2026年38届化学竞赛决赛试题答案

2026年38届化学竞赛决赛试题答案

一、单项选择题，(总共10题，每题2分)。1.下列元素中，第一电离能最大的是（）。A.碳B.氮C.氧D.氟2.配合物[Pt(NH3)2Cl2]的几何异构体数目为（）。A.1种B.2种C.3种D.4种3.下列有机反应中，属于亲电取代反应的是（）。A.乙醇在浓硫酸作用下生成乙烯B.苯与溴在FeBr3催化下生成溴苯C.乙酸乙酯在NaOH溶液中水解D.甲烷与氯气在光照下生成氯代甲烷4.298K时，反应2H2O2(l)→2H2O(l)+O2(g)的ΔH=-196kJ/mol，ΔS=57J/(mol·K)，该反应在298K时（）。A.自发进行B.非自发进行C.平衡状态D.无法判断5.原电池中，负极发生的过程是（）。A.氧化反应B.还原反应C.配位反应D.水解反应6.用K2Cr2O7标准溶液滴定Fe2+时，最合适的指示剂是（）。A.酚酞B.甲基橙C.二苯胺磺酸钠D.淀粉7.下列晶体中，属于离子晶体的是（）。A.金刚石B.干冰C.氯化钠D.石英8.下列物质中，酸性最强的是（）。A.HClOB.HClO2C.HClO3D.HClO49.下列反应中，产物为反式结构的是（）。A.乙烯与Br2加成B.1,3-丁二烯与Br2的1,4-加成C.乙炔与H2加成D.苯环上的硝化反应10.实验室中保存金属钠的正确方法是（）。A.保存在水中B.保存在煤油中C.保存在空气中D.保存在四氯化碳中二、填空题，(总共10题，每题2分)。1.元素周期表中，第四周期第ⅦB族元素的原子序数为______。2.配合物[Co(NH3)5H2O]Cl3的名称为______。3.在标准状态下，298K时，反应2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)的ΔG°=-71.7kJ/mol，则该反应的平衡常数K°=______（R=8.314J/(mol·K)）。4.某二元弱酸H2A的Ka1=1.0×10^-5，Ka2=1.0×10^-10，其共轭碱A^2-的Kb2=______。5.有机物CH3CH(OH)CH(CH3)2的系统命名为______。6.分光光度法中，摩尔吸光系数ε的单位是______。7.甲烷、乙烷、丙烷的沸点由高到低的顺序为______。8.某金属晶体的晶胞参数a=0.400nm，原子量M=63.55g/mol，其晶体密度为______g/cm³（阿伏伽德罗常数NA=6.022×10^23mol^-1）。9.25℃时，AgCl的溶度积Ksp=1.8×10^-10，则其溶解度s=______mol/L。10.某元素的电子排布式为[Xe]4f^145d^106s^26p^3，则该元素位于周期表第______周期第______族。三、判断题，(总共10题，每题2分)。1.金刚石和石墨互为同素异形体。（）2.所有吸热反应都是非自发反应。（）3.乙烯和乙炔都能使溴水褪色，原理相同。（）4.配合物的稳定常数越大，配合物越稳定。（）5.滴定分析中，指示剂的变色点必须与化学计量点完全一致。（）6.氢键只存在于含N-H、O-H或F-H键的分子之间。（）7.原电池中，阳离子向负极移动。（）8.对于一级反应，半衰期与反应物初始浓度无关。（）9.有机化合物的同分异构体数目随碳原子数增加而增多。（）10.25℃时，纯水的pH=7，此时水的离子积Kw=1.0×10^-14。（）四、简答题，(总共4题，每题5分)。1.解释为什么H2O的沸点（100℃）远高于H2S（-60.7℃）？2.写出Cr2O7^2-在酸性条件下氧化I^-的离子方程式，并说明该反应在定量分析中的应用。3.简述气相色谱中固定相和流动相的作用，并举例说明如何通过调整固定相种类提高分离效果。4.比较[Fe(H2O)6]^3+和[Fe(CN)6]^3-的稳定性差异，并解释原因。五、讨论题，(总共4题，每题5分)。1.设计实验比较不同催化剂（CuO、MnO2、Fe2O3）对H2O2分解反应速率的催化效果，并说明实验方案的关键步骤。2.讨论“绿色化学”理念在化工生产中的应用，以硝酸工业为例分析其如何减少环境污染。3.分析配合物[Co(NH3)6]^3+在水溶液中的稳定性与中心离子电子构型的关系。4.简述氨基酸的两性解离特性及其在蛋白质分离纯化中的应用。答案和解析：一、单项选择题答案及解析：1.B解析：同周期元素从左到右第一电离能呈增大趋势，但氮的2p轨道半充满，稳定性较高，第一电离能大于氧和氟（氟原子半径小，第一电离能略高于氧，但氮的2p³半满更稳定，故N＞F＞O＞C）。2.B解析：Pt(NH3)2Cl2为平面正方形结构，有顺式和反式两种几何异构体。3.B解析：苯的亲电取代反应，溴化铁催化下Br+进攻苯环。4.A解析：ΔG=ΔH-TΔS=-196000-298×57≈-212,786J/mol＜0，自发进行。5.A解析：负极发生氧化反应（失电子），正极发生还原反应。6.C解析：K2Cr2O7滴定Fe²+，二苯胺磺酸钠为常用指示剂，变色点在滴定突跃范围内。