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2016北京化学竞赛



2015 年高中化学奥林匹克北京地区预选赛试卷

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2016 年高中化学奥林匹克 北京地区预选赛试卷
(2016 年 4 月 17 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:
H 1.0 C 12.0 N 14.0 O 16.0 Na 23.0 Si 28.1 Cl 35.5 S 32.1 K 39.1 Pd 106.4 I 126.9 Cs 132.9

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) 中国科学家屠呦呦创造性地研制出抗疟药——青蒿素和双氢青蒿素 (结构如下图所示) , 获 2015 年度诺贝尔生理学或医学奖。下列说法错误 的是 ..

青蒿素 A.青蒿素和双氢青蒿素分子中都含有过氧基 B.可用乙醚低温从青蒿中提取青蒿素 C.双氢青蒿素分子中含有酯基 D.青蒿素分子中有 7 个手性碳

双氢青蒿素

(2)某硅酸盐的阴离子骨架如右图所示: 示 SiO4 单元,则该结构的通式是
n? A. (Si6 O19 )14 n n? B. (Si6 O17 )10 n

。其中,



n? C. (SiO3 )2 n

n? D. (Si 2 O5 )2 n

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(3)天津“8·12”重大火灾爆炸事故直接原因是集装箱内硝化棉由于湿润剂散失出现局 部干燥,在高温(天气)等因素的作用下加速分解放热,积热自燃。 下列措施不利于 安全贮存消化棉的是 ... A.仓库内不设电源插座 B.不可与过氧化氢等氧化剂混存 C.置于密闭的仓库中贮存,避免通风 D.定期检查,如有包装破损或产品变质应立即移开 (4)高吸水性树脂(以下简称 SAP)是生活中常见的功能高分子材料,具有良好的吸水性 和保水性, 可用于尿不湿的填充材料, 也可用于干旱地区抗旱保水、 改良土壤。 此外, 科学家们也在研究用 SAP 吸收 KOH 溶液形成的水凝胶组装全固态电池。 聚丙烯酸盐型 SAP 的吸水机理如图所示。

下列说法错误 的有 .. ① 聚丙烯酸钠的结构简式为
CH2 CH n COONa

② 制备 SAP 时必须加入交联剂 ③ SAP 凝胶电池不能使用酸性电解质 ④ KOH-SAP 凝胶的导电原理与聚乙炔导电相似 ⑤ SAP 对盐水的吸收能力高于对蒸馏水的吸收能力 ⑥ 用 SAP 处理井水(含较多 Ca2+、Mg2+) ,可起到硬水软化的作用 A.②⑤ B.⑤⑥ C.②③ D.④⑤

(5)在 373 K、pθ 下 2 mol 液态水经过下列两个不同过程达到同温同压下的水蒸汽:I. 等 温可逆蒸发,II. 向真空蒸发。试问这两个过程中功和热的关系是 A. WI < WII = 0,QI > QII B. WI < WII = 0,QI < QII C. WII > WI > 0,QI > QII D. WI < WII = 0,QI = QII (6)N2H4 称为肼或联氨,是一种极性分子,N2H4 和 NH3 的关系有如 H2O2 和 H2O 的关系。 下列说法错误 的是 .. A. N2H4 的碱性强于 NH3 B.热稳定性 N2H4 比 NH3 差 C. N2H4 和 H2O2 都是平面型分子 D. N2H4 和 H2O2 都可以作还原剂

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第 2 题 回答下列问题(27 分) (1)在四氢呋喃溶剂中,(CH3)2SiCl2 和 Na 反应得到一种晶体 X,摩尔质量为 290.5g/mol, 其中 C 41.3%、H 10.3%、Si 48.4%。X 中同一原子的化学环境都相同,画出 X 的结 构简式。 (2)煤气(主要成分是 CO)泄漏会引起中毒甚至会造成爆炸。在民用煤气中常常要掺加 少量的乙硫醇(是一种恶臭气体) ,请说明原因。 (3)现制备一种气体 X,可能是 Cl2O 或 ClO2。已知,Cl2O 和 ClO2 都可完全分解,产物都 是 Cl2 和 O2。请设计实验通过分解产物来确定气体 X 是哪个化合物。 (4)2015 年,中国科学家通过理论计算预测硫化氢与另外一 种分子 X 在高压下形成的化合物将会具有高温超导性, 并且预测了相应的晶体结构如右图 (图中, 大球为硫原子, 小球为氢原子) 。同年,德国科学家制得该晶体并证实了 其超导性。这是目前发现的具有最高临界温度的超导体。 请指出 X 是什么分子?S 原子形成什么堆积类型?在晶 胞中 H2S 与 X 的个数之比是多少? 已知:参与晶胞形成的球在不同位置对晶胞的贡献不同。 晶胞中位于顶点的球被 8 个晶胞共有, 位于棱上的球被 4 个晶胞共有, 位于面上的球被 2 个晶胞共有, 位于晶胞内 部的球只属于该晶胞。 (5)某二级反应 2A → C,若 A 的起始浓度为 a, 产物 C 的浓度 x 随时间 t 的变化关系为:

