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2005年全国化学竞赛初赛模拟试卷(02)


2005 年全国化学竞赛初赛模拟试卷(02)
(时间:3 小时 满分:100 分)
题 号 满 分
H 1.008 Li 6.941 Na 22.99 K 39.10 Rb 85.47 Cs 132.9 Fr [223]

1 5

2 9

3 7

4 8


5 7

6 10

7 10

8 8

9 8

10 13

11 15
He 4.003 Ne 20.18 Ar 39.95 Kr 83.80 Xe 131.3 Rn [222]

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 Mn Fe Co 44.96 47.88 50.94 52.00 54.94 55.85 58.93 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh 88.91 91.22 92.91 95.94 [98] 101.1 102.9 La- Hf Ta W Re Os Ir Lu 178.5 180.9 183.8 186.2 190.2 192.2 Ac- Rf Db Sg Bh Hs Mt La

Ni 58.69 Pd 106.4 Pt 195.1 Ds

Cu 63.55 Ag 107.9 Au 197.0

Zn 65.39 Cd 112.4 Hg 200.6

第一题(5 分) 1.锰结核是太平洋深处的一种海洋矿物,除含有锰元素外还含有 (至少填出二种 元素)等多种金属元素。 2.飘尘是污染大气的有害物质之一,如果飘尘和空气中的 SO2 接触,使部分 SO2 氧化成 SO3,危害就更严重了。地球上每年排入大气中的飘尘约 1 亿吨,引起飘尘污染的主要原因 是 。 3.25℃时,1mol 纯水中含氢离子 mol。 4.汽车散热器的冷却水中常加人一些非电解质(如乙二醇) ,其作用是 和 。 第二题(9 分) 已知苯环上如带有甲基会使环上的亲电取代反应容易进行,称作甲基的推电子效应。有了 硝基会使环上的亲电取代反应难以进行,称为-NO2 的拉电子效应。试预期或解释下列问题: 1.CH3NH2 的碱性应比 NH3 ;HO- -NO2 的酸性比 -OH 的酸性 。 2.苯胺不能用石蕊试纸检验其碱性,为什么? 3.由氯苯制苯酚需要很苛刻的条件,但 2,4,6 一三硝基氯苯 0℃水解成苦味酸,试予以 理论上的说明。 4.CH3NO2 为什么能溶于 KOH 溶液? 5.解释下面两组物质的酸碱性强弱关系:

酸性:

碱性:

第三题(7 分) 甲磺酸铅通常为 50%~58%的水溶液,在电镀及电子工业中有广泛地应用。电化学合成法 制备甲磺酸铅的要点:以甲磺酸为电解液,金属铅做为阳电极,石墨做阴极,聚乙烯磺酸型阳 离子交换膜为阴阳极室隔膜。 1.写出电极反应方程式和总反应方程式。 2.使用隔膜的目的是什么?不使用会有什么后果。 3.是否需要加入支持电解质?为什么? 4.电化学合成法比一般的化学合成法有什么优点?

第四题(8 分) 纯铁丝 521 mg,在惰性气氛下溶于过量的盐酸中,往上述热溶液中加 253g KNO3,反应后 + 以 0.0167 mol/L 的 K2Cr2O7 溶液滴定剩余的 Fe2 离子,消耗 VrnL 达到终点。 2+ 1.V=18.00,通过计算写出 Fe 离子和 NO3-离子在酸性条件下反应的化学方程式。 2.若纯铁丝在大气中溶于盐酸,其他步骤同上。根据这个实验结果写出 Fe2+离子和 NO3 - 离子在酸性条件下反应的化学方程式时,与惰性气氛下计算得到的方程式有何不同? 3.一旦部分 Fe2+被氧化后,可以在溶解后,经 SnCl2、HgCl2 处理后,再在热溶液中加入 KNO3 处理。写出处理中的反应方程式。

第五题(7 分) Li4SiO4 具有有利于离子传导的结构, 为锂离子导体理想的基质材料。 实验发现用三价离子 M3+如 B,Al,Ga,Cr,Fe,In 能取代 Li 或 Si(Li4+xMxSi1-xO4,Li4-3yMySiO4)可大大提高它 的离子电导性。Li4.1Fe0.1Si0.9O4 是其中重要的一种,可用溶胶-凝胶法合成:称取一定量的 CH3COOLi,Fe(NO3)3 合成,用稀硝酸溶解,按化学计量摩尔比加入 Si(OC2H5)4,并加入适量 的无水乙醇, Si(OC2H5)4∶C2H5OH=1∶4 做共溶剂, 使 再加入金属离子摩尔总和 1.5 倍的柠檬 酸,用 NH3·H2O 调整 pH=2~3。样品在 80℃回流使其水解缩聚,然后在 70℃缓慢蒸发,实 现溶液-溶胶-凝胶的转化。 120℃干燥得到干凝胶。 在 干凝胶在高温下进行一定时间热处理, 于 750℃得到超细粉。 1.写出制备 Li4.1Fe0.1Si0.9O4 的化学方程式。 2.溶胶-凝胶法是近几年发展起来的湿化学 合成方法,比以前较多使用的固相法有何优点? 3.右图为 Li4.1Fe0.1Si0.9O4 干凝胶的 TG-DTA 曲线。从图中可以发现在 248℃处都有一吸热峰, 那是干凝胶表面 的吸热峰;在 417℃左右的 峰为 放热峰;而 ℃的放热峰则为 Li4.1Fe0.1Si0.9O4 形成峰。

