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全国化学竞赛初赛模拟试卷3

时间:2016-01-23


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全国化学竞赛初赛模拟试卷(三)
(时间:3 小时
题 号 满 分
H 1.008 Li 6.941 Na 22.99 K 39.10 Rb 85.47 Cs 132.9 Fr [223]

满分:100 分)
4 13 5 9 6 28 7 17 8 12
He 4.003 Ne 20.18 Ar 39.95 Kr 83.80 Xe 131.3 Rn [222]

1 7

2 5

3 9

相对原子质量
Be 9.012 Mg 24.31 Ca 40.08 Sr 87.62 Ba 137.3 Ra [226] 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]

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

一. (7 分)红磷在 KOH 溶液中的悬浊液和 KOCl 作用,可以生成 K6P6O12 的钾盐。 - 该盐酸根(P6O126 )结构式中磷元素和氧元素的化学环境完全一样。K6P6O12 用稀酸酸 化则生成 H6P6O12,H6P6O12 在强酸性条件下可以水解,生成含单个磷元素的含氧酸。请 回答: 1.写出 K6P6O12 生成的化学方程式: 。 - 2.P6O126 中 P 元素杂化类型 ,其中的大π 键 - 类型 ,画出 P6O126 的结构式: 3.写出 K6P6O12 两步酸解的反应方程式: 、 。 二、 (5 分)平衡常数 KC 的数值大小,是衡量化学反应 进行程度的标志。在 25℃时,下列反应的平衡常数如下: - N2(g)+O2(g)=2NO(g) K1=1×10 30 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) K2=2×1081 - 2CO2 (g)=2CO(g)+O2(g) K3=4×10 92 1.常温下,NO 分解产生 O2 反应的平衡常数的表达式为 K= 。 2.常温下,水分解产生 O2,此时平衡常数值约为 K= 。 3. 常温下, NO, H2O, CO2 三种化合物分解放出氧气的倾向大小顺序为 。 4.北京市政府要求全市对所有尾气处理装置完成改装,以求基本上除去氮氧化物、 一氧化碳污染气体的排放,而改装后的尾气处理装置主要是加入有效催化剂,你根据以 上有关数据分析,仅使用催化剂除污染气体的可能性。

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三、 (9 分)完成下列各题反应方程式: 1. 氯化铬酰 CrO2Cl2 是红色液体, 它的制备可由固体红矾 K2Cr2O7 与 KCl 混合物和 浓硫酸小心加热下制得,写出制备 CrO2Cl2 的反应方程式。 2. 钢铁分析中为消除铬对测定锰含量的干扰, 利用其生成 CrO2Cl2 加热挥发而除去。 将气体通入亚硫酸钠溶液吸收。写出吸收反应方程式。 3.Cr(Ⅵ)的化合物是有毒物,严禁在环境中滞留。已知 Cr(Ⅲ)盐的毒性只有 Cr(Ⅵ) 盐的 0.5%, 所以将废水中 Cr(Ⅵ)转化为 Cr(Ⅲ)是处理 Cr(Ⅵ)废水的方向。 其方法有化学 方法和电解法。电解法:将含 Cr(Ⅵ)废水调至酸性,加些 NaCl 以提高导电率,用铁作 电极材料进行电解。 阳极反应式: 。 阴极反应式: 。 溶液中发生反应的离子方程式: 。 随着电解和溶液中反应的进行,溶液 pH 值不断提高,所以在阴极区再发生的沉淀 反应:1. ;2. 。 四、 (13 分)下面是一组有关氢硫酸与卤素反应的问题 1.实验一:取 4mL 饱和氢硫酸溶液于一试管中,加 4mL 饱和氯水(过量) 。发现 试管内先出现白色浑浊,后又慢慢变澄清。 实验二:试管中注入 3mL 酒精,加入绿豆大小堆量的 S 粉,微热、振荡促其溶解, 稍后将这种 S 的酒精溶液倒入盛有 2/3 试管体积的水中,然后平均分装在两支试管中实 验:一支试管中加入过量的氯水,另一个试管中通入氯气,一两分钟之内两个试管中的 S 溶胶都全部溶解成无色溶液。 ①实验二中将 S 的酒精溶液倒入水中有什么现象,为什么会有这样的现象?

②写出实验一、二全部六个可能发生的反应方程式。

2. 三个试管中都加入 4mL 饱和 H2S 溶液, 分别滴入稍过量的氯水、Br2 和 I2 水 (从 溶液的颜色判断) ,发现反应生成的 S 呈现的浑浊度是逐渐增大。 以上现象是否说明 Cl2、Br2、I2 的非金属性和氧化性依次增强,为什么?

