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1997年全国高中学生化学竞赛(初赛)试题及答案

时间:2010-09-18


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1997 年全国高中学生化学竞赛(初赛)试题及答案 年全国高中学生化学竞赛(初赛)
第一题(10 分) 次磷酸 H3PO2 是一种强还原剂,将它加入 CuSO4 水溶液,加热到 40~50℃,析出 一种红棕色的难溶物 A。经鉴定:反应后的溶液是磷酸和硫酸的混合物;X 射线衍射证

实 A 是一种六方晶体,结构类同于纤维锌矿(ZnS), 组成稳定;A 的主要化学性质如下: ①.温度超过 60℃,分解成金属铜和一种气体; ②.在氯气中着火; ③.与盐酸应放出气体。 回答如下问题: 1.写出 A 的化学式。 2.写出 A 的生成反应方程式。 3.写出 A 与氯气反应的化学方程式。 4.写出 A 与盐酸反应的化学方程式。 【解】1.CuH(4 分) 2.4CuSO4+3H3PO2+6H2O=4CuH+3H3PO4+4H2SO4(2 分) 3.2CuH+3Cl2=2CuCl2+2HCl(2 分) 4.CuH+HCl=CuCl+H2(2 分) 第二题(13 分) PCl5 是一种白色固体,加热到 160℃不经过液态阶段就变成蒸气,测得 180℃下的 蒸气密度 (折合成标准状况) 9.3g/L, 极性为零, 为 P—Cl 键长为 204pm 和 211pm 两种。 继续加热到 250℃时测得压力为计算值的两倍。PCl5 在加压下于 148℃液化,形成一种 能导电的熔体, 测得 P—Cl 的键长为 198pm 和 206pm 两种。P、 相对原子质量为 31.0、 ( Cl 35.5)回答如下问题: 1.180℃下 PCl5 蒸气中存在什么分子?为什么?写出分子式,画出立体结构。 2.在 250℃下 PCl5 蒸气中存在什么分子?为什么?写出分子式,画出立体结构。 3.PCl5 熔体为什么能导电?用最简洁的方式作出解释。 4.PBr5 气态分子结构与 PCl5 相似,它的熔体也能导电,但经测定其中只存在一种 P-Br 键长。PBr5 熔体为什么导电?用最简洁的形式作出解释。 【解】 1.9.5×22.4=208.3g/mol(1 分) PCl5 相对分子质量 31.0+35.5×5=208.5(1 分) 蒸气组成为 PCl5(结构式如右图所示) 分) (1 呈三角双锥体。三角双锥分子无极性,有两种键长。 分) (2 (注:若答成四方锥体不给分,因它有极性,与题面给的信息不符) 2.PCl5=PCl3+Cl2 氯分子 Cl-Cl 三氯化磷分子(结构式如右图所示) (本小题共 3 分) (压力为计算值的两倍表明 1mol PCl5 完全分解成 1molPCl3 和 1molCl2,共 2mol。 气体由等摩 PCl3 和 Cl2 组成。 )
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3.PCl5=PCl4++PCl6
Cl P Cl Cl
+



+ Cl Cl Cl

Cl P Cl Cl Cl

(本小题共 3 分) (注:含 PCl4 和 PCl6 两种离子,前者为四面体,后者为八面体,因此前者只有一 种键长,后者也只有一种键长,加起来有两种键长。 ) - + + + 4.PBr5=PBr4 +Br PBr4 结构同 PCl4 (本小题共 2 分) (其他答案只要正确也可得分,但适当扣分。 )


第三题(19 分) 用黄铜矿炼铜按反应物和生成物可将总反应可以写成: Cu+FeSiO3+SO2 CuFeS2+SiO2+O2 事实上冶炼反应是分步进行的。 ①黄铜矿在氧气作用下生成硫化亚铜和硫化亚铁; ②硫化亚铁在氧气作用下生成氧化亚铁,并与二氧化硅反应生成矿渣; ③硫化亚铜与氧气反应生成氧化亚铜; ④硫化亚铜与氧化亚铜反应生成铜。 1.写出上述各个分步反应(①,②,③,④)的化学方程式。 2.给出总反应方程式的系数。 3.据最新报道,有一种叫 Thibacillus ferroxidans 的细菌在氧气存在下可以将黄铜 矿氧化成硫酸盐。反应是在酸性溶液中发生的。试写出配平的化学方程式。 4.最近我国学者发现,以精 CuFeS2 矿为原料在沸腾炉中和 O2 (空气)反应, 生成物 冷却后经溶解、除铁、结晶,得到 CuSO45H2O,成本降低了许多。实验结果如下: 沸腾炉温度/℃ 生 成 物 水溶性 Cu/% 酸溶性 Cu/% 酸溶性 Fe/% 560 90.12 92.00 8.56 580 91.24 93.60 6.72 600 93.50 97.08 3.46 620 92.38 97.82 2.78 640 89.96 98.16 2.37 660 84.23 98.19 2.28

