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2016年中国化学奥林匹克竞赛浙江省预赛试题及参考答案


2016 年中国化学奥林匹克竞赛浙江省预赛试题
一、选择题(本题包括 10 小题,每小题 4 分,共 40 分。每小题只有一个选项 符合题意)
1.中国药学家屠呦呦因发现青蒿素及其抗疟疗效,荣获 2015 年诺贝尔生理学或医学奖, 成为在我国本土首位获得科学类诺贝尔奖的女科学家。青蒿素结构式如下图所示,下列有 关青蒿素研究的说法不正确的是

>A.提取过程中为防止破坏青蒿素结构,应避免高温,故采用低沸点溶剂乙醚进行萃取 B.青蒿素是脂溶性的,既可看作是醚类也可看作是酯类,既有氧化性又有还原性 C.可使用红外光谱仪测出分子中可能的官能团,也可通过核磁共振技术检测分子中 C、 H 原子所处的化学环境 D.可使用质谱仪测出这个分子的相对分子质量,也可用紫外光谱确定这个分子的环状结 构 2.2004 年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈· 盖姆和康斯坦丁· 诺沃肖 洛夫,成功从石墨中分离出石墨烯,两人因此共同获得 2010 年诺贝尔物 理学奖。石墨烯被称为“黑金”,是“新材料之王”,科学家甚至预言石墨烯 将“彻底改变 21 世纪”,极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术产业 革命。石墨烯结构如右图所示,下列说法不正确的是 A.石墨烯是碳原子以 sp2 杂化构成的六边形蜂巢形结构、只有一层原子厚度的二维晶体, 碳原子排列与石墨的单原子层相同,是平面多环芳烃,而碳纳米管就是石墨烯卷成了 筒状 B.石墨烯中如果有五边形和七边形存在,则会构成缺陷。含 12 个正五边形的石墨烯则 转化形成了富勒烯 C60,它是足球分子 C.石墨烯中碳碳键的键能大于金刚石中碳碳键的键能,是目前世界上最薄也是最强韧的 纳米材料 D.石墨烯是导电性最好的新型纳米材料,在微电子领域有巨大的应用潜力,有可能成为 硅的替代品,用来生产未来的超级计算机 3.好莱坞影片《终结者》中始终不会被击败的液态金属机器人,在 被散弹枪和手榴弹击中后, 既能像液体一样重新聚集在一起, 恢复之 前的结构,又能改变外形,呈现出各种造型。2015 年 3 月 26 日清华 大学宣布, 该校刘静教授等人联合中国科学院理化技术研究所研发出 世 界 首 个 自 主 运 动 的 可 变 液 态 金 属 机 器 ( Advanced Materials,2014,26(34) 6:025) 。 研究揭示, 置于电解液中的镓基液态合 金可通过“摄入”铝作为食物或燃料提供能量,实现高速、高效长时运 转, 这种柔性机器既可在自由空间运动, 又能于各种结构槽道中蜿蜒 前行,因此作者们将其命名为“液态金属软体动物”。下列关于此研究 的说法正确的是 A.人们最熟悉的液态金属是水银,因其价格太贵而限制了实际应用 B.液态金属中存在的粒子有金属阳离子和自由电子等,它们之间通过静电引力形成金属 键 C.铝在液态金属中燃烧放出热量从而提供能量,使液态金属实现高速、高效的长时运转 D.液态金属机器“吞食”铝片后,在电解质里形成原电池反应,会产生电力和气泡,从而 产生动力

