2015年北京市高中学生化学竞赛试卷

2015年高中化学奥林匹克 北京地区预选赛试卷（2015年4月19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:第1题 选择题（30分）（单选或多选，每题5分）（1）一瓶失去标签的溶液，可能是NH 4Cl 、Na 2SO 4、(NH 4)2SO 4和KCl 中的一种，为确认 此溶液，可选用的一种试剂是 。

A ．NaOHB ．Na 2CO 3C ．Ba(OH)2D ．BaCl 2（2）已知反应：6FeBr 2 + 3Cl 2 ＝ 2FeCl 3 + 4FeBr 3，判断下列说法不正确．．．的是 。

A ．Cl 2不能氧化Br − B ．Br 2的氧化性强于Fe 3+C ．Fe 2+的还原性强于Br −D ．反应发生的条件是FeBr 2要过量（3）红磷和黑磷互为同素异形体，磷的存在形式与温度（T ）和压力（p ）有关，如右图所示（图 中的曲线表示两相平衡共存的区域）。

下列说法 不正确．．．的是： A ．红磷在一定温度压力下可以升华 B ．红磷和黑磷的熔点都随压力的增加而降低C ．红磷、黑磷和液态磷可以在一定温度和压力下共存D ．在1000 K 、1×106 Pa 下，磷的稳定存在形式是气态（4）根据酸碱质子理论，酸在溶液中的电离实质是酸中的质子（H +）转移给溶剂分子。

H 2SO 4和HClO 4在H 2O 中均能完全电离，不能区分强弱，在CH 3COOH （醋酸）中则体现出电离能力的差别。

下列说法不正确．．．的是 。

A ．在醋酸中，HClO 4的酸性强于H 2SO 4B ．H 2SO 4在醋酸中的电离方程式可写为：243324H SO CH COOHCH COO HSO +-++ C ．CH 3COOH 接受质子的能力比H 2O 弱D ．H 2SO 4和HClO 4溶于液氨中也能体现出电离能力的差异（5）工业制硝酸时，NH 3在500 ℃时可发生如下3个反应：2(g) 2N 22N (g)下列说法正确的是 。

A ．122N (g)O 2NO(g)=362kJ mol -+=∆⋅HB ．增大压强，则反应②的K 不变，反应①和③的K 减小C ．500 ℃时，3222N O(g)O (g)4NO(g)2.510-+==⨯KD ．使用合适的催化剂可提高反应的选择性，提高NO 的产出率（6）液态的N,N-二甲基肼(CH 3)2NNH 2及N 2O 4是空间飞行器常用的燃料和氧化剂。

充分反应生成3种气体：N 2、CO 2和H 2O 。

此条件下，0.5 mol (CH 3)2NNH 2完全反应可以得到气体 升（标准状况下）。

A ．89.6B ．100.8C ．112.0D ．123.2第2题 请回答下列问题（26分）（1）等物质的量的N(CH 3)4F 和SF 4完全反应形成一种离子型化合物。

请写出其化学式，并画出其阴离子的空间构型。

（2）人类是通过味蕾磷脂与H +的作用感知酸味的，其阈值相当于0.0025% 柠檬酸溶液中的氢离子浓度（411.110mol L --⨯⋅）。

请计算说明：10.10mol L -⋅的H 3BO 3溶液 （K a ＝5.8×10−10）是否有酸味的感觉？（3）Al(OH)3是一种无机阻燃剂。

请解释Al(OH)3如何发挥阻燃作用。

240~320132322Al(OH)(s)Al O (s)3H O(g)166.8kJ mol -−−−→+∆=⋅℃已知：H（4）臭氧（O 3）是由瑞士科学家舍拜恩（C. F. Schönbein ）在1839年首次发现并命名的。

19世纪末某科学家对100 ml O 2进行静放电处理后，发现体积变为90 ml 。

能否仅以此结果判断生成了O 3？说明理由。

（5）锌黄锡矿是一种具有漂亮外观的矿物，产于中国四川的锌黄锡矿又以“熊猫矿”知名于矿物市场。

锌黄锡矿具有如右图所示的晶胞结构，请写出锌 黄锡矿的化学式，并在图中用标出化学和空间 环境都相同的2个Se 原子。

第3题（10分）工业上制备金属铝的一种工艺过程如下： Ⅰ．用热碱溶液处理铝矾土矿（主要成分：Al 2O 3）；Ⅱ．经沉降过滤，除去不溶性杂质后，向滤液中通入过量CO 2生成沉淀； Ⅲ．过滤，将沉淀洗涤、干燥和煅烧后得Al 2O 3；Ⅳ．将Al 2O 3溶解于熔融的冰晶石（Na 3AlF 6，2～8%）中，加10% CaF 2，以石墨衬里为阴极，石墨棒为阳极，进行电解。

