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清北学堂2012年全国高中化学竞赛模拟试卷(五)

时间:2012-09-08


清北学堂 2012 全国高中学生化学竞赛模拟试卷(五)
命题人:吴勇 时间:2012 年 6 月 10 日

题号 满分

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

总分 100

评分通则 1.凡要求计算或推导的,必须示出计算或推导过程。没有计算或推导过程,即使结果正 确也不得分。 2.有效数字错误,扣 0.5 分,但每一大题只扣 1 次。 3.单位不写或表达错误,扣 0.5 分,但每一大题只扣 1 次。 4.只要求 1 个答案、而给出多个答案,其中有错误的,不得分。 5.方程式(不是反应式! )不配平不得分。 6.用铅笔解答(包括作图)无效。 7.使用涂改液涂改的解答无效。 8.不包括在标准答案的0.5分的题,可由省、市、自治区评分组讨论决定是否给分。
H

元素周期表

1.008

Li Be 6.941 9.012 Na Mg 22.99 24.31 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe 39.10 40.08 44.96 47.88 50.94 52.00 54.94 55.85 Sr Ru Rb Y Zr Nb Mo Tc 85.47 87.62 88.91 91.22 92.91 95.94 98.91 101.1 Hf Ta W Re Cs Ba Os 132.9 137.3 La-Lu 178.5 180.9 183.9 186.2 190.2 Fr Ra Db Sg Bh Hs [223] [226] Ac-Lr Rf

Co Ni 58.93 58.69 Rh Pd 102.9 106.4 Ir Pt 192.2 195.1
Mt

Cu 63.55 Ag 107.9 Au 197.0

Zn 65.39 Cd 112.4 Hg 200.6

He 4.003 O Ne B C N F 10.81 12.01 14.01 16.00 19.00 20.18 Al Si P S Cl Ar 26.98 28.09 30.97 32.07 35.45 39.95 Ge As Se Ga Br Kr 69.72 72.61 74.92 78.96 79.90 83.80 In Sn Sb I Xe Te 114.8 118.7 121.8 127.6 126.9 131.3 Rn At Tl Pb Bi Po 204.4 207.2 209.0 [210] [210] [222]

Ds RgCnUutUuqUupUuhUusUuo

La

Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Ac Th Pa U

气体常数 R=8.31447 JK?1mol?1 法拉第常数 F= 96485Cmol?1 阿佛加德罗常数 NA = 6.022142× 23mol?1 10 第 1 题.(10 分)茶、咖啡、可乐等饮料能使人提神醒脑,活跃思维,这主要因为其中含 有的咖啡因所起的功效。咖啡因是一种生物碱,在茶叶中的含量约为 3-5%,其结构式如下。 茶叶中除了含有咖啡因以外,还含有没食子酸和二棓酰基等多种物质。(结构如下)
O H3CN O N CH3 N
HO HO HO HO

HO

OH

NCH3

HO

CO 2H

HO

CO2

C O

咖啡因棓酸(没食子酸)二棓酰基 现采用微型试验从茶叶中分离咖啡因,采用的实验步骤为: 在 50mL 烧杯中加入 1.1 g 无水碳酸钠和 10mL 水,小火加热使固体溶解。称取 1.0g 茶
1/5

叶,用纱布扎成小茶袋,放人上述水溶液中,盖上表面皿,小火煮沸 30 分钟,冷却至室温, 取出纱布袋,将茶液倒人试管中并加入 2.0mL 的 CH2Cl2。备一根长约 10cm 的玻璃滴管, 末端塞一小团脱脂棉,其中装入 2g 无水 Na2SO4。用滴管仔细吸出试管中下层的 CH2Cl2, 并通过玻璃滴管内的 Na2SO4 层过滤到蒸馏瓶中。把 CH2Cl2 提取液置于热水浴中蒸馏回收 CH2Cl2,最后再用水泵减压浓缩,即得到灰白色的粗咖啡因。 (1)实验中使用无水 Na2SO4 的作用是。 (2)在茶叶的水提取液中加碱的目的是。 (3) 茶液与 CH2Cl2 的混合液如用分液漏斗分液, 2Cl2 层应从分液漏斗的放出 CH (填“上 口”或“下口”)。 (4)解热镇痛药阿司匹林(乙酰水杨酸)是一元酸,其 pKa=3.50,服用后以未离解的分 子型体在胃中被吸收。如果患者先吃了调节胃液酸度的药物,使胃的内容物的酸度保持为 pH=2.95,再吃两片 l 阿司匹林药片,其中含阿司匹林 0.65 g。假如服后阿司匹林可立即 溶解,且不改变胃内容物的酸度,则能被吸收的阿司匹林有 g。 (5)阿司匹林的含量可用酸碱滴定法测定。取某试样 0.2500g,准确加入 50.00 mL 0.1020 mol/LNaOH 溶液,煮沸,冷却后,再以浓度为 0.05264mol/L 的 H2SO4 溶液回滴过量 的 NaOH,以酚酞指示终点,共消 H2SO423.75 mL。则该试样中阿司匹林的质量分数为%。 第 2 题(10 分)七水硫酸镁(MgSO4· 2O)为白色细小四角柱状结晶,无臭,味苦,在干燥空 7H 气中易风化,易溶于水,缓溶于甘油,微溶于乙醇,热至 68℃以上熔化。在印染、造纸和医药等 工业上都有广泛的应用,利用化工厂生产硼砂的废渣——硼镁泥可制取七水硫酸镁。 表 1 硼镁泥的主要化学成分
成分 质量分数% MgO 25-38 SiO2 18-25 Fe2O3 6-15 CaO 1-3 B2O3 1-2 Al2O3 1-2 MnO 1-2 CO2 15-20

