2013北京市高二年级化学竞赛试题及答案

电源电解质电解质+阳离子膜甲乙2013年北京市高中学生化学竞赛试卷（高中二年级）2011年4月14日上午14：00-16：00北京题号1234567891011总分满分12678961413898100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：HCNOSNaFeCuPb1.00812.0114.0116.0032.0722.9955.8563.55207.2第1题选择题（12分）（单选或多选，每选2分，错一对一不得分）（1）Na2SO37H20晶体加热脱水后，强热过程中质量不变。待固体冷却后溶于水，溶液的碱性比Na2SO3溶液强，所得固体成分可能是（）A．Na2SNa2ONa2SO3B．Na2SO4Na2ONa2SO3C．Na2ONa2SNa2SO4D．Na2SNa2SO4Na2SO3（2）右图是一种蓄电池的示意图，被膜隔开的电解质分别为Na2S2和NaBr3。放电后变为Na2S4和NaBr下面对该装置工作过程中叙述正确的是（）A．放电过程，甲电极电极反应：2S22－–2e－=S42－B．放电过程，电池反应：2S22－+Br3－=S42－+3Br-C．充电过程，阳极室流出NaBr3溶液D．充电后向阳极室补充Na2S4溶液（3）已知KSP(FeS)=6.3×10－18，KSP(CuS)=6.3×10－36，K1K2(H2S)=1.3×10－20。向0.10molL－1Fe2+和0.10molL－1Cu2+的混合溶液中通入H2S气体至饱和（c(H2S)0.10molL－1）。请推断沉淀生成情况是下列哪一种（）A．先生成CuS沉淀，后生成FeS沉淀B．先生成FeS沉淀，后生成CuS沉淀C．先生成CuS沉淀，不生成FeS沉淀D．先生成CuS沉淀，反应一段时间FeS和CuS同时沉淀（4）下面是有关氢硫酸（H2S水溶液）：①蒸馏水中通入H2S至饱和，敞口存放两天，明显失效，但无沉淀；若密闭保存一个月，既不浑浊，也不失效。②自来水中通入H2S，出现浑浊现象，因此不能做为H2S饱和溶液使用。根据以上事实，判断以下说法正确的是（）A．氢硫酸失效的原因是易被O2氧化B．氢硫酸失效的原因是H2S易挥发C．氢硫酸这种试剂一定要现用现制D．自来水中存在着较强的氧化性物质（5）PbO2是褐色固体，受热分解为Pb的+4和+2价的混合氧化物，+4价的Pb能氧化浓盐酸生成Cl2；现将1molPbO2加热分解得到O2，向剩余固体中加入足量的浓盐酸得到Cl2。反应中生成的O2和Cl2的物质的量之比为3:2，分解释放O2后固体的组成及物质的量比是（）A.1:1混合的Pb3O4，PbOB.1:2混合的PbO2，Pb3O4C.2:1:4混合的PbO2，Pb3O4，PbOD.1:2:4混合的PbO2，Pb3O4，PbO第2题（6分）（1）常压下，27°C混合100mLNO和100mL含NO2和N2O4的气体，反应生成6mLN2O3，气体体积仍为200mL。问反应过程中有多少mLN2O4转化为NO2？（2）仅由上述实验数据，不能知道原100mL气体中NO2、N2O4各多少mL，需什么信息就能知道NO2、N2O4具体体积？第3题（7分）氰酸HOCN和雷酸HONC，都能发生水解反应（不是氧化还原反应），请根据它们水解产物给出两种酸中相邻两原子间的化学键（单、双、叁键分别以—、＝、≡表示）并给出C、N原子的氧化态：（1）HOCN水解产物为NH3、CO2、H2O（2）HONC水解产物为NH2OH（羟氨）、HCOOH第4题（8分）往10mL0.020mol/LCu(NH3)nSO4溶液中滴加0.020mol/L硫酸，最终得Cu2+(aq)。当加入溶液体积为10mL、20mL时先后发生两个完全的反应，请写出两个反应方程式并计算Cu(NH3)n2+的n值。