1 1 1 ( ? ) ? kt ,其中 k 为反应速率常数。请写出反应半衰期(反应物浓度消耗一 2 a ? 2x a
半所需要的时间)的表达式。

第 3 题(16 分) 文献介绍了一种以天然 CaSiO3 吸收 CO2 制备 CaCO3 的方法。先将 CaSiO3 粉碎和醋酸反应,而后过滤取出清液,通入 CO2,制得 CaCO3 。 -7 -11 -5 -9 θ θ θ 已知: 碳酸 K a1 = 4.4×10 ,K a2 = 4.7×10 ; 醋酸 K aθ = 1.8×10 ; 碳酸钙 Ksp = 2.8×10 。 (1)请写出该过程的化学方程式。 (2)计算第二步反应的平衡常数。 (3)如果 CH3COOH 过量,对该制备过程有何影响? (4)某同学设计下图装置(图中夹持仪器略去)测定制备的 CaCO3 产品的含量。

① ② ③ ④

装置 A 的作用是_____。 实验过程中需缓缓通入空气。其作用是_____。 有同学认为需要在装置 B、 C 间添加吸收 HCl 的装置, 你认为有没有必要?说明原因。 B 中加入产品粉末 x g,C 中得到沉淀 y g,则 CaCO3 的含量是_____(以算式表示) 。

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第 4 题(7 分)胶体遇到异性电荷会聚沉。向 As2S3 胶体中分别滴加 NaCl、CaCl2、AlCl3 溶 液, 记录 As2S3 胶体开始聚沉时所加入各种电解质溶液的浓度。 实验发现 NaCl、 CaCl2、 AlCl3 -2 -4 -5 分别使 As2S3 胶体聚沉的最低浓度为 5.0× 10 、6.5× 10 、以及 9.0× 10 mol/L。推测 As2S3 胶 体所带电荷,并说明理由。 第 5 题(8 分) 分析 KCl 和 NaCl 混合物的含量。称取 0.1600g 该混合物,溶解后,将溶 液倒入强酸型离子交换树脂中,流出液体收集后用 NaOH 滴定,用去 0.1017 mol/L 的 NaOH 溶液 23.00 mL, 计算 KCl 在混合物中的质量百分数。 (已知: M(KCl) = 74.55 g/mol, M(NaCl) = 58.44 g/mol) 第 6 题(19 分)某同学用 KSCN 检测铜粉还原硫酸铁后的溶液是否还存在 Fe3+,不论铜粉 是否过量,向滤液滴加少量 KSCN 都不出现红色,只产生白色沉淀 CuSCN(反应 A) 。为了 解白色沉淀产生的原因,该同学设计了如下实验。 已知:硫氰[ (SCN)2 ]是一种拟卤素,性质与卤素相似,其氧化性介于 Br2 和 I2 之间。 E?(Cu2+/Cu) = 0.34V, E?(Cu2+/Cu+) = 0.153V, E?(Fe3+/Fe2+) = 0.77V, E?((SCN)2/ SCN–) = 0.77V 实验编号 操作
1 mL 0.2 mol/L KSCN

现象 溶液呈绿色,十余秒后开始出现白 色沉淀,溶液变为黄色。

1

1 mL 0.05 mol/L CuSO4

2滴 0.1 mol/L CuSO4

2

2 mL 0.05 mol/L FeSO4, 0.1 mol/L KSCN

无色溶液立即变红,同时生成白色 沉淀。

(1)写出铜粉还原硫酸铁的离子方程式。 (2)实验 1 中主要反应的离子方程式。 (3)实验 1 的黄色溶液与初始溶液相比 pH 减小,请说明原因。 (4)写出实验 2 的离子方程式。 (5)根据上述实验指出反应 A 中主要的还原剂。请结合电极电势来说明。 (6)该同学为证实其推断,将实验 1 的反应液过滤,用滤液做如下实验:
数滴浓氨水 (II) 现象B 1 mol/L Na2CO3, 调节pH = 7 (I) 过滤 实验1的滤液 出现浑浊 1 mol/L H2SO4, 调节pH = 1 (III) 溶液变黄 滤渣 数滴0.2 mol/L FeSO4 (IV) 溶液变红

