智浪教育—普惠英才文库 1 中国化学会第23届全国高中学生化学竞赛（新疆赛区）试卷 及答案和评分标准 2009年10月25日 题号 1 2 3 7 4 7 5 10 6 8 7 8 8 11 9 10 10 14 总分 100 满分 12 13
评分通则：1.凡要求计算的，没有计算过程，即使结果正确也不得分。 2有效数字错误，扣0.5分，但每大题只扣1次。
3单位不写或表达错误，扣0.5分，但每大题只扣1次。
4只要求1个答案、而给出多个答案，其中有错误的，不得分。 5方程式不配平不得分。
6不包括在此标准答案的0.5分的题，可由评分组讨论决定是否给分。
第1题（12分）许多小溪流经煤矿和金属矿。由于含硫矿床暴露在空气中或暴露在含氧的水中，使这些小溪变成酸性，溪水中含有溶解的铁和硫酸盐。最常见的含硫铁矿是黄铁矿（FeS2），其中铁的氧化态是+2。富含铁的溪水流入大面积的池塘中后，溶于水的铁以[FeO(OH)]的形式沉淀出来，覆盖于池塘底部，而水仍然保持酸性。 1-1 画出S22 的路易斯结构式，标出全部价电子。
2-2—
SS 或 SS 无电荷只得1分 （2分） 1-2 写出黄铁矿在小溪中被空气氧化生成硫酸亚铁的离子方程式。
2FeS2 + 2H2O + 7O2 ＝ 2Fe2+ + 4 SO42? + 4H+ （2分） 1-3 写出Fe 2+ 离子被空气氧化生成FeO(OH)沉淀的离子方程式。
2Fe2+ + 1/2 O2 + 3H2O ＝ 2 FeO(OH)↓+ 4H+ （2分） 1-4 假设黄铁矿全部转化为FeO(OH) ，计算：需要多少摩尔FeS2发生如上转化反应才能使1.0 L纯水的pH降到3.0？（提示：此条件下可认为HSO4? 完全电离。）
使1.0 L纯水的pH降到3.0，含H+ 1.0×10?3 mol。从配平的FeS2 氧化的总反应式 2FeS2 + 7.5O2 + 5H2O ＝ 2FeO(OH)↓+ 4SO42? + 8H+ 可见，生成1 mol H+ 需0.25 mol FeS2，故生成1.0×10?3 mol H+ 需2.5×10?4 mol FeS2。 （3分） 1-5 含Fe2+ 离子0.00835 mol/L的溪水以20.0 L/min的流速流入一个很大的池塘后75%的Fe2+离子被氧化为Fe(III)。因池水pH > 7，Fe (III) 完全沉淀，最后转化为Fe2O3。计算一年可生成多少克Fe2O3。
每分钟流入的Fe2+为 0.00835 mol/L ×20.0 L/min = 0.167 mol/min 一年中流入池塘的Fe的总量 n(Fe) = 0.167 mol/min×365×24×60 min = 8.8×104 mol
智浪教育—普惠英才文库 2 沉淀出的Fe2O3的质量m(Fe2O3) = 1/2 M(Fe2O3)×n(Fe)×75% = 1/2×159.7 g/mol ×8.8×104 mol ×0.75 = 5.5×106 g （3分） 第2题（13分）碳酸钙是自然界中分布最广的一种碳酸盐，碳酸钙难溶于水，但能溶于CO2的水溶液中。碳酸钙矿床的地下水流出地面后，由于压强减小而放出CO2，年深日久可形成石笋或钟乳石。25oC时，大气中的CO2分压约为pCO2＝3×10?4 atm。已知：
CO2(g)＋H2O＝H2CO3 K0＝[H2CO3]/pCO2＝10?1.47
＋
H2CO3H＋HCO3? Ka1＝4.5×10?7 pK a1＝6.4
－＋
HCO3 H＋ CO32? K a2＝4.7×10?11 pK a2＝10.3
＋
CaCO3（s）Ca2＋CO32? Ksp＝10?8.3 2-1 写出石灰岩地区形成钟乳石的化学方程式。
CaCO3＋CO2＋H2O＝Ca(HCO3)2；Ca(HCO3)2＝CaCO3↓＋CO2↑＋H2O（各2分，共4分） 2-2试计算雨水的pH及CO32?浓度。
因为Ka1Ka2，所以可忽略HCO3?的电离。所以 [H] ＝ [HCO3?] 所以[H+] ＝ [CO32－]＝ ＝ 2.0×10?6，所以pH＝5.70 （2分） ＝ 5.0×10?11 （2分） ＋2-3石灰岩地区的地下水流入河水，设河水pH ＝ 7，在25℃、pCO2 ＝10?3.54 atm下，当达到平衡时，Ca2+ 浓度是多少?
