省级化学竞赛题目与解析2023版

前言省级化学竞赛作为选拔化学人才、激发学生科研兴趣的重要平台，其命题始终围绕着基础知识的灵活运用、科学思维的深度拓展以及创新能力的初步考察展开。2023年的竞赛题目在延续以往风格的基础上，更加强调了化学学科核心素养的体现，注重理论与实际的联系，以及对学生信息获取与加工能力的检验。本解析旨在为参赛选手提供清晰的解题思路与深入的知识拓展，希望能对大家的化学学习有所裨益。一、选择题（本题包括小题，每小题分，共分。每小题只有一个选项符合题意）题目1：下列关于物质性质与应用的说法中，错误的是A.氯气具有强氧化性，可用于自来水的杀菌消毒B.二氧化硫具有还原性，可用于漂白纸浆C.硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，可用作木材防火剂D.铝具有良好的延展性和抗腐蚀性，可用于制作易拉罐解析：本题考查常见无机物的性质与用途，属于基础记忆与理解范畴。A选项，氯气溶于水生成的次氯酸具有强氧化性，能使蛋白质变性，从而起到杀菌消毒的作用，这是自来水消毒的常用方法，A正确。B选项，二氧化硫漂白纸浆，主要是利用其与某些有色物质结合生成不稳定的无色物质，这一过程更多体现的是二氧化硫的漂白性而非还原性。虽然二氧化硫确实具有还原性，但其漂白纸浆的应用原理并非基于此，B错误。C选项，硅酸钠水溶液（水玻璃）不燃烧、不支持燃烧，涂刷在木材表面能形成防火层，故可用作木材防火剂，C正确。D选项，铝在空气中易形成一层致密的氧化膜，使其具有良好的抗腐蚀性；同时铝的延展性优异，这些性质使其非常适合制作易拉罐，D正确。故本题答案为B。解题时需注意区分物质的多种性质及其对应的典型应用，避免混淆。题目2：设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是A.标准状况下，L甲醇中含有的分子数为NAB.与足量水反应，转移的电子数为NAC.1L1mol·L-1NaCl溶液中含有的Na+数目为NAD.常温常压下，gO2和O3的混合气体中含有的原子数为NA解析：阿伏加德罗常数相关题目是竞赛中的常见题型，主要考察对物质的量、气体摩尔体积、氧化还原反应中电子转移、电解质电离等概念的理解。A选项，标准状况下甲醇为液态，不能用气体摩尔体积来计算其物质的量，A错误。B选项，过氧化钠与水反应的化学方程式为：2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑，在这个反应中，过氧化钠中的氧元素发生歧化反应，一部分从-1价升高到0价（生成O2），一部分从-1价降低到-2价（生成NaOH）。若有2molNa2O2参与反应，转移电子数为2NA。那么1molNa2O2反应转移电子数应为NA，B正确。C选项，1L1mol·L-1NaCl溶液中，NaCl完全电离，Na+的物质的量为1mol，数目为NA，C正确。D选项，氧气和臭氧均由氧原子构成，所以g混合气体中氧原子的物质的量为g÷16g/mol=mol，原子数为NA，D正确。（注：此处为了规避四位以上数字，对具体数值进行了模糊化处理，但解题逻辑不变。实际题目中会给出具体质量，例如48gO2和O3混合气体，氧原子物质的量为3mol，即3NA。）本题需注意题目选项的完整性，假设题目中B、C、D均正确，则需看原题具体设定。此处仅为示例，强调解题方法。例如，若D选项给出的质量经计算氧原子为1mol，则D正确。此类题目需逐项仔细分析。二、非选择题（本题包括小题，共分）题目3：（元素化学与结构）A、B、C、D、E为原子序数依次增大的短周期主族元素。A元素原子的核外电子数和电子层数相等；B元素基态原子的最外层电子排布式为nsnnpn；C元素是地壳中含量最高的元素；D元素的原子半径在同周期主族元素中最大；E元素的最高价氧化物对应水化物是一种强酸。请回答下列问题：(1)写出元素符号：A，B，C，D，E。(2)B、C、D三种元素的简单离子半径由大到小的顺序是（用离子符号表示）。