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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


中国化学会 2005 年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题 2005 年 9 月 11 日





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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 及答案和评分标准
(2005 年 9 月 11 日 ? ? ? ? 9:00 - 12:00 共计 3 小时) 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。 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。 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。
H
1.008

相对原子质量
O B C N 10.81 12.01 14.01 16.00 Al Si P S 26.98 28.09 30.97 32.07 Ge As Co Ni Cu Zn Ga Se 58.93 58.69 63.55 65.39 69.72 72.61 74.92 78.96 Ag Cd In Sn Rh Pd Sb Te 102.9 106.4 107.9 112.4 114.8 118.7 121.8 127.6 Po Ir Pt Hg Tl Pb Bi Au 192.2 195.1 197.0 200.6 204.4 207.2 209.0 [210]
Mt

Li Be 6.941 9.012 Na Mg 22.99 24.31 K Ca Sc Ti V Fe Cr Mn 39.10 40.08 44.96 47.88 50.94 52.00 54.94 55.85 Sr Ru Rb Y Zr Nb Mo Tc 85.47 87.62 88.91 91.22 92.91 95.94 98.91 101.1 Hf Ta W Re Cs Ba Os 132.9 137.3 La-Lu 178.5 180.9 183.9 186.2 190.2 Fr Ra Db Sg Bh Hs [223] [226] Ac-Lr Rf

He 4.003 Ne F 19.00 20.18 Ar Cl 35.45 39.95 Kr Br 79.90 83.80 I Xe 126.9 131.3 Rn At [210] [222]

第 1 题(9 分)用 α 粒子撞击铋-209 合成了砹-211。所得样品中砹-211 的浓度<10-8mol/L,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。

1-2

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 (1.5 分) 。 已知 I2 + I- ? I3- 的平衡常数 K = 800, 可推断 AtI + I- ? AtI2- 的平衡常数 K 依据是: 。 (1.5 分) 800 填 >, < 或 =) ( ;

1-3 1-4

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。

已知室温下 ICH2COOH 的 pKa=3.12,由此可推断 AtCH2COOH 的 pKa 是: 。 (1 分)

3.12(填>, < 或 =) ;理由

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。

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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 · 2O 的水溶液与等摩尔 NH3 反应,生成两种铂配合物,反应式为: 5H

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:

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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) 无水丁二酸钠

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

N

O

H3C S

CH3

C.

H

D.

O

每个 0.5 分

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。

7-3 选出下列顺磁性物种(用物种前面的字母表示): A. Cr(H2O)62+ B. Fe(CO)5 C. N2O-ON2 顺磁性物种是: (3 分)

D. [N(C6H4OCH3)3]+

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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, +离子占据由 Cl- 离子围成的八面体空隙, K 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。 (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、 mL 4mol/L HNO3 和 1 mL 4 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。

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(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、 mL 4 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?


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