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2008年全国高中化学竞赛(省级赛区)试题


中国化学会第 22 届全国高中学生化学竞赛(省级赛区) 试题 ? ? ? ?
H 1.008 Li 6.941 Na 22.99 K 39.10 Rb 85.47 Cs 132.9 Fr [223] Be 9.012 Mg 24.31 Ca 40.08 Sr 87.62 Ba 137.3 Ra [226]

竞赛时间 3 小时。迟到超过 30 分钟者

不能进考场。开始考试后 1 小时内不得离场。时 间到,把试卷(背面前上)放在桌面上,立即起立撤离考场。 试卷装订成册,不得拆散。所有解答必须写在站定的方框内,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。 允许使用非编程计算器以及直尺等文具。

元素周期表
B 10.81 Al 26.98 Ga 69.72 In 114.8 Tl 204.4 C 12.01 Si 28.09 Ge 72.61 Sn 118.7 Pb 207.2 N 14.01 P 30.97 As 74.92 Sb 121.8 Bi 209.0 O 16.00 S 32.07 Se 78.96 Te 127.6 Po [210] F 19.00 Cl 35.45 Br 79.90 I 126.9 At [210]

He 4.003 Ne 20.18 Ar 39.95 Kr 83.80 Xe 131.3 Rn [222]

Sc Ti V Cr 44.96 47.88 50.94 52.00 Y Zr Nb Mo 88.91 91.22 92.91 95.94 Hf Ta W La-Lu 178.5 180.9 183.8 Ac-La

Mn 54.94 Tc [98] Re 186.2

Fe 55.85 Ru 101.1 Os 190.2

Co 58.93 Rh 102.9 Ir 192.2

Ni 58.69 Pd 106.4 Pt 195.1

Cu 63.55 Ag 107.9 Au 197.0

Zn 63.39 Cd 112.4 Hg 200.6

第 1 题 (14 分) 1-1 EDTA 是乙二胺四乙酸的英文名称的缩写,市售试剂是其二水合二钠盐。 (1) 画出 EDTA 二钠盐水溶液中浓度最高的阴离子的结构简式。

(2) Ca(EDTA)2?溶液可用于静脉点滴以排除体内的铅。写出这个排铅反应的化学方程 式(用 Pb2+ 表示铅) 。

(3)能否用 EDTA 二钠盐溶液代替 Ca(EDTA)2?溶液排铅?为什么?

1-2 氨和三氧化硫反应得到一种晶体,熔点 205oC,不含结晶水。晶体中的分子有一个三重 旋转轴,有极性。画出这种分子的结构式,标出正负极。

1-3 Na2[Fe(CN)5(NO)]的磁矩为零,给出铁原子的氧化态。Na2[Fe(CN)5(NO)]是鉴定 S2?的 试剂,二者反应得到紫色溶液,写出鉴定反应的离子方程式。

1-4 CaSO4 ? 2H2O 微溶于水,但在 HNO3 ( 1 mol L?1)、HClO4 ( 1 mol L?1)中可溶。写出能够 解释 CaSO4 在酸中溶解的反应方程式。

1-5 取质量相等的 2 份 PbSO4 (难溶物)粉末,分别加入 HNO3 ( 3 mol L?1) 和 HClO4 ( 3 mol L?1),充分混合,PbSO4 在 HNO3 能全溶,而在 HClO4 中不能全溶。简要解释 PbSO4 在 HNO3 中溶解的原因。

1-6 X 和 Y 在周期表中相邻。CaCO3 与 X 的单质高温反应,生成化合物 B 和一种气态氧化 物;B 与 Y 的单质反应生成化合物 C 和 X 的单质;B 水解生成 D;C 水解生成 E,E 水 解生成尿素。确定 B、C、D、E、X 和 Y。

第 2 题 (5 分) 化合物 X 是产量大、应用广的二元化合物,大量用作漂白剂、饮水处理剂、 消毒剂等。年产量达 300 万吨的氯酸钠是生产 X 的原料,92%用于生产 X—在酸性水溶液中 用盐酸、二氧化硫或草酸还原。此外,将亚氯酸钠固体装柱,通入用空气稀释的氯气氧化, 也可生产 X。X 有极性和顺磁性,不形成二聚体,在碱性溶液里可发生歧化反应。
m 2-1 写出 X 的分子式和共轭 π 键( ? n ) 。

