2015年11月北京市海淀区重点中学高二化学竞赛试题含答案

2015年11月北京市海淀区重点中学高二化学竞赛试题第一题（10分）次磷酸H3PO2是一种强还原剂，将它加入CuSO4水溶液，加热到40～50℃，析出一种红棕色的难溶物A。经鉴定：反应后的溶液是磷酸和硫酸的混合物；X射线衍射证实A是一种六方晶体，结构类同于纤维锌矿(ZnS),组成稳定；A的主要化学性质如下：①．温度超过60℃，分解成金属铜和一种气体；②．在氯气中着火；③．与盐酸应放出气体。回答如下问题：1．写出A的化学式。2．写出A的生成反应方程式。3．写出A与氯气反应的化学方程式。4．写出A与盐酸反应的化学方程式。第二题（13分）PCl5是一种白色固体，加热到160℃不经过液态阶段就变成蒸气，测得180℃下的蒸气密度（折合成标准状况）为9.3g/L,极性为零，P—Cl键长为204pm和211pm两种。继续加热到250℃时测得压力为计算值的两倍。PCl5在加压下于148℃液化，形成一种能导电的熔体，测得P—Cl的键长为198pm和206pm两种。（P、Cl相对原子质量为31.0、35.5）回答如下问题：1．180℃下PCl5蒸气中存在什么分子？为什么？写出分子式，画出立体结构。2．在250℃下PCl5蒸气中存在什么分子？为什么？写出分子式，画出立体结构。3．PCl5熔体为什么能导电？用最简洁的方式作出解释。4．PBr5气态分子结构与PCl5相似，它的熔体也能导电，但经测定其中只存在一种P-Br键长。PBr5熔体为什么导电？用最简洁的形式作出解释。第三题（19分）用黄铜矿炼铜按反应物和生成物可将总反应可以写成：CuFeS2＋SiO2＋O2Cu＋FeSiO3＋SO2事实上冶炼反应是分步进行的。①黄铜矿在氧气作用下生成硫化亚铜和硫化亚铁；②硫化亚铁在氧气作用下生成氧化亚铁，并与二氧化硅反应生成矿渣；③硫化亚铜与氧气反应生成氧化亚铜；④硫化亚铜与氧化亚铜反应生成铜。1．写出上述各个分步反应（①，②，③，④）的化学方程式。2．给出总反应方程式的系数。3．据最新报道，有一种叫Thibacillusferroxidans的细菌在氧气存在下可以将黄铜矿氧化成硫酸盐。反应是在酸性溶液中发生的。试写出配平的化学方程式。4．最近我国学者发现，以精CuFeS2矿为原料在沸腾炉中和O2(空气)反应,生成物冷却后经溶解、除铁、结晶，得到CuSO4·5H2O，成本降低了许多。实验结果如下：沸腾炉温度/℃560580600620640660生成物水溶性Cu/%90.1291.2493.5092.3889.9684.23酸溶性Cu/%92.0093.6097.0897.8298.1698.19酸溶性Fe/%8.566.723.462.782.372.28回答如下问题：（1）CuFeS2和O2主要反应的方程式为（2）实际生产过程的沸腾炉温度为600～620℃。控制反应温度的方法是（3）温度高于600～620℃生成物中水溶性Cu（%）下降的原因是第四题（10分）将固体MnC2O4·2H2O放在一个可以称出质量的容器里加热，固体质量随温度变化的关系如图所示（相对原子质量：H1.0，C12.0，O16.0，Mn55.0)：纵坐标是固体的相对质量。说出在下列五个温度区间各发生什么变化，并简述理由：0～50℃：50～100℃：100～214℃：214～280℃：280～943℃：第五题（10分）1964年Eaton合成了一种新奇的烷，叫立方烷，化学式为C8H8（A）。20年后，在Eaton研究小组工作的博士后XIONGYUSHENG（译音熊余生）合成了这种烷的四硝基衍生物（B）,是一种烈性炸药。最近，有人计划将B的硝基用19种氨基酸取代，得到立方烷的四酰胺基衍生物（C），认为极有可能从中筛选出最好的抗癌、抗病毒，甚至抗爱滋病的药物来。回答如下问题：1．四硝基立方烷理论上可以有多种异构体，但仅只一种是最稳定的，它就是（B），请画出它的结构式。2．写出四硝基立方烷（B）爆炸反应方程式。