回答如下问题: (1)CuFeS2 和 O2 主要反应的方程式为 (2)实际生产过程的沸腾炉温度为 600~620℃。控制反应温度的方法是 (3)温度高于 600~620℃生成物中水溶性 Cu(%)下降的原因是 【解】 2CuFeS2+O2=Cu2S+2FeS+SO2(1 分) (写 S、SO3 不写 SO2 不得分) FeS+O2=FeO+SO2(1 分) (写 S、SO3 不写 SO2 不得分) FeO+SiO2=FeSiO3(1 分) (写其他产物不得分) 2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2(1 分)
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(写 S、SO3 不写 SO2 不得分) Cu2S+2Cu2O=6Cu+SO2(1 分) (写 S、SO3 不写 SO2 不得分) 不配平不得分。 2.2CuFeS2+2SiO2+5O2=2Cu+2FeSiO3+4SO2(2 分) 第四题(10 分) 将固体 MnC2O42H2O 放在一 个可以称出质量的容器里加热, 固体 质量随温度变化的关系如图所示 (相 对原子质量:H 1.0,C 12.0,O 16.0, Mn 55.0 ): 纵坐标是固体的相对质量。 说出在下列五个温度区间各发 生什么变化,并简述理由: 0~50℃: 50~100℃: 100~214℃: 214~280℃: 280~943℃: 【解】 0~50℃ MnC2O42H2O 稳定区域(1 分) 50~100℃ MnC2O42H2O=MnC2O4 + 2H2O(2 分) 179 143 143/179=0.80(1 分) 100~214℃ MnC2O4 稳定区域(1 分) 214~280℃ MnC2O4=MnO+CO+CO2(2 分) 143 71 71/179=0.40(1 分) 280~943℃ 3MnO+1/2O2=Mn3O4 76.3/179=0.43(2 分) 第五题(10 分) 1964 年 Eaton 合成了一种新奇的烷,叫立方烷,化学式为 C8H8(A) 。20 年后,在 Eaton 研究小组工作的博士后 XIONG YUSHENG(译音熊余生)合成了这种烷的四硝基 衍生物(B), 是一种烈性炸药。最近,有人计划将 B 的硝基用 19 种氨基酸取代,得到 立方烷的四酰胺基衍生物(C) ,认为极有可能从中筛选出最好的抗癌、抗病毒,甚至抗 爱滋病的药物来。回答如下问题: 1.四硝基立方烷理论上可以有多种异构体,但仅只一种是最稳定的,它就是(B) , 请画出它的结构式。 2.写出四硝基立方烷(B)爆炸反应方程式。 3.中每个酰胺基是一个氨基酸基团。请估算,B 的硝基被 19 种氨基酸取代,理论 上总共可以合成多少种氨基酸组成不同的四酰胺基立方烷(C)? 4.C 中有多少对对映异构体?
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【解】

1.

(2 分)

