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我爱奥赛网2006年第二届“我爱奥赛杯”高中化学竞赛试题


我爱奥赛网 2006 年第二届“我爱奥赛杯”高中化学竞赛试题
(2006 年 8 月 20 日 9:00 - 12:00 共计 3 小时) 题号 满分 得分 评卷人 ? 姓名 ? ? ? 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(背面朝上)放在桌面上,立即起立撤离考场。 姓名、考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。 请将答案写在指定的位置。 允许使用非编程计算器以及直尺等文具。
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] [222] -Lu 178.5180.9 183.9186.2 190.2 192.2 195.1 197.0 200.6 204.4 207.2 209.0 [210][210] 132.9137.3La Fr Ra [223] [226]Ac-Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt H

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 总分

6 11 4 9 12 10 8 10 10 9 11 100

线

1.008

相 对 原 子 质 量

考号

考场

订 班级 学校 装

第 1 题(6 分) 物质除了常见的气态 (gas),固态 (solid),液态 (liquid)之外,还有第四种状态:超临界流体 (SCF,supercritical fluid)状态,近年来超临界状态以其独特的性质作为反应溶剂或介质,得 到了广泛的研究和应用。超临界水是研究的热点之一。 1、 以下是水在不同温度和压强下的状态示意图,试用 gas,solid,liquid,SCF 标出各区域 代表的状态。

2、 已知常温常压下水的摩尔熵值为 S1,超临界状态下水的摩尔熵值为 S2,比较 S1,S2 的大小。

3、 Gobuty 等人利用红外光谱研究了高温水中氢键的存在和温度的关系,得出在 298-773K 的温度范围内氢键度 X 与温度 T 的关系为近似为线性关系,298K 时,水中氢键约为冰 中氢键的 59.2%,673K 时,水中氢键约为冰中氢键的 26.7%,试推测 X,T 的关系。

4、 试说明研究超临界水体系反应的重要意义

第 2 题(11 分) 已知:A,B,C,D,E 为同一元素的氧化物。F 为一种常见的盐。 1、 液态 A 中存在两种离子 2、 金属钠与液态 A 反应可生成 F 和 B,残留在 A 中的 B 和 A 可结合生成 C,使溶液成蓝 绿色 3、 A 和 E 在一定条件下可以互相转化 4、 E 和臭氧反应可以得到 D 回答下列问题 (1) 写出 A, B, C, D,E 的化学式及并画出他们的结构

(2) 由 A 到 E 转化,需要怎样的条件?

(3) 写出 E 和臭氧反应生成 D 的方程式

(4) 试提出金属钠与 A 反应的原理

第 3 题(4 分) 网络学习和论坛讨论问题是目前很多同学新的学习途径, 有网友在学习配合物知识时, 经常 见到铜、锌等元素的氨配合物,但是没有见到过铁的氨配合物,于是在“我爱奥赛网”的论 坛上,发贴提问:存在铁的氨配合物吗?很多网友跟贴回答这个问题,现在请你帮助这位网 友解决问题。

第 4 题(9 分) 40 年前,美国 Case Western Reserve 大学的,G.A.D lah 教授实验室中的研究人员 J.Lukas 无 意中将圣诞节晚会上用过的蜡烛扔进 X 与 SbF5 的混合溶液中,1Hnmr 谱图显示该溶液中竟 然稳定的存在异丁基碳正离子,实在魔力无穷,于是将此类溶液命名为 Magic Acid ,即魔 酸或超强酸,其酸性比 100%浓硫酸强几千亿倍。X 可由 CaF2 与发烟硫酸在 523K 下反应, 经蒸馏制得,X 中含 F 元素为 19%, 1、 液态的 X 中存在自偶电离平衡,写出电离的方程式

2、 X 与 B(OH)3 作用,可以得到产物 Y 和一种常见酸 Z,Y 为平面结构,写出反应方程式

3、 SO2 与 F2 反应得到产物 W,W 在碱性条件下水解可得到 X,X 进一步水解可以得到两 种常见酸 Z 和 E。写出涉及的三个反应方程式

4.将异丁醇溶于 X 与 SbF5 形成的超强酸中,可形成稳定的异丁基碳正离子,试用方程式表 示此过程。在水溶液中异丁基碳正离子能稳定存在吗?

