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2012年高中化学竞赛预赛模拟检测试题8


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2012 年全国化学竞赛预赛模拟试卷 08
时间:3 小时 满分:100 分
一. 分)锡石的化学式是 SnO2,地质工作者为了确定某矿石是锡石常用的一种方法是: (4 用小刀或小锤取出一小粒矿石,放在锌片上,再往

放矿石位置的锌片上滴一两滴稀盐酸,锌 片会马上起泡。待锌片起泡完了以后,仔细观察矿石的表面。此时如果发现矿石的表面生有 一层很薄的银白色金属膜的话,就可以完全肯定它是锡石。但是如果被检验的矿石颗粒不纯, 带有硫化物,如黄铁矿、闪锌矿、方铝矿之类的矿物等,则反应进行得比较缓慢。 1.写出检验锡石的化学反应方程式。 2.为何带硫化物时反应较慢,写出反应方程式(以黄铁矿为例)

二. (4 分)如右图所示实验中,把四根洁净 属条 A、B、C、D 轮流放置在浸有盐溶液的滤纸上 压紧。在每次轮流实验时,记录了电压表指针的移 向和电压表的读数(如下表) 。 金属 A B C D 电子流动方向 A→Cu Cu→B C→Cu 电压 +0.78 -2.15 +1.35 +0.30

的金 面并 动方

1.金属 D 与 Cu 之间电子流动方向为 ; 2. 金属可能是最强的还原剂; 3. 金属不能从硫酸铜溶液中置换铜。 三. 分)单质碘与红磷在常温下混合不反应,但滴入几滴水后能剧烈反应,生成 HI 和 (6 H3PO3。 但实验室制取氢碘酸的方法是把 H2S 通入 I2 水中, 过滤生成的硫, 可得质量分数为 50% 的氢碘酸。 1.写出实验室制取氢碘酸的化学方程式; 2.氢碘酸在空气中放置易易氧化变质,写出可能发生反应的化学方程式; 3.为防止氢碘酸在空气中氧化变质,可在氢碘酸中加入少量 ,写出有关反应的 化学方程式。

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四. 分)2000 年诺贝尔化学奖授予在导电高分子领域作出突出贡献的三位科学家。在 (8 一定的掺杂条件下,高分子材料(俗称塑料)完全可以具有金属的性能,从而变成导体。 1.下列塑料,你认为可作为导体的是 A 聚氯乙烯 B 聚乙炔 C 聚苯乙烯 D 聚异戊二烯 E 聚乳酸 2.简述该塑料(第一题答案)的分子结构特点。 3.你认为导电高分子材料在结构上应具备何种特性。

五. (11 分)下图所示是大气中红外光透射率的光谱特性(横坐标是波长,纵坐标是能穿 透大气的程度) 。

1.试说明大气中的 CO2 吸收红外线的能力与频率的关系? 2.大气对红外线的吸收会产生什么效果?什么因素加剧形成这一效果?加剧的后果是什 么? 3.除 CO2 气体外,CH4、N2O、氟里昂也是温室气体,请再举两例温室气体。说明温室气 体分子有何特点。 4.利用实验室常用药品和仪器,设计一个实验装置,证明较高浓度的 CO2 对阳光中的红 外线有高吸收率(画出图示,简述实验原理和方法) 。

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六 . 10 分 )苯与 苄氯( ( ) 能 发生经 典的 付氏反 应, 生成二 苯基 甲烷 ( ) ,但同时还存在副产物 A( ) 。 1.计算 A 的极限碳含量; 2.写出生成 A 的两步化学反应方程式(注明具体催化剂) ; 3.计算光照下 A 一氯取代物的种数(包括光学异构体) 4.计算光照下 A 二氯取代物的种数(不包括光学异构体)