[H2CO3] ＝ P·K0 ＝ 3×10?4×10?1.47 ＝ 1.02×10?5 [CO32?]＝＋ ＝ 2.03×10?8 （2分） 所以[Ca2]＝Ksp/[CO32?] ＝ 0.25 mol/L （1分） 2-4 已知NaHCO3在水中的溶解度比Na2CO3小，如何从晶体结构的角度加以解释？ NaHCO3晶体因相邻的HCO3? 间存在氢键，与水的作用比CO32?弱，所以NaHCO3在水中的溶解度比Na2CO3 的溶解度小。 （2分） 另外，CO32??的水合能大，在水中还会发生水解使碳酸钠溶解度增大，但不属于晶体结构角度，不计分。
第3题（7分）某工厂生产中产生含Cr2O72??酸性工业废水。Cr是严重的致癌物质，绝不允许随意排放。一种治理含Cr2O72??酸性工业废水的方法是向废水中加入适当的NaCl，用Fe作电极进行电解，Cr2O72??被还原为Cr3+然后生成Cr(OH)3沉淀除去，废水则可以达到排放标准。请回答下列问题：
3-1电解时发生的主要电极反应为：
阳极反应： 阴极反应： 阳极：Fe → Fe2+ + 2e? (1分) ； 阴极：2H+ + 2e??→ H2↑ (1分) （阳极还可能放出氧气，阴极还可能发生铬(VI)还原，不是主要反应； 只写铬在阴极被还原可得0.5分）。 3-2 写出Cr2O72??被?Fe2+ 离子还原，生成Cr(OH)3的离子方程式。
智浪教育—普惠英才文库 3 Cr2O72??+ 6Fe2+ + 17H2O = 2Cr(OH)3 + 6Fe(OH)3+10H+ 写出Fe(OH)3即可得1分。 (3分)
3-3 电解过程中沉淀是怎样产生的？ 电解过程中阴极附近由于H+在电极上被还原，H2O不断电离产生大量OH?，OH?与Fe3+、 Cr3+ 生成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀。 （2分） 第4题（7分）很长一段历史时期，人们认为溴不会呈现+7价。1968年有位化学家用新发现的XeF2和HBrO3反应，首先制出BrO4? 离子，随后在1971年用XeF2和KOH、KBrO3的水溶液反应，得到了很纯的KBrO4晶体。
4-1 已知XeF2跟水反应放出氙气和氧气，氟以化合态存在于溶液中，试写出化学方程式 ，氧化剂是 ，被氧化的元素 是 。 2XeF2+2H2O=2Xe↑+O2↑+4HF （2分） XeF2 （1分） O （1分） 4-2 写出XeF2和含KOH、KBrO3的水溶液反应得到KBrO4晶体的化学方程式 XeF2 + 2KOH + KBrO3 = Xe↑ + KBrO4 + 2KF + H2O （2分） 4-3根据本题题面给出的信息，指出BrO4 的稳定性和溶液的pH值的关系。
水溶液pH值越高，BrO4? 离子在水溶液中越稳定。 （1分） 第5题（10分）合成氨反应在工业生产中的大量运用，满足了人口的急剧增长对粮食的需求，也为有机合成提供了足够的原料——氨。合成氨是一个可逆反应：N2(g)+3H2(g) ? 2NH3(g)。在298K时：Kp = 6.6?105 Pa?2。
5-1 从平衡常数来看，反应的限度已经很大了，为什么还需要使用催化剂？ 加快反应速率，提高生产效率（单位时间的产率）。 (2分) 5-2 试分析实际工业生产中采取700K左右的温度的原因是什么？ 温度高不利于放热反应向正向移动，但提高了反应速率，另外选择的催化剂在700K左右活性最好（此要点不计分），兼顾反应的限度和化学反应速率，根据目前工业生产实际，选择700Ｋ左右最理想。 (2分) 5-3 若将生成的氨气0.1 mol溶于水配成1 L溶液，则该溶液的pH= ［已知：298K，Kb(NH3?H2O) = 1.7?10?5］。 [H+] = (Kc)1/2 , pH = ?lg[H+] = 11.2 (4分) 5-4 若在上述溶液中逐滴加入稀硫酸，使其恰好完全反应，溶液的pH 7 (填“=、< 或>”)，在所得溶液中加入少量硫酸铵固体，水解反应向 （填“正”或“逆”）方向移动。