1

4.下列说法正确的是 A.称取 10.1gNaOH 时,将 10g 的砝码放在右盘,并将游码移到 0.1g 的位置 B.用试纸检验气体时,必须将湿润的试纸沾在玻璃棒上伸向气体 C.用剩的药品能否放回原瓶,应视具体情况而定 D.将铂丝放在稀硫酸中洗涤并灼烧后,再蘸取待检物进行焰色反应 5.下列离子方程式书写正确的是 - - A.足量 CO2 通入饱和 Na2CO3 溶液中:CO2+CO32 +H2O=2HCO3 - - B.向饱和的 Ca(HCO3)2 溶液中加入足量的 NaOH:Ca2++HCO3 +OH =CaCO3+H2O - - 2+ C.新制氯水中滴加澄清石灰水,黄绿色褪去:Cl2+Ca(OH)2=Ca +Cl +ClO +H2O - - D.含 0.1molFeI2 的溶液中滴加含 0.125molCl2 的氯水:2Fe2++8I +5Cl2=2Fe3++4I2+10Cl 6.下列有关分子结构的说法正确的是 A.根据等电子原理,O3 和 SO2 均具有 V 型结构,属极性分子,其中心原子均为 sp3 杂化 B.C 与 O 的电负性差比 N 与 O 的电负性差大,故 CO 分子的极性比 NO 分子强 C.H2O 的沸点比 HF 高,但 F—H…F 氢键键能比 O—H…O 的氢键键能大 D.AlCl3 在气态或非极性溶剂中均是通过氯桥键二聚成 Al2Cl6,分子空间构型为四面体, 分子中 8 个 Al—Cl 键键长和键能均相同 - - 7.已知 HClO 的 Ka=2.98× 10 8,CH3COOH 的 Ka=1.75× 10 5,下列有关说法正确的是 - A.在 pH=2 的醋酸溶液中加入少量 0.01mol· L 1 的稀盐酸,溶液的 pH 会变小 B.等浓度等体积的 CH3COONa 和 NaClO 溶液,前者所含离子总数比后者大 - - C.100mLpH=2 的新制氯水中:n(OH )+ n(ClO )+ n(HClO)=0.001mol D.将 Cl2 通入 NaOH 溶液中,若溶液呈中性,则溶液中存在 6 种微粒 8.对于已达平衡的可逆反应:A(g) 2B(?)+C(g),△ H>0,假设 A、C 状态始终保 持不变,下列说法正确的是 A.当混合气体的质量不变,说明反应已达到平衡状态 B.缩小容器体积,重新达到平衡时,气体混合物中 C%可能增大 C.在恒压容器中升高温度,气体混合物中 C%可能先增大后减小 D.在恒容容器中升高温度,达到新平衡时,气体的密度增大 9.全 trans—维生素 A(VA)的醋酸酯结构如右下图,下列说法正确的是 A.该化合物的化学式为 C22H34O2,有 6 个不饱和度 B.该化合物可以发生加成反应、取代反应、消除反 应和缩聚反应 C.萜类化合物是可以切成数个形如 的五碳 单位的有机化合物,有 2 个单位称单萜,3 个单位叫倍半萜,则 VA 属于二萜 D.该化合物与 HBr 反应,可能有 9 种生成物 10.已知位于第四周期的 A、B 两种元素,其原子的 M 层电子数不同,且 A 原子的 N 层电 子数比 B 原子的 N 层电子数少 1 个。下列说法正确的是 A.B 原子的 M 层电子一定比 A 原子的 M 层电子多 B.B 原子的外围电子数一定比 A 原子的外围电子数多 C.A、B 元素一定是一种是副族元素,另一种是主族元素 D.A、B 元素可能都是主族元素,也可能都是副族元素

二、选择题(本题包括 8 小题,没小题 4 分,共 32 分。每小题可能有 1 或 2 个 选项符合题意,若 2 个选项正确,只选 1 个正确给 2 分,多选、错选都给 0 分)
11.下列选择或操作均正确的是