① (II)的目的是什么?现象 B 是什么? ② 根据以上实验现象可以得出什么结论? (7)向 5 mL 0.1 mol/L Fe2(SO4)3 中加入 2 滴 0.01 mol/L KSCN,再加入铜粉,振荡。当红色 褪去时,能否说明 Fe3+已经完全反应?为什么?

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第 7 题(10 分)某动力潜艇用新型的质子交换膜燃料 电池,可以为潜艇在水下行动和作战时提供更强大的 动力。其结构示意图如右。 (1)请写出负极的电极反应方程式。 (2)氧电极的反应受 pH 影响很大,会分步进行,请 写出酸性条件下分步反应的电极反应式。 (3)已知: E?(O2/H2O) = 1.229V, F = 96485 C/mol, ?H fθ (H2O, l) = -285.84 kJ/mol, ?H fθ (H2O, g) = -241.83 kJ/mol。 求 298K 时,该电池理论工作效率?(= ?G /?H)? 第 8 题(10 分) 由于 Pd(IV)具有比较强的氧化性,其碘化物的晶体不太容易得到。2000 年,有文献报道通过对 Pd(II)的碘化物 Cs2PdI4 与 I2 共同生成的晶体直接施加高压,可以得 到 Pd(IV)的 Cs2PdI6 晶体。Cs2PdI6 的晶体属于立方晶系, 具有反萤石型结构,晶体密度为 5.174 g/cm3。Cs2PdI4 与 I2 共同生成的晶体则属于四方晶系, 晶胞参数为 a = 899 pm, c = 924 pm。 (1)请指出 Cs2PdI6 中阴离子的空间构型并求算 Cs2PdI6 的晶胞参数。 (2)求算 Cs2PdI4 与 I2 共同生成晶体的晶体密度。 (3)右图所示为 Cs2PdI4 与 I2 共同生成晶体的晶胞, + 请给出 Cs 离子的分数坐标。 第 9 题(13 分)对苯二甲酸是重要的石化产品,工业上主要用于合成聚酯。最近,科学家 们研发了一条利用可再生生物质资源制备对苯二甲酸衍生物 G 和聚酯 P 的合成路线,如下 图所示。
D C2H4 B 乙醇 C △ E 脱氢 F G H 催化剂 P

A C6H6O4 浓H2SO4,△

B 浓H2SO4 △ C’

已知: (1)A 是一种直链结构的分子,可通过葡萄糖和木质素等发酵制得,其分子结构中含有两 个反式双键和两个羧基,写出 A 的结构简式_____。 (2)写出 C 和 C?的结构简式及 C 的名称_____。 (3)C 和 D 反应主要生成化合物 E,该反应的类型是_____。E 具有多种立体异构体,写出 至少两种立体异构体的结构简式(需要标出立体构型)_____。 (4)F 与 E 互为构造异构体,根据题意写出 F 的结构简式(不需要标出立体构型)_____。 (5)写出 G 的结构简式_____。 (6)H 为防冻液的主要成分, 可由 D 转化而来。 由 G 和 H 制备聚酯 P 的化学方程式是_____。

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第 10 题(10 分)工业原料 BTC 是双(三氯甲基)碳酸酯的简称,化学式为 C3Cl6O3,白色 晶体,不溶于水,俗称固体光气。工业上可以利用碳酸二甲酯的氯代反应制备。BTC 可以 替代光气和醇、醛、胺、酚等多种化合物反应合成化工产品。 (1)写出 BTC 的结构简式。 (2)和光气相比 BTC 具有如下优点_____(填字母) 。 A.易保存 B.易操作 C.安全性高 3 BTC N ( )以 合成 叔丁基苯甲酰肼的路线如下图所示,写出 A、B、D 的结构。
BTC 苯甲醇 A 叔丁基肼 B 苯甲酰氯 C H2, Pd-C D

(4)已知:BTC + 苯甲醇 ? A + 2 光气 + HCl ,写出该反应的机理,用箭头标明电子的 流动方向。



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