(注:只要四个硝基在相间的位置上都是正确的,其他答案不给分。 ) 2.C8H4(NO2)4=2H2O+6CO+2C+2N2(2 分) (注:爆炸反应是分解反应,加氧不合理。写其他产物不合理。 ) 3.用XYZQP……代表氨基酸,可以作如下计算 只有一种氨基酸的AX4…………19种 (1分) AX3Y…………19×18=342 (1分) AX2Y2…………19×18÷2=171 (1分) (1分) AX2YZ…………19×18×17÷2=2907 AXYZQ…………19×18×17×16÷(4×3×2×1)=3876(1分) 总计19+342+171+2907+7752=11191种(注:本小题总共5分,给总数也满分) 4.AXYZQ 有光学异构体,共 3876 对(1 分) (注:只要得出总数就给分) 第六题(12 分) — NO 的生物活性已引起科学家高度重视。它与超氧离子(O2 )反应,该反应的产物 本题用 A 为代号。在生理 pH 值条件下,A 的半衰期为 1~2 秒。A 被认为是人生病, 如炎症、中风、心脏病和风湿病等引起大量细胞和组织毁坏的原因。A 在巨噬细胞里受 控生成却是巨噬细胞能够杀死癌细胞和入侵的微生物的重要原因。 科学家用生物拟态法 探究了 A 的基本性质,如它与硝酸根的异构化反应等。他们发现,当 16O 标记的 A 在 18 O 标记的水中异构化得到的硝酸根有 11% 18O,可见该反应历程复杂。回答如下问题: 1.写出 A 的化学式。写出 NO 跟超氧离子的反应。这你认为 A 离子的可能结构是 什么?试写出它的路易斯结构式 (即用短横表示化学键和用小黑点表示未成键电子的结 构式) 。 2.A 离子和水中的 CO2 迅速一对一地结合。试写出这种物种可能的路易斯结构式。 - 3.含 Cu+离子的酶的活化中心,亚硝酸根转化为一氧化氮。写出 Cu+和 NO2 在水 溶液中的反应。 4. 在常温下把 NO 气体压缩到 100 个大气压, 在一个体积固定的容器里加热到 50℃, 发现气体的压力迅速下降,压力降至略小于原压力的 2/3 就不再改变,已知其中一种产 物是 N2O,写出化学方程式。并解释为什么最后的气体总压力略小于原压力的 2/3。 【解】 - 1.ONO2 (1 分) - - NO+O2 =ONO2 (1 分)
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O N O O


(不要求构型) 分) (2


2.O2NOCO2 或 ONO2CO2 (把 O 合在一起写也算正确答案) 分) (1
O O N O O C O O O O N O C O

(2 分)

(不要求构型,但只写一种可能的得一半分) — (2 3.NO2–+Cu++2H+ =NO+Cu2++H2O(写 2OH 也得分) 分) 4.3NO=N2O+NO2(歧化反应) 分) (2 发生 2NO2=N2O4 的聚合反应,因此最后压力仅略低于 2/3。 分) (1 第七题(15 分) 回答如下几个问题 1.近期发现不需要外加能源、节约水源而能除去废水中的卤代烷(有碍于人类健 康)的方法:把铁放在含卤代烷的废水中,经一段时间后卤代烷“消失” 。例如废水中 的一氯乙烷经 14.9d 后就检不出来了。目前认为反应中卤代烷(RCH2X)是氧化剂。写 出反应式并说明(按原子)得失电子的关系。 2.电解 NaCl—KCl—AlCl3 熔体制铝比电解 Al2O3—Na3AlF6 制铝节省电能约 30%。 为什么现仍用后一种方法制铝? 3.NH4NO3 热分解及和燃料油[以(CH2)n 表示]反应的方程式及反应热分别为: NH4NO3=N2O+2H2O+0.53 kJ/g NH4NO3 …………(1) …………(2) NH4NO3=N2+1/2O2+2H2O+1.47 kJ/g NH4NO3 3nNH4NO3+(CH2)n=3nN2+7nH2O+nCO2+4.29n kJ/g NH4NO3 ……(3) 试问:由以上三个热化学方程式可得出哪些新的热化学方程式? 4.参照水溶液化学反应的知识回答下面的问题:在液态 BrF3 中用 KBrF4 滴定 Br2PbF10,过程中出现电导最低点。写出有关反应式。 【解】 — Fe+RCH2X+H+=Fe2++RH3+X (2 分) 反应中 1mol Fe 失 2mol 电子,C 得 2mol 电子。 分) (1 第八题(11 分) 乙酸在磷酸铝的催化作用下生成一种重要的基本有机试剂 A。 核磁共振谱表明 A 分 子中的氢原子没有差别;红外光谱表明 A 分子里存在羰基,而且,A 分子里的所有原子 在一个平面上。A 很容易与水反应重新变成乙酸。回答如下问题: 1.写出 A 的结构式。 2.写出 A 与水的反应方程式。 3.写出 A 与氢氧化钠的反应方程式。 4.写出 A 与氨的反应方程式,有机产物要用结构式表示。 5.写成 A 与乙醇的反应方程式,有机产物要用结构式表示。
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【解】 1. (3 分)

2.

+HOH

(2 分)

3.

+HONa

(2 分)

4.

+HNH2

(2 分)

5.

+CH3CH2OH

(2 分)

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