3.如果将 Cl2 通入氢碘酸溶液,也会使溶液先呈棕褐色,后变为无色澄清溶液,写 出两步反应方程式。

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五、 (9 分) 水的硬度常用一种规定的标准来衡量。 通常把 1 升水中含有 10 毫克 CaO 2+ 2+ (或相当于 10 毫克 CaO)称为 1°。Ca 、Mg 的硬度之和称为总硬度。 用配位滴定法分析某水样的硬度时,取 50.00mL 水样放入 250mL 锥形瓶中,加入 稀盐酸数滴,煮沸,冷却,加入 2mL 1︰1 的三乙醇胺溶液和 10mL NH3·H2O-NH4Cl 缓冲溶液 (pH=10) , 及 3 滴酸性铬蓝 K-素酚绿 B 混合指示剂。 用 0.01000mol/L EDTA 溶液滴定至由红色到蓝色即终点,消耗 EDTA 溶液 12.5mL。另取水样 50.00mL,将上 述操作中加入缓冲溶液改为加入 20%的, NaOH 溶液使 pH>12, 用 0.01000mol/L EDTA 溶液滴定至终点,消耗 EDTA 溶液 7.50mL。 + 已知 Ca2 与 EDTA 以物质的量 1︰1 发生络合反应。 1.试计算水样的总硬度、钙硬度; 2.为什么要加入数滴稀盐酸并煮沸? 3.为什么要加入三乙醇胺溶液? 4.为什么要加入 NH3·H2O-NH3Cl 缓冲溶液?

六、 (28 分)火灾是一种违背社会意愿并给人类社会造成危害的燃烧现象。所以火 灾除去其社会特征外,其本质仍是燃烧的化学反应,这种反应具有突发性、迅猛性以及 人工或常规监控的困难性为特点。 1.列举物质燃烧时应当具有的燃烧四要素。

2.密闭性较好的建筑物内着火时,是应该打开窗户还是紧闭窗户,为什么?

3.火灾时致死的主要原因是什么?

4.以聚氯乙烯(A)为代表的含氯塑料,当用它们制成的电线及电缆包皮、管材、 板材、人造革、雨布等物着火时,可因受热分解产生重量多达 50%的 HCl 气体,余下的 不饱和碳链,即重排成单环或多环芳烃,导致燃烧时生成大量黑烟。反应过程如下图所 示(不反应的基团可用 R,R’表示) :
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?H2 HCl 2 HCl R,  ?R' A ?? ? ?? B ?? ? ?? C ?闭环 ?? E ?? ? ? ? ? 苯( ?? ? D ??



①写出有机物 A、B、C、D、E 的结构简式。 ②聚氯乙烯最多可释放出多少质量的 HCl。

5.聚氨酯类树脂是一种可以根据原料配比的不同,制成软或硬质泡沫塑料。软质 制品,可用于做床垫、座垫、地毯垫等;硬质制品则用于制做隔热、隔音、绝缘材料, 包装等的填充材料等。它们通火燃烧后,生成的黑烟中会混杂有黄色的碳化二亚胺,进 一步分解则产生剧毒的 HCN。反应过程如下图所示(不反应的基团可用 R,R’表示) :
?210 K  脱醇( HO ? R ) 异腈酸酯 聚氨酯 F(RXR’,X 是其中一个官能团) ?500 ? ?????? ??
1100 ?1300 K CO2 G ?分子间消去 ??? ?? 碳化二亚胺 H ????? HCN+乙腈(CH3CN)+丙烯腈 I+苄腈 J


写出有机物 F、G、H、I、J 的结构简式。

6.灭火的基本原理,就是设法至少消除燃烧四要素中的一种。列举四种可行性途 径。

7.干粉灭火器中,除含有作为基料的干粉外,还充填有压缩的 CO2 气体,使用时 就是通过这种压缩气体将干粉喷出。例如以磷酸二氢钠为基料的干粉喷出后,遇热即发 生如下分解:

?? K ?? ?? L ?? ?? M ?? ?? N NH4H2PO4 ??
439 K 489 K 633 K 1273 K

已知以上四步分别失重(相对于磷酸二氢钠)14.8%、7.8%、7.8%、7.9% 写出 K、L、M、N 的化学式。

8.泡沫灭火器的内部有两个分别盛有 O 水溶液和 P 水溶液的容器,使用时将灭火 器翻转,两种液体混合后即发生反应。
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①写出 O、P 水溶液反应的化学方程式和离子方程式; ②泡沫灭火器有何特点或作用; ③扑灭电气火灾是否可用泡沫灭火器。

9.使用灭火器时应当注意哪些问题。

七、 (17 分)下面是一组探讨有关气体水合物结构的试题。 1.气体水合物是一类通过 O-H…O 氢键将 H2O 分子结合成三维骨架型的主体结 构,在其中有多面体孔穴,孔穴中包含作为客体的气体小分子,形成笼形水合包合物晶 体。根据客体分子的大小和形状,水分子可组成多种形式的主体骨架结构。已知有上百 种气体分子和水形成水合包合物。下图列出了五个多面体的结构: ( 〔 〕内数字表示笼 形多面体的多边形边数,上标表示该多边形的数目。 )