第5题（9分）HN3叠氮酸中N的化合价（氧化态）为多少？（1）请写出，酸性条件下，N2H5+和HNO2制备HN3反应的方程式并标示出反应中N化合价（氧化态）的改变；碱性介质中，N2H5OH和NCl3生成N3－反应的方程式。（2）请写出HClO和HN3生成N2反应的方程式。并写出HNO2和HN3反应（物质的量比为1:1），生成三种产物，其中一种是H2O的反应方程式。第6题（6分）请画出下列图形并解释其含意。（1）1s态的界面示意图。CuO（2）3dxy电子的几率密度的示意图。（3）3dz2轨道示意图第7题（14分）有一铜的氧化物属立方晶系，一类原子处于体心格子，另一类原子，若将立方格子分成八个等同的小立方体，它们处在1/2个小立方体中心。（1）写出该氧化物的化学式（2）在下列立方的透视图中，标出Cu、O原子并给出原子坐标（3）若晶胞长a=426pm,试计算体密度D（4）计算Cu—O间距离L，并解释晶体铜的配位数及其和邻近氧间所形成的几何图像（5）画出沿C轴的垂直投影图，标明110晶面，计算其面间距d。（6）若用λ(CuKα)=154.18pm的X光测量110的面间距，计算其二级的衍射角θ大小。第8题（13分）人们经常用电化学的基本理论和测定方法求算一些热力学函数变化值，或用已知的热力学函数值来求得电化学反应的物理量，这些理论和方法的应用给解决实际问题带来极大方便。现设计以下电池（298K，pΘ）(–)（Pt）Cl2（g，pΘ）︱HCl(1mol/dm3)︱AgCl(s)–Ag(s)(+)其中Clˉ1︱AgCl(s)–Ag(s)电极称为银-氯化银电极，是微溶盐电极，其电极反应为：AgCl(s)+e－Ag(s)+Cl－(1mol/dm3),是对Cl－的可逆电极。已知有关物质的热力学数据如下：物质ΔfΗΘm/kJ∙molˉ1SΘm/J∙molˉ1∙Kˉ1AgCl(s)–127.096.11Ag(s)042.70Cl2(g)0223.0法拉第常数F=9.65×104C∙molˉ1，理想气体常数R=8.314J∙molˉ1∙Kˉ1（1）根据该电池正、负极的电极反应，写出该电池的电池反应式（2）求该反应的ΔrΗΘm和ΔrSΘm和ΔrGΘm,（298K，pΘ）（3）求该电池反应的电动势E及标准电池电动势EΘ。已知ΔrGΘm=–nFEΘ；ΔrG=–nFE，其中n为电极反应得失电子的物质的量。（4）求该电池在可逆放电时的热效应QR。QR等于该反应的ΔrΗΘm吗？为什么？CHOHCH3HBr（5）已知恒压下ΔrSΘm=nF(ΔE/ΔT)，(ΔE/ΔT)为电池电动势的温度系数，试求之？（6）求该电池反应的平衡常数KΘ。（7）根据题（3）中求得的EΘ和E的数值，能否判断所设计的电池是自发电池还是非自发电池？若想改变方向，如何进行操作？第9题（8分）化合物A与盐酸反应生成B，B经氢氧化钠的醇溶液加热生成C(2,3,4-三甲基-2-戊烯)；当对A进行催化加氢时得到D，当D在光照下与氯反应时，主要产物为E(2,3,3-三甲基-2-氯-戊烷)。请给出A、B、C、D、E的结构简式并对A、B、D命名。第10题（9分）化合物A与1mol盐酸反应生成B(2,4,5,6-四甲基-4-氯-2-庚烯)；与酸性高锰酸钾反应生成丙酮和C各1mol，完成下列反应式，请给出A、B、C的结构简式并对A、C命名。第11题（8分）完成下述反应式，逐步写出这个反应的反应机理。（8分）+43HOCNHONC+212013年北京市高中化学竞赛（高二试题）参考答案(2013-03-14)第1题（12分）（单选或多选，每选2分，错一对一不得分）（1）D（2）B（3）C（4）B&D（5）A第2题（6分）（1）生成6mLN2O3，必消耗6mLNO和6mLNO2，因反应前后，气体体积未变，表明6mLNO2必是6mLN2O4分解得到的。