表 2 部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的 pH
沉淀物 pH 值 Al(OH)3 4.7 Fe(OH)3 3.2 Fe(OH)2 9.7 Mn(OH)2 10.4 Mg(OH)2 11.2

硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如下:
浓 H 2S O 4 调 节 p H = 1 过滤 Ⅰ 硼 镁 泥 调 节 pH = 5~ 6

硼镁泥

酸溶

氧化 水解 N aC lO 煮 沸

过滤 Ⅱ

蒸发 浓缩

趁热 过滤Ⅲ

沉淀C

沉淀A

沉淀B 滤液

蒸发 浓缩

过滤

M g S O 4 7 H 2O

冷却 结晶



根据以上流程图并参考表格数据,试回答下列问题: (1)硼镁泥是硼镁矿生产硼砂(Na2B4O7· 2O)时的废渣。将硼镁矿(2MgO· 2O) 10H B 锻烧、粉碎后加水和纯碱,在加热加压下通入 CO2 可得硼砂。此反应为熵减小反应, 试写出反应方程式:

2/5

(2)沉淀 A 中除二氧化硅外,还含有硼酸,硼酸微溶于水,为一元弱酸,其酸性不 来源于羟基的电离,写出硼酸水溶液电离方程式。 (3)CaSO4 的溶解度随温度升高变化不明显,在得到沉淀 C 时,对蒸发浓缩后的溶 液却要进行趁热过滤,原因是。 (4)经对沉淀 B 进行分析,发现其中含有二氧化锰,用方程式解释原因:。 (5)用正三辛胺(TOA)做萃取剂,磺化煤油做稀释剂,通过有机萃取也可以用来 除去硫酸镁浸出液中的铁。其主要反应如下: + + + Fe2 +H2O=Fe(OH)2 +H (1) 2+ 2- Fe(OH) +SO4 =Fe(OH)SO4 (2) 2R3N+H2SO4=(R3NH)2SO4 (3) Fe(OH)SO4+(R3NH)2SO4=Fe(OH)SO4· 3NH)2SO4 (4) (R 试问:浸出液初始 pH 须加 H2SO4 调至 0.9 左右,pH>1.5 时不利于萃取。试给出须加 H2SO4 的两个理由 pH<0.5 亦不利于萃取,给出其主要原因 第 3 题(10 分)黄酮醋酸类化合物具有黄酮类化合物抗菌、消炎、降血压、保肝等多种生 理活性和药理作用, 尤其是近年来报道此类化合物具有独特抗癌活性。 下面的方法采用对甲 酚作为起始原料,通过一系列反应合成化合物黄酮 F(化学式为 C18H12O2NBr),为黄酮醋 酸的前体化合物)。其进一步水解即得黄酮醋酸。合成路线如下:
OH
( C H 3 C O )2 C O / H 3 P O 4

OH

A

A l C l3 / C 6 H5 N O 2 重排反 应

B(
H3C

H3C
Br

CH3 O

)

(HC H O)n HC l

C H 2Cl OH
N aC N Et O H H OH O

CH2CN OH

Br E(
H3C O

C(
H3C O

)
CH3

D

-

)

(HC H O)n HC l

F

对于 F,分子中存在 3 个六元环,E 和 F 在化学式上相差 2 个 H 原子。 (1) 请画出 A、D、F 的结构简式 A、D、F; (2) B 有多种同分异构体,请写出一种含苯环、羰基和一个手性碳原子的同分异构 体: (3)A 可能发生的化学反应的类型有。(写出二种)
Br

