2025年高中化學(xué)競賽計算能力挑戰(zhàn)賽試題（五）一、化學(xué)基本原理題（共30分）1.氣體定律與熱化學(xué)綜合計算（12分）某科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)的"太陽能驅(qū)動CO?還原與甲醇合成"耦合系統(tǒng)包含兩步反應(yīng)：光催化步驟：2H?O(l)→2H?(g)+O?(g)ΔH?=+571.6kJ/mol熱催化步驟：CO?(g)+3H?(g)→CH?OH(g)+H?O(g)ΔH?=-49.0kJ/mol（1）計算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，2.24LCO?（折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況）參與反應(yīng)時，整個系統(tǒng)的總焓變ΔH（需寫出熱化學(xué)方程式）。（2）若熱催化步驟在恒容密閉容器中進(jìn)行，初始通入3molH?和1molCO?，在500K達(dá)到平衡時總壓為200kPa。已知該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=0.05(kPa)?2，計算平衡時CH?OH的分壓（寫出計算過程，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。解答：（1）總反應(yīng)方程式：2CO?(g)+4H?O(l)→2CH?OH(g)+3O?(g)由蓋斯定律：ΔH=3ΔH?+2ΔH?=3×571.6+2×(-49.0)=+1616.8kJ/moln(CO?)=0.1mol，總焓變ΔH=0.1mol×(1616.8kJ/mol)/2=+80.8kJ（2）設(shè)平衡時CH?OH的分壓為xkPa，列三段式：CO?(g)+3H?(g)?CH?OH(g)+H?O(g)起始分壓(kPa)：5015000變化分壓(kPa)：x3xxx平衡分壓(kPa)：50-x150-3xxx總壓=(50-x)+(150-3x)+x+x=200-2x=200kPa→x=0（矛盾，修正計算基準(zhǔn)）正確解法：設(shè)轉(zhuǎn)化的CO?為αmol，總物質(zhì)的量變化Δn=-2α，Kp=[p(CH?OH)·p(H?O)]/[p(CO?)·p(H?)3]=(x·x)/[(50-x)(150-3x)3]=0.05解得x=12kPa（有效數(shù)字保留兩位）2.溶液平衡與滴定分析（10分）用0.1000mol/LNaOH溶液滴定20.00mL某H?PO?溶液，滴定曲線顯示兩個明顯突躍。當(dāng)加入15.00mLNaOH時，溶液pH=4.70；加入30.00mL時pH=9.70（已知H?PO?的Ka?=7.5×10?3，Ka?=6.2×10??，Ka?=2.2×10?13）。（1）計算原H?PO?溶液的濃度；（2）計算第二化學(xué)計量點(diǎn)時溶液的pH（忽略H?PO?的三級電離，結(jié)果保留一位小數(shù)）。解答：（1）第一個突躍對應(yīng)H?PO?→H?PO??，第二個對應(yīng)H?PO??→HPO?2?。加入30.00mLNaOH時恰好完成第二步反應(yīng)：n(H?PO?)=n(NaOH)/2=0.1000×30.00/2=1.500mmolc(H?PO?)=1.500mmol/20.00mL=0.07500mol/L（2）第二計量點(diǎn)生成Na?HPO?，c=0.1000×30/(20+30)=0.0600mol/L由兩性物質(zhì)pH公式：pH=?(pKa?+pKa?)=?(7.21+12.66)=9.93.氧化還原滴定計算（8分）稱取0.5000g含F(xiàn)e?O?的礦石樣品，用HCl溶解后轉(zhuǎn)化為Fe2?，用0.02000mol/LKMnO?標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定（酸性介質(zhì)），消耗體積25.00mL。計算樣品中Fe?O?的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（M(Fe?O?)=231.5g/mol，結(jié)果保留四位有效數(shù)字）。解答：反應(yīng)方程式：5Fe2?+MnO??+8H?=5Fe3?+Mn2?+4H?On(MnO??)=0.02000×25.00×10?3=5.000×10??moln(Fe2?)=5×5.000×10??=2.500×10?3molm(Fe?O?)=2.500×10?3mol×231.5g/mol/3=0.1929g質(zhì)量分?jǐn)?shù)=0.1929/0.5000×100%=38.58%二、無機(jī)元素與晶體結(jié)構(gòu)計算（25分）4.配位化合物組成分析（10分）某鈷配合物的組成為Co(NH?)?Cl?·zH?O，取0.5000g樣品進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：①用AgNO?滴定氯元素，消耗0.1000mol/LAgNO?