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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)备用试题


中国化学会 2005 年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)备用试题 2005 年 10 月 9 日





1

年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)备用试题 中国化学会 2005 年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)备用试题 及答案和评分标准
小时) (2005 年 10 月 9 日 9:

00 - 12:00 共计 3 小时) : : 题 号 满 分 得 分 评卷人

小时.迟到超过半小时者不能进考场. 小时内不得离场.时间到,把试卷( 竞赛时间 3 小时.迟到超过半小时者不能进考场.开始考试后 1 小时内不得离场.时间到,把试卷(背 面朝上)放在桌面上,立即起立撤离考场. 面朝上)放在桌面上,立即起立撤离考场. 试卷装订成册,不得拆散.所有解答必须写在指定的方框内 不得用铅笔填写.草稿纸在最后一页. 定的方框内, 试卷装订成册,不得拆散.所有解答必须写在指定的方框内,不得用铅笔填写.草稿纸在最后一页. 不得持有任何其他纸张. 不得持有任何其他纸张. 姓名,报名号和所属学校必须写在首页左侧指定位置,写在其他地方者按废卷论处. 姓名,报名号和所属学校必须写在首页左侧指定位置,写在其他地方者按废卷论处. 允许使用非编程计算器以及直尺等文具. 允许使用非编程计算器以及直尺等文具.
He 4.003 Ne O B C N F Li Be 6.9419.012 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 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se 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 Sn Sb Te I Xe Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In 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 Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Cs Ba [210] 132.9137.3 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 [223] [226]Ac-Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt H

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10







12 12 10 8 10 10 10 8 12 8

100



1.008

相相相相相相

自 治













第 1 题(12 分)将 H2O2 慢慢加入到 SbF5 的 HF 溶液中得一白色固体 A,A 是一种盐类,其 阴离子呈八面体结构. 1-1 A 的 结 构 简 式 [H3O2]+[SbF6](2 分 ) , 生 成 A 的 化 学 方 程 式 + H2O2+HF+SbF5=[H3O2] [SbF6] (1 分). 1-2 A 不稳定,能定量分解,B 是产物之一,其中亦含有八面体结构,B 的结构简式为 [H3O]+[SbF6]- (2 分). 1-3 若将 H2S 气体通入 SbF5 的 HF 溶液中,则得晶体 C,C 中仍含有八面体结构,写出 C 的结构简式 [SH3]+[SbF6](2 分 ) . 生 成 C 的 化 学 反 应 方 程 式 是 + H2S+HF+SbF5=[SH3] [SbF6] (1 分).









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2

将 H2O2 滴入液氨中得白色固体 D,D 是一种盐,含有正四面体结构,写出 D 的结构式 [NH4]+[HOO]- (2 分) 和生成反应方程式 H2O2+NH3=[NH4]+[HOO](1 分) 1-5 比较 H2O2 和 H2S 的性质异同 H2O2 既是酸又是碱,H2S 是一种碱 既是酸又是碱, . ( 1 分) 第 2 题(12 分)锂电池由于其安全可靠的性能, 体积小,质量轻,高效能及可逆等卓越品质 被广泛应用于移动电话,笔记本电脑,数码相机等便携式电子器材中. 下图为锂电池工作原 理图, 阴极材料由 LiMO2 (M=Co, Ni, V, Mn)构成, 阳极材料由石墨构成, 阴,阳两极之间用半 透膜隔开, 充电时锂离子由阴极向阳极迁移, 放电时则相反, 电池可表示为: (-)Cn/LiClO4/LiMO2(+) 翻印无效 1-4

2-1 写出锂电池充放电时的可逆电极反应. Cathode: LiMO2=Li1-xMO2+xLi++xe Anode: nC+xLi++xe=LixCn 正反应为充电,逆反应为放电反应. 正反应为充电,逆反应为放电反应.

( 4 分)

2-2 根据上图所示的 LiMO2 的尖晶石结构, 写出氧的堆积方式, 并指出 Li 和 M 占据何种空隙, 画出以氧为顶点的一个晶胞. O: 立方面心密堆积 Li 和 M 占据八面体空隙 立方面心密堆积; 占据八面体空隙; 以氧为顶点的一个晶胞表示如下: 以氧为顶点的一个晶胞表示如下 (1 分)

(2 分)

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3

2-3

锂离子在阳极与石墨形成固体混合物, 试推测并画出锂离子嵌入石墨的可能结构.