第六题(10 分) 超分子自组装是指一种或多种分子依靠分子间相互作用,自发地结合起来,形成分立的或 伸展的超分子。氢键是超分子自组装中最重要的一种分子间相互作用。 1.列举在自然界中普遍存在,最重要的通过氢键 自组装的超分子。 2. 右图 A 和 B 在分子的 3 个方向上形成分子间通 过氢键组装成大片薄饼状的超分子。 写出 A、B 的结构简式和合成 A、B 的简单物质。 3.除氢键外,哪些作用也可形成超分子 4.C、D、E、F 是简单的芳香酸,他们通过氢键 作用:C 形成二聚分子;D 形成直线状超分子;E 形成 锯齿状超分子;F 形成蜂窝状平面超分子 (类似右图) 。 画出 C、D 形成的分子的结构图;写出 E、F 的名称。

第七题(10 分) 在金星大气中存在可观数量的化合物 A, 在地球上是一种只有微生物生命活动才能形成 A 的物质。化合物 A 的分子呈直线型,有弱极性。A 在空气中极易着火生成等物质的量的 B 气 体和 C 气体;A 不溶于水,但加热条件下与水蒸气作用,生成 B 气体和 D 气体;气体 C 和 D 在有水存在的条件下迅速反应,生成固体 E;如果在催化剂作用下 A 水解可以得到固体 E 和 F 的溶液。在交流放电的情况下,A 分解生成 E 固体、G 气体两种物质。 1.写出 A~G 各物质的化学式; 2.用 X 射线衍射法测得由 A 电解得到的 E 的晶体为正交晶系,晶胞参数 a=1048pm,b - =1292pm,c=2455pm。已知该物质的密度为 2.07g·cm 3,每个晶胞中有 16 个 E 分子。确定 E 分子中原子的组成。

第八题(8 分) 测定胱氨酸试剂的纯度是定量分析化学设计实验中的一个课题。胱氨酸的结构简式是: HOOCNH2CHCH2S-SCH2CHNH2COOH;在氧化剂 Br2 的作用下,S-S 断裂生成-SO3H,该 反应非常容易进行。测定过程如下: 移取 25.00mL 胱氨酸溶液(含胱氨酸样品 mg) 、25.00mL KBrO3 溶液(c1mol/L)于碘量 瓶中,加 1g KBr 、2mL HCl 进行反应,在刚开始出现黄色时立即开盖加入 1g KI,迅速加盖、 旋摇溶解。加 100mL H2O 稀释,立即用 Na2S2O3 标准溶液(c2mol/L)滴定至浅黄色,加入 2mL 淀粉溶液,继续滴至蓝色消失为终点。平行滴定 3 次(平均消耗 VmL) 。 1.写出滴定反应中发生的化学方程式 2.为什么刚出现黄色时就可加 KI(如果充分反应 10 分钟会呈现深黄褐色)?加入 KI 的 过程中要求开盖和加盖间的时间极短,目的是什么? 3.列出计算胱氨酸纯度的式子.

第九题(8 分) 短周期的元素 A、B、C 可形成化合物 X。A、B 是同主族元素,A 的常见配位数是 4,B 的常见配位数是 4 或 6。X 是共价型的分子,分子中 A、B 原子位于同一平面上;C 元素的核 磁共振表明 X 分子中有 2 种类型的 C 原子,个数比是 1︰1。A 与热水缓慢反应,1.000g A 与 水反应后可得到 3.76L(标准状况)的单质气体。 1.写出 A、B、C 的元素符号; 2.写出 X 的化学式; 3.画出 X 的结构式。

第十题(13 分) 钒与 N-苯甲酰-N-苯基羟胺根离子在 4mol/L 盐酸介质中形成紫红色的单核配合物, 该 配合物溶液可进行比色测定,用以定量测定钢中钒的含量。该配合物是电中性分子,实验测得 其氧的质量分数为 15.2%。 1.通过计算确定该配合物的化学式; 2.画出它的全部可能立体结构(不要求光学异构体) 。 3.指出其中最稳定的是哪一种。与其它几种相比,它在分子结构上有什么特点?