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A.装置Ⅰ适合用于吸收氨气 B.装置Ⅱ适合用于分离乙酸乙酯和碳酸钠饱和溶液 C.装置Ⅲ适合用于高温煅烧石灰石 D.装置Ⅳ适合用于分馏乙醇和乙酸 12.2015 年 4 月,由中美科学家共同完成的“快速放电 铝离子电池”,具有高效耐用、可超快速充电、可燃性 低、成本低等特点。该电池以金属铝作为负极,三维结 - 构的泡沫石墨材料为正极,AlCl4 可在其中嵌入或脱嵌, - - + 由有机阳离子(EMI 不参与反应) 、Al2Cl7 和 AlCl4 组成的离子液体做电解质溶液, 该电池放电时的原理如 右图所示,下列说法不正确的是 - A.放电时,负极的电极反应式:Al+7AlCl4 - - ―3e = 4Al2Cl7 - B.充电过程中,AlCl4 脱嵌并从阴极向阳极迁移 - C.充电过程中阳极的电极反应式为:Cn+ AlCl4 - ―e = Cn[AlCl4],Cn[AlCl4]中 C 的化合价没有变化 D.该离子液体也可用于钢制品上电镀铝,但阴极材料要换成镀件 - - 13.已知 25℃时,Ksp[Mg(OH)2]=5.61× 10 12,Ksp[Al(OH)3]= 1.3× 10 33, - -13 + Al(OH)3+H2OAl(OH)4 +H ,Ka=6.31× 10 。某溶液中可能含有 H+、 - - Na+、Mg2+、Al3+、Cl 、HCO3 等离子。向该溶液中加入 一定物质的量浓度的 NaOH 溶液时,发现生成沉淀的物质 的量随 NaOH 溶液的体积变化如图所示。下列有关说法正 确的是 A.各点的化学成分:b 点沉淀-Al(OH)3;d 点沉淀Al(OH)3 和 Mg(OH)2;e 点溶质-NaCl 和 NaAl(OH)4 - B.各段只发生如下反应:ab 段 Al3++3OH = Al(OH)3↓; - - 2+ cd 段 Mg +2OH = Mg(OH)2↓;de 段 Al(OH)3+OH - = Al(OH)4 C.依题意,用 NaOH 不能完全分离 Al3+和 Mg2+ D.bc 段 Al(OH)3 部分溶解 14. 某钙钛矿型氧化物的晶体如右图所示, 其中 A 为镧系金属离 子,B 为过渡金属离子,O 为氧离子。下列说法不正确的是 A.A 和 O 联合组成面心立方最密堆积 B.B 离子占据八面体空隙,占据率 25% C.A 离子的配位数为 12 D.O2-离子的分数坐标: (1/2,0,,0) , (0,1/2,0) , (0,0,1/2) 15.图(Ⅰ)和图(Ⅱ)分别为二元酸 H2A 和乙二胺(H2NCH2CH2NH2)溶液中各组分的 百分含量 δ 随溶液 pH 的变化曲线(25℃) 。

3

下列说法正确的是 A.[H3NCH2CH2NH3]A 溶液显碱性 - B.乙二胺(H2NCH2CH2NH2)的 Kb2=10 7.15 C.[H3NCH2CH2NH2][HA]溶液中各离子浓度大小关系为: - - - c([H3NCH2CH2NH2]+>c(HA )>c(H2NCH2CH2NH2)>c(A2 )>c(OH )>c(H+) D.向[H3NCH2CH2NH2][HA]溶液中通入一定量的 HCl 气体,则 c(H2NCH2CH2NH2)·c(H2A) - c([H2NCH2CH2NH3]+)·c(HA ) 可能增大,也可能减小

16.环戊二烯阴离子极其稳定,有研究者将二苯甲酮与其反应,再用质子溶剂处理得到了 一深红色物质 X。 质谱分析表明 X 的相对分子质量为 230, 红外光谱表明这个分子没有 C—O 键或 H—O 键的吸收,下列说法正确的是 A.经 1H NMR 分析得知环戊二烯阴离子有两种不同化学环境的 H B.环戊二烯阴离子有较强碱性,用水淬灭的产物易二聚 C.X 的深红色是因为有大的离域体系,发生 p-p 跃迁 D.环戊二烯阴离子稳定是因为它有芳香性 17.X 和 Y 在周期表中相邻,CaCO3 与其单质之间,可发生如下变化: A CaCO3 X 高温 B Y2 E 水解 F 水解 尿素 水解 C X C + D

其中 A 是一种气态氧化物;D 是一种可燃性气体,其在标准状况下的密度为 1.16g· L-1; E 中的阴离子与 CO2 互为等电子体。下列说法错误的是 A.第一电离能:X<Y B.B、E 均属盐类,C 属于碱类,而 D 属于有机物 C.A~F 各物质中除 C 外,均含有 X 元素 D.F 的结构为:HX=Y=XH 18.某 1L 待测溶液中除含有 0.2 mol· L-1 的 Na+外,还可能含有下列离子中的一种或多种:

现进行如下实验操作(每次实验所加试剂均过量)

下列说法错误的是

4

A.向溶液 B 中加 AgNO3 与 HNO3 的操作是多余的,待测液中一定含有的离子是 K+、 NH4+、CO32-、HCO3-,且 c(K+)≥0.1mol·L-1 B.生成白色沉淀 B 的离子方程式为:Ba2++HCO3-+OH-=BaCO3↓+H2O C.若无色气体 D 是单一气体,则原溶液中 c(SO42-)=0.05 mol· L-1 D.若无色气体 D 是混合气体,则沉淀 A 的成分是 BaCO3、BaSO3、BaSO4