( 3 分) 2-4 早期的阳极材料用的是锂金属, 试指出锂金属作阳极材料的不足, 并说明还可以用什么 物质替代石墨作阳极材料? 锂活泼, 易与电解质反应, 形成锂的枝状晶体, 导致电池被侵蚀或爆炸. 锂活泼 易与电解质反应 形成锂的枝状晶体 导致电池被侵蚀或爆炸. ( 1 分) 等与锂掺杂形成金属合金, 还可用低熔点的金属如 Si, Bi, Pb, Sn, Cd 等与锂掺杂形成金属合金 或用电解质如液体 用有机溶剂不能含水), 电解质 LiPF6, LiBF6, LiAsF6 及 LiOSO2CF3(用有机溶剂不能含水 以及固体电解质等. 用有机溶剂不能含水 以及固体电解质等. ( 1 分) 第 3 题(10 分)固体发光材料是一种能将激发的能量转变为可见光的固体物质.在基质中掺 入杂质, 含量可达千分之几或百分之几, 可调整发光效率,余辉及发光光谱.如在刚玉 Al2O3 基质中掺入 0.05~1.0%的 Cr3+及在 Y2O3 基质中掺入 Eu3+等均可制成固体发光材料. 3-1 推测 Al2O3 基质中掺入 Cr3+的发光原理. Al3+和 O2-是满壳层电子结构 能隙大 电子不易激发 故无色 是满壳层电子结构, 能隙大, 电子不易激发, 故无色; ( 2 分) 3+ 3+ 是过渡金属, 电子, 形成较低的激发态能级, 掺入的 Cr 是过渡金属 具有 3d 电子 在晶体中置换部分 Al 形成较低的激发态能级 两个强吸收带分别吸收黄绿色及蓝色的光 只有红光透过, 两个强吸收带分别吸收黄绿色及蓝色的光, 只有红光透过 因而掺 Cr3+的刚玉呈绚丽的 红色, 称为红宝石. 红色 称为红宝石. (3 分) 3-2 Y2O3 属立方晶系, 将 Y2O3 的立方晶胞分为 8 个小立方体, Y 在小立方体的面心和顶点, O 位于小立方体内的四面体空隙, 画出这样四个小立方体, 指出 Y 和 O 的配位数.

( 4 分) Y 的 O 的配位数为 6, O 的 Y 配位数为 4. . (1 分)

第 4 题(8 分)本题涉及 4 种组成不同的配合物,它们都是平面正方形结构.

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4

4-1 PtCl22KCl 的水溶液与二乙硫醚(Et2S)反应(摩尔比 1:2)得到两种结构不同的黄色 配合物,该反应的化学方程式和配合物的立体结构是: PtCl22KCl+2Et2S=[Pt(Et2S)2 Cl2]+2KCl
Cl Pt SEt2 SEt2 SEt2 Cl Cl Pt Cl

(2 分)
SEt2

顺式

反式

(各 0.5 分)

4-2 PtCl22KCl 的水溶液与足量 Et2S 反应获得的配合物为淡红色晶体,它与 AgNO3 反应(摩 尔比 1:2)得到两种组成不同的配合物,写出上述两个反应的化学方程式 2PtCl22KCl +4Et2S=[Pt(Et2S)4][PtCl4] +4KCl (3 分) [Pt(Et2S)4][PtCl4] +2AgNO3=Ag2[PtCl4]+ [Pt(Et2S)4](NO3)2 (2 分)

第 5 题(10 分)氯化钯是一种重要的催化剂,在石油化工和汽车尾气转化中应用广泛,从工 业废料中提取钯通常得到的物料是二氯二氨合钯,然后再用复杂的工艺得到氯化钯,并且 环境污染严重,转化率低.2005 年有人报道制取的新工艺,过程较简单,无污染,直收率 99%,产品纯度>99.95%. 5-1 在二氯二氨合钯中加入一定量的水和盐酸,加热至 100℃得澄清溶液 A.写出该反应的化 学方程式: (2 分) 5-2 于上述 A 的热溶液中加入一定量的氯酸钠溶液,继续加热溶液有气体逸出,得溶液 B, 写出该反应的化学方程式,此时钯以何形式存在? Pd(NH3)2Cl2+2HCl=(NH4)2[PdCl4] 6ClO3-+10NH4+=3Cl2+5N2+18H2O+4H+ 钯以 H2PdCl4 形式存在 ( 2 分) (1 分)