第 5 题(12 分) 以下是某一类重要的铂配合物的生产方法, 用 NaOH 调节氯铂酸溶液至 pH=12, 煮沸 2 小时, 冷却到室温,缓慢滴加硝酸溶液,调节 pH 至 5,得到黄色沉淀(A) ,洗涤,干燥后备用。 原子吸收光谱测量配合物 (A) 中铂含量为 65.22%, 失重分析实验得到两个阶段, 120℃- 300℃ 之间失重为 24.09%, 300℃-600℃第二次失重过程为 10.70%。 1. 写出该铂配合物的化学式和合成该配合物的方程式。

2. 通过计算,写出第一次失重和第二次失重后的含铂产物的化学式。

3. X 射线电子能谱分析表明,该配合物中存在两种 Pt-O 键,试画出该配合物的结构

第 6 题(10 分) 自组装晶体包合物在医药、新材料等高技术领域有广泛的应用前景。如晶体 A,其化学式为 [(C2H5)4N+ Cl-﹒2 (NH2)2CO],是一种典型的自组装晶体包合物。下图为研究该晶体结构 时选定的一个结构单元:

1、 试在上图中用*标出所有氯离子的位置 2、 尿素分子可形成二聚体,四聚体,试画出尿素二聚体,和四聚体的结构。形成多聚分子 后发现能量与以单分子存在形式相比显著降低,试解释原因。

3、 指出晶体内存在一些什么类型的作用力。

4、 描述晶体 A 的晶体结构(50 字以内)

第 7 题(共 8 分) 纳米结构材料由于晶粒尺寸小, 比表面积大, 量子效应明显, 因而具有优异的物理化学性能。 金属醇盐水解法是制备纳米粉体的有效方法, 有机电解合成制备的金属醇盐, 可直接作为溶 胶凝胶法制备纳米材料的前驱体,后处理容易,对环境污染少。以下是一种铅醇盐配合物的 电化学合成的主要装置:

产物经元素分析得各元素的质量分数为(%) :Pb 41.81% C 33.93% H 4.88% 回答下面问题: (1) 写出产物的化学式____________________________ (2) 写出两极反应式和总反应式: 阳极: __________________________________________________ 阴极: __________________________________________________ 总反应:__________________________________________________

第 8 题(10 分) 1、 分子式为 C7H14O 的手性醇,经催化氢化吸收一分子氢后得到一个新的非手性醇。写出 醇的可能结构。

2、 烃 A 的含氢量为 7.7%,分子量在 300 以下,且能使 Br2-CCl4 和稀冷 KMnO4 溶液褪色, 在温和条件下,1molA 催化加氢可以加 1mol 氢分子,若用 KMnO4 酸性溶液氧化,则仅 得到一种二元酸 B,B 的一溴取代物只有一种。试推出该化合物 A 的可能结构,并命名。

第 9 题(共 10 分) 香料 M 可由下列方法合成,试回答问题

1. 命名香料 M ________________________________ 2. 写出 A,B,C,D,E 的结构简式,以及条件 F 的内容

3. 加入试剂

的目的是什么?

第 10 题(9 分) 软锰矿是最重要的锰矿石,主要成为为 MnO2,不但在工业上有重要用途,如合金工业,干 电池制造等等,在中学化学中也用途广泛,如制备氧气,氯气的催化剂。为了分析软锰矿中 MnO2 的含量,科研人员称取 0.1226g 软锰矿矿石,与氧化剂 KClO3 混和,在 KOH 介质中 加强热,得到一种绿色的化合物,加水溶解,通 CO2,得到紫红色溶液和黑色不溶物,过滤, 用 0.1050mol/L 的 Fe2+ 标准溶液滴定该溶液,用去 24.20mL.(认为软锰矿中的杂质不参与反 应) 1. 写出上述过程中涉及的反应方程式

2. 操作中通 CO2 的目的是什么?