三、本题包括 2 小题,共 23 分
19. (14 分)卤化磷是有机化学中常用的卤化剂。工业制备 PCl5 的方法是将 Cl2 通入 PCl3 的 CCl4 中制得,固态 PCl5 是一种离子化合物,阳离子 A 为四面体构型,阴离子 B 为八面 体构型。 (1)写出固态 PCl5 中阴离子的化学式,阳离子中心原子的杂化方式为。 (2)在 CCl4 中,PCl5 主要以形式存在,推断依据是。 而在硝基苯中,则存在下列两个平衡: (未配平) PCl5A+B ① PCl5A+Cl② 当 PCl5 浓度较大时,以平衡为主(填①或②) ,理由是 。 (3) 与氯同一主族的溴也可形成五卤化物, PBr5 固态时也为离子化合物, 阳离子为四面体, 但固体中只存在一种磷。PBr5 相比于 PCl5 更不稳定,它有如下转化:

注:E 中磷的质量分数为 5.247%。 写出固态 PBr5 离子化合物的化学式;写出 C、D、E 的化学式:C,D,E。 (4)固态 PBr5 不能像固态 PCl5 那样形成八面体的配阴离子,试解释原因 。 (5) 将 PCl5 部分氟化, 可得到 PCl2F3、 PCl3F2 等物质, 已知它们在固态时也是离子化合物, 推测离子化合物 PCl2F3、PCl3F2 的化学式、 。 20. (9 分)某单质 M 是一种常见的金属,它在日常生活中有极其重要的作用,如电线、合 金等。将 M 溶于浓硝酸得含 A 的绿色水溶液。A 受热分解得到黑色固体 B,B 溶于稀硫酸 后经蒸发、浓缩、冷却得到蓝色晶体 C。将一定量的 C 溶解并分成两份,一份加入少量氨 水, 生成浅蓝色沉淀 D, 已知 D 中 M 元素的百分含量为 49.42%, 硫为 12.47%, 氧为 37.33%; 另一份加入少量 NaCN 溶液(氰根离子是一种类卤素) ,产生一种棕黄色沉淀 E 和气体 F, 再往沉淀 E 中加入过量 NaCN 溶液,生成含 G 的溶液,该溶液是用作电镀 M 的电镀液, 污染大。 (1)写出以下物质的化学式:B,C,D,G; (2)写出 C→E 的离子方程式; (3)A 的熔点较低,真空时易升华,这与一般离子晶体的性质不相符,简 述理由 。 (4)M 在一定温度下与氧作用得到固体 H。H 属立方晶系,其正当晶胞如 右图所示,密度为 6.00g· cm-3。通过计算给出 M—O 的距离。

四、本题包括 2 个小题,共 16 分

5

21. (9 分)三草酸合铁(Ⅲ)酸钾 K3[Fe(C2O4)3] · 3H2O 为绿色单斜晶体,易溶于水,难溶 于乙醇、丙酮等有机溶剂。110℃下可以失去结晶水,230℃下即分解。用硫酸亚铁铵与草 酸反应制备草酸亚铁晶体,在过量草酸根存在下,用过氧化氢氧化草酸亚铁即可制备三草 酸合铁(Ⅲ)酸钾配合物。实验步骤如下: ①将 5g(NH4)2Fe(SO4)2· 6H2O 晶体溶于 20mL 水中,加入 5 滴 6 mol· L-1H2SO4 酸化,加热溶 解,搅拌下加入 25mL 饱和 H2C2O4 溶液,加热,静置,待黄色的 FeC2O4 沉淀完全沉降以 后,倾去上层清夜,倾析法洗涤沉淀 2-3 次,每次用水约 15mL。 ②向沉淀中加入 10mL 饱和草酸钾溶液, 水浴加热至 40℃, 用滴管缓慢滴加 12mL5%H2O2, 边加边搅拌并维持在 40℃左右,溶液变为绿色并有棕色的沉淀生成。 ③分两批共加入 8mL 饱和 H2C2O4 溶液 (先加 5mL, 后慢慢滴加 3mL) 此时棕色沉淀溶解, 体系应变为绿色透明溶液。 ④向滤液中缓慢加入 10mL95%的乙醇, 这时如果滤液浑浊可微热使其变清, 放置暗处冷却, 结晶完全后,抽滤,用少量 95%的乙醇洗涤晶体两次,抽干,在空气中干燥片刻,称量, 计算产率。 试回答下列各题: (1)简述倾析法的适用范围。 (2)写出步骤②、③中发生的两个主要反应的方程式 步骤②、步骤③; (3)步骤④中乙醇要缓慢加入的原因是; (4)收获产物后,为测定产品的纯度,准确称取 0.8490g 产品,配制成 250mL 溶液,移 取 25.00mL 溶液,酸化后用标定浓度为 0.01000 mol· L-1 的高锰酸钾溶液滴定至终点,消耗 22.25mL 溶液。用同浓度的高锰酸钾溶液滴定 25.00mL 配制溶液用的蒸馏水,滴定至终点 消耗 1.05mL,计算产品的纯度。 (K3[Fe(C2O4)3]· 3H2O 的相对分子质量为 491.3)

