已知 1 mol电子的电量为 9 65 104 C 电量计算公式 Q It 第 6题 12分 根据下列实验数据 写 出 CuSO4 s 转化为 CuSO4 5H2O s 的热化学方程 式 给出具体计算过程 保留整数 I 称取 3 2 g CuSO4 160 g mol 1 置于盛有 H2O 的烧杯 33 5 g 中搅拌溶解 得到 50 mL CuSO4溶液 溶液温度升高 5 5 oC II 称取 5 0 g CuSO4 5H2O 250 g mol 1 置于盛有 H2O的烧杯 33 5 g 中搅拌溶解 得 土壤 硫酸盐 硫化物 硫化细菌 I II 反硫化细菌 2018 年高中化学奥林匹克北京地区预选赛试卷 共 7 页 5 到 50 mL CuSO4溶液 溶液温度降低 1 0 oC 已知 烧杯 CuSO4溶液的 比 热容分别为 0 84 J g 1 K 1 4 2 J mL 1 K 1 第 7题 13分 文献 记载 铁粉在稀硝酸中会放出氢气 某同学进行如下验证和对比实验 实验 I 室温下 20oC 在恒压密闭容器内放入过量铁粉和 2 0 mL 0 5 mol L 1 HNO3 立即有气体生成 充分反应后 所得溶液几乎无色 收集到无色气体 6 0 mL 将该气体 通入有空气的试管 无明显变化 点燃气体 有尖锐爆鸣声 试管壁出现液滴 取反应 后溶液 加入足量 NaOH溶液得到灰绿色沉淀 煮沸时 蒸气略有刺激性气味并能使湿 润红色石蕊试纸变蓝 1 气体产物为氢气的证据是 2 根据实验现象 写出铁粉与 0 5 mol L 1硝酸反应时还原反应的半反应方程式 2H 2e H2 3 该同学 对产生氢气的原因提出假设 假设 1 该浓度的硝酸中 H 的氧化性大于 3NO 假设 2 H 的还原速率大于 3NO 的还原速率 I 验证 假设 1 用 Cu 或 Mg 粉与 硝酸反应 说明假设 1 不成立 实验证据是 II 验证假设 2 改变条件重复实验 I 结果如下 气体成分和溶液成分检验的现象 与实验 I相似 序号 金属 状态 反应温度 实验现象 a 铁粉 40oC 溶液略带黄色 气体 3 4 mL b 铁粉 60oC 黄色溶液 气体 2 6 mL 根据实验现象 你 认为 假设 2是否成立 简述理由 试分析温度对铁粉与硝酸反应生成氢气体积的影响 4 改用 3 mol L 1 HNO3与过量铁粉反应 有无色气体生成 溶液变为深棕色 气体接触 空气显 红棕色 不可燃 根据 以上结论解释生成还原产物的原因 5 综上所述 金属与硝酸生成氢气 需要控制哪些条件 第 8题 12分 一类阴离子型层状化合物 其主体层板由二元 或多元 金属氢氧化物构成 最典型 的 例子是水滑石结构 1 下图代表了 氢氧化镁 的 层板结构 图中 黑线连接 的 菱形 是一个最小二维晶胞 其中晶 胞参数 a b a0 120o 一个晶胞中含有 个 OH Mg2 的配位数 是 2018 年高中化学奥林匹克北京地区预选赛试卷 共 7 页 6 2 将 上图 氢 氧 化 镁 的 层 板 结 构 中 的 部分 Mg2 用 Al3 取代 可得 化 学 式 为 Mg2Al OH 6 CO3 x H 2O的 一种水滑石层板 结构 如下图所示 x 其层 板带 电荷 进入层间 平衡 电荷 请 在 下图 中 画出最小二维晶胞 以图中 Al为顶点 每个镁氧八面体周围有 个相邻铝氧八面体和 个相邻镁氧 八面体 忽略 Al3 取代 Mg2 对层板结构的影响 则天然的 水滑石晶胞参数 a a0 3 层状复合金属氢氧化物在 Z方向的堆积方式有两种 其中一种 如 下图所示 假设两个层 板之间的距离为 d0 层板厚度为 l0 则 此种 堆积方式的晶胞参数 c为 4 水滑石层间 的阴离子可以被其他阴 离子取代 因此 水滑石可以作为离子交换剂 去除 水 体 中阴离子 去除效果 依次为 34PO 24CrO 3NO 其原因是 第 9题 12分 EPR橡胶 C H 2 C H 2 C H C H 2 C H 3 n 和 PC塑料 C O C O C H 3OH C H 3 C H 3 O n 的 合成路线如下 E P R 橡胶 A B C C 9 H 12 苯 催化剂 催化剂 O 2 Ag 反应 II CO 2 反应 I I IO OO O E CH 3 OH 催化剂 H 3 C O C O C H 3O 1 O 2 2 H D C 6 H 6 O 丙酮 C 15 H 16 O 2 H 反应 I PC 塑料 催化剂 反应 IV 1 A的名称是 2 C结构简式是 3 下列说法正确的是 选填字母 2018 年高中化学奥林匹克北京地区预选赛试卷 共 7 页 7 A 反应 的原子利用率为 100 B 反应 为取代反应 C 1 mol E与足量金属 Na反应 最多 可生成标准状况下 22 4 L H2 D CH3OH在合成 PC塑料的过程中可以循环利用 4 反应 的化学方程式是 5 反应 的化学方程式是 6 已知 以 D 和 乙酸 为起始原料合成 C H 3C O C H 2 6O C C H 3O O 无机试剂任选 写出合成路线 用结 构简式表示有机物 用箭头表示转化关系 箭头上 注明试剂和反应条件 第 10题 10分 化合物 I是一种抗癫痫药物 我国科学家近来发现 I对消除由蜈蚣叮咬产 生的严重临床症状有良好效果 I的两条合成路线如下图所示 F C H 2 N H 2 C l C O C H 2 C H 3 O N O 2 N O 2 F C H OF O O O N H 2 N O 2 K 2 CO 3 C D H 2 Pd C E F G NH 2 NH 2 H N a B H 4 HNO 3 H 2 SO 4 K 2 CO 3 J K H 2 Pd C I K 2 CO 3 C l C O C H 2 C H 3 O A B H 2 Pd C 1 A中 含 氮官能团的名称是 2 G的分子式是 C9H11N3O4 写出 D F H K I的结构简式 3 由 E生成 F 和由 B生成 J的反应类型都是 芳香 取代反应 它们之间的 不同之处 是 4 写出 由 B生成 J反应中 的中间体的 各 共振式 写出 4个