2020年第20届全国高中生化学知识竞赛决赛试卷及答案

2020年第20届全国高中生化学知识竞赛决赛试

卷及答案

2020年11月17日

● 本竞赛试题共8题，总分120分，竞赛时间4小时。迟到超过30分钟者不得进入考场，考试开始后1小时内不得离开考场。解答完毕，将试卷和答卷及草稿纸折好，背面朝上放于桌面，撤离考场。 ● 试卷和答卷已分别装订成册，不得拆散，所有解答必须写在答卷的指定位置，写于其他 位置无效．

● 选手营号写在答卷每页左边指定位置，不得写所属地区，学校名称和姓名，否则按废卷 论。

● 使用黑色墨水钢笔或圆珠笔答题，不得使用铅笔(包括作图)。使用提供的草稿纸．不得携带任何其他纸张进入考场。

● 允许使用非编程计算器及直尺，橡皮、涂改液等文具，不得将文具盒以及手机、小灵通、BP机等通讯工具带入考场，一经发现将严肃处理。

原予量： H 1.008 B 10.81 C 2.01 N 14.01 O 16.00

第1题 (14分)

钛及其合金具有密度小、强度高、耐腐蚀等优良性能，被广泛用于航天、航空、航海、石油、化工、医药等部门。我国四川省有大型钒钛磁铁矿。从由钒钛磁铁矿经“选矿”得到的钛铁矿提取金属钛(海绵钛)的主要工艺过程如下：

碳钛铁矿还原熔炼生铁高钛渣焦炭 氯气镁氯化、精制TiCl4还原海面钛

l-1 钛铁矿的主要成分为FeTiO3。控制电炉熔炼温度(<1500K)，用碳还原出铁，而钛则进入炉渣浮于熔融铁之上，使钛与铁分离，钛被富集。已知：

FeTiO3+CFeTiO3FeTiO3=TiO+Fe+CO+4C=TiC+Fe+3CO+3C=Ti+Fe+3CO2①②③rGmrGmrGmJ.mol=190900-161T-1J.mol=750000-500T-1J.mol=913800-519T-1

通过计算判断在电炉熔炼中主要发生以上哪个反应? (3分)

1-2 写出在1073—1273K下氯化反应的化学方程式。 (1分)

1-3 氯化得到的TiCl4中含有的VOCl3必须用高效精馏的方法除去，为什么? 实际生产中常在409 K下用Cu还原VOCl3，反应物的摩尔比

为1：l，生成氯化亚铜和难溶于TiCl4的还原物，写出还原反应方程式。 (2分)

1-4 精制后的TiCl4用金属镁还原可得海绵钛，写出化学反应方程式。 (1分)

1-5 菱镁矿(主要成分为MgCO3)煅烧分解后与焦炭混合在氯化器中加热到1373 K，通入氯气生成MgCl2。在1023 K电解熔融MgCl2得到金属镁。

(1)写出用菱镁矿煅烧及氯化制取MgCl2的化学反应方程式。 (2分)

(2)写出电解熔融MgCl2的电极反应式和电解反应式。 (2分)

?

(3)已知1023K MgCl2(l) 的标准摩尔生成焓ΔfHm为–?596.32kJ?mol?1 ,MgCl2(l) 、Mg(l)、Cl2(g)的标准摩尔熵Sm分别为

231.02、77.30、268.20 kJ?mol?1。计算MgCl2的理论分解电压。(3分) 第2题(14分)

自然界中许多金属和非金属形成的矿物微粒的粒度介于纳米-微米之间，并呈现出不同的晶体形貌和特殊的物理化学性能，我国已发现多个储量丰富的大型天然纳米非金属矿床。

2-1 膨润土是一种天然纳米矿物材料，主要成分为蒙脱石。蒙脱石是层状结构的硅酸盐矿物，在一定地质条件下可形成厚度为纳米尺寸的层状晶体。不考虑层间水和阳离子置换时，化学式为A12Si4O10(OH)2。将下面蒙脱石晶体结构图中与中心Al原子配位的O原子和OH原子团用短线连接起来(Al的配位多面体共边)，指出配位多面体的空间构型。(4分)

2-2 非金属纳米矿物开采出来后，需经选矿、化学提纯才能应用。 （1）当矿物中含有CuS、ZnS杂质时，将适量浓硫酸拌入矿粉，加热，充分搅拌，待反应完全后用水稀释、过滤、清洗，可将这些杂质分离除去。从环保和经济的角度，应尽量减少硫酸的用量，写出化学反应方程式。加水稀释的目的是什么？ (2.5分)

（2）当矿物中含有As2S3、SnS2杂质时，加入硫化钠和少量氢氧化钠的混合溶液，加热搅拌，待反应完全后经过滤、消洗，可将杂质

分离除去，写出主要化学反应方程式。为什么需加氢氧化钠溶液? (2.5分)

2-3 若膨润土中含Fe2O3时，白度就会受到影响，须进行漂白处理：在硫酸介质中用连二亚硫酸钠作漂白剂进行漂白；加水漂洗后加入氨基三乙酸钠(Na3A)，结合残留的亚铁离子，以维持产品的白度。 (1) (2分)

(2) 写出氨基三乙酸钠与亚铁离子结合生成的2：1型单核配合物的

化

学

式

及

阴

离

子

的

结

构

式

写出漂白过程的离子反应方程式。

。

(3分)

第3题(10分)

无机高分子絮凝刑具有效能高、价格低廉的优点，广泛用于给水排水、工业废水及城市污水处理。

3-1 大多数金属离子都能生成多核水解产物。铁盐溶于水后生成水合铁(Ⅲ)离子，当溶液pH升高时发生水解，首先生成黄色的水解产物[FeOH(H2O5)]2+，写出水解反应方程式。 (1分)

3-2 水解时发生聚合，写出[FeOH(H2O5)]2+聚合为二聚体(用结构式表示)的化学反应方程式。写出当溶液碱化度（[OH]/ [Fe]）为2.0时形成的链状多聚物的结构式。 (3分)

3-3 聚合氯化铝(PAC)通式为［(Al2(OH)nCl6-n］m，是无机高分子絮凝剂，它可用软铝矿(主

要成分A12O3·H2O)为原料通过酸溶法制备。其主要制备过程是：将经过焙烧的矿粉移入反应釜，加入适量盐酸溶解；用碱调高pH，得到［Al(OH)2(H2O)4］Cl；分成两份，将其中一份用

氨水中和得到凝胶；将此凝胶溶于另一份溶液，pH调高至4，充分反

应，即可制得PAC。写出制备过程的化学反应方程式。 (4分)

3-4 聚合氯化铝(PAC)中存在一种三聚体，由二个铝氧八面体构成，其中三个八面体共用的顶点数为1，每两个八面体共用的顶点数为2。

不标原子，用短线为八面体的棱，画出这种三聚体的空间构型图。 (2分)

第4题(22分)

硼氢化钠是一种重要的还原剂，可用于纸张漂白、醛酮的还原及含汞污水的处理等等。近年来，科学家十分关注硼氢化钠用作储氢介质