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2000年全国高中学生化学竞赛(初赛)


2000年全国高中学生化学竞赛(初赛)试题与答案
题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 十一 十二 十三 十四 十五 总分 满分 5 6 6 6 2 5 5 10 9 5 8 6 9 8 10 100

1.1999年是人造元素丰收年,一年间得到第114、116和118号三个新元素。按已知的原 子结构规律,118号元素应是第 周期第 族元素,

它的单质在常温常压下最可能呈现 的状态是 (气、液、固选一填入)态。近日传闻俄国合成了第166号元素,若已知原子 结构规律不变,该元素应是第 周期第 族元素。(5分) 【答案】 七;零;气;八;VIA(5分, 每个填空得1分) 2.今年是勒沙特列(Le Chatelier1850-1936)诞生150周年。请用勒沙特列原理解释如 下生活中的常见现象:打开冰镇啤酒瓶把啤酒倒入玻璃杯,杯中立即泛起大量泡沫。 (6分) 【答案】 (1)啤酒瓶中二氧化碳气体与啤酒中溶解的二氧化碳达到平衡:CO2(气) CO2(溶 液),打开啤酒瓶,二氧化碳气体的压力下降,根据勒沙特列原理,平衡向放出二氧化碳气 体的方向移动,以减弱气体压力下降对平衡的影响。 (2)温度是保持平衡的条件,玻璃杯的温度比冰镇啤酒的温度高,根据勒沙特列原理, 平衡应向减弱温度升高的方向移动, 即应向吸热方向移动, 从溶液中放出二氧化碳气体是吸 热的,因而,应从溶液中放出二氧化碳气体。 注:压力和温度各3分,不与勒沙特列原理挂钩不给分。 3.1999年合成了一种新化合物,本题用X为代号。用现代物理方法测得X的相对分子质 量为64;X含碳93.8%,含氢6.2%;X分子中有3种化学环境不同的氢原子和4种化学环境不 同的碳原子;X分子中同时存在C—C、C=C和C≡C三种键,并发现其C=C键比寻常的C= C短。 1.X的分子式是____ (2分) 2.请画出X的可能结构。(4分) 【答案】 1.C5H4 2.如右右上图 注:只有一种可能结构;重键位置必须正确,而键角和立体结构则不必要求。右上图是 用Chemsketch程序制作的立体结构图,图形未画出重键,仅供参考,不是答案。 4. 理想的宏观单一晶体呈规则的多面体外形。 多面体的面叫晶面。 今有一枚MgO单晶如附图1所示。 它有6个八角形晶面和8个正三角形晶 面。 宏观晶体的晶面是与微观晶胞中一定取向的截面对应的。 已知MgO 的晶体结构属NaCl型。它的单晶的八角形面对应于它的晶胞的面。请 指出排列在正三角形晶面上的原子(用元素符号表示原子,至少画出6个原子,并用直线把 这些原子连起,以显示它们的几何关系)。(6分) 【答案】



1

所有原子都是 Mg(3 分) 所有原子都是 O(3 分) 注:画更多原子者仍应有正确几何关系;右图给出了三角形与晶胞的关系,不是答案。 5.最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子,如右 图所示,顶角和面心的原子是钛原子,棱的中心和体心的原子是碳 原子,它的化学式是______。 【答案】 Ti14C13(2分) 说明:凡按晶胞计算原子者得零分。 6.某中学同学在一本英文杂志上发现2张描述结构变化的简图如下(图中“—~—”是 长链的省略符号):
H O H H H H O H C C N C C N C CN H H O H H C C N O H NH3 COO C C NC C NH3
+ +