七. (18 分)将一种盐溶于水中时,会使水 的冰 点降低, 究竟冰点降低多少, 与盐在溶液中的浓 度有 关。 如果将此溶液降温, 则在零度以下某个温度, 将析 出纯冰。 但当盐在水中的浓度比较大时, 在将溶 液冷 却的过程中析出的固体不是冰而是盐, 这时该溶 液称 为盐的饱和溶液,盐在水中的浓度称为“溶解 度” , 溶解度的大小与温度有关。 右图所示为不同浓度 的 CaCl2 溶液冷却析出晶体时所对应温度的曲线 图。 1.指出区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ内各物质组成 (说 明是何种固体或溶液是否饱和) ; 2.指出曲线 AB、BC 分别具体表示的含义; 3.点 B 在坐标如何,有何意义; 4.273K 时,60g 浓度为 10%的 CaCl2 溶液持续降温,何时析出晶体,计算最多可析出单 一晶体的质量。 (只需保留整数) 5.根据右上图分析,如何提纯粗盐 CaCl2,得到 CaCl2·6H2O 晶体。 6.CaCl2 溶液可用作冷冻剂,当 CaCl2·6H2O 晶体与冰以何比例(质量比)混合时,冷却 效果最好。 7. 在大雪纷飞的北方国家, CaCl2 有很大的需求量, 对 你认为 CaCl2 在这些国家有何用途?

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八. (19 分)某同学在学习等径球最密堆积(立方最密 堆积 A1 和六方最密堆积 A3)后,提出了另一种最密堆积形 式 Ax。如右图所示为 Ax 堆积的片层形式,然后第二层就堆 积在第一层的空隙上。请根据 Ax 的堆积形式回答: 1.计算在片层结构中(如右图所示)球数、空隙数和 切点数之比 2. Ax 堆积中将会形成正八面体空隙和正四面体空隙。 在 请在片层图中画出正八面体空隙(用·表示)和正四面体空 隙(用×表示)的投影,并确定球数、正八面体空隙数和正 四面体空隙数之比 3.指出 Ax 堆积中小球的配位数 4.计算 Ax 堆积的原子空间利用率。 5. 计算正八面体和正四面体空隙半径 (可填充小球的最大半径, 设等径小球的半径为 r) 。 6.已知金属 Ni 晶体结构为 Ax 堆积形式,Ni 原子半径为 124.6pm,计算金属 Ni 的密度。 (Ni 的相对原子质量为 58.70) + - - 7.如果 CuH 晶体中 Cu 的堆积形式为 Ax 型,H 填充在空隙中,且配位数是 4。则 H 填 充的是哪一类空隙,占有率是多少? 8.当该同学将这种 Ax 堆积形式告诉老师时,老师说 Ax 就是 A1 或 A3 的某一种。你认为是 哪一种,为什么?

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九. (20 分)L-甲状腺素是一种重要的激素,用来治疗呆小病、粘液瘤、肥胖病等人类 疾病。早期人类都是用动物的甲状腺组织来提取甲状腺素。甲状腺素的光学活性在 20 世纪 30 年代首先由 Harington 和 Salter 发现,他们从动物甲状腺体的蛋白质用发酵水解方法提取了 L -甲状腺素,从而避免了碱性水解的消旋现象,同样的结果也由 Foster 和 Palmer 等人在甲状 腺体初步发酵后再酸性水解的方法而获得。但是从动物甲状腺体组织提取的 L-甲状腺素纯度 低、光学纯度比较差,而且数量亦受到限制。40 年代起,人们开始用合成方法来生产 L-甲状 腺素。 化学合成法是以 L-酪氨酸为起始原料合成 L-甲状腺素有多种路线,最有代表性的为 Chalmers 开发的经典路线: ( C9H11NO3 )
?

3 2 ?? ? ? 4? ?

HNO

? H SO

A ( C9H9N3O7 )

? CH CO ? 2 O ? NaOH CH CH OH ? H ? ? 3? ? ? ? ? B ( C11H11N3O8 ) ? ?3 ?2 ? ? ? C ( C13H15N3O8 ) ?