3. 计算该软锰矿中 MnO2 的含量

第 11 题(共 11 分) 2004 年美国火星探测车在火星大气层分析到了 A 气体。A 不太稳定,由三种短周期元素组 成,其各元素的摩尔分数相等。A 可由粉末状的 KSCN 与浓硫酸微热得到(产物中只有 A 0 是气体) 。已知 A 的沸点 223.4K,汽化热为 18.62kJ/mol。当温度为 0 C 时,A 的密度是压 0 强的函数。有人在 0 C 时测得了如下数据: P/atm d/g·L
-1

0.2 0.5338

0.4 1.082

0.6 1.6365

0.8 2.2056

1.试根据计算确定 A 的结构简式,指出分子的极性情况和中心原子的杂化形态。

2.写出制备 A 的化学反应方程式。

3. A 也可由二元化合物 B 与 SO3 反应得到。 已知 B 的沸点 319.4K, 汽化热为 27.61kJ/mol, -1 B 作溶剂的沸点升高常数为 Kb=2.335K·kg·mol 。A 和 B 是等电子体。试写出 B 与 SO3 反应制备 A 的化学反应方程式。 * 2 m) (注:沸点升高常数可以表示为 Kb =R(T b ) M/Δvap H°

4.试推测火星表面的温度,简述你的理由。

“我爱奥赛网”第二届我爱奥赛杯参考答案 一、 (6 分)1、

2、能量状态越高,摩尔熵变增大,S1<S2 3、x= - 0.000868 T+ 0.851 (2 分) 4、 (1)可以进行一些在通常条件下不能进行的反应(2)产物作为水,可以不除去(3)绿 色,环保,无污染。 (2 分,说出两点即给满分) 二、 (11 分) (1) A:N2O4 B:NO C:N2O3 D:N2O5

(1 分,错一个全扣) (1 分)

E :NO2

(分子式、结构式各 0.5 共 5 分)

(2) 由 A 到 E,需要高温低压 (1 分) (3) 2NO2+O3==N2O5+O2 (2 分,无氧气不得分) + (4) A 自偶电离生成 NO 和 NO3 ,钠电子转移给 NO+,放出 NO 或用方程式表示 N2O4==NO+ + NO3Na + NO+ == Na+ + NO (3 分) 三、 (4 分)1、水溶液体系里,氨水显碱性,而三价铁和二价铁氢氧化物溶度积均很小,不 管是三价铁还是二价铁都会生成氢氧化物沉淀。 (2 分) 2、不常见并不代表不存在,铁的氨配合物可能在非水溶剂中制备(注:实际上是存在的) 。 (2 分) + 四、 (9 分)1、2FSO3H FSO3H2 + FSO3 (1 分) 2、B(OH)3 + 3FSO3H BF3 + 3H2SO4 (1 分) 3、SO2 + F2 SO2F2 SO2F2 + OH FSO3H + FFSO3H + H2O H2SO4 + HF (3 分, 每个一分) 4. HSO3F·SbF5 H+ (CH3)3COH (CH3)3COH2+ (CH3)3C++H3O+ -H2O (2 分,方程式表达意思对即可) 不能稳定存在,易被水溶剂化,或和水结合,或水解 (1 分)

五、 (12 分)1、H2Pt(OH)6

或 Pt (OH)4(H2O)2

(2 分)

(2 分,每个一分) 2、 PtO2, Pt 3、 (4 分,过程略)

