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中国化学会2005年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题


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年全国高中学生化学竞赛(省级赛区) 中国化学会 2005 年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题
小时) (2005 年 9 月 11 日 9:00 - 12:00 共计 3 小时) : :
姓 名

1.008


He 4.003 O Ne B C N F Li Be 6.941 9.012 10.81 12.01 14.01 16.00 19.00 20.18 Al Si P S Cl Ar Na Mg 26.98 28.09 30.97 32.07 35.45 39.95 22.99 24.31 Ge As Se K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Br Kr 39.10 40.08 44.96 47.8850.94 52.00 54.94 55.85 58.93 58.69 63.55 65.39 69.72 72.61 74.92 78.96 79.90 83.80 In Sn Sb Te I Xe Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd 85.47 87.62 88.91 91.22 92.91 95.94 98.91 101.1 102.9 106.4 107.9 112.4 114.8 118.7 121.8 127.6 126.9 131.3 Hf Ta W Re Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Cs Ba Os Ir 132.9 137.3 La-Lu 178.5 180.9 183.9 186.2 190.2 192.2 195.1 197.0 200.6 204.4 207.2 209.0 [210] [210] [222] Fr Ra Db Sg Bh Hs Mt [223] [226] Ac-Lr Rf H

相相相相相相













用 所得样品中砹-211 的浓度<10-8mol/L, 第 1 题 9 分) α 粒子撞击铋-209 合成了砹-211。 ( 砹-211 同位素半衰期较长,足以用它来研究砹的化学性质。 1-1 写出合成砹的核反应方程式。















已知室温下用 CCl4 萃取 I2 的分配系数为 cI2(CCl4)/cI2(H2O)=84,预计用 CCl4 萃取 AtI 的分配 系数 cAtI(CCl4)/cAtI(H2O) 84(填 >, < 或 =);理由是 。

1-2 1-3

已知 I2 + I- ? I3- 的平衡常数 K = 800,可推断 AtI + I- ? AtI2- 的平衡常数 K 800(填 >, < 或 =); 依据是: 。 在 AtI 中加入 I2 和 I-的混合溶液,滴加 AgNO3 溶液,发现所得沉淀中只有 AgI 而没有 共沉淀的 AgAt(如果有 AgAt,必然会被共沉淀) ,然而在上述产物中加入 Pb(IO3)2 却发现有砹的共沉淀。写出有关化学方程式,解释上述实验现象。

1-4

已知室温下 ICH2COOH 的 pKa=3.12,由此可推断 AtCH2COOH 的 pKa 或 =) ;理由是:

3.12(填>, <

第 2 题(12 分)为纪念 1905 年爱因斯坦连续发表 6 篇论文导致物理学大变革 100 周年,今 年被定为国际物理年。本题涉及的“热电效应”机理也是爱因斯坦首先阐释的,即他提出的
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被后人称为“爱因斯坦振荡器”的独立振荡原子与温度关系的模型。

2-1 左上图是热电效应之一的图解。 给出图中所有英文单词 (或词组) 及物理学符号的意义, 并为此图写一篇不超过 200 字(包括标点符号等)的说明文。

2-2 右上图是化学家合成的能实现热电效应的一种晶体的晶胞模型。图中的大原子是稀土原 子,如镧;小原子是周期系第五主族元素,如锑;中等大小的原子是周期系 VIII 族元 素,如铁。按如上结构图写出这种热电晶体的化学式。给出计算过程。提示:晶胞的 6 个面的原子数相同。设晶体中锑的氧化态为-1,镧的氧化态为+3,问:铁的平均氧化 态多大?

第 3 题(10 分)等摩尔的丙酮和过氧化氢混合,在盐酸催化下生成白色粉末 A 和水,反应 进行完全,产物分子总数是反应物分子总数的 2/3。A 在撞击、摩擦和加热时发生爆炸,被 称为熵炸弹。 3-1 A 分子中氧的化学环境相同。画出 A 的立体结构(H 原子不必画出) 。 3-2 A 发生爆炸生成丙酮等物质,并不燃烧起火。写出爆炸的反应方程式。 3-3 为什么 A 被称为“熵炸弹”? 3-4 合成 A 是十分危险的,不慎会在合成时瞬即发生爆炸,例如,温度稍高,反应将生成 A 的同系物 B,B 的相对分子质量为 A 的 2/3。画出 B 的结构;B 比 A 更容易爆炸, 应如何从结构上理解?(注:在 H2O2 分子中的 H—O—O 夹角约 95oC,面夹角约 112oC。 )

第 4 题(6 分) 本题涉及 3 种组成不同的铂配合物,它们都是八面体的单核配合物,配体 为 OH-和/或 Cl-。 4-1 PtCl4 · 5H2O 的水溶液与等摩尔 NH3 反应,生成两种铂配合物,反应式为:
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4-2 BaCl2 · PtCl4 和 Ba(OH)2 反应(摩尔比 2 : 5) ,生成两种产物,其中一种为配合物,该 反应的化学方程式为:

第 5 题(8 分)气态废弃物中的硫化氢可用下法转化为可利用的硫:配制一份电解质溶液, 主要成分为: K4[Fe(CN)6] (200g/L)和 KHCO3 (60g/L);通电电解,控制电解池的电流密度和 槽电压,通入 H2S 气体。写出相应的反应式。 已知:φ (Fe(CN)63-/Fe(CN)64-)= 0.35 V ; KHCO3 溶液中的 φ(H+/H2) ~ -0.5 V ; φ(S/S2-) ~ -0.3 V

第 6 题(13 分)写出下列反应的每步反应的主产物(A、B、C)的结构式;若涉及立体化 学,请用 Z、E、R、S 等符号具体标明。

CH2COOH CH2COOH

- H2O

A

CH3CHO(等摩尔) 无无无无无无

B

HBr

C

B 是两种几何异构体的混合物。

第 7 题(8 分) 7-1 给出下列四种化合物的化学名称:
O H C

A.

N(CH3)2

B.

CH3OCH2CH2OCH3

的名称: A 的名称:

的名称: B 的名称:

N

O

H3C S

CH3

C.

H

D.
D 的名称: 的名称:

O

C 的名称: 的名称:

7-2 常用上述溶剂将芳香烃和丁二烯等化工原料从石油馏分中抽提出来,请简要说明它们 的作用原理。

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7-3

选出下列顺磁性物种(用物种前面的字母表示): B. Fe(CO)5 C. N2O-ON2 A. Cr(H2O)62+ 顺磁性物种是:

D.

[N(C6H4OCH3)3]+

第 8 题(12 分) LiCl 和 KCl 同属 NaCl 型晶体,其熔点分别为 614℃和 776℃。Li+、K+和 Cl-的半径分别为 76pm、133pm 和 181pm。在电解熔盐 LiCl 以制取金属锂的生产工艺中, 加入适量的 KCl 晶体,可使电解槽温度下降至 400℃,从而使生产条件得以改善。 8-1 简要说明加入熔点高的 KCl 反而使电解温度大大下降的原因; 8-2 有人认为,LiCl 和 KCl 可形成固溶体(并画出了“固溶体的晶胞”) 。但实验表明,液 相 LiCl 和 KCl 能以任意比例混溶而它们的固相完全不混溶(即不能生成固溶体!。请解释 ) ! 在固相中完全不混溶的主要原因。

8-3

写出计算 LiCl 和 KCl 两种晶体密度之比的表达式(须包含离子半径的符号);

8-4 在 KCl 晶体中,K+离子占据由 Cl- 离子围成的八面体空隙,计算相距最近的八面体空 隙中心之间的距离。

8-5 实验证明,即使产生了阳离子空位,KCl 晶体在室温下也不导电。请通过计算加以说 明。

第 9 题(12 分)一种鲜花保存剂( preservative of cut flowers) B 可按以下方法制备: 把丙酮肟、溴乙酸、氢氧化钾混合在 1,4-二氧六环(溶剂)中反应,酸化后用乙醚提取, 蒸去乙醚后经减压蒸馏析离出中间产物 A,A 用 1 : 1 盐酸水溶液水解,水解液浓缩后加入 异丙醇(降低溶解度),冷却,即得到晶态目标产物 B,B 的熔点 152~153oC(分解),可溶 , 於水,与 AgNO3 溶液形成 AgCl 沉淀。 用银定量法以回滴方式(用 NH4SCN 回滴过量的 AgNO3)测定目标产物 B 的相对分子质 量,实验过程及实验数据如下: (1) 用 250 毫升容量瓶配制约 0.05 mol/L 的 AgNO3 溶液,同时配置 250 mL 浓度相近的 NH4SCN 溶液。 (2)准确称量烘干的 NaCl 207.9 mg,用 100 毫升容量瓶定容。

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(3) 用 10 毫升移液管移取上述 AgNO3 溶液到 50 毫升锥瓶中,加入 4 mL 4 mol/L HNO3 和 1 mL 饱和铁铵矾溶液, 用 NH4SCN 溶液滴定,粉红色保持不褪色时为滴定终点, 三次实验的平均值为 6.30 mL。 (4)用 10 毫升移液管移取 NaCl 溶液到 50 毫升锥瓶中,加入 10 mL AgNO3 溶液、4 mL 4mol/L HNO3 和 1 mL 饱和铁铵矾溶液,用 NH4SCN 溶液回滴过量的 AgNO3,三次实验结 果平均为 1.95 mL。 (5)准确称量 84.0 mg 产品 B,转移到 50 毫升锥瓶中, 加适量水使其溶解,加入 10 mL , AgNO3 溶液、4 mL 4mol/L HNO3 和 1 mL 饱和铁铵矾溶液,用 NH4SCN 溶液回滴, 消耗了 1.65 mL。 (6)重复操作步骤 (5), 称量的 B 为 81.6 mg, 消耗的 NH4SCN 溶液为 1.77 mL; 称量的 B 为 76.8 mg, 消耗的 NH4SCN 溶液为 2.02 mL。 9-1 按以上实验数据计算出产物 B 的平均相对分子质量。 用质谱方法测得液相中 B 的最大正离子的相对式量为 183。 9-2 试写出中间产物 A 和目标产物 B 的结构式。