第十一题(15 分) 1.苄基-2-萘基醚是芳香族的混醚,其传统合成方法采用威廉森法。主要用于合成苄氧 萘青霉素等医药工业,且广泛地作为合成香料,用于皂用香精、化妆品香精、草霉香精及调合 香精等香料工业。写出合成苄基-2-萘基醚的化学方程式。 2.三羟甲基丙烷(简称 TMP)是重要的化学中间体和精细化工产品,广泛应用于生产高 级醇酸树脂和聚氨脂、聚脂、合成干性油、高级润滑油、印刷油墨、增塑剂、玻璃钢、纺织助 剂等,在许多方面其性能优于甘油、新戊二醇和季戊四醇。工业上可以用正丁醛和甲醛(实际 消耗量为 1︰3)为原料,用碳酸氢钠和碳酸钠混合碱溶液作为缩合催化剂,再加入少量的助催 化剂三乙胺,在 25~85℃常压条件下合成。 (1)写出分步反应方程式。 (2)如果该合成是绿色工艺,如何处理副产物。 3.N,N-双(对甲苯磺酰基)-2-哌嗪羧酸甲酯是合成抗结核病及抗类风湿病药物 2-哌 嗪羧酸的中间体。其合成路线如下: A+Br2→B C+CH3- -SO2Cl→D B+D→

(1)写出 A、B、C、D 的结构简式; (2)命名 B 和 CH3- -SO2Cl。

参考答案(0502)

第一题(5 分) 1.铁、铜、镍、铅等金属元素(1 分) 2.煤和其它物质的燃烧(1 分) 3.1.8×10-9mol(1 分) 4.降低水的凝固点,防止水在较冷温度下结冰(1 分) 升高水的沸点,减少水的蒸发(稀溶液的依数性) 分) (1 第二题(9 分) 1.大 大(各 1 分) 2. 苯胺氮原子上的未共用电子对与苯环形成 p-π 共轭体系, 而使氮原子上电子密度降低, 所以碱性比氨弱,不能用石蕊试纸检验其碱性。 分) (1 3.由-NO2 的吸电子使 Cl-C 的 C 上更正,易亲核,水解是亲核取代(1 分,空间位阻 效应解释也可) 4.-NO2 拉电子使 CH3 上氢的酸性增强:CH3NO2 H++-CH2NO2(1 分) 5.对于酚类化合物,后者因-NO2 两侧邻近甲基的排斥力,迫使—NO2 偏转平面,从而 使其拉电子共轭效应大幅度减弱,而甲基的推电子作用影响相对较小; 分) (2 在取代苯胺中,由于前者—N(CH3)2 中两个邻位的硝基在甲基空间效应的作用下,无法很 好地与苯环共平面,使其拉电子共轭效应大大降低,而后者则无此空间效应的影响。 分) (2 第三题(7 分) 1.阳极:Pb→Pb2++2e-(1 分) Pb2++2CH3SO3-→Pb(CH3SO3)2 + - 阴极:2H +2e →H2(1 分) 总反应:Pb+2CH3SO3H→Pb(CH3SO3)2+H2(1 分) 2.阻止 Pb2+向阴极移动。 分) (1 + - 2+ 如没有隔膜,Pb 将向阴极移动,发生阴极析铅的副反应:Pb2 +2e →Pb(1 分) 3.不需要。为甲磺酸为强电解质,其水溶液具有很强的导电性,故没必要再加入支持电 解质。 分) (1 4.实现氧化还原反应靠的是清洁而干净的电子,无三废排放,符合环境保护的要求。 (1 分) 第四题(分) 1.n(Fe)=9.30mmol n(KNO3)=2.50mol n(K2Cr2O7)=0.30mol(1 分) 6Fe2++Cr2O72-+14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O(1 分) n(Fe2+)︰n(NO3-)=7.50︰2.50=3︰1(1 分) - + + + 即:NO3 +3Fe2 +4H =3Fe3 +NO↑+2H2O(1 分) + + 2.氧气将部分 Fe2 氧化为 Fe3 ,加入的 KNO3 不变,则滴定中消耗 K2Cr2O7 偏小(< + - 18.00mL) ,使 n(Fe2 )︰n(NO3 )>3︰1,反应中 KNO3 将得到价态更低的还原产物。 分) (2 + + + - 3 2 2 4+ 2+ 2+ 4+ 3.2Fe +Sn =2Fe +Sn 2Hg +Sn +2Cl =Hg2Cl2↓+Sn (各 1 分) 第五题(7 分) 1.4.1CH3COOLi+0.1Fe(NO3)3+0.9Si(OC2H5)4+4H2O =Li4.1Fe0.1Si0.9O4+4.1CH3COOH+0.3HNO3+3.6 C2H5OH(2 分) 2.但固相法不易保证成分的准确性、均匀性且合成温度较高。溶胶-凝胶此法合成离子 导体具有纯度高,均匀性好,颗粒小,反应过程易于控制等优点。 分,答出要点即可) (2 - 3.脱去吸附水(1 分)及 NO3 氧化分解 有机物成分烧失(1 分) (约)603(1 分)