22. (7 分)某同学设计实验探究不同电极和电解液对电解水的影响。分别采用石墨和铁钉 作为电解材料,电解硫酸和氢氧化钠溶液。预电解 2 分钟后收集 3~8 分钟内产生的气体, 实验结果如下表所示: 阳极气体体积 阴极气体体积 编号 电极 电解液 实验现象 / mL /mL 0.5mol· L-1 两电极表面产生气泡, ① 5.55 21.88 石墨 硫酸 阳极管底积有黑色粉末 1 mol· L-1 两电极表面产生气泡, ② 5.00 16.08 石墨 氢氧化钠 阳极溶液变黄色 1 mol· L-1 ③ 9.13 18.22 铁钉 两电极表面产生气泡 氢氧化钠 已知氢气和氧气在水中溶解度分别为 19 mL· L-1 和 31 mL· L-1,根据上述测定结果,回答下 列问题: 气体入口 (1)本实验可用右图所示装置收集并测量气体体积。请简述读取气 体体积的操作方法 碱 。 式 滴 (2) 该同学为探究①②中阳极气体偏少的原因 (偏离 V 阳: V 阴=1:2) , 定 又进行如下实验: 量筒 管 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, 相比而言,阳极冒出的气体更多。 b.取②实验中少数阳极溶液,分为两份,一份加入稀盐酸,生成无 色气体,另一份滴加氯化钡溶液,生成白色沉淀;而取③实验中少数 阳极溶液重复上述实验,无类似现象。 c.取①实验中少数阳极溶液,滴加硫酸锰溶液,逐渐变紫红色。

6

根据 a、b、c 实验得出的结论。 (3) 另一同学发现③中气体体积比 V 阳: V 阴≈1:2, 说明铁作阳极未失去电子产生亚铁离子, 其可能原因是。 (4)比较实验结果,选择电解水的条件是。

五、本题包括 3 小题,共 22 分
23. (2 分)棱柱烷是一类具有张力的碳氢化合物:

(1)写出 n 棱柱烷的通式。 (2)上式 n=4 时,有种六硝基代物。 24. (12 分)薄荷油中含有少量的 α-非兰烃和 β-非兰烃,两者互为同分异构体,其相对分 子质量为 136。根据如下化学转化,回答相关问题:



知:

(1)分别写出 C→D 和 D→E 的反应类型: , ; (2)写出 B、F、H、α-非兰烃和 β-非兰烃的结构简式:,, ,,。 (3)A 的同分异构体中含有两个—COOCH3 基团的化合物共有种(不考虑手性异构),其 中核磁共振氢谱呈现 2 个吸收峰的异构体结构简式为。 (4)α-非兰烃与等物质的量的 Br2 进行加成反应的产物共有种(不考虑立体异构)。 (5)E 在一定条件下发生聚合反应可得到一种高级吸水树脂,该树脂名称为。 (6)写出 C→M 反应的化学方程式。 25. (8 分)已知:

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化合物 A 经 Cope 重排得到 B, 也可以从它的同分异构体 A′经 Cope 重排得到。 A 和 B 均可 以发生臭氧化/还原反应,化合物 A 经臭氧化/还原得到两种化合物 D 和 E,而化合物 B 经 臭氧化/还原只得到一种化合物 C,反应如下所示:

请回答下列问题: (1)分别写出化合物 B、C、D 和 E 的结构简式, , , 。 (2)Cope 重排是可逆的,反应由 A 到 B 的方向发生,理由是什么? 。 (3)B 还可以从 A′得到,试推断 A′的结构。 。 六、本题包括 2 个小题,共 17 分 26. (11 分)下面各问题涉及到卤素的反应,请通过推理计算填空。 (1)将 9.13gKI 溶解于 100g 热水中,加入 13.96gI2,并剧烈搅拌直至溶液澄清。然后浓缩 溶液,之后降温至 2℃,静置结晶,生成了深棕色的盐 A。分离出晶体 A,洗净,干燥。取 0.9500g 产物 A 溶解于水中,在淀粉指示剂下用 0.2