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2010年中国化学会第24届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题

时间:2012-06-26


中国化学会第 24 届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试卷
(2010 年 9 月 12 日) 题号 满分 得分 阅卷 人 签名 l 竞赛时间 3 小时。迟到超过半小时者不能进考场。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。 l 试卷装订成册,不得拆散。所有解答必须写在指定的位置,用铅笔解答无效(包括作图)。草稿 纸在最后一页。不得将任何纸张带入考场。 l 凡要求计算者,须给出计算过程,没有计算过程无效。 l 姓名、报名号和所属学校等必须写在首页左侧指定位置,写于其他地方者按废卷论处。 l 用涂改液涂改的解答无效。 l 允许使用非编程计算器以及直尺等文具。 1 15 2 5 3 7 4 8 5 11 6 8 7 13 8 6 9 11 10 7 11 9 总分 100

气体常数 R=8.31447 J K-1 mol-1 法拉第常数 F=96485 C mol-1 阿佛加德罗常数 NA=6.022142×1023 mol-1

第 1 题 (15 分) 1-1 2009 年 10 月合成了第 117 号元素,从此填满了周期表第七周期所有空格,是元素周期 系发展的一个里程碑。117 号元素是用 249Bk 轰击 48Ca 靶合成的,总共得到 6 个 117 号元素
1

的原子,其中 1 个原子经 p 次 α 衰变得到 270Db 后发生裂变;5 个原子则经 q 次 α 衰变得到 281 Rg 后发生裂变。用元素周期表上的 117 号元素符号,写出得到 117 号元素的核反应方程 式(在元素符号的左上角和左下角分别标出质量数和原子序数) 。

1-2 写出下列结构的中心原子的杂化轨道类型:

[(C6H5)IF5]-

(C6H5)2Xe

[I(C6H5)2]+

1-3 一氯一溴二(氨基乙酸根)合钴(III)酸根离子有多种异构体,其中之一可用如下简式表示。 请依样画出其他所有八面体构型的异构体。

第 2 题 (5 分) 最近我国有人报道, 0.1 mol L-1 的硫化钠溶液装进一只掏空洗净的鸡蛋壳 将 里,将蛋壳开口朝上,部分浸入盛有 0.1 mol L-1 的氯化铜溶液的烧杯中,在静置一周的过程 中,蛋壳外表面逐渐出现金属铜,同时烧杯中的溶液渐渐褪色,并变得混浊。 2-1 设此装置中发生的是铜离子和硫离子直接相遇的反应,已知 φ?(Cu2+/Cu)和 φ?(S/S2-)分别 为 0.345V 和 -0.476 V, ?=RTlnK, ? 表示反应的标准电动势, 为该反应得失电子数。 nFE E n o 计算 25 C 下硫离子和铜离子反应得到铜的反应平衡常数,写出平衡常数表达式。

2

2-2 金属铜和混浊现象均出现在蛋壳外,这意味着什么?

2-3 该报道未提及硫离子与铜离子相遇时溶液的 pH。 现设 pH = 6, 写出反应的离子方程式。

2-4 请对此实验结果作一简短评论。

第 3 题 (7 分) 早在 19 世纪人们就用金属硼化物和碳反应得到了碳化硼。它是迄今已知的 除金刚石和氮化硼外最硬的固体。1930 年确定了它的理想化学式。左下图是 2007 年发表的 一篇研究论文给出的碳化硼晶胞简图。

第 4 题 (8 分) 4-1 分别将 O2、KO2、BaO2 和 O2[AsF6]填入与 O—O 键长相对应的空格中。 O—O 键长 化学式
3

112 pm

121 pm

128 pm

149 pm

4-2 在配合物 A 和 B 中,O2 为配体与中心金属离子配位。A 的化学式为[Co2O2(NH3)10]4+, 其 O—O 的键长为 147 pm;B 的化学式为 Co(bzacen)PyO2,其 O—O 的键长为 126 pm,Py 是吡