第 10 题(10 分)据世界卫生组织统计,全球约有 8000 万妇女使用避孕环。常用避孕环都 是含金属铜的。据认为,金属铜的避孕机理之一是,铜与子宫分泌物中的盐酸以及子宫内的 空气反应,生成两种产物,一种是白色难溶物 S,另一种是酸 A。酸 A 含未成对电子,是 一种自由基,具有极高的活性,能杀死精子。 10-1 写出铜环产生 A 的化学方程式。 10-2 画出 A 分子的立体结构。 10-3 给出难溶物 S 和酸 A 的化学名称。 10-4 A 是一种弱酸,pK=4.8 问:在 pH= 6.8 时,A 主要以什么形态存在? 答案
1 1、 209 Bi + 4 He = 211 At + 2 0 n <、AtI 是极性分子、>、形成 X3-离子的能力、I3->Br3->Cl3、 、 离子的能力、 83 2 85

AtI + 2I2 + 5Ag+ + 3H2O = 5AgI + AtO3- + 6H+ (把 I2 改为 I3-也可,但仍应配平) 也可,但仍应配平) AtO3- 与 Pb(IO3)2 共沉淀。 AtCH2COOH 分子中的砹的吸电子效应比 共沉淀。 、 ICH2COOH 中的碘小、 中的碘小、

2、1 、 input—— 输入 I —— 电流强度 (各 0.25 分) 各 hot—— 热(端) cold—— 冷(端) heat flow—— 热流 n —— n 型半 导体 p ——p 型 半导体 i+ —— 正电流

结的远端输入外电流,半导体发生空穴导电, 向热电材料构成的半导体的 n-p 结的远端输入外电流,半导体发生空穴导电,电流流经 n-p
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结时发生复合,外电流输入的能量转化为热流, 结的温度越来越低, 结时发生复合,外电流输入的能量转化为热流,使 n-p 结的温度越来越低,而其远端的温度 越来越高,即有类似冰箱制冷的效应。 越来越高,即有类似冰箱制冷的效应。 2.2、化学式 LaFe4Sb12(2 分) 、 (写 La2Fe8Sb24 扣 1 分)铁的氧化态 9/4 = 2.25 (1 分) 计算化学式的过程如下:晶胞里有 2 个 La 原子(处于晶胞的顶角和体心) 有 8 个 Fe 原 原子(处于晶胞的顶角和体心) ;有 晶胞里有 ; 处于锑形成的八面体的中心) 锑八面体是共顶角相连的, ;锑八面体是共顶角相连的 子(处于锑形成的八面体的中心) 锑八面体是共顶角相连的,平均每个八面体有 6/2=3 个 ; = 锑原子, 个八面体, 个锑原子; 锑原子,晶胞中共有 8 个八面体,8x3=24 个锑原子;即:La2Fe8Sb24。其他合理过程也可 3-1
C O O C O O O O C

参考图:

(注:分子中 C-O-O-C 不在一个平面上)

( 4 分) 3-2 C9H18O6 = 3
H3C C O CH3

+

O3

(



3/2

O 2)

3-3 3-4

( 2 分) 爆炸反应不是燃烧反应,能量改变不大,是由于生成大量气态小分子导致 的熵增加效应,因而称为“熵炸弹” 。 (1 分)

O O

O O

参考图:

B 是双聚分子,分子的六元

环不能满足过氧团的正常键角(C-O-O-C 面间角和 C-O-O 键角)的需要,导致 分子张力太大而不稳定。 (3 分) 第 4 题(6 分) 本题涉及 3 种组成不同的铂配合物,它们都是八面体的单核配合物,配体 为 OH-和/或 Cl-。 4-1 PtCl4 · 5H2O 的水溶液与等摩尔 NH3 反应,生成两种铂配合物,反应式为: 2 H2[PtCl4(OH)2] + 2NH3 = (NH4)2[PtCl6] + H2[PtCl2(OH)4] 或 H2[PtCl6] +(NH4)2[PtCl2(OH)4] 或 NH4H[PtCl6] + 4- NH4H[PtCl2(OH)4]2Ba[PtCl6] + 5Ba(OH)2 = 2Ba[PtCl(OH)5] + 5BaCl2 阳极反应:[Fe(CN)6] 3- -e = [Fe(CN)6] (2 分) 阴极反应:2HCO3- + 2e = 2CO32- + H2 (2 分) 涉及硫化氢转化为硫的总反应: 2Fe(CN)63- + 2CO32- + H2S = 2Fe(CN)64- + 2HCO3- + S 10-1.Cu + HCl + O2 = CuCl + HO2 3分 10-2

H

O O
注: 画 O-O 单键不扣分,但分子不画成角型不得分。3 分

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10-3.

A: 超氧酸

2分 2分

10-4. 几乎完全电离为超氧离子。

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