2013年北京高二化学竞赛试卷及答案

2013年北京市高中学生化学竞赛试卷（高中二年级）

题中可能用到的相对原子质量为：

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）Na 2SO 3⋅7H 20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Na 2SO 3 溶液强，所得固体成分可能是（ ）

A ．Na 2S Na 2O Na 2SO 3 B ．Na 2SO 4 Na 2O Na 2SO 3

C ．Na 2O Na 2S Na 2SO 4 D ．Na 2S Na 2SO 4 Na 2SO 3

（2）右图是一种蓄电池的示意图，被膜隔开的电解质分别为Na 2S 2和NaBr 3。放电后变为Na 2S 4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：2S 22－–2e －= S－42 B ．放电过程，电池反应：2S －－－22+ Br3= S42+ 3Br-

C ．充电过程，阳极室流出NaBr 3溶液

D ．充电后向阳极室补充Na 2S 4溶液 甲阳离子膜乙

（3）已知K SP (FeS)=6.3×10－18， K －

SP (CuS)=6.3×1036，K 1 K2 (H－

2S)=1.3×10－20。 向0.10mol ⋅L 1 Fe 2+ 和

0.10mol ⋅L －1 Cu 2+ 的混合溶液中通入H (H－

2S

气体至饱和（c 2S) 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（H 2S 水溶液）：

①蒸馏水中通入H 2S 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H 2S ，出现浑浊现象，因此不能做为H 2S 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O 2 氧化

B ．氢硫酸失效的原因是H 2S 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）PbO 2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Cl 2；现将1mol PbO2加热分解得到O 2，向剩余固体中加入足量的浓盐酸得到Cl 2。反应中生成的O 2 和Cl 2 的物质的量之比为3:2，分解释放O 2后固体的组成及物质的量比是（ ）

A. 1:1混合的Pb 3O 4， PbO B. 1:2混合的PbO 2， Pb 3O 4

C. 2:1:4混合的PbO 2， Pb 3O 4， PbO D. 1:2:4混合的PbO 2， Pb 3O 4， PbO

第2题（ 6 分）

（1）常压下，27°C 混合100mL NO 和100mL 含NO 2和N 2O 4的气体，反应生成6mL N 2O 3，气体体积仍为200mL 。问反应过程中有多少mL N2O 4转化为NO 2？

（2）仅由上述实验数据，不能知道原100 mL气体中NO 2、N 2O 4各多少mL ，需什么信息就能知道NO 2、N 2O 4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NH 3、CO 2、H 2O

（2）HONC 水解产物为NH 2OH （羟氨）

、HCOOH

第4题（ 8 分）

往10mL 0.020mol/L Cu(NH3) nSO 4溶液中滴加 0.020 mol/L 硫酸，最终得Cu 2+(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）

HN 3叠氮酸中N 的化合价（氧化态）为多少？

（1）请写出，酸性条件下，N 2H 5+ 和HNO 2制备HN 3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，N 2H 5OH 和NCl 3生成N 3反应的方程式。

－

（2）请写出HClO 和HN 3生成N 2反应的方程式。并写出HNO 2和HN

3反应（物质的量比为1:1），生成三种产物，其中一种是H 2O 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。

（2）3d xy 电子的几率密度的示意图。

（3）3d z 2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 (Cu K α) = 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 ，p Θ）

(–) （Pt ）Cl 2（g ，p Θ）︱HCl(1mol/dm3) ︱AgCl(s ) –Ag(s ) (+)

其中Cl ˉ1︱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：

法拉第常数 F = 9.65×104 C∙molˉ1 ，理想气体常数R = 8.314 J∙molˉ1∙K ˉ1

（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Δr ΗΘm 和Δr S Θm 和Δr G Θm , （298K ，p Θ）

（3） 求该电池反应的电动势E 及标准电池电动势E Θ。已知Δr G Θm = – nFE Θ；

Δr G = – 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Q R 。Q R 等于该反应的 Δr ΗΘm 吗？为什么？

（5）已知恒压下Δr S Θm = 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K Θ。

（7）根据题（3）中求得的E Θ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）

3HBr

2013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6mL N 2O 3，必消耗6mL NO 和6mL NO 2，因反应前后，气体体积未变，表明6mL NO 2