2-2 分别写出上述用草酸还原和用氯气氧化生产 X 的反应方程式。

2-3 写出上述 X 歧化反应的化学方程式。

第 3 题 (4 分) 甲醛是一种重要的化工产品,可利用甲醇脱氢制备,反应式如下: CH3OH(g)
催化剂,700oC

CH2O(g) + H2(g)

? ? r H m = 84.2 kJ mol

-1

(1)

向体系中通入空气,通过以下反应提供反应(1) 所需热量: H2(g) + ?O2(g) H2O(g)
? ? r H m =–241.8 kJ mol

-1

(2)

要使反应温度维持在 700?C,计算进料中甲醇与空气的摩尔数之比。已知空气中氧气的体积 分数为 0.20。

第 4 题 (10 分) (CN)2 被称为拟卤素, 它的阴离子 CN? 作为配体形成的配合物有重要用途。 4-1 HgCl2 和 Hg(CN)2 反应可制得 (CN)2, 写出反应方程式。

4-2 画出 CN?、(CN)2 的路易斯结构式。

4-3 写出(CN)2 (g) 在 O2 (g) 中燃烧的反应方程式。

4-4 298 K 下,(CN)2 (g) 的标准摩尔燃烧热为 ?1095 kJ mol?1,C2H2 (g) 的标准摩尔燃烧热 为 ?1300 kJ mol?1,C2H2 (g) 的标准摩尔生成焓为 227 kJ mol?1,H2O (l) 的标准摩尔生成焓 为 ?286 kJ mol?1,计算 (CN)2 (g) 的标准摩尔生成焓。

4-5

(CN)2 在 300~500 oC 形成具有一维双链结构的聚合物,画出该聚合物的结构。

4-6 电镀厂向含氰化物的电镀废液中加入漂白粉以消除有毒的 CN?,写出化学方程式(漂 白粉用 ClO?表示) 。

第 5 题 (5 分) 1963 年在格陵兰 Ika 峡湾发现一种水合碳酸钙矿物 ikaite。它形成于冷的海水 中,温度达到 8oC 即分解为方解石和水。1994 年的文献指出:该矿物晶体中的 Ca2+ 离子被 氧原子包围,其中 2 个氧原子来自同一个碳酸根离子,其余 6 个氧原子来自 6 个水分子。它 的单斜晶胞的参数为:a = 887 pm, b = 823 pm, c = 1102 pm, β = 110.2° ,密度 d = 1.83 g cm?3, Z = 4。 5-1 通过计算得出这种晶体的化学式。

5-2 研究了这种晶体在加压下受热膨胀体积增大的情形,并与冰及钙离子配位数也是 8 的 二水合石膏晶体(gypsum)作了对比,结果如下图所示(纵坐标为相对体积) : ice ikaite

gypsum

为什么选取冰和二水合石膏作对比?实验结果说明什么?

5-3

这种晶体属于哪种类型的晶体?简述理由。

第 6 题 (11 分) 在 900oC 的空气中合成出一种含镧、 钙和锰 (摩尔比 2 : 2 : 1) 的复合氧化物, 其中锰可能以 +2、+3、+4 或者混合价态存在。为确定该复合氧化物的化学式,进行如下 分析: 6-1 准确移取 25.00 mL 0.05301 mol L?1 的草酸钠水溶液,放入锥形瓶中,加入 25 mL 蒸馏 水和 5 mL 6 mol L?1 的 HNO3 溶液, 微热至 60~70oC, KMnO4 溶液滴定, 用 消耗 27.75 mL。 写出滴定过程发生的反应的方程式;计算 KMnO4 溶液的浓度。

6-2 准确称取 0.4460 g 复合氧化物样品, 放入锥形瓶中, 25.00 mL 上述草酸钠溶液和 30 mL 加 ?1 o 6 mol L 的 HNO3 溶液,在 60~70 C 下充分摇动,约半小时后得到无色透明溶液。用 上述 KMnO4 溶液滴定,消耗 10.02 mL。根据实验结果推算复合氧化物中锰的价态,给 出该复合氧化物的化学式, 写出样品溶解过程的反应方程式。 已知 La 的原子量为 138.9。

第 7 题 (14 分) AX4 四面体 (A 为中心原子,如硅、锗;X 为配位原子,如氧、硫) 在无机 化合物中很常见。四面体 T1 按下图所示方式相连可形成一系列“超四面体” 2、T3·) (T ·: ·

T1

T2

T3

7-1 上图中 T1、T2 和 T3 的化学式分别为 AX4、 4X10 和 A10X20,推出超四面体 T4 的化学式。 A

7-2 分别指出超四面体 T3、T4 中各有几种环境不同的 X 原子,每种 X 原子各连接几个 A 原子?在上述两种超四面体中每种 X 原子的数目各是多少?

