2025年高中化学知识竞赛“化学绘画”大赛（原理说明笔试部分）试题（一）

2025年高中化学知识竞赛“化学绘画”大赛（原理说明笔试部分）试题（一）一、简答题（共6题，每题10分）1.颜料显色原理（1）某绘画作品使用普鲁士蓝（Fe₄[Fe(CN)₆]₃）作为蓝色颜料，请写出其显色的电子跃迁类型，并解释为何该化合物呈现深蓝色。（2）油画中常用的铅白颜料（PbCO₃·Pb(OH)₂）长期暴露在空气中会变黑，用化学方程式表示该过程，并说明如何通过化学方法修复变黑的颜料层。2.溶剂选择与颜料溶解（1）水彩画中阿拉伯树胶作为分散剂，其分子结构中羟基（-OH）如何通过氢键稳定颜料颗粒？请画出氢键作用示意图。（2）解释为何油画颜料常用亚麻籽油作为媒介剂，从油脂的化学性质角度分析其干燥成膜的原理，写出关键反应类型。3.电化学与绘画保存（1）青铜器文物表面的绿色锈迹主要成分为碱式碳酸铜（Cu₂(OH)₂CO₃），写出其形成过程的电极反应式（中性环境下）。（2）博物馆常用惰性气体保护法防止绘画氧化，若选用氮气作为保护气，需先去除其中微量氧气，可选用的化学吸收剂有哪些？写出相应反应方程式。4.晶体结构与颜料性质（1）方铅矿（PbS）是古代黑色颜料的来源之一，其晶体结构属于NaCl型（面心立方），计算该晶胞中Pb²⁺的配位数及S²⁻的空间占有率（已知Pb²⁺半径133pm，S²⁻半径184pm）。（2）对比分析金红石（TiO₂）和锐钛矿（TiO₂）两种晶体结构对光催化活性的影响，解释为何锐钛矿型常用于光催化降解绘画表面的有机污染物。5.有机化学反应与绘画材料（1）蛋彩画中蛋黄的主要成分卵磷脂（含磷酸酯基）如何通过化学反应使颜料颗粒稳定分散？写出其水解反应式。（2）丙烯颜料中的甲基丙烯酸甲酯（CH₂=C(CH₃)COOCH₃）发生自由基聚合反应的机理，指出链引发、链增长、链终止三个阶段的关键步骤。6.配位化合物与颜料稳定性（1）叶绿素铜钠盐（C₃₄H₃₁CuN₄NaO₆）作为绿色颜料，其中心离子Cu²⁺的配位数为4，画出该配合物的配位结构示意图（标明配位原子）。（2）解释为何含Fe³⁺的颜料不宜与含SCN⁻的颜料混合使用，写出相关反应的平衡常数表达式（已知K稳[Fe(SCN)₆]³⁻=2.0×10³）。二、分析题（共3题，每题20分）7.古代壁画颜料的成分分析某唐代壁画残片出现褪色现象，考古人员对其颜料层进行成分分析，得到以下实验数据：实验1：取少量颜料样品溶于稀硝酸，得到蓝色溶液A和不溶物B；实验2：溶液A中滴加氨水，先产生蓝色沉淀，继续滴加沉淀溶解形成深蓝色溶液C；实验3：不溶物B在空气中灼烧后变为红色粉末D，D溶于稀硫酸得到黄色溶液E，加入铁粉后溶液变为浅绿色并析出红色固体F。（1）推断各物质的化学式：A______、B______、C______、D______、E______、F______；（2）写出实验2中蓝色沉淀溶解的离子方程式；（3）若壁画褪色是由于颜料中的硫化物被氧化，写出相应的氧化还原反应方程式，并设计一个电化学实验验证该反应的可行性（画出实验装置图，标明电极材料和电解质溶液）。8.绘画修复中的化学平衡原理某文艺复兴时期油画因长期暴露在含硫环境中，白色颜料硫酸铅（PbSO₄）部分转化为黑色硫化铅（PbS），修复师采用过氧化氢溶液处理变黑区域，发生反应：PbS(s)+4H₂O₂(aq)=PbSO₄(s)+4H₂O(l)ΔH=-287kJ/mol（1）计算298K时该反应的平衡常数（已知298K时H₂O₂的标准生成自由能为-120.4kJ/mol，H₂O(l)为-237.1kJ/mol，PbSO₄(s)为-813.0kJ/mol，PbS(s)为-98.7kJ/mol）；（2）若处理过程中H₂O₂溶液浓度为0.1mol/L，计算PbS的溶解度（忽略H₂O₂分解，假设溶液体积不变）；（3）实际修复中常加入少量醋酸铅作为催化剂，解释其催化机理，并分析温度对该修复反应速率的影响（画出Arrhenius曲线示意图）。9.现代艺术中的化学创新某艺术家创作互动装置艺术，使用pH敏感颜料实现色彩变化，其核心成分是溴甲酚绿（pKa=4.9）和酚酞（pKa=9.1）的混合体系。装置通过微型泵控制通入CO₂气体的速率，使颜料层pH值在4-10间动态变化。（1）计算当溶液pH=6.0时，溴甲酚绿的酸式体（黄色）与碱式体（蓝色）的浓度比；（2）写出CO₂通入含酚酞的碳酸钠溶液中的分步反应方程式，并绘制溶液pH值随CO₂通入量变化的滴定曲线（标明突跃范围）；（3）若改用NH₃-NH₄Cl缓冲体系（总浓度0.1mol/L）控制pH=9.0，计算所需NH₃·H₂O和NH₄Cl的浓度比（已知NH₃·H₂O的Kb=1.8×10⁻⁵），并分析该缓冲体系对颜料显色稳定性的影响。三、综合应用题（共1题，30分）10.自修复涂料的化学设计为保护户外壁画免受环境侵蚀，某研究团队开发了一种基于微胶囊技术的自修复涂料，其工作原理如下：微胶囊A：内含异氰酸酯预聚体（OCN-R-NCO）微胶囊B：内含多元醇（HO-R'-OH）当涂层出现裂纹时，微胶囊破裂释放内容物，发生聚合反应修复裂纹。（1）写出异氰酸酯与多元醇反应的化学方程式，指出反应类型及产物结构特点；（2）若选用己二异氰酸酯（OCN(CH₂)₆NCO）和乙二醇（HOCH₂CH₂OH）为原料，计算制备1kg分子量为10000的聚合物所需两种单体的物质的量（假设反应完全，无交联）；（3）为提高修复效率，可在微胶囊中添加催化剂，比较二月桂