3．中每个酰胺基是一个氨基酸基团。请估算，B的硝基被19种氨基酸取代，理论上总共可以合成多少种氨基酸组成不同的四酰胺基立方烷（C）？4．C中有多少对对映异构体？第六题（12分）NO的生物活性已引起科学家高度重视。它与超氧离子（O2—）反应，该反应的产物本题用A为代号。在生理pH值条件下，A的半衰期为1～2秒。A被认为是人生病，如炎症、中风、心脏病和风湿病等引起大量细胞和组织毁坏的原因。A在巨噬细胞里受控生成却是巨噬细胞能够杀死癌细胞和入侵的微生物的重要原因。科学家用生物拟态法探究了A的基本性质，如它与硝酸根的异构化反应等。他们发现，当16O标记的A在18O标记的水中异构化得到的硝酸根有11%18O，可见该反应历程复杂。回答如下问题：1．写出A的化学式。写出NO跟超氧离子的反应。这你认为A离子的可能结构是什么？试写出它的路易斯结构式（即用短横表示化学键和用小黑点表示未成键电子的结构式）。2．A离子和水中的CO2迅速一对一地结合。试写出这种物种可能的路易斯结构式。3．含Cu+离子的酶的活化中心，亚硝酸根转化为一氧化氮。写出Cu+和NO2－在水溶液中的反应。4．在常温下把NO气体压缩到100个大气压，在一个体积固定的容器里加热到50℃，发现气体的压力迅速下降，压力降至略小于原压力的2/3就不再改变，已知其中一种产物是N2O，写出化学方程式。并解释为什么最后的气体总压力略小于原压力的2/3。第七题（15分）回答如下几个问题1．近期发现不需要外加能源、节约水源而能除去废水中的卤代烷（有碍于人类健康）的方法：把铁放在含卤代烷的废水中，经一段时间后卤代烷“消失”。例如废水中的一氯乙烷经14.9d后就检不出来了。目前认为反应中卤代烷（RCH2X）是氧化剂。写出反应式并说明（按原子）得失电子的关系。2．电解NaCl—KCl—AlCl3熔体制铝比电解Al2O3—Na3AlF6制铝节省电能约30%。为什么现仍用后一种方法制铝？3．NH4NO3热分解及和燃料油[以(CH2)n表示]反应的方程式及反应热分别为：NH4NO3＝N2O＋2H2O＋0.53kJ/gNH4NO3…………（1）NH4NO3＝N2＋1/2O2＋2H2O＋1.47kJ/gNH4NO3…………（2）3nNH4NO3＋(CH2)n＝3nN2＋7nH2O＋nCO2＋4.29nkJ/gNH4NO3……（3）试问：由以上三个热化学方程式可得出哪些新的热化学方程式?4．参照水溶液化学反应的知识回答下面的问题：在液态BrF3中用KBrF4滴定Br2PbF10，过程中出现电导最低点。写出有关反应式。第八题（11分）乙酸在磷酸铝的催化作用下生成一种重要的基本有机试剂A。核磁共振谱表明A分子中的氢原子没有差别；红外光谱表明A分子里存在羰基，而且，A分子里的所有原子在一个平面上。A很容易与水反应重新变成乙酸。回答如下问题：1．写出A的结构式。2．写出A与水的反应方程式。3．写出A与氢氧化钠的反应方程式。4．写出A与氨的反应方程式，有机产物要用结构式表示。5．写成A与乙醇的反应方程式，有机产物要用结构式表示。第九题（10分）1．完成反应式？？？？2．测结构，式中（＋）表示反应，（－）表示不反应求（A）→（G）各化合物的可能结构第十题（10分）由乙炔合成乙酸正丁酯答案第一题（10分）1．CuH（4分）2．4CuSO4＋3H3PO2＋6H2O＝4CuH＋3H3PO4＋4H2SO4（2分）3．2CuH＋3Cl2＝2CuCl2＋2HCl（2分）4．CuH＋HCl＝CuCl＋H2（2分）第二题（13分）1．9.5×22.4＝208.3g/mol（1分）PCl5相对分子质量31.0＋35.5×5＝208.5（1分）蒸气组成为PCl5（结构式如右图所示）（1分）呈三角双锥体。三角双锥分子无极性，有两种键长。（2分）（注：若答成四方锥体不给分，因它有极性，与题面给的信息不符）2．PCl5＝PCl3＋Cl2氯分子Cl－Cl三氯化磷分子（结构式如右图所示）（本小题共3分）（压力为计算值的两倍表明1molPCl5完全分解成1molPCl3和1molCl2，共2mol。