2025年高中化学竞赛决赛模拟试题（五）

2025年高中化学竞赛决赛模拟试题（五）一、化学基本原理（25分）1.热力学与动力学综合题（12分）在298K、101.3kPa下，反应A(g)+2B(g)⇌C(g)+D(l)的实验数据如下：|实验编号|初始浓度c(A)/mol·L⁻¹|初始浓度c(B)/mol·L⁻¹|初始速率v/mol·L⁻¹·s⁻¹||----------|----------------------|----------------------|-----------------------||1|0.10|0.10|2.0×10⁻⁴||2|0.20|0.10|4.0×10⁻⁴||3|0.10|0.20|8.0×10⁻⁴|（1）确定反应对A、B的分级数及总反应级数，写出速率方程。（4分）（2）计算298K时的速率常数k（需注明单位）。（2分）（3）已知该反应的ΔH°=-45.0kJ·mol⁻¹，ΔS°=-80.0J·mol⁻¹·K⁻¹，判断298K时反应的自发性；若升高温度至398K，反应方向是否改变？（通过计算说明，忽略ΔH°、ΔS°随温度的变化）（6分）2.电化学与配位平衡（13分）某含Cu²⁺的废水处理中，采用EDTA络合-电解法去除Cu²⁺。已知：Cu²⁺与EDTA（Y⁴⁻）的络合反应为Cu²⁺+Y⁴⁻⇌[CuY]²⁻，lgKf=18.8；25°C时，φ°(Cu²⁺/Cu)=0.34V，φ°(O₂/H₂O)=1.23V，Kw=1.0×10⁻¹⁴。（1）计算pH=5.0时，[CuY]²⁻的条件稳定常数Kf'（已知pH=5.0时，EDTA的酸效应系数lgαY(H)=6.45）。（3分）（2）若处理后溶液中c([CuY]²⁻)=1.0×10⁻⁵mol·L⁻¹，计算此时游离Cu²⁺浓度。（3分）（3）在上述溶液中插入Cu电极和惰性电极，通入O₂至饱和（p(O₂)=101.3kPa），组成原电池。写出电池符号及正极反应式，计算25°C时的电池电动势E。（7分）二、无机与结构化学（30分）3.元素化学与物质推断（15分）化合物A由第4周期过渡金属M和非金属元素X、Y组成，其中M的质量分数为40.0%。A与稀硫酸反应生成气体B（能使湿润的醋酸铅试纸变黑）和蓝色溶液C；C中加入KSCN溶液呈血红色，再加入足量NaF固体，溶液红色褪去；A与过量NaOH溶液反应生成气体D（能使湿润的红色石蕊试纸变蓝）和绿色沉淀E，E在空气中灼烧生成棕红色固体F。（1）推断M、X、Y的元素符号及A的化学式。（6分）（2）写出A与稀硫酸反应的化学方程式。（3分）（3）解释“C中加入NaF后红色褪去”的原因，写出离子方程式。（3分）（4）写出E在空气中灼烧的化学方程式，并计算1molE完全反应时转移的电子数。（3分）4.晶体结构与化学键（15分）钙钛矿型氧化物CaTiO₃是重要的电子陶瓷材料，其晶体结构如图所示（Ti⁴⁺位于顶点，Ca²⁺位于体心，O²⁻位于面心）。（1）写出CaTiO₃的晶体类型，计算Ti⁴⁺的配位数。（3分）（2）已知Ca²⁺、Ti⁴⁺、O²⁻的离子半径分别为100pm、61pm、140pm，通过计算判断Ti⁴⁺的配位多面体类型（提示：配位多面体由O²⁻堆积形成）。（4分）（3）若CaTiO₃晶体的密度为4.00g·cm⁻³，计算晶胞参数a（以pm为单位，NA=6.02×10²³mol⁻¹）。（4分）（4）解释CaTiO₃中Ti⁴⁺与O²⁻之间化学键的离子性与共价性（通过电负性数据说明，Ca、Ti、O的电负性分别为1.0、1.5、3.5）。（4分）三、有机化学（25分）5.有机合成与反应机理（15分）以苯和乙烯为原料（无机试剂任选）合成化合物G（结构简式如下），回答下列问题：O||Ph—C—CH₂CH₂OH（1）写出合成路线中A~F的结构简式（6分）：苯→[Cl₂,FeCl₃]A→[Mg,乙醚]B→[①环氧乙烷,②H₃O⁺]C→[PCC,CH₂Cl₂]D→[HCN,OH⁻]E→[H₂O,H⁺,Δ]F→[LiAlH₄,乙醚;H₂O]G（2）写出B→C的反应类型及反应机理（用弯箭头表示电子转移）。（4分）（3）写出E→F的化学方程式，说明该反应的立体化学特点。（5分）6.立体化学与波谱分析（10分）化合物H的分子式为C₅H₁₀O，其¹H-NMR数据如下：δ0.92(d,J=6.8Hz,6H)，1.60(m,1H)，2.10(s,3H)，3.78(d,J=10.4Hz,1H)，3.92(d,J=10.4Hz,1H)；IR谱在1715cm⁻¹处有强吸收峰。（1）推断H的结构简式，写出系统命名。（5分）（2）指出H分子中手性碳原子的构型（R/S），并说明¹H-NMR中δ3.78和3.92处双峰的成因。（5分）四、分析化学（20分）7.定量分析与数据处理（12分）用KMnO₄法测定某补铁剂中Fe²⁺的含量（样品中含少量Fe³⁺杂质），步骤如下：①称取样品0.5000g，溶解后加入H₂SO₄-H₃PO₄混合酸（抑制Fe³⁺水解，并消除Fe³⁺颜色干扰）；②用0.02000mol·L⁻¹KMnO₄标准溶液滴定至终点，消耗体积25.00mL。已知：MnO₄⁻+5Fe²⁺+8H⁺=Mn²⁺+5Fe³⁺+4H₂O。（1）计算样品中Fe²⁺的质量分数（Fe的摩尔质量为55.85g·mol⁻¹）。（4分）（2）若滴定前未加入H₃PO₄，会导致测定结果偏高、偏低还是无影响？说明原因。（3分）（3）实验平行测定3次，消耗KMnO₄体积分别为25.00mL、25.02mL、24.98mL，计算相对平均偏差（保留1位有效数字）。（5分）8.仪器分析综合（8分）某未知溶液可能含Cl⁻、Br⁻、I⁻中的一种或多种，设计实验方案鉴别（限用试剂：AgNO₃溶液、稀HNO₃、CCl₄、氯水、淀粉溶液），写出操作步骤、现象及结论。五、综合应用题（20分）9.化学与材料科学（20分）新型钙钛矿太阳能电池的核心材料为甲脒铅碘（FAPbI₃，FA⁺=CH(NH₂)₂⁺），其晶体结构与稳定性是影响电池效率的关键。（1）FA⁺的空间构型为______，其中C原子的杂化方式为______。（4分）（2）FAPbI₃的禁带宽度E₉=1.4eV，计算对应光的波长（h=6.63×10⁻³⁴J·s，c=3.0×10⁸m·s⁻¹，1eV=1.6×10⁻¹⁹J）。（4分）（3）FAPbI₃在潮湿环境中易分解为PbI₂和FAI，写出反应方程式；已知该反应的ΔG°=-20kJ·mol⁻¹，判断常温下反应的自发性（通过计算平衡常数说明）。（6分）（4）为提高稳定