O C NH2

H O H H H H O H C C N C C N C C N H H O C NHCH2OH H CH2 OH COOH C N C C N C

O NH CH2 C NH

C

O H H O

O H

O H H O

未读原文,他已经理解:左图是生命体内最重要的一大类有机物质 (填中文名 称)的模型化的结构简图,右图是由于左图物质与 (化学式),即 (中文名称) 发生反应后的模型化的结构简图。由左至右的变化的主要科学应用场合是: ______________ ;但近年来我国一些不法奸商却利用这种变化来坑害消费者,消费者将因 _______________________________________________________。 【答案】 蛋白质(或多肽);CH2O;甲醛;制作(动物)标本(或保存尸体);食物中残余甲 醛可与人体蛋白质发生同右图所示的反应而受害(5分,每空1分) 7.最近,我国某高校一研究小组将0.383g AgCl,0.160g Se和0.21g NaOH装入充满蒸馏水的反应釜中加热到115℃,10小时后冷至室温, 用水洗净可溶物后,得到难溶于水的金属色晶体A。在显微镜下观察, 发现A的单晶竟是六角微型管(如右图所示),有望开发为特殊材料。 现代物理方法证实A由银和硒两种元素组成,Se的质量几近原料的2/3; A的理论产量约0.39g。 1.写出合成A的化学方程式,标明A是什么。(3分) 2.溶于水的物质有:______________________________________。(2分) 答案: 1.4AgCl+3Se+6NaOH=2Ag2Se+Na2SeO3+4NaCl+H2O (2 分) A 是 Ag2Se(1 分) 2.NaCl、NaOH、Na2SeO3、Na2S(2分,Na2Se独得1分) 注:Na2Se是由于原料中过量的Se歧化产生的。 8.某中学生取纯净的Na2SO3·7H2O 50.00 g,经600℃以上的强热至恒重,分析及计算 表明,恒重后的样品质量相当于无水亚硫酸钠的计算值,而且各元素的组成也符合计算值, 但将它溶于水,却发现溶液的碱性大大高于期望值。经过仔细思考,这位同学解释了这种反 常现象,并设计了一组实验,验证了自己的解释是正确的。 1.他对反常现象的解释是:(请用化学方程式表达)(5分) 2.他设计的验证实验是:(请用化学方程式表达)(5分)
2

【答案】 1.4Na2SO3=3Na2SO4+Na2S(5分) 2.说明:此题给出的信息未明确第1题所示的歧化是否100%地将Na2SO3完全转化为 Na2SO4和Na2S,因此,只有全面考虑存在完全转化和不完全转化两种情形,并分别对两种 情形的实验进行设计才是完整的答案: - - (1) 设Na2SO3完全转化为Na2SO4和Na2S, 需分别检出SO42 离子和S2 离子。 - - SO42 离子的检出:SO42 +Ba2+=BaSO4 ↓ 不溶于盐酸。(2分) - - S2 离子的检出:方法1:加沉淀剂如:S2 +Pb2+=PbS↓ (黑) (或醋酸铅试纸变黑)其 他沉淀剂也可得分。 - 方法2:加盐酸S2 +2H+=H2S↓(可闻到硫化氢特殊气味) 以上2种方法取任何一种方法均可得2分。(2分) - - (2)设Na2SO3未完全转化为Na2SO4和Na2S,检出SO42 加盐酸时以及检出S2 采用方法 2时,除发生已述反应(注:已得4分)外,均会发生如下反应: - - SO32 +2S2 +6H+=S ↓+3H2O(注:写成H2S和H2SO3反应也得分)(1分) 9. 最近,我国一留美化学家参与合成了一种新型炸药,它跟三硝基甘油一样抗打击、 抗震,但一经引爆就发生激烈爆炸,据信是迄今最烈性的非核爆炸品。该炸药的化学式为 C8N8O16,同种元素的原子在分子中是毫无区别的。 1.画出它的结构式。 分) (4 2.写出它的爆炸反应方程式。(2 分) 3.该物质为何是迄今最烈性的非核爆炸品。 粉) (3 【答案】 1.如右图所示。答八硝基环辛四烯者也按正确论。 2.C8(NO2)8=8CO2+4N2 3.①八硝基立方烷分解得到的两种气体都是最稳定的化合物;②立方烷的碳架键角只 有90o,大大小于109° 28’(或答:是张力很大的环),因而八硝基立方烷是一种高能化合物, 分 解时将释放大量能量;③八硝基立方烷分解产物完全是气体,体积膨胀将引起激烈爆炸。 说明:以上是参考答案,只要能答出类似以上要点者均可得满分 10.据统计,40%的飞机失事时机舱内壁和座椅的塑料会着火冒烟,导致舱内人员窒息 致死。为此,寻找装修机舱的阻燃聚合物是化学研究的热点之一。最近,有人合成了一种叫 PHA的聚酰胺类高分子,即主链内有“酰 N O 胺键” (—CO—NH—) 温度达180~200℃ 。 时,PHA就会释放水变成PBO(结构式如 O N 右图所示),后者着火点高达600℃,使舱 n 内人员逃离机舱的时间比通常增大10倍。 该发明创造的巧妙之处还在于, PHA是热塑性的 (加 热后可任意成型),而PBO却十分坚硬,是热固性的(加热不能改变形状)。 1.写出PHA的结构式。(3分) 2.根据高分子结构来解释,为什么PHA有热塑性而PBO却是热固性的。(2分) 【答案】 1. 2.PHA高分子键的共轭较差,加热容易发生键的旋转,是柔性骨架,所以PHA具有热 塑性,而PBO高分子键的共轭程度高,加热不容易发生键的旋转,所以PBO是热固性的。 (2
3

