北京市高二化学竞赛试卷及答案.doc

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：
H
C
N
O
S
Na
Fe
Cu
Pb

1.008
12.01
14.01
16.00
32.07
22.99
55.85
63.55
207.2

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．Na2S Na2O Na2SO3 B．Na2SO4 Na2O Na2SO3
C．Na2O Na2S Na2SO4 D．Na2S Na2SO4 Na2SO3
（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，K1 K2 (H2S)=1.3×10－20。 向0.10mol×L－1 Fe2+ 和0.10mol×L－1 Cu2+ 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1mol PbO2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， PbO B. 1:2混合的PbO2， Pb3O4
C. 2:1:4混合的PbO2， Pb3O4， PbO D. 1:2:4混合的PbO2， Pb3O4， PbO

第2题（ 6 分）
（1）常压下，27°C混合100mL NO和100mL含NO2和N2O4的气体，反应生成6mL N2O3，气体体积仍为200mL。问反应过程中有多少mL N2O4转化为NO2？

（2）仅由上述实验数据，不能知道原100 mL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10mL 0.020mol/L Cu(NH3) nSO4溶液中滴加 0.020 mol/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。

（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 (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，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∙molˉ1
SΘm/J∙molˉ1∙Kˉ1
AgCl (s)
–127.0
96.11
Ag (s)
0
42.70
Cl2 (g)
0
223.0
法拉第常数 F = 9.65×104 C∙molˉ1 ，理想气体常数R = 8.314 J∙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？

（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）

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 N2O3，必消耗6mL NO和6mL NO2，因反应前后，气体体积未变，表明6mL NO2必是6mL N2O4分解得到的。 （ 3分）
（2） 需要信息：常压下，27°C NO2和N2O4气体的平均分子量
常压下，27°C N2O4 = 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+ + 2H 2O = Cu(OH) 2 + n NH4+
Cu(NH3) n2+ 为0.020 mol/L × 0.010 L = 2.0 × 10－4 mol
H2SO4中H+ 为 0.020 mol/L × 2 × 0.010 L = 4.0 × 10－4 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 × 10－4 mol
H2SO4中H+ 为 0.020 mol/L × 2 × 0.010 L = 4.0 × 10－4 mol （3分）

第5题（ 9分 ）
（1）- 1/3；

N2H5OH + NCl3 + 4OH－ = N3－ + 3Cl－+ 5H2O （5分）
（2）2 HN3 + HClO = 3N2 + Cl－+ H2O
HN3 + 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）

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）

d = 426 × 21/2/2 = 301.18pm (3分)
（6）2d sinθ = 2λ； d sinθ = 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 = 1/2 SΘm(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 = 17311 J∙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 ×10ˉ4 V/K （1分）
（6）KΘ= exp (nFEΘ/RT) = exp [1 ×9.65×104 × (–1.137)/8.314 × 298] = 5.84 ×10ˉ20 （1分）
（7）因E = EΘ = –1.137V，EΘ < 0说明该电池是非自发电池。欲使其变为自发电池，
只要把正、负极交换位置即可。此时电池反应为Ag(s) + 1/2Cl2 ® AgCl (s)反应（2分）
第9题（8分）

每个结构式1分，每个命名1分
第10题（9分）

B 1分，其他每个2分
第11题（8分）

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