（3分）（2）需要信息：常压下，27°CNO2和N2O4气体的平均分子量常压下，27°CN2O4=2NO2气体的平衡常数（3分）其他答案符合题意也可。第3题（7分）（1）产物中N的氧化态为-3，C的氧化态为+4，所以（3分）（2）产物中的N的氧化态为-1，C的氧化态为+2，所以（4分）第4题（8分）两个反应的反应方程式是：生成Cu(OH)2及Cu(OH)2转化为Cu2+(aq)Cu(NH3)n2++(n-2)H++2H2O=Cu(OH)2+nNH4+Cu(NH3)n2+为0.020mol/L×0.010L=2.0×10－4molHNO3+N2H5==HN3+H++2H2O+3213降低310升高310+rr1s态界面图或xyz[3dxy]2xyz3dz2CuOH2SO4中H+为0.020mol/L×2×0.010L=4.0×10－4mol反应中Cu(NH3)n2+:H+=1:2即n-2=2，所以n=4为Cu(NH3)42+（5分）Cu(OH)2+2H+=Cu2++2H2OCu(OH)2为2.0×10－4molH2SO4中H+为0.020mol/L×2×0.010L=4.0×10－4mol（3分）第5题（9分）（1）-1/3；N2H5OH+NCl3+4OH－=N3－+3Cl－+5H2O（5分）（2）2HN3+HClO=3N2+Cl－+H2OHN3+HNO2=N2+N2O+H2O（4分）第6题（6分）（1）以r为半径的球内1s电子出现的几率为90%（2分）（2）运动在3dxy轨道上的电子出现的几率密度（2分）（3）描述单个电子处在3dz2运动时状态函数的图像。（2分）第7题（14分）（1）Cu2O（1分）（2）ba(+)极AgCl(s)+eAg(s)电极反应电池反应AgCl(s)Ag(s)+（）极Cl(1mol/dm3)e12Cl2(g,P)12Cl2(g,P)Cl(1mol/dm3)ClDE2,3,3,-三甲基-戊烷ClABC1,2-二甲基-1-异丙基-环丙烷2,3,4-三甲基-3-氯-戊烷O：（000），（1/21/21/2）Cu：(1/41/41/4)，(1/43/43/4)，(3/41/43/4)，(3/43/41/4)或(3/41/41/4)，(1/43/41/4)，(1/41/43/4)，(3/43/43/4)（5分）（3）D=[4×63.5+2×16]/[6×1023×(4.26)3×10-24]=6.0(g/cm3)（1分）（4）L=31/2a/4=4.26×1.733/4=183pm。每个铜有两个邻近的氧，他们处在一条直线上。（2分）（5）d=426×21/2/2=301.18pm(3分)（6）2dsinθ=2λ；dsinθ=λ；301.18sinθ=154.18；θ=30.79°（2分）第8题（13分）（1）（3分）（2）ΔrΗΘm=ΔfΗΘm(Ag,s)+1/2ΔfΗΘm(Cl2,g)–ΔfΗΘm(AgCl,s)=127.0(kJ∙molˉ1)ΔrSΘm=1/2SΘm(Cl2,g)+SΘm(Ag,s)–SΘm(AgCl,s)=58.09(J∙molˉ1∙Kˉ1)ΔrGΘm=ΔrΗΘm–TΔrSΘm=127.0×103–298×58.09=109.7(kJ∙molˉ1)（3分）（3）根据题给条件:E=EΘ=ΔrGΘm/nF=–109.7×103/9.65×104=–1.137V（1分）（4）根据热二律的数学表达式ΔS≥Q/T，可逆条件下ΔS=QR/T∴QR=TΔS=TΔrSΘm=298×58.09=17311J∙molˉ1该反应中QR≠ΔrHΘm，∵ΔrHΘm为T,pΘ,非体积功W'=0的反应热；而QR为T,pΘ,W'≠0(有电功)可逆放电时的热效应。（2分）（5）温度系数(ΔE/ΔT)=ΔrSΘm/nF=58.09/9.65×104=6.02×10ˉ4V/K（1分）（6）KΘ