5-3 在溶液 B 中加入 10%NaOH 溶液调节 pH=10,保持溶液温度在 100℃左右得沉淀 C.如 溶液 PH>10,上清液中钯含量升高.分别写出溶液 B 中生成沉淀 C 及上清液中钯量又升 高的化学反应方程式. H2PdCl4+4NaOH=Pd(OH)2↓+4NaCl+2H2O (2 分) 发生反应: 过量 NaOH 与部分 Pd(OH)2 发生反应: Pd(OH)2+2 NaOH=Na2[Pd(OH)4] = (2 分) 5-4 在 C 中加入浓盐酸加热至 100℃浓缩直至蒸干,再在 120℃下烘 5 小时.写出发生的化学 反应方程式 Pd(OH)2+2HCl= PtCl2+2H2O 第 6 题(10 分) 6-1 给出下列四种化合物的化学名称 A (1 分)

A 的名称

2-(对-异丁基苯基 丙酸 或 : 布洛芬 对 异丁基苯基 异丁基苯基)丙酸 ( 1 分)

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5

COOH

B

O O CH3CCH2CCH3
= =

B 的名称

2,4-戊二酮 戊二酮

或:乙酰丙酮 (1 分)

C
O

=
NH CH3 O

C 的名称

α-甲基丁二酰亚胺 甲基丁二酰亚胺

(1 分)

D

O

O
D 的名称 丙酮缩乙二醇 (1 分)

CH3-C-CH3

6-2 写出下列每步反应的主要产物(A,B,C)的结构式
O NaOC2H5

A

C2H5OH

B

NaOC2H5 NaOC2H5

C

O

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A (2 分)

_

O OC2H5

O

B (2 分)

CO2C2H5 COCH3
C ( 2 分)
O

第 7 题(10 分)20 世纪 60 年代,化学家发现了一类酸性比 100%的硫酸还要强的酸,称之为 魔酸,其酸性强至可以将质子给予δ受体,CF3SO3H 就是其中常见的魔酸之一. 7-1 试写出 CH3CH3 与 CF3SO3H 可能的反应式.

CH3CH3+CF3SO3H

CH3CH3+CF3SO3H

(生成二电子三中心键 生成二电子三中心键) 生成二电子三中心键 7-2 以上反应所得产物活性均很高, 立即发生分解, 试写出分解以后所得到的全部可能产物.

H CH3 CH3 CF3SO3

=
O

=
+ H CH3 CH3 CF3SO3
(2.5 分)

_

H CH3CH2 H

+ CF3SO3

_
(2.5 分)

+

_ CH4+CF3SO3CH3
(1 分) (1 分)

H CH3CH2 H

+ CF3SO3

_ H2+CF3SO3CH2CH3+CH2=CH2
(1 分) (1 分) (1 分)