(4 分, 各 2 分) 六、 (10 分)1、

(1 分) 2、二聚体 H N H H H H 四聚体 H H
H H N H H C N H----- O O----- H N C N H H

H O----- H C N H----- O N C N H (2 分) H C N H----- O N H H

O----- H N C

N

(2 分)

形成平面共扼体系,或大Π 键使体系能量降低 (1 分) 3、氢键,范德华力(分子间作用力) ,静电引力 (2 分) 4、氯离子和尿素分子形成一个平面网状结构,四乙基铵离子嵌在层与层之间。 (2 分) 七、 (8 分) (1)Pb(OC2H5)2(CH3COCHCOCH3)2 或 Pb(CH3COCHCOCH3)2(OC2H5)2 如简写成 Pb(OEt)2(acac)2 亦可。 (4 分) 思路:可由各元素的质量分数求出 Pb 数为 1,C 数为 14,H 数为 24,O 数为 6。设配体中 有 x 个来自乙醇,y 个来自乙酰丙酮,则据 C 数和 O 数可得: 2x=5y=14,x+2y=6。解得 x=y=2。 - (2)阳极:Pb=Pb4++4e - - 阴极:2CH3CH2OH+2e =2CH3CH2O +H2 2CH3COCH2COCH3+2e-=2(CH3COCHCOCH3)- +H2 总反应:Pb +2CH3CH2OH+2CH3COCH2COCH3= Pb(OC2H5)2(CH3COCHCOCH3)2+2H2 (4 分,每个 1 分) 八、 (10 分)1、CH3CH2CH(CH=CH2)CH2CH2OH CH3CH2CH2CH(CH2CH=CH2)OH CH3CH2CH2CH(CH=CHCH3)OH CH3CH(CH3)CH(C(CH3)=CH2)OH CH3CH2C(CH=CH2)(CH3)CH2OH (5 分,每个一分) 2、分析:经计算 C,H 比为 1;1,设为 CxHx, 由题意知含一双键和苯环(设为 y 个) ,故不饱 和度为: (2x+2-x)/2=1+4y,有 x=8y 若 y=1 时, x=8, 苯乙烯不符合 若 y=2 时, x=16, C16H16,结构如下,符合

(4 分) 1,2-二对甲苯基乙烯 1 分 若 y=3,x=24,分子量大于 300,不符合。 九、 (10 分)1、Z-4-庚烯醇 2、 或 顺式-4-庚烯醇 (2 分)

F H2/Pd,BaSO4 3、保护醇羟基 (2 分)

(6 分, 各 1 分)

十、 (9 分)1. 3MnO2 + KClO3 + 6 KOH = 3K2MnO4 + KCl + 3H2O 3MnO42- + 2H2O = MnO2 + 2MnO4- + 4OH或 3K2MnO4 + 2CO2 = 2KMnO4 + MnO2 + 2K2CO3 MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O 2.酸化溶液,促使锰酸根歧化 (2 分)

(3 分,各 1 分)

3. 1MnO2— 1MnO42- —2/3MnO4- — 10/3 Fe 2+ 1 10/3 0.1226x/86.94 0.1050×0.02420 X=54.05% (4 分) 十一、 (11 分)1.以 P-d/P 作图,然后外推得 M=60.0g/mol,加之是硫元素和另外两种元 素,且原子比为 1:1:1,所以是 COS。 (2 分) C:sp 杂化。 极性分子(1 分) ; (1 分) 2.KSCN+2H2SO4+H2O KHSO4+NH4HSO4+COS↑ (2 分) 3. Kb ?

R(Tb* )2 ? M1 (8.314 J ? K ?1 ? mol ?1 ) ? (319.4K )2 ? (Mkg ? mol ?1) ? ?Vap H (27.61kJ ? mol ?1 )
(2 分) (1 分)

=2.335 K·kg·mol-1 M=76g/mol,所以为 CS2 CS2+3SO3 COS+4SO2

4.火星表面温度低,若较高,COS 会分解。 (2 分)


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