溶液20.00mL；②熱分解實(shí)驗(yàn)測得結(jié)晶水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.4%；③元素分析顯示Co的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.4%（M(Co)=58.9g/mol，M(NH?)=17.0g/mol）。通過計算確定該配合物的化學(xué)式（x、y、z均為正整數(shù)）。解答：n(Cl?)=0.1000×0.02000=0.002000mol，m(Cl)=0.07100gm(H?O)=0.5000×14.4%=0.0720g，n(H?O)=0.00400molm(Co)=0.5000×21.4%=0.1070g，n(Co)=0.1070/58.9=0.001816mol設(shè)n(Co)=1mol，則y=0.002000/0.001816≈1.10，取y=1z=0.00400/0.001816≈2.20，取z=2m(NH?)=0.5000-0.1070-0.07100-0.0720=0.2500gn(NH?)=0.2500/17.0=0.0147mol，x=0.0147/0.001816≈8.10，取x=8化學(xué)式：[Co(NH?)?]Cl·2H?O5.晶體結(jié)構(gòu)計算（15分）新型超導(dǎo)材料LaFeAsO???Fx的晶胞參數(shù)a=b=0.4000nm，c=0.8000nm，晶胞中含2個La原子。已知：La：139g/mol，F(xiàn)e：56g/mol，As：75g/mol，O：16g/mol，F(xiàn)：19g/mol（1）計算x=0時晶體的理論密度（g/cm3，結(jié)果保留三位有效數(shù)字）；（2）若x=0.5，且O、F原子在晶胞中完全無序分布，計算晶胞中F原子的數(shù)目及晶體的化學(xué)式。解答：（1）晶胞體積V=(0.4000×10??cm)2×(0.8000×10??cm)=1.28×10?22cm3晶胞質(zhì)量m=2×(139+56+75+16)=2×286=572g/mol密度ρ=(572/6.022×1023)/1.28×10?22=7.42g/cm3（2）x=0.5時，O/F總個數(shù)=2×(1-0.5)=1（每個晶胞含2個O/F位點(diǎn)）F原子數(shù)目=2×0.5=1晶體化學(xué)式：LaFeAsO?.?F?.?三、有機(jī)化學(xué)計算（20分）6.有機(jī)物組成與反應(yīng)計算（10分）某芳香族化合物A的分子式為C?H??O?，能與NaHCO?反應(yīng)放出CO?。A與足量H?加成后生成B（C?H??O?），B的核磁共振氫譜顯示5組峰，峰面積比為3:2:2:2:5。（1）計算A的不飽和度，并寫出A可能的結(jié)構(gòu)簡式；（2）若A與乙醇發(fā)生酯化反應(yīng)，生成的酯在酸性條件下水解，計算1.50g酯完全水解所需0.100mol/LNaOH溶液的體積（mL，M(酯)=206g/mol）。解答：（1）不飽和度Ω=(2×9+2-10)/2=5A含-COOH和苯環(huán)，結(jié)構(gòu)簡式：C?H?CH?CH?COOH（或間位/對位甲基取代的苯丙酸）（2）n(酯)=1.50/206=0.00728mol，水解反應(yīng)：1:1消耗NaOHV(NaOH)=0.00728/0.100=0.0728L=72.8mL7.手性化合物與立體化學(xué)計算（10分）某烯烴C?H??與HBr加成后生成2-溴戊烷，產(chǎn)物中含30%(R)-2-溴戊烷和70%(S)-2-溴戊烷。（1）計算該烯烴的結(jié)構(gòu)簡式及不對稱碳原子的構(gòu)型；（2）若起始烯烴為純手性化合物，計算加成反應(yīng)的立體選擇性（用對映體過量值ee表示，ee=|R-S|/|R+S|×100%）。解答：（1）烯烴結(jié)構(gòu)：CH?CH?CH=CHCH?（2-戊烯），不對稱碳原子為C2（2）ee=|30%-70%|=40%，反應(yīng)傾向于生成(S)-構(gòu)型產(chǎn)物四、綜合應(yīng)用題（35分）8.工業(yè)廢水處理計算（15分）采用"雙極膜電解法"處理含Cr?O?2?的酸性廢水，原理為：陽極室：Cr?O?2?+6Fe2?+14H?=2Cr3?+6Fe3?+7H?O陰極室：2H?+2e?=H?↑已知廢水中Cr?O?2?濃度為0.0100mol/L，處理100L廢水時，理論上需通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下H?的體積（寫出計算過程，保留三位有效數(shù)字）。解答：n(Cr?O?2?)=0.0100×100=1.00mol由電子守恒：Cr?O?2?6Fe2?6e?~3H?n(H?)=3×1.00=3.00molV(H?)=3.00×22.4=67.2L9.配位平衡與沉淀溶解綜合計算（20分）向0.10mol/LAgNO?溶液中加入等體積0.20mol/LNH?·H?O，再加入0.010mol/LKCl溶液（忽略體積變化）。已知：[Ag(NH?)?]?的穩(wěn)定常數(shù)Kf=1.7×10?AgCl的溶度積Ksp=1.8×10?1?（1）計算混合溶液中Ag?的平衡濃度（mol/L）；（2）判斷是否有AgCl沉淀生成（需計算離子積Qc）。解答：（1）混合后c(Ag?)=0.050mol/L，c(NH?)=0.10mol/L設(shè)[Ag?]=xmol/L，[Ag(NH?)?]?≈0.050mol/LKf=[Ag(