(3)A与C形成的化合物有多种，其中一种是常见的液态氧化剂，其电子式为；另一种是具有还原性的二元弱酸，该酸的化学式为，其在水中的电离方程式为（写出第一步电离即可）。(4)D与E形成的化合物的晶体类型是，其熔融状态下（填“能”或“不能”）导电。解析：本题是一道典型的元素推断题，主要考察短周期元素的结构、性质、在周期表中的位置及其化合物的相关知识。解题的关键在于根据题目所给信息准确推断出各元素。(1)元素推断过程：*A元素原子的核外电子数和电子层数相等。短周期元素中，符合此条件的有H（1电子1层）、Be（4电子2层）、Al（13电子3层）。但A为原子序数最小的，且后续B、C、D、E原子序数依次增大，故A最可能为H。*B元素基态原子的最外层电子排布式为nsnnpn。s轨道最多容纳2个电子，当n=1时，1s1p1不符合；n=2时，2s22p2，p轨道有2个电子，符合，故B为C（碳）。*C元素是地壳中含量最高的元素，为O（氧）。*D元素的原子半径在同周期主族元素中最大。同周期主族元素原子半径从左到右逐渐减小，故D应为所在周期的第一个主族元素（IA族）。由于原子序数大于O（8），且为短周期，故D为Na（钠）。*E元素原子序数大于Na（11），为短周期主族元素，其最高价氧化物对应水化物是强酸。短周期中最高价含氧酸为强酸的有Cl（HClO4）、S（H2SO4）等。若E为Cl，则原子序数17；若为S，则16。均符合，需结合其他信息判断。但通常此类题目中，若C是O，D是Na，则E可能为Cl或S。考虑到“强酸”，二者均可。此处假设E为Cl（氯）。综上，A:H,B:C,C:O,D:Na,E:Cl(或S，需视具体题目细节，此处以Cl为例)。(2)离子半径比较：B、C、D三种元素的简单离子分别为C4+或C4-（但C为碳，通常形成共价键，此处应指B、C、D分别为C、O、Na，其简单离子应为O2-、Na+。B元素碳在形成简单离子时较复杂，题目可能意指后续三种元素？或者B为N？需再审视B的推断。（重新审视B：最外层电子排布nsnnpn，n=2时为2s22p2，是碳；n=3时3s3np3不存在，s轨道最多2电子。所以B只能是碳。那么B的简单离子是什么？碳一般不形成简单离子。题目可能存在表述调整，例如“B、C、D三种元素的简单离子”可能为N3-、O2-、Na+，此时B应为N（氮），其最外层电子排布为2s22p3，即nsnnpn+1？或者题目原意B为N？此处可能是我之前推断B为C有误。若B的最外层电子排布为nsnnp(n+1)，则n=2时为2s22p3，是N，更为合理，因为N3-是常见简单离子。地壳中含量最高的元素是O（C），D是Na。这样B、C、D的简单离子为N3-、O2-、Na+，它们具有相同的电子层结构。对于电子层结构相同的离子，核电荷数越大，半径越小。所以离子半径：N3->O2->Na+。这样题目逻辑更顺畅。因此，修正B为N（氮）。A仍为H。）因此，B、C、D三种元素的简单离子半径由大到小的顺序是N3->O2->Na+。(3)A与C形成的化合物：A为H，C为O，形成的化合物有水（H2O）和过氧化氢（H2O2）。其中H2O2是常见的液态氧化剂，其电子式为H:O:O:H（O与O之间为单键，每个O上还有两对孤对电子）。具有还原性的二元弱酸是H2O2吗？不，H2O2是弱酸，既有氧化性也有还原性。或者题目指的是另一种含A、C的二元弱酸，如H2C2O4（草酸）？但草酸含碳。此处应严格按照A与C（H与O）形成的化合物，故应为H2O2。其第一步电离方程式为：H2O2⇌H++HO2-。(4)D与E形成的化合物：D为Na，E若为Cl，则形成NaCl，是离子晶体，熔融状态下能导电。若E为S，则形成Na2S，也是离子晶体，熔融能导电。题目4：（有机化学）某有机化合物X的分子式为C6H12O2，在酸性条件下水解可得到A和B两种物质。A能发生银镜反应，且可催化氧化生成C，C能与Na2CO3溶液反应放出气体。B不能发生消去反应。请回答下列问题：(1)写出X、A、B、C的结构简式。(2)写出A发生银镜反应的化学方程式。(3)写出C与Na2CO3溶液反应的离子方程式。解析：有机推断题需要根据分子式、反应条件、反应现象以及物质的性质来综合推断结构。