A〔512〕 B〔51262〕 C〔51264〕 D〔43596273〕 E〔4668〕 ①已知 A、B 分别由 20、24 个水分子组成,请再确定构成 C、D、E 笼形多面体的 H2O 分子数。 ②笼形多面体 E 可认为哪种正多面体削去其顶点得到。 ③请用题干表示方法写出足球烯(C60)结构笼形多面体的构成。 ④由 24 个水分子构成的 14 个面的笼形多面体除上面的结构外,请再举两例,用题 干的表示方法表示。

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2.甲烷水合物(nCH4·46H2O)是一种具有重要经济价值的化合物,在海洋深处 蕴藏量非常大,是未来的重要能源之一。它的晶体结构可看作由五角十二面体〔512〕和 十四面体〔51262〕共面连接堆积形成。在立方晶胞中, 〔512〕的中心处在顶角和体心位 置; 〔51262〕中心位置在面上,坐标为(1/4,1/2,0) 、 (3/4,1/2,0)……计 6 个。它 们彼此共用六角形面连成柱体,再和五角十二面体共面 连接。右图所示出甲烷水合物中水骨架的结构。 ①确定晶胞中其余 4 个〔51262〕中心的坐标; ②CH4 分子由于体积较小,可包合在这两种多面体 中,若全部充满时,确定晶胞的组成为(即 n 值) 。 3 ③已知该晶胞参数 a=1180pm, 计算 1cm 甲烷水合 物晶体中可释放 CH4 的体积(标准状况下) 。 3 ④有的文献中报导开采 1m 的甲烷水合物晶体可得 到 164m3 的甲烷气体, 请根据③的结果给出一合理解释。

八、 (12 分)抗痉挛药物 E 的合成如下:

1.写出 A、B、C、D、E 的结构式。 2.用*标出有机物 和 E 分子中具有光学活性的全部碳原子。

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参考答案与分析
一.1.6P+9KOCl+6KOH=K6P6O12+3H2O+9KCl(2 分) 2.sp3(1 分)
4 3

π

(1 分)

(1 分)

3.K6P6O12+6HCl=H6P6O12+6KCl(1 分) ;H6P6O12+6H2O=6H3PO3(1 分) 二、1.K=
c N 2 cO2
2 c NO

(1 分)

2.5×10-82(1 分) 3.NO>H2O>CO2(1 分) 4.NO、CO 与 O2 反应进行的程度很大,使用合适的催化剂加快反应速率,在水蒸 气存在下生成 HNO3 和 CO2,则基本上可以除去污染气体。 (2 分) 或由第 1,3 个反应及平衡常数可知 2CO+2NO=2CO2+N2 的 K=1/K1K2=2.5× 121 10 ,使用合适的催化剂加快反应速率,基本上可以除去污染气体。 三、1.K2Cr2O7+4KCl+9H2SO4=6KHSO4+2CrO2Cl2+3H2SO4·H2O(2 分,写 K2SO4 或 H2O 给 1 分) 2.2CrO2Cl2+3Na2SO3+H2O=2Cr(OH)SO4+4NaCl+Na2SO4(2 分,其它合理物 质也可以,写离子方程式也可以) - + 3.阳极:Fe-2e =Fe2 (1 分) - - 阴极:2H2O+2e = H2+2OH (1 分) - + + + + Cr2O72 +6Fe2 +14H =2Cr3 +7H2O+6Fe3 (1 分) + - + - Cr3 +3OH =Cr(OH)3(1 分) Fe3 +3OH =Fe(OH)3(1 分) 四、1.①因改换溶剂 S 在水中析出形成乳白色的水溶胶; (1 分) S 是非极性分子,溶于酒精,在水中溶解度不大,形成了胶体。 (1 分) ②H2S+Cl2=S↓+2HCl;H2S+HClO=S↓+HCl+H2O; H2S+4Cl2+4H2O=H2SO4+8HCl;H2S+4HClO=H2SO4+4HCl; S+3Cl2+4H2O=H2SO4+6HCl;S+3HClO+H2O=H2SO4+3HCl(各 1 分) 2.不能说明 Cl2、Br2、I2 的非金属性和氧化性依次增强,而是减弱。 (1 分) 由于 S(或 H2S)能被卤素氧化, (1 分) Cl2 氧化能力最强,氧化的 S(或 H2S) 最多,浑浊度最小。 (1 分) 3.2HI+Cl2=2HCl+I2(1 分) I2+5Cl2+6H2O=2HIO3+10HCl(1 分) 五、1.水样总硬度:14.00°(3 分) 水样钙硬度:8.40°(2 分) - - 2. 除去 HCO3 , 否则当 HCO3 含量高时, 加入氨性缓冲溶液后会析出 CaCO3 沉淀, 使终点拖长,变色不敏锐。 (1 分) + + 3.加入三乙醇胺以掩蔽 Fe3 、Al3 等的干扰。 (1 分) 2+ 2+ 4.Ca 、Mg 与 EDTA 形成的配合物的稳定性都比较小,在适当大的 pH 溶液中 滴定,有利于减小 EDTA 的酸效应,使配位反应定量进行。但 pH 值不可过大,否则
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Mg2 生成沉淀无法测定,故加氨性缓冲溶液。 (2 分) 六、1.①可燃物;②热源或点火源;③氧;④燃烧反应应当是连续进行的。 (2 分) 2.密闭性较好的建筑物内着火时,随着氧的消耗,火势会逐渐减弱,但这种情况 下决然不能打开门窗等通风口,否则随着空气的流入,氧浓度的增大,可燃性气体就会 发生瞬时爆炸性燃烧。 (2 分) 3.火灾中的绝大多数人并非死于高温烘烤或火烧,而是丧命于火灾时的烟雾。 (1 分)近年来火警的火焰常被浓浓的烟雾所替代,这是和现代建筑材料、家具、室内装饰 以及家用电器等中广泛使用高分子材料有关。