7.C解析：氯化钠由Na+和Cl-离子构成，为离子晶体；金刚石为原子晶体，干冰为分子晶体，石英（SiO2）为原子晶体。8.D解析：同种元素含氧酸的酸性随非羟基氧原子数增加而增强，HClO4非羟基氧最多（3个），酸性最强。9.B解析：1,3-丁二烯与Br2的1,4-加成产物为反式结构，乙烯与Br2加成得外消旋体，乙炔加成得顺式或反式（视条件），苯硝化为取代反应。10.B解析：金属钠密度大于煤油且不反应，保存在煤油中隔绝空气和水。二、填空题答案：1.43解析：第四周期ⅦB族元素为锰（Mn），原子序数25+18=43。2.三氯化五氨一水合钴(Ⅲ)解析：配合物命名：内界配体（氨、水）按顺序，外界Cl-。3.1.9×10^12解析：ΔG°=-RTlnK°→lnK°=ΔG°/(-RT)=71700/(8.314×298)≈28.77→K°=e^28.77≈1.9×10^12。4.1.0×10^-4（或1.0×10^-4）解析：A^2-的Kb1=Kw/Ka2=1.0×10^-14/1.0×10^-10=1.0×10^-4。5.2-甲基-3-丁醇解析：主链选含羟基的最长碳链，编号使羟基位次最小，取代基甲基在2位。6.L/(mol·cm)解析：分光光度法中摩尔吸光系数ε的单位为L/(mol·cm)（A=εbc）。7.丙烷＞乙烷＞甲烷解析：烷烃沸点随碳原子数增加而升高，同碳数支链少沸点高。8.8.96g/cm³解析：金属晶体为面心立方结构（假设），晶胞原子数4，密度ρ=4M/(NAa³)=4×63.55/(6.022×10^23×(0.400×10^-7)^3)≈8.96。9.1.34×10^-5mol/L解析：AgCl溶解度s=√Ksp=√(1.8×10^-10)≈1.34×10^-5。10.六周期第ⅤA族解析：电子排布式[Xe]4f^145d^106s^26p^3，6s²6p³表明第六周期p区元素，第ⅤA族。三、判断题答案及解析：1.√解析：同元素不同结构形态互为同素异形体，金刚石和石墨均为碳单质。2.×解析：ΔG=ΔH-TΔS，若ΔS＞0，高温下吸热反应可能自发。3.×解析：乙烯为双键加成，乙炔为三键加成，均为亲电加成，但褪色原理均为π键断裂，反应类型相同但键能不同。4.√解析：稳定常数越大，配合物解离度越小，稳定性越高。5.×解析：指示剂变色点与化学计量点接近即可，完全一致需理论设计，但实际中指示剂选择需突跃范围覆盖变色点。6.√解析：氢键形成于电负性大的原子与氢原子之间，N、O、F的电负性大。7.×解析：原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。8.√解析：一级反应半衰期t1/2=ln2/k，与初始浓度无关。9.√解析：碳原子数n≥4时，同分异构体数目显著增加，如C4H10有2种，C5H12有3种，C6H14有5种。10.×解析：25℃时纯水pH=7，Kw=1.0×10^-14，但此时水的离子积常数与温度相关，25℃时Kw=1.0×10^-14。四、简答题答案：1.答案：H2O沸点高是因为存在较强的分子间氢键，使分子间作用力增大，而H2S分子间仅为范德华力。H2O中O的电负性大，H-O键极性强，形成的氢键能显著提高沸点；H2S中S电负性较小，氢键极弱，故沸点远低于H2O。2.答案：离子方程式：Cr2O7^2-+6I^-+14H^+=2Cr^3++3I2+7H2O；应用：该反应定量生成I2，可通过滴定I2或Cr^3+间接测定Cr2O7^2-或I^-浓度，常用于铁矿石中铁含量测定。3.答案：固定相保留组分（如极性固定相保留极性组分），流动相携带样品通过色谱柱（载气为流动相）。选择：分离极性化合物用极性固定相，如PEG-20M分离醇类；分离非极性化合物用非极性固定相如SE-30，通过改变固定相极性可调节保留时间和选择性，提高分离度。4.答案：[Fe(CN)6]^3-更稳定，因为CN^-为强场配体，形成内轨型配合物，晶体场稳定化能更大（ΔE＞P）；[Fe(H2O)6]^3+为弱场配体，形成外轨型配合物，稳定性低。中心离子Fe^3+的3d轨道电子构型为t2g^5eg^0（强场）或t2g^5eg^2（弱场），CN^-使电子配对，Δ值大，稳定性高。五、讨论题答案：1.答案：实验方案：①取3份等体积H2O2溶液（浓度相同）；②分别加入等质量CuO、MnO2、Fe2O3催化剂；③记录相同条件下收集等体积O2的时间。关键步骤：控制变量（H2O2浓度、体积、催化剂质量、温度），确保单一变量原则，通过气泡速率或收集时间比较催化效率，MnO2催化速率最快，CuO次之，Fe2O3最慢。2.答案：绿色化学理念要求原子利用率高、污染少。硝酸工业传统法（氨氧化）产生NOx，改进：①采用V2O5催化剂，优化反应条件减少副反应；②尾气中NOx用氨选择性催化还原（SCR）技术转化为N2；③工艺集成（如稀硝酸吸收尾气），提高原子利用率，减少废水排放，实现“零排放”目标。3.答案：[Co(NH3)6]^3+稳定，因Co^3+为d6构型，在强场配体NH3作用下形成低自旋内轨型配合物，晶体场稳定化能（CFSE）大，