气体由等摩PCl3和Cl2组成。）3．PCl5＝PCl4+＋PCl6－PClClClCl+ClPClClClClCl-（本小题共3分）（注：含PCl4+和PCl6—两种离子，前者为四面体，后者为八面体，因此前者只有一种键长，后者也只有一种键长，加起来有两种键长。）4．PBr5＝PBr4+＋Br－PBr4+结构同PCl4+（本小题共2分）（其他答案只要正确也可得分，但适当扣分。）第三题（19分）【解1】2CuFeS2＋O2＝Cu2S＋2FeS＋SO2（1分）（写S、SO3不写SO2不得分）FeS＋O2＝FeO＋SO2（1分）（写S、SO3不写SO2不得分）FeO＋SiO2＝FeSiO3（1分）（写其他产物不得分）2Cu2S＋3O2＝2Cu2O＋2SO2（1分）（写S、SO3不写SO2不得分）Cu2S＋2Cu2O＝6Cu＋SO2（1分）（写S、SO3不写SO2不得分）不配平不得分。2．2CuFeS2＋2SiO2＋5O2＝2Cu＋2FeSiO3＋4SO2（2分）【解2】2CuFeS2＋2SiO2＋5O2＝2Cu＋2FeSiO3＋4SO2（2分）【解3】4CuFeS2＋2H2SO4＋17O2＝4CuSO4＋2Fe2(SO4)3＋2H2O（4分）（注：不写硫酸铁而写硫酸亚铁给一半分）【解4】（1）4CuFeS2＋17O2＝4CuSO4＋2Fe2O3＋8SO2（4分）（2）控制加入CuFeS2的速度，因CuFeS2与O2反应放热。（2分）（3）CuSO4＝CuO＋SO3（2分）（答SO2＋1/2O2不扣分）（注：（1）的反应产物不写氧化铁写氧化亚铁或四氧化三铁也可以给一半分。虽然实际反应产物是氧化铁,但对中学生，做出正确判断根据可能不足。）第四题（10分）0～50℃MnC2O4·2H2O稳定区域（1分）50～100℃MnC2O4·2H2O＝MnC2O4+2H2O（2分）179143143/179＝0.80（1分）100～214℃MnC2O4稳定区域（1分）214～280℃MnC2O4＝MnO＋CO＋CO2（2分）1437171/179＝0.40（1分）280～943℃3MnO＋1/2O2＝Mn3O476.3/179＝0.43（2分）第五题（10分）1．（2分）（注：只要四个硝基在相间的位置上都是正确的，其他答案不给分。）2．C8H4(NO2)4＝2H2O＋6CO＋2C＋2N2（2分）（注：爆炸反应是分解反应，加氧不合理。写其他产物不合理。）3．用XYZQP……代表氨基酸，可以作如下计算只有一种氨基酸的AX4…………19种（1分）AX3Y…………19×18＝342（1分）AX2Y2…………19×18÷2＝171（1分）AX2YZ…………19×18×17÷2＝2907（1分）AXYZQ…………19×18×17×16÷(4×3×2×1)＝3876（1分）总计19＋342＋171＋2907＋7752＝11191种（注：本小题总共5分，给总数也满分）4．AXYZQ有光学异构体，共3876对（1分）（注：只要得出总数就给分）第六题（12分）1．ONO2－（1分）NO＋O2－＝ONO2－（1分）ONOO（不要求构型）（2分）2．O2NOCO2－或ONO2CO2－（把O合在一起写也算正确答案）（1分）ONOOCOONOOCOOO（2分）（不要求构型，但只写一种可能的得一半分）3．NO2–＋Cu+＋2H+＝NO＋Cu2+＋H2O（写2OH—也得分）（2分）4．3NO＝N2O＋NO2（歧化反应）（2分）发生2NO2＝N2O4的聚合反应，因此最后压力仅略低于2/3。（1分）第七题（15分）【解1】Fe＋RCH2X＋H+＝Fe2+＋RH3＋X—（2分）反应中1molFe失2mol电子，C得2mol电子。（1分）【解2】主要是生产物无水AlCl3困难。制无水AlCl3的方法（反应式）（1）2Al＋3Cl2＝2AlCl3（2）Al2O3＋3C＋3Cl2＝2