分) 注:只要能对高分子骨架的键的性质能作正确的描述,均可得分,上述表述只是参考答 案。 11.已经探明,我国南海跟世界上许多海域一样,海底有极其丰富的甲烷资源。其总量 超过已知蕴藏在我国陆地下的天然气总量的一半。 据报导, 这些蕴藏在海底的甲烷是高压下 形成的固体,是外观像冰的甲烷水合物。 1.试设想,若把它从海底取出,拿到地面上,它将有什么变化?为什么?它的晶体是 分子晶体、离子晶体还是原子晶体?你作出判断的根据是什么?(2分) 2.已知每1立方米这种晶体能释放出164立方米的甲烷气体,试估算晶体中水与甲烷的 分子比(不足的数据由自己假设,只要假设得合理均按正确论)。(6分) 【答案】 1.从海底取出的甲烷水合物将融化并放出甲烷气体,因为该晶体是分子晶体,甲烷分 子和水分子都是由有限数目的原子以共价键结合的小分子,水分子和甲烷分子之间范德华 力,而水分子之间是范德华力和氢键。(2分)

2.假设甲烷气体体积是折合成标准状况下的数据,则 1m3 水合物中有甲烷 164m3÷22.4m3/kmol=7.32kmol;假设甲烷水合物固 体中的水的密度为 1g/cm3,则其中有水 1m3×1000kg/m3÷18 kg/mol =55.56kmol;因此有:CH4︰H2O=7.32kmol︰55.6kmol=1︰7.6。 甲烷水合物的组成可能是 6CH4·46H2O(6 分) 【说明】 以上是最简单的参考答案,设密度为 1g/cm3 也可包含甲烷, 只要答案为 CH4·6~9H2O,均可按满分计。但设密度为 0.9g/cm3 又包 含甲烷则不能认为是合理的(岂不会漂到海面上来?另外,必须给出 解题时的假设,否则不能得满分。 )
12.氯化亚砜(SOCl2),一种无色液体,沸点79℃,重要有机试剂,用于将ROH转化 为RCl。氯化亚砜遇水分解,需在无水条件下使用。 1.试写出它与水完全反应的化学方程式:__________________________(2分); 2.设计一些简单的实验来验证你写的化学方程式是正确的。(只需给出实验原理,无 须描述实验仪器和操作。评分标准:设计的合理性—简捷、可靠、可操作及表述。4分) 【答案】 1.SOCl2+H2O=SO2+2HCl(说明:写成H2SO3也按正确答案论) 说明: 水多时SO2溶于水得到亚硫酸和盐酸的混合溶液, 但因盐酸对亚硫酸电离的抑制, 水溶液中仍大量存在SO2,故写SO2是正确的答案。 2.向水解产物的水溶液加入硫化氢应得到硫磺沉淀。向另一份水解产物的水溶液加入
4