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第 8 题(8 分)熵是由德国物理学家克劳休斯于 1865 年首次提出的一个重要热力学概念.统 计物理学研究表明,熵是系统混乱度的量度.熵增加原理的数学表达式是:(ds)U,V≥0.其物 理意义是:一个孤立系统的自发过程总是朝着熵增加的方向进行,即从有序走向无序.而生 命的发生,演化及成长过程都是从低级到高级,从无序到有序的变化.这样看来把熵增加原 理应用到生命科学中似乎是不可能的. 8-1 熵增加原理与达尔文进化论是否矛盾? 说明理由. 熵增加原理适用于孤立系统, 而生命系统是一个开放系统,生物进化是一个熵变过程,生 物的复杂性(种群系)与熵有关,生物进化的谱系越复杂,熵值就越大.生物的组织化 (个体结构)与信息有关.谱系复杂化的分支衍生带来更大的进化突变空间,但是由于 生物遗传的制约作用,使实际产生的状态数(种类数)比更大可能产生的状态数少,即 实际熵比更大可能熵小.一个进化的生物系列在合适的环境条件下,复杂性(熵)将与 组织化(信息)同时增加.因此,生物进化的必然结构是种类越来越多,结构也越来越 高级,实际熵与最大可能熵的差也越来越大.从这个角度看, 熵增加原理与达尔文进化论 不矛盾. (4 分) 8-2 初期的肿瘤患者可以治愈, 而晚期癌症患者的肿瘤想要治愈是根本不可能的, 用熵增加 原理解释其原因. 肿瘤发生的实质就是在某一时刻机体系统发生了变速熵增的过程,机体对肿瘤产生的抑 制能力大大减弱,肿瘤发生率在此过程会提高很多,从而导致肿瘤的发生.由于肿瘤患 者的癌细胞在体内扩散,影响着人体的熵增速率,使机体时常处于变速熵增的不可逆过 程,即人体内肿瘤的发生一旦达到了一定的混乱度,这种情况是不可逆的, 故晚期癌症患 者的肿瘤想要治愈是根本不可能的.而初期的肿瘤患者可以治愈是因为熵增加原理不适 用于质点数很小的系统.几个肿瘤细胞相对于人体这个大的系统来说,质点数很少,对 于人体还不至于构成威胁.所以对于肿瘤的研究,预防是关键.要防治肿瘤的发生,就 要阻止熵增不可逆过程的发生. ( 4 分) 第 9 题(12 分)维生素 C 又称抗坏血酸,广泛存在于水果,蔬菜中,属于外源性维生素,人 体不能自身合成,必须从食物中摄取.其化学式为 C6H8O6,相对分子量为 176.1,由于分子 中的烯二醇基具有还原性,能被 I2 定量地氧化成二酮基,半反应为: C6H8O6 = C6H6O6 + 2H+ + 2e = 0.18 V 因此, 可以采用碘量法测定维生素 C 药片中抗坏血酸的含量. 具体实验步骤及结果如下: (1)准确移取 0.01667 mol/L 的 K2Cr2O7 标准溶液 10.00 mL 于碘量瓶中,加 3 mol/L H2SO4 溶液 10 mL,10% KI 溶液 10 mL,塞上瓶塞,暗处放置反应 5 min,加入 100 mL 水稀释,用 Na2S2O3 标准溶液滴定至淡黄色时, 加入 2 mL 淀粉溶液, 继续滴定至溶液由蓝色变为亮绿色. 平行三次实验,消耗 Na2S2O3 标准溶液平均体积为 19.76 mL. (2)准确移取上述 Na2S2O3 标准溶液 10.00 mL 于锥瓶中,加水 50 mL,淀粉溶液 2 mL, 用 I2 标准溶液滴定至蓝色且 30 s 不褪. 平行三次实验, 消耗 I2 标准溶液平均体积为 10.15 mL. (3)准确称取 0.2205 g 的维生素 C 粉末(维生素 C 药片研细所得)于锥瓶中,加新煮沸 过并冷却的蒸馏水 100 mL,2 mol/L HAc 溶液 10 mL,淀粉溶液 2 mL,立即用 I2 标准溶液滴 定至蓝色且 30 s 不褪,消耗 12.50 mL. (4)重复操作步骤(3) ,称取维生素 C 粉末 0.2176 g,消耗 I2 标准溶液为 12.36 mL;称取

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维生素 C 粉末 0.2332 g,消耗 I2 标准溶液为 13.21 mL. 根据以上实验结果计算出该维生素 C 药片中所含抗坏血酸的质量分数. 计算过程:先计算出 Na2S2O3 标准溶液的浓度;然后用 Na2S2O3 标准溶液标定 I2 标准溶 液的浓度;再根据 I2 标准溶液的浓度计算抗坏血酸的质量分数. 计算结果:Na2S2O3 标准溶液的浓度为 0.05062 mol/L; (4 分) I2 标准溶液的浓度为 0.02494 mol/L; (4 分) 抗坏血酸的质量分数平均值为 0.2491; (4 分) 与 有一固体化合物 A(C14H12NOCl), 6mol/l 盐酸回流可得到两个物质 B(C7H5O2Cl) 第 10 题 8 分) ( 和 C(C7H10NCl).B 与 NaHCO3 溶液反应放出 CO2.C 与 NaOH 反应后,再和 HNO2 作用得黄 色油状物,与苯磺酰氯反应生成不溶于碱的沉淀.当 C 与过量 CH3Cl 加热反应时,得一带有 芳环的季铵盐.推出 A,B,C 的可能结构式. A
Cl O C Cl N CH3
O C
=

O C

=

=

N CH3

N CH3

Cl

(共 3 分,每式 1 分) 共 B
Cl O C Cl OH O C
=

=

OH

O C

=

OH

Cl
(共 3 分,每式 1 分) 共 C

NHCH3HCl
(2 分)

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郑重声明;本试题的版权属中国化学会所有,不经中国化学会化学竞赛负责人授权,任何 重声明;本试题的版权属中国化学会所有,不经中国化学会化学竞赛负责人授权, 人不得翻印,不得在出版物或互联网网站上转载,贩卖,赢利,违者必究. 人不得翻印,不得在出版物或互联网网站上转载,贩卖,赢利,违者必究.

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