第六题(10 分) 1.DNA(1 分)

2.A:

CO(NH2)2(或 N≡C-NH2) ;B:

H-N=C=O(各 1 分)

3.配位键、冠醚和穴状配体、疏水作用(1 分,答出 1 种即可) 4.C: E:间苯二甲酸 D: F:1,3,5-苯三甲酸(各 1 分)

第七题(10 分) 1.A:COS B:CO2 C:SO2 D:H2S E:S F:HCOOH G:CO(各 1 分) 2.S8(3 分) 第八题(8 分) 1.KBrO3+5KBr+6HCl=3Br2+6KCl+3H2O(1 分) 5Br2+HOOCNH2CHCH2S-SCH2CHNH2COOH+6H2O =2HO3SCH2CHNH2COOH+10HBr(1 分) Br2+3I-=I3-+2Br- I3-+2S2O32-=3I-+S4O62-(1 分) 2.氧化胱氨酸的反应是很快的,而 KBrO3 氧化 KBr 才是决定反应速率的一步。当碘量瓶 中刚刚开始出现黄色时,Br2 与胱氨酸已完全反应, (但 Br2 的浓度仍然很小,并且没有来得及 - - 扩散到空气中。此时加入 KI,就不会再有 Br2 生成。因为 I2 在 I 过量的水溶液中生成 I3 离子, 挥发性比 Br2 弱得多,可以避免 Br2 挥发所带来的误差。(2 分) ) 迅速加 KI 的目的是尽可能减少溴的挥发(1 分) 3.
238 . 3 ? ( 3 ? c 1 ? 25 . 00 ? 0 . 5 ? c 2 ? V ) / 5000 m ? 100 % (2 分)

第九题(8 分) 1.A:B B:Al C:H(各 1 分) 2.Al(BH4)3(AlB3H12) 分) (2

3.

(2 分)

4.Al(BH4)3+12H2O=Al(OH)3+3B(OH)3+12H2↑(1 分) 第十题(13 分) - 1.N-苯甲酰-N-苯基羟胺根离子(以下用 X 表示)的相对分子质量为 212,氧的质量 分数为 15.1%。当只有此配体与钒配位,氧的质量分数必小于 15.09%,而实际为 15.2%,所以 - 一定有配位氧原子 分) 设钒与 1 个氧、 个 X 络合 (1 。 3 (钒最高+5) 氧的质量分数为 15.9%, , - 需要增加 X 数目和减少配位 O 数目,这都是不可能的;因此配合物中可能存在第 3 种配体,

从条件来看反应是在盐酸介质中进行的,可能存在 Cl 做配体(1 分)。设钒与 1 个配位氧、x - - 个 X 、y 个 Cl 配位(x+y≤3),当 x=1,y=1 时,氧的质量分数为 15.3%;当 x=1,y=2 时,氧的质量分数为 13.8%;当 x=2,y=1 时,氧的质量分数为 15.2%;符合题设(1 分)。 (其他合理推论也可) 即该配合物的化学式为 VO(C13H10NO2)2Cl(2 分) 2.该配合物的结构如下:
O C6H5 C6H5 N C O N O Cl
O C6H5 C6H5 N C O N O O N O C C6H5 C6H5 O Cl N N O O C O N C6H5 C6H5 C6H5 C6H5 C N O N O O N O C C6H5 C6H5 Cl Cl C6H5 C6H5 N C O N O O C O N C6H5 C6H5 O Cl



O O O C N C6H5 C6H5 C6H5 C6H5 N C O N O Cl O C O N C6H5 C6H5

O C6H5 C6H5 C O

(各 1 分)

3.第一种最稳定(1 分) ,分子的对称性最好,极性最弱(1 分) 第十一题(15 分) 1. (3 分,其中反应物、介质各 1 分,反应条件不要求) 2. (1)CH3CH2CH2CHO+2HCHO ? OH ? OHCH3CH2C(CH2OH)2CHO(2 分) ? ? OHCH3CH2C(CH2OH)2CHO+HCHO+CO23-+H2O - - →CH3CH2C(CH2OH)3+HCOO +HCO3 (2 分) - - - (2)HCOO 后处理:2HCOO +O2→HCO3 (1 分) 2HCO- CO32-+CO2↑+H2O(1 分) 3. (1)A:CH2=CHCOOCH3 B:CH2BrCHBrCOOCH3 C:H2NCH2CH2NH2 D:CH3- -SO2HNCH2CH2NHSO2- -CH3(各 1 分) (2)2,3-二溴丙酸甲酯 对甲苯磺酰氯(各 1 分)
?


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