(4)化合物
CHO

的系统名称是。

(5)D 经过水解后的产物可通过缩聚反应生成高分子化合物,写出该缩聚反应的方程式。 第 4 题(10 分)有一瓶 FeCl3 溶液,向其中加入等物质的量的金属 Cu、Zn、Fe (1) 若取出部分溶液,加入一滴 KSCN 溶液,呈血红色,则溶液中存在的离子有哪些? (2) 若溶液呈蓝色,加入 KSCN 溶液不显血红色,则溶液中存在的离子有哪些?可能存
3/5

在的金属粉末物质是什么? (3) 若加入的铁粉质量反应前后没有改变,那么溶液中存在的离子有哪些?各离子物质 的量的比是多少? (4) 若加入的金属里 Zn 粉还有剩余,则溶液中存在的离子有哪些? (5)设 FeCl3 初始浓度为 3mol?L-1, 体积为 1000mL, 若以所加入的金属 Cu 的物质的量为 2+ 横坐标,溶液中的 Fe 离子物质的量为纵坐标作图,其图像为: 第5题(11分)现有A、B、C 3种烷烃,它们的分子式都是C8H18。 (1)A不能由任何C8H16的异构体加H2得到,A的结构式是。 (2)B可以由、而且只能由一种C8H16异构体加H2得到,B的结构式是。 (3) C可以由、而且只能由2种C8H16。异构体D或E加H2得到。C的结构式是。D 和E的结构式分别是和。

(4)化合物

中的碳原子不可能都在同一平

面上,但有一个平面能包含的碳原子最多,请指出这个平面上的碳原子的编号

第 6 题(10 分)食盐加碘剂—碘酸钾的制备可以采用二条工艺路线: 第一条:利用碘与氯酸钾反应来制备。试回答: (1)该制备法的主要反应为: (2)可能的副反应有: 第二条:碘与过氧化氢在催化剂作用下反应生成碘酸,再与碳酸钾作用生成碘酸钾,请 写出以上二步的反应方程式: 2.在传统的加碘盐中,使用的加碘剂主要是碘化钾。为减少碘元素的损失,需加入一定量 的硫代硫酸钠,为什么? 第7题(11分)反应PCl5(气) [PCl3]=[Cl2]=0.214mol· L
?1

PCl3(气)+Cl2(气)在某温度下达到平衡时[PCl5]=1.00mol· L ,则平衡常数 K ?
[ PCl 3 ][ Cl 2 ] [ PCl 5 ] ? 0 . 214 1 . 00
2

?1

=0.0458,平衡转化率

α=17.6%,平衡常数K在温度不变时为一恒定值,当浓度、压强变化时平衡常数不变而化学 平衡移动。 若该平衡体系在温度不变时①体积增大一倍②总压强减为原来的一半。 求上两情 况平衡时氯气的浓度和平衡转化率各为多少? 第8题(10分)光学活性吡氟氯禾灵是选择性强、防效稳定、对人畜安全的多禾本科杂草除 草剂。它的合成路线如下:

4/5

C H 3C H O + H C N A
Cl

① H /H O 2 ② C H3OH B C H 3S O 2C l
Cl

+

Cl
F3 C

HO

OH

F 3C

O

CHCH3 C= O OCH3 C C 5H 10 O 5 S

(1) 请写出A、B、C的结构简式:AB C; (2) 化合物B的系统命名为:;
Cl

(3) 含有甲基和苯环的 H 3 C

Cl

的所有同分异构体数目为。

第 9 题(11 分)仔细观察下列芳香族化合物,回答有关问题: …… (1)写出含有 n 个芳香环烃的分子式。 (2)求含有 n 个芳香环烃的一氯取代物的同分异构体有多少种。 (3)求含有 n 个芳香环的二氯取代物的同分异构体有多少种。 第10题 (共7分)铌酸锂(LiNbO3)是性能优异的非线性光学晶体材料, 有多种性能, 用途广泛,

在滤波器、光波导、表面声波、传感器、Q-开关以及激光倍频等领域都有重要的应用价值, 因而是一种重要的国防、工业、科研和民用晶体材料。单晶X-射线衍射测试表明,铌酸锂 属三方晶系, 晶胞参数a=b=5.148?, c=13.863?; 密度为4.64g/cm3沿着c轴方向的投影见下图, 其中Li和Nb原子投影重合,它们处于氧原子投影的六边形中心。(完成考试后可以思考一 下铌酸锂的三维晶胞) (1) 请在下图表示的二维晶体结构上画出两个正当单位(正当晶胞)。 (2) 假设下图是某新型晶体材料LiNbA2沿c轴的投影图(A原子取代氧的位置),在这种晶 体中,沿c方向两层Nb原子之间夹着两层A原子和一层Li原子。请写出这种新型晶体材料的 晶胞类型,并画出它的一个三维晶胞的透视图。

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