(1)推断过程：X的分子式为C6H12O2，能在酸性条件下水解，说明X是酯类化合物，水解生成羧酸和醇（或酚，但此处为C6H12O2，更可能是羧酸和醇），即A和B分别为羧酸和醇中的一种。A能发生银镜反应，说明A分子中含有醛基（-CHO）。能发生银镜反应的醇是伯醇氧化的中间产物醛，但A是水解产物，且能催化氧化生成C，C能与Na2CO3反应放出气体，说明C是羧酸。因此，A应该是一种醇，且是含有醛基的醇？不可能。或者A是甲酸（HCOOH）？因为甲酸的结构中含有醛基（HCO-），所以甲酸能发生银镜反应。同时，甲酸可看作是醛基连接一个羟基，其催化氧化（若可能）或本身即可与碳酸钠反应。但题目说A能催化氧化生成C，C能与Na2CO3反应。若A是醇：能发生银镜反应的醇，说明其结构中含有-CH2OH基团，因为只有伯醇（R-CH2OH）才能被催化氧化为醛（R-CHO），而醛可以发生银镜反应。但题目说“A能发生银镜反应”，所以A本身就是醛？那么X水解得到A（醛）和B（醇或酸）。但酯水解通常得到酸和醇。所以更可能的是A是甲酸（HCOOH），因为甲酸分子中既含有羧基（能与醇形成酯），又含有醛基（能发生银镜反应）。假设A是甲酸（HCOOH），则X是甲酸某酯。X的分子式为C6H12O2，甲酸的分子式为CH2O2，那么B（醇）的分子式为C6H12O2+H2O-CH2O2=C5H12O。即B是戊醇（C5H11OH）。A（甲酸）催化氧化生成C。甲酸催化氧化比较特殊，通常条件下甲酸不易被进一步氧化（羧基中的碳已是最高价+4），所以此处可能我的假设A是甲酸有误。回到A是醇的思路：A是醇，能发生银镜反应，说明A的结构中含有醛基，这可能吗？醇中含有醛基就不是醇了。所以只能是A是醛，B是醇或酸。那么X水解生成醛和醇/酸。这不符合酯水解规律。因此，更合理的是A是含有醛基的醇，即A是一种多官能团化合物？或者题目中的“催化氧化”是指A（醇）先被氧化为醛（发生银镜反应），然后醛继续被氧化为羧酸C。好，重新梳理：X（酯）→A（醇）+B（羧酸）[酸性水解]A（醇）能发生银镜反应→说明A氧化后生成的醛能发生银镜反应，即A是伯醇（R-CH2OH），氧化生成R-CHO（醛），醛能发生银镜反应。题目说“A能发生银镜反应”，此处可能表述为“A经催化氧化后的产物能发生银镜反应”更准确，但竞赛题有时会有此类精炼表述。A（醇）催化氧化生成C（羧酸），说明A是伯醇，R-CH2OH→R-CHO→R-COOH（C），C能与Na2CO3反应放出气体，符合羧酸性质。因此，A是伯醇（CnH2n+1CH2OH），B是羧酸（CmH2m+1COOH）。X是酯，结构为CmH2m+1COOCH2CnH2n+1。X的分子式为C6H12O2，所以有：m+n+2（酯基碳）+(2m+1)+(2n+2)+2（酯基氧）=C6H12O2。即(m+n+1)个碳（羧酸部分m+1，醇部分n+1，共m+1+n+1-1（酯基重复）=m+n+1）=6？可能计算繁琐，直接用总碳数：羧酸部分碳数+醇部分碳数=6。羧酸为CmH2mO2，醇为CnH2n+2O，酯水解为酸和醇，所以酸和醇的碳数之和为6。即(m+1)+(n+1)=6→m+n=4(羧酸是C(m+1)H(2m+2)O2?不对，饱和一元羧酸通式CnH2nO2，醇是CnH2n+2O。所以X（酯）的通式是CnH2nO2，与题目中X的分子式C6H12O2相符（n=6）。因此，X是饱和一元酯。水解生成饱和一元羧酸（CnH2nO2）和饱和一元醇（CmH2m+2O），且n+m=6。A是醇（CmH2m+2O），能发生银镜反应→说明A氧化得到醛，所以A是伯醇（CH3(CH2)m-1CH2OH）。A催化氧化生成C（羧酸），则C为CH3(CH2)m-1COOH。B是羧酸（CnH2nO2），且n+m=6。题目还说B不能发生消去反应。B是羧酸，羧酸如何发生消去反应？醇才能发生消去反应生成烯烃。所以此处“B不能发生消去反应”应该指的是醇B。啊，对！之前假设A是醇，B是羧酸。现在修正：X水解生成A（羧酸）和B（醇）。A（羧酸）能发生银镜反应→A是甲酸（HCOOH），因为只有甲酸含醛基。则B（醇）的分子式为C6H12O2+H2O-H