（1）写出用热碱溶液处理铝矾土矿的离子方程式。

（2）写出Ⅱ中通入过量CO 2的反应离子方程式。

（3）说明Ⅳ中冰晶石的作用。

（4）在电解过程中阳极石墨棒有损耗，需要不断补充，阳极生成的气体密度比O 2略大，写出相应的电极反应方程式。

第4题（14分）某化学小组采取如下步骤制备KMnO 4：Ⅰ．称取7 g KOH(s)和5 g KClO 3(s)放入铁坩埚中混合，并搅拌加热。

Ⅱ．待固体熔融后，不断搅拌下分批加入5 g MnO 2(s)，反应一段时间。

Ⅲ．冷却，将固体研细，用4%的KOH 溶液浸取，得绿色溶液。

Ⅳ．向绿色溶液中通入适量CO 2后，将溶液加热，并趁热滤去残渣。

Ⅴ．将滤液蒸发浓缩至表面形成晶膜，放置、冷却、抽滤、洗涤、干燥，得到KMnO 4紫色晶体。

（1）写出Ⅱ中生成K 2MnO 4的化学方程式。

（2）加热搅拌时，不能使用瓷或玻璃材质的坩埚及搅拌棒，请简述原因。

（3）解释Ⅲ中将固体研细，并用4%的KOH 溶液浸取的原因。

（4）请写出Ⅳ中得到的残渣的主要成分的化学式。

（5）Ⅳ中，可将溶液滴到滤纸上观察现象，以确认24MnO -是否转化完全。

请描述24MnO -转化完全的实验现象。

（6）Ⅳ中，需控制CO 2的用量，若CO 2过量，会使所得产品纯度降低，请解释原因。

第5题（10分）碱土金属碳酸盐热分解反应：32MCO (s)MO(s)CO (g)−−→+，热力学数据如下：（1）四种碳酸盐热分解的熵变相近，请简述原因。

（2）求表中的x 值。

（3）从原子结构角度解释上述碳酸盐分解温度的递变规律。

（4）农村盖房常用“烧白灰”的方法（石灰石受热分解）得到生石灰，在此条件下，p (CO 2)＝30 Pa （p ＝100 kPa ），则此时CaCO 3的分解温度高于还是低于x ，并通过计算说明。

第6题（14分）某同学设计实验探究石墨和铁电极对电解水的影响。

实验记录如下：* 表示预电解2分钟，收集3-7分钟内产生的气体体积已知：20 °C ，101 kPa 下，H 2和O 2在水中的溶解度分别为19 mL·L −1和31 mL·L −1。

（1）用电极反应式解释①、②中阴极区的实验现象。

（2）本实验可用右图所示装置收集并测量气体的体积。

请简述读取气体体积的操作方法。

（3（4）③中，阳极的铁电极未被腐蚀溶解，请解释原因。

→气体入口碱式 滴定管量筒（5）该同学为探究②中阳极气体偏少的原因，又进行了如下实验：a ．电解结束后对两电极气体同时减压，发现电极表面再次冒出气泡，阳极更多，溶液中也产生了少量气泡；b ．取少量阳极溶液，滴加BaCl 2溶液，生成白色沉淀。

根据a 、b 的实验，可以得出的结论是： 。

（6）比较①②③的实验结果，选择电解水的条件是： 。

第7题（14分）2011年，《自然·化学》杂志报道了题为“钙钛矿型氧化物催化氧分子还原反应（ORR ）的催化剂设计原理”的研究工作。

图1 图2（1）钙钛矿型氧化物催化ORR 的可能机理如图1所示，反应共分四步进行。

请写出总反应方程式。

（2）钙钛矿型氧化物的晶体结构如图2所示，其中A 为镧系金属离子，B 为过渡金属离子，O 为O 2−离子。

① A 和O 联合组成哪种类型的堆积，B 离子占据什么空隙，其占据率为多少？ ② 请指出A 离子的配位数，并写出O 2−离子的分数坐标。

（3）研究者发现：LaCrO 3和LaFeO 3的ORR 催化活性较低，而LaMnO 3和LaNiO 3的ORR催化活性较高。

① 推测过渡金属e g 轨道单电子占据时的催化活性比0电子占据或2电子占据时高。

请写出以下催化剂中过渡金属离子在八面体场中的价电子排布（Cr 3+和Fe 3+已给出）。

② 由图1知，反应过程中催化剂的过渡金属离子和O 2之间发生电子转移，其转移的难易程度是影响催化活性的重要因素。

请解释上述四种化合物催化活性高低的原因。

第8题（8分）胍鎓离子【化学组成为23C(NH )+】可以跟甲基磺酸根【化学组成为33CH SO -】形成超分子晶体。

X 射线衍射实验表明，该晶体属于单斜晶系，晶胞参数a ＝1277.8 pm ，b ＝734.2pm ，c ＝999. 8pm ，β ＝126.96°。

晶体密度为1.375 g·cm −3。

23C(NH )+和33CH SO -的式量分别为60.08和95.10（已知：1 pm = 10-12 m ）。

（1）计算一个晶胞中含有的胍鎓离子和甲基磺酸根的个数。

（2）该超分子晶体具有层状结构，画出一个化学单位的结构，表示出其中的氢键。

第9题（14分）布洛芬缓释高分子药物P的合成路线如下：（1）A是2-甲基丙烯酸，A的结构简式是。

（2）B的核磁共振氢谱有2种峰，B含有的官能团是。

（3）反应条件I是。

（4）A与过量的B反应生成C；若A过量，将得到C'。

C和C'的结构简式是。

（5）D的结构简式是。

（6）D生成P的反应类型是。

（7）P用NaOH水溶液处理，完全水解后的产物是。

（8）研究表明S构型布洛芬的药效比R构型布洛芬的药效更高。

S构型布洛芬的费歇尔投影式是。

第10题（10分）（1）写出下列反应的反应机理（2）化合物E是一种可以裸眼检测乙醇含量的指示剂，其合成路线如下：①以A为原料，通过Skraup（斯克劳普）合成法可以得到B。

该反应所需的试剂是：硫酸、硝基苯、三氯化铁和。

②化合物C的结构简式是。

③将E溶解于不同乙醇含量的水溶液中，随着溶液中乙醇含量的增加，溶液的颜色从无色变成粉红色，从E的互变异构可以解释这一实验现象。

写出E的两种互变异构体：。