硝酸银应得到白色沉淀。检出1种水解产物得1分。 说明:以上仅为参考答案。只要是合理设计均应得分。

13.某烃 A,分子式为 C7H10,经催 化氢化生成化合物 B(C7H14) 在 HgSO4 催 。A
HOOCCH2CH2CCH2COOH O

化下与水反应生成醇,但不能生成烯醇式结构(该结构可进一步转化 为酮) 与 KMnO4 剧烈反应生成化合物 C,结构式如右图所示。试画 。A 出 A 的可能结构的简式。 分) (9
【答案】

说明:必须给出3种结构式,每个结构式3分。共计9分。双键的位置划错不给分。此题 未给出催化氢化的温度, 未涉及开环反应。 若学生在应答时指出可能有开环反应而不会有四 元环和三元环的结构式存在也应按正确论。 14.铂系金属是最重要的工业催化剂。但其储藏已几近枯竭,上小行星去开采还纯属科 学幻想。研究证实,有一类共价化合物可代替铂系金属催化剂。它们是坚硬的固体,熔点极 高,高温下不分解,被称为“千禧催化剂”(millennium catalysts)。下面3种方法都可以合 成它们: ① 在高温下将烃类气体通过钨或钼的氧化物的表面。 ② 高温分解钨或钼的有机金属化合物(即:钨或钼与烃或烃的卤代物形成的配合物) 。 ③ 在高度分散的碳表面上通过高温气态钨或钼的氧化物。 1.合成的化合物的中文名称是______和__________。 (共 4 分,各 2 分) 2.为解释这类化合物为什么能代替铂系金属,提出了一种电子理论,认为这些化合物 是金属原子与非金属原子结合的原子晶体, 金属原子周围的价电子数等于同周期的铂原子或 钌原子的价电子数。这类化合物的化学式(即最简式或实验式)是_______和_______。 (4 分,各 2 分)

【答案】 1.碳化钼;碳化钨 2.Mo2C;WC 说明:每个钨原子的 d 轨道上平均多了 4 个电子,相当于 Pt 的电子结构,每个钼原子的 d 轨道上多了 2 个电子,相当于 Ru 原 子的电子构型。
5

15.2.00升(标准状况测定值)氢气和5.00克氯气混合经光照后直至检不出氯气剩余, 加入9.00% NaOH溶液80.0 mL (密度d=1.10g/mL)。问:需要加入多少毫升0.100 mol/L的 H2SO4才能使溶液呈中性?(10分) 【答案】 设氢气的体积已折合为标准状况,则: 氢气:2.00L/22.4L=0.0893mol 氯气:5.00g/(35.45×2)g/mol=0.0705mol 氢气是过量的: H2+Cl2=2HCl

0.0705mol 0.141mol HCl+NaOH=NaCl+H2O 0.141mol 0.141mol 80.0 mL 9.00% NaOH 溶液的质量为: 80.0mL×1.10g/mL=88.0g 其中含 NaOH 质量: 7.92g/40.0g/mol=0.198mol 吸收 HCl 气体后尚剩余 NaOH 为: 0.198mol-0.141mol=0.057mol 中和 NaOH 需要的 H2SO4: 2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O 0.057mol 0.0285mol(保留 1 位有效数字) 需要 0.100mol/L 的 H2SO4 溶液的体积为: 0.100mol/L· V=0.0285mol V=0.285L=285mL 说明:计算步骤不同时,有效数字可能有差别,答 280~290 均可按正确答案论,此题 主要目的的是心理测试。

6


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