必是6mL N2O 4分解得到的。 （ 3分）

（2） 需要信息：常压下，27°C NO2和N 2O 4气体的平均分子量

常压下，27°C N2O 4 = 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

+4 3 （ 3分） H O C N

（2）产物中的N 的氧化态为-1，C 的氧化态为+2，所以

（ 4分） H O

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Cu 2+(aq)

Cu(NH3) n2+ + (n -2) H + + 2H 2O = Cu(OH) 2 + n NH4+

Cu(NH3) n2+ 为0.020 mol/L × 0.010 L = 2.0 × 104 mol －

H 2SO 4中H + 为 0.020 mol/L × 2 × 0.010 L = 4.0 × 104 mol －

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 + 2 H+ = Cu2+ + 2H2O

Cu(OH) 2为 2.0 × 104 mol －

H 2SO 4中H + 为 0.020 mol/L × 2 × 0.010 L = 4.0 × 104 mol （3分） －

第5题（ 9分 ）

（1）- 1/3；

降低10

N 2H 5OH + NCl3 + 4OH = N3 + 3Cl+ 5H2O （5分） －－－

（2）2 HN3 + HClO = 3N2 + Cl+ H2O

HN 3 + 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3d xy 轨道上的

电子出现的几率密度

z （2分） [ 3dxy]

2x

（3） y 描述单个电子处在3d z 2运动时

状态函数的图像。 （2分）

第7题（ 14分 ） 3dz 2

Cu

（1） Cu 2O O （1分）

（2）

O ：（0 0 0），（1/2 1/2 1/2）

Cu ：(1/4 1/4 1/4)，(1/4 3/4 3/4)，(3/4 1/4 3/4)，(3/4 3/4 1/4)

或 (3/4 1/4 1/4)，(1/4 3/4 1/4)，(1/4 1/4 3/4)， (3/4 3/4 3/4) （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）

b

d = 426 × 21/2/2 = 301.18pm (3分)

（6）2d sinθ = 2λ； d sinθ = λ；301.18sin θ = 154.18；

θ = 30.79° （2分）

第8题（ 13分 ）

（1）

电极反应(+) 极

(1mol/dm3) 电池反应 （3分）

（2）Δr ΗΘm =Δf ΗΘm (Ag, s ) + 1/2Δf ΗΘm (Cl2, g ) –Δf ΗΘm (AgCl, s ) = 127.0(kJ∙molˉ1) Δr S Θm = 1/2 S Θm (Cl2, g ) + S Θm (Ag, s ) – S Θm (AgCl, s ) = 58.09(J∙molˉ1∙K ˉ1)

Δr G Θm = Δr ΗΘm – T Δr S Θm = 127.0 × 103 – 298 × 58.09 = 109.7 (kJ∙molˉ1) （3分）

（3）根据题给条件: E = E Θ = Δr G Θm /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 = Q R /T

∴ Q R = T ΔS = T Δr S Θm = 298 × 58.09 = 17311 J∙molˉ1

该反应中Q R ≠ Δr H Θm ， ∵ Δr H Θm 为T , p Θ, 非体积功W' = 0的反应热；而

Q R 为T , p Θ, W' ≠ 0(有电功) 可逆放电时的热效应。 （2分）

（5）温度系数(ΔE /ΔT ) = Δr S Θm /nF = 58.09/ 9.65×104 = 6.02 ×10ˉ4 V/K （1分）

（6）K Θ= exp (nFE Θ/RT ) = exp [1 ×9.65×104 × (–1.137)/8.314 × 298] = 5.84 ×10ˉ20 （1分）

（7）因E = E Θ = –1.137V ，E Θ

2,3,3,-三甲基-戊烷D E A 1,2-二甲基-1-异丙基-环丙烷B 2,3,4-三甲基-3-氯-戊烷C 每个结构式1分，每个命名1分

第10题（9分）

A

A ：1-甲基-2-异丙基-1-异丁烯基-环丙烷HOOC B C C ：1-甲基-2-异丙基-环丙基甲酸 B 1分，其他每个2分 第11题（8分）

+

2

3

CH 3CH 3

3

除起始物外每个结构1分，每个箭头1分，箭头起落位置应正确， 方向应正确。只写一步溴取代不得分