4.①A



CH2CHCl



B

( RCHClCH2CH= CHCHClCH2R’ )

C

( RCH= CHCH=CHCH =CHR’)

D

E

(各 1 分)

② CH2CHCl →n/3C6H6+nHCl(1 分) ,失重 36.5/62.5=0.584(1 分) 5.F R R’ G R-N=C=O H R-N=C=N-R I CH2=CH-CN J -CN (各 1 分) 6.①稀释可燃性气体或覆盖可燃物;②降低氧浓度;③冷却、消除热源;④抑制 燃烧反应的继续进行(这在消防上称为负催化作用) 。 (2 分) 7.K H3PO4 L H4P2O7 M HPO3 N P2O5(各 1 分) 分解产物中除有水外,生成的氨有稀释氧和负催化作用,生成的含磷化合物,能附 着在可燃物表面起阻燃作用。但由于这类药剂没有渗透性,故只适用于扑灭表面着火。 8.①6NaHCO3+Al2(SO4)3→6CO2↑+2Al(OH)3↓+3Na2SO4(1 分) - + 3HCO3 +Al3 →3CO2↑+Al(OH)3↓(1 分) ②泡沫灭火器喷出的 CO2 泡沫,不但比重小,而且流动性也很小,因此它能覆盖在 燃烧油类表面,起到冷却和隔离氧的作用。泡沫灭火器的喷射距离可达 10 米左右,能 够有效扑灭一般油类着火。 (2 分) ③泡沫灭火器是电解液,且呈柱状喷出,故不能用于电气火灾。 (1 分) 9.在有效射程内尽可能地靠近火源喷向燃烧物,而不是喷向火焰和烟;②喷射时 身体应位于上风处,并应尽量保持低姿势;③背靠出入口,以便随时可以逃离。 (2 分, 答出两点即可) 七、1.①C 28;D 30;E 24(3 分) ②正八面体削去六个顶点。 (1 分) 12 20 ③5 6 (1 分) ④34610、3886、3995、311133、41084、412122、51371(答对任意两个给 2 分)
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2.①(0,1/4,1/2) 、 (0,3/4,1/2) 、 (1/2,0,1/4) 、 (1/2,0,3/4) (2 分) ②8CH4·46H2O(n=8) (2 分) ③按晶体的理想组成和晶胞参数,可算得晶胞体积 V 和晶胞中包含 CH4 的物质的 量 n(CH4) : - 3 V=a =(1180pm)3=1.64×103pm3=1.64×10 27m3(1 分) n(CH4)=
8 23 =1.33×10- mol(1 分) 6.02 ? 1023 m ol?1

1cm3 甲烷水合物晶体中含 CH4 的物质的量为: n=
1m 3 23 3 ×1.33×10- mol=8.11×10 mol(1 分) 1.64?10? 27 m 3

它相当于标准状态下的甲烷气体 V=8.11×103×22.4m3=182m3(1 分) ④文献报导值比实际值小(1 分) ,说明甲烷分子在笼形多面体中并未完全充满(1 分) ,即由于它的晶体中 CH4 没有达到理想的全充满的结构。 实际上甲烷水合物晶体结构形成时,并不要求〔512〕全部都充满 CH4 分子,它的 实际组成往往介于 6CH4·46H2O 和 8CH4·46H2O 之间。 八、1.A HCHO(2 分) B (2 分) C (2 分)

D

(1 分)

E

(2 分)

2.

(2 分,各 1 分)

(1 分)

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