D

Pd HCl HAc (C20H21N3O9 ) ? H ?? ? E(C20H25N3O5 ) ? KI ? NaNO / ? ? F(C20H21NO5I2 ) ? HI ? ? ? G ? ??? ? ? ?
2 2

? KI (C16H13NO4I2) ? I?? ?
2

(L-甲状腺素,C16H11NO4I4)

此合成工艺需要八步反应,虽可保留其光学活性,但操作步骤非常复杂,产率低,成本 较高。 通过化学工程师们的不懈努力,上海精细化工研究所的研究人员采用 3,5-二碘-L-酪 氨酸为原料,经孵化反应(消化-偶合反应)合成了高纯度、高生物活性的 L-甲状腺素,缩 短了工艺路线,降低了生产成本,是较理想的合成路线。合成原理如下:
? ?? J ? ? L ? ? ?? ? M ? ? ? ? L-甲状腺素 ? ? L-酪氨酸 ? ? ? ? H ?
I K I 2 ? H 2O 2

O 2 ? 催化剂

HCl ? HAc

1.为何 L-甲状腺素有光学活性,以上反应是否会影响其光学活性? 2.写出 A~M 各物质的结构简式。

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参考答案
一.Zn+2HCl==ZnZl2+H2↑ 2H2+SnO2==Sn+2H2O (或 2Zn+SnO2+4HCl==Sn+2ZnCl2+2H2O) 分) (2 2.锌皮与盐酸反应所产生的氢气,首先不是和锡石中的氧反应,而是和硫化物中的硫反 应,生成硫化氢(或盐酸先和硫化物反应) :FeS2+2HCl==FeCl2+S↓+H2S(2 分) 二.1.D→Cu(1 分) 2.C(2 分) 3.B(1 分) 三.1.I2+H2S==2HI+S↓(2 分) 2.4HI+O2==I2+2H2O(2 分) 3.红磷 3I2+2P+3H2O==6HI+2H3PO3(2 分) 四.1.B(2 分) 2.聚乙炔的结构单元是 CH,每个碳原子轨道都是 sp2 杂化,形成了三个共平面的,夹角 约 120°的杂化轨道,这些轨道与相邻的碳氢原子轨道键合构成了平面型的结构框架。其余未 成键的 PZ 轨道与这一分子平面垂直,它们互相重叠,形成长程的π 电子共轭体。 分) (4 3.这种材料是一种简单分子形成的长链聚合物,由重复的单元链段组成,每个单元链段 由碳碳单键和不饱和共价键(双键或叁键)交替组成。 分) (2 .. 五.1.1.1×1014Hz,7.1×1013Hz,1.9×1013Hz 左右时对红外线的吸收能力最强。 分) (2 2.会使大气温度升高; CO2 过多排放会加剧这一效果; 加剧的后果是使地球平均气温上升,地球两极冰雪融化,海平面上升,以及一系列生态 环境问题。 分) (3 3.H2O、O3(看图) 多原子分子,每个分子至少有 3 个原子(2 分) 理想气体的摩尔热容量与分子中原子数有关,原子数多,摩尔热容量大(单原子约 1.5R, 双原子约 2.5R,三原子约 3.5R) 4.如右图所示,取两个完全相同的广口瓶,瓶口加塞子,塞子打孔,恰能插入一玻璃管。 以 CaCO3 和 HCl 反应制取 CO2,收集在瓶内,另一个瓶则为空气。玻璃管口滴入数滴石蕊(有 颜色易观察) ,形成一段液柱,并倾斜玻璃管使其进入中部,然后将玻璃管分别插入两瓶内, 如右图所示。 同时放在阳光中照射, 一段时间后, 石蕊 液柱向盛空气处移动, 表明盛 CO2 瓶温度升高快 (气 体受热膨胀) 。证明 CO2 对红外线有高吸收率。 ( 4 分) 六.1.92.3%(2 分) 即重复单位 C7H7 中的碳含量(12/13) 2. +
?? 3? ?
AlCl

