2018年北京化学竞赛试题.pdf

1、 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

2、量如下 : R = 8.314 J mol1 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

3、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

4、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(Al2O3xNa2O)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

5、 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

6、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 502008001000NaFNaClNaBrNaITiF4TiCl4TiBr4TiI4熔点/ oC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

7、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： CuSO45H2O的结构 式 为 Cu(H2O)4SO4H2O。 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

8、各配合物 摩尔导电率变化的 原因。 配合物 摩尔电导 率 / Sm2mol1 PtCl46NH3 523 PtCl45NH3 404 PtCl44NH3 229 PtCl43NH3 97 PtCl42NH3 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） 。 NNNOOOHHHNNNNNNHHHHHH（ 5） 查文献

9、知： 25oC 时， PbCrO4在不同条件下的溶解度如下 ： 溶媒 H2O 0.1 molL1的CH3COONH4 0.1 molL1的 HClO4 0.9 molL1的 KOH 溶解度 / molL1 5.3107 4.3106 1.3104 3.7102 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）

10、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

11、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

12、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 （ mgL1） 。 已知： 1 mol电子的电量为 9.65 104 C，电量

13、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 CuSO45H2O(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 gmol1） 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 CuSO45H2O（ 250 gmol1） 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 （

14、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 Jg1K1、 4.2 JmL1K1。 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 molL1 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

15、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 molL1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

16、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 molL1 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

17、。 （ 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)xH 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）

18、。 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 H2 C H 2 C H C H 2C H 3

19、n）和 PC塑料（ C O C O C H 3OH C H 3C H 3On）的 合成路线如下： E P R橡胶ABCC 9 H 12苯催化剂催化剂O 2 / Ag反应 IICO 2反应 I I IOOOO ECH 3 OH催化剂 , H 3 C O C O C H 3O( 1 ) O 2( 2 ) H + DC 6 H 6 O丙酮C 15 H 16 O 2H +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 10

20、0% 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

21、所示。 F C H 2 N H 2C l C O C H 2 C H 3ON O 2N O 2FC H OFOOON H 2N O 2K 2 CO 3C DH 2Pd / CE F GNH 2 NH 2HN a B H 4HNO 3H 2 SO 4K 2 CO 3J KH 2Pd / CIK 2 CO 3C l C O C H 2 C H 3OABH 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） 。