7-3 若分别以 T1、T2、T3、T4 为结构单元共顶点相连(顶点 X 原子只连接两个 A 原子) ,形 成无限三维结构,分别写出所得三维骨架的化学式。

7-4 欲使上述 T3 超四面体连接所得三维骨架的化学式所带电荷分别为+4、0 和 ?4,A 选 Zn2+、In3+或 Ge4+,X 取 S2-,给出带三种不同电荷的骨架的化学式(各给出一种,结构 单元中的离子数成简单整数比) 。

第 8 题 (9 分) 由烷基镁热分解制得镁的氢化物。实验测定,该氢化物中氢的质量分数为 7.6%,氢的密度为 0.101 g cm?3,镁和氢的核间距为 194.8 pm。已知氢原子的共价半径为 37pm,Mg2+ 的离子半径为 72 pm。 8-1 写出该氢化物中氢的存在形式,并简述理由。

8-2 将上述氢化物与金属镍在一定条件下用球磨机研磨,可制得化学式为 Mg2NiH4 的化合 物。X-射线衍射分析表明,该化合物的立方晶胞的面心和顶点均被镍原子占据,所有 镁原子的配位数都相等。推断镁原子在 Mg2NiH4 晶胞中的位置(写出推理过程)。

8-3 实验测定,上述 Mg2NiH4 晶体的晶胞参数为 646.5 pm,计算该晶体中镁和镍的核间距。 已知镁和镍的原子半径分别为 159.9 pm 和 124.6 pm。

8-4 若以材料中氢的密度与液态氢密度之比定义储氢材料的储氢能力, 计算 Mg2NiH4 的储氢 ?3 能力(假定氢可全部放出;液氢的密度为 0.0708 g cm ) 。

第 9 题 (7 分) 化合物 A、B 和 C 互为同分异构体。它们的元素分析数据为:碳 92.3%, 氢 7.7%。1 mol A 在氧气中充分燃烧产生 179.2 L 二氧化碳(标准状况) 是芳香化合物,分 。A 子中所有的原子共平面; 是具有两个支链的链状化合物, B 分子中只有两种不同化学环境的 氢原子,偶极矩等于零;C 是烷烃,分子中碳原子的化学环境完全相同。 9-1 写出 A、B 和 C 的分子式。

9-2 画出 A、B 和 C 的结构简式。

第 10 题 (11 分) 化合物 A、B、 和 D 互为同分异构体,分子量为 136, C 分子中只含碳、氢、 氧,其中氧的含量为 23.5%。实验表明:化合物 A、B、C 和 D 均是一取代芳香化合物,其 中 A、C 和 D 的芳环侧链上只含一个官能团。4 个化合物在碱性条件下可以进行如下反应:
A B C D NaOH 溶液 NaOH 溶液 酸化 I (芳香化合物) + J K + H2O NaOH 溶液 NaOH 溶液 酸化 酸化 E (C7H6O2) + F G (C7H8O) + H

10-1 写出 A、B、C 和 D 的分子式。

10-2 画出 A、B、C 和 D 的结构简式。

10-3

A 和 D 分别与 NaOH 溶液发生了哪类反应?

10-4

写出 H 分子中官能团的名称。

10-5 现有如下溶液:HCl、HNO3、NH3 ? H2O、NaOH、NaHCO3、饱和 Br2 水、FeCl3 和 NH4Cl。从中选择合适试剂,设计一种实验方案,鉴别 E、G 和 I。

第 11 题 (10 分) 1941 年从猫薄荷植物中分离出来的荆芥内酯可用作安眠药、抗痉挛药、退 热药等。通过荆芥内酯的氢化反应可以得到二氢荆芥内酯,后者是有效的驱虫剂。为研究二 氢荆芥内酯的合成和性质,进行如下反应:

CHO

CrO3
o

H2SO4, 丙酮,0 C

A

CH3OH, H+

B

HBr 过氧化物

C

1. LiOH, CH3OH 2. H+,

D

LiAlH4 无水四氢呋喃

E

写出 A、B、C、D 和 E 的结构简式(不考虑立体异构体) 。


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