+HCl
?? 3? ?
AlCl

+(n-1)

+(n-1)HCl (2 分)

3.n 种(3 分) n 为奇数、偶数时都一样 4.n 为奇数,(n+1)2/2 种;n 为偶数,n(n+2)/2 种(3 分) 七.1.Ⅰ:饱和 CaCl2 溶液和冰;
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Ⅱ:不饱和 CaCl2 溶液; Ⅲ:饱和 CaCl2 溶液和 CaCl2·6H2O; Ⅳ:冰和 CaCl2·6H2O(4 分) 2.AB:水的冰点(凝固点)线 BC:CaCl2 在水中的溶解度曲线(2 分) 3.坐标(30,218) E 点能同时存在冰、固体 CaCl2·6H2O 和饱和 CaCl2 溶液;CaCl2 溶液所能存在的最低温度 (冰和 CaCl2·6H2O 升温时共同熔化的温度,即“最低共熔点”(3 分) ) 4.256K 40g(3 分) 5.将粗盐溶于水,加热蒸发浓缩,冷却析出晶体,母液中再加粗盐,重复操作。 分) (2 6.1:0.69(或 1.45:1) 分) (2 7.将 CaCl2 撒在冰雪覆盖的道路上,促其融化(降低冰点)(2 分) 。 八.1.1:1:2(2 分) 一个球参与四个空隙,一个空隙由四个球围成;一个球参与四个切点,一个切点由二个 球共用。 2.图略,正八面体中心投影为平面◇空隙中心,正四面体中心投影为平面切点 1:1:2(2 分) 一个球参与六个正八面体空隙,一个正八面体空隙由四个球围成;一个球参与八个正四 面体空隙,一个正四面体空隙由四个球围成。 3.小球的配位数为 12(1 分) 平面已配位 4 个,中心球周围的四个空隙上下各堆积 4 个,共 12 个。 4.74.05%(3 分) 以 4 个相邻小球中心构成底面,空隙上小球的中心为上底面的中心构成正四棱柱,设小 球半径为 r,则正四棱柱边长为 2r,高为 2 r,共包括 1 个小球(4 个 1/4,1 个 1/2) ,空间利 用率为
4? r / 3
3

?2 r ? 2

2r

5.正八面体空隙为 0.414r,正四面体空隙为 0.225r。 分) (4 3 6.8.91g/cm (3 分) - 根据第 4 题,正四棱柱质量为 58.70/NAg,体积为 1.094×10 23cm3。 - 7.H 填充在正四面体空隙,占有率为 50%(2 分) 正四面体为 4 配位,正八面体为 6 配位,且正四面体空隙数为小球数的 2 倍。 8.Ax 就是 A1,取一个中心小球周围的 4 个小球的中心为顶点构成正方形,然后上面再取 两层,就是顶点面心的堆积形式。底面一层和第三层中心小球是面心,周围四小球是顶点, 第二层四小球(四个空隙上)是侧面心。 分) (2 也可以以相邻四小球为正方形边的中点(顶点为正八面体空隙) ,再取两层,构成与上面 同样大小的正方体,小球位于体心和棱心,实际上与顶点面心差 1/2 单位。 九.L-酪氨酸中有一不对称碳原子(手性碳原子) ,因此有旋光性;反应中该碳原子始终 没参与,故不会改变光学活性。 分) (2 2.A: ; 分)B: (2 ; 分) (1

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C:

; 分)D: (1

; 分) (2

E:

; 分) (2

F:

; 分) (1

G:

(1 分)

H:

; 分)I: (CH3CO)2O; 分) (2 (1

J:

(1 分) ;K:CH3CH2OH(1 分) ;

L:

(1 分) ;M:

(2 分)

本题给出了两条合成 L-甲状腺素的途径,第一条途径条件较多,根据反应前后化学式的 变化和参与反应的试剂,并不难推出产物;第二条途径是对第一条的改进,可借助第一条的 信息帮助解答。

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