< (1分) ； 正 (1分)
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第6题（8分）今年是新中国成立60周年，建国以来人们的生活水平得到了很大提高。尤其是近一二十年来更是如此。手机、笔记本电脑、数码相机甚至轿车等都已进入寻常百姓家。但是这些设备所使用的电池仍然不能完全满足人们的需要。对此，我国某大学最近研发出一 种新型锂离子电池，该电池处于国内领先地位。以下是某种锂离子电池的反应：
C6Li + Li1-xMO2 ? C6Li1-x + LiMO2
(C6Li表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料，LiMO2表示含锂的过渡金属氧化物) 6-1 锂离子电池放电时的负极反应为：C6Li ? xe- = C6Li1-x + xLi+, 则正极反应为： Li1-xMO2 + xLi+ + xe?? = LiMO2 (2分)
6-2 电池放电时若转移1mol e?, 负极材料减轻了多少克? 7 g (2分) 6-3 LiMO2中的金属Ｍ可为Co、Mn和Ni等。以LiNiO2为例，层状结构的LiNiO2中Li+和Ni3+ 均处于氧离子组成的正八面体体心位置，但处于不同层中。 6-3-1 将化学计量的NiO和LiOH在空气中加热到770oC可得到LiNiO2，试写出反应方程式。
4NiO + 4LiOH + O2 = 4 LiNiO2 + 2H2O (2分) 6-3-2锂离子完全脱嵌时LiNiO2的层状结构变得不稳定，用铝取代部分镍离子形成LiNi1-yAlyO2,可防止锂离子完全脱嵌而起到稳定结构的作用，为什么？
因为Ni的氧化数有+2、+3和+4，而Al只有+3氧化态，如果Ni都被氧化到+4氧化态，那么锂离子可以完全脱嵌，形成NiO2,但有y个Al3+存在，必有y个Li+形成y个LiAlO2，所以用铝离子取代部分镍离子形成LiNi1-yAlyO2,完全可以防止锂离子完全脱嵌而起到稳定LiNiO2结构的作用。 （2分）
第7题（8分） SiC 是原子晶体，其结构类似金刚石，可看作金刚石中半数碳被硅替代，仅有C-Si键而无C-C键也无Si-Si键的三维网状结构。下图示出了以Si原子为中心的两个同心立方体（两立方体的棱互相平行）。
7-1 设上图的小立方体4个顶点是距体心Si原子最近的C原子，而处于大立方体上的Si原子则是距小立方体上的C原子最近的Si原子。以上图为基础试画出处于大立方体上的所有Si原子（用●表示）。
智浪教育—普惠英才文库 5 （4分）
7-2 大立方体和小立方体的边长之比为： 。
2:1 （4分）
第8题（ 11分 ）某烃A(C4H8)，在较低温度下与氯气作用生成B(C4H8Cl2)；在较高的温度下作用则生成C(C4H7Cl)。C与NaOH水溶液作用生成D(C4H7OH)，但与NaOH醇溶液作用却生成E(C4H6)。E与顺丁烯二酸酐反应可生成F(C8H8O3)。试写出A～F物质的结构简式以及各反应的反应式。
A～F物质的结构简式： A :CH3CH2CH=CH2D:CH3CHCH=CH2OHE:CH2=CH-CH=CH2OB:CH3CH2CHClCHClC:CH3CHClCH=CH2OF:O （每个结构式1分，共6分）
反应式：
CH3CH2CH=CH2+Cl2 高温 CH3CH2CH=CH2+Cl2CH3CH2CHClCHClCH3CHClCH=CH2CH3CHCH=CH2??CH2=CH-CH=CH2OO
水溶液
CH3CHClCH=CH2+NaOH
CH3CHClCH=CH2+NaOH O
醇溶液 加热
CH2=CH-CH=CH2+O O O （每个反应式1分，共5分）
第9题（ 10分 ）某学生以苯为起始原料按下面的路线合成化合物A(C9H10)：
中国化学会第23届全国高中学生化学竞赛(新疆赛区)试卷
