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2005年全国高中化学竞赛试题


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 9:00-12:00 共计 3 小时)
1.008

He 4.003 O Ne B C N F Li Be 6.9419.012 10.8112.0114.01 16.0019.00 20.18 Al Si P S Cl Ar Na Mg 26

.9828.09 30.97 32.0735.45 39.95 22.99 24.31 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 39.1040.08 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 79.9083.80 Sn Sb Te I Xe Ru Rh P d Ag Cd In Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc 85.4787.62 88.9191.22 92.91 95.94 98.91101.1 102.9106.4 107.9 112.4 114.8118.7 121.8127.6 126.9 131.3 Hf Ta W Re Os Ir P t Au Hg Tl P b Bi P o At Rn Cs Ba [210] 132.9137.3La Lu 178.5 180.9 183.9186.2 190.2 192.2 195.1 197.0 200.6 204.4 207.2 209.0 [210][210] [222] Fr Ra [223] [226]Ac-Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt H

相 原 质 对 子 量

第 1 题 分) α 粒子撞击铋-209 合成了砹-211。 (9 用 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 。 - - - - 1-3 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: 。 - 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。

1-5 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。 input—— hot—— cold—— heat flow—— I —— n —— p —— i+—— 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? 化学式: 铁的氧化态:

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: 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。 是两种几何异构体的混合物) (B

CH2COOH CH2COOH

- H2O

A

CH3CHO(等摩尔) 无水丁二酸钠

B

HBr

C

第 7 题(8 分) 7-1 给出下列四种化合物的化学名称:
O H C N(CH3)2

N

O

H3C S O

CH3

CH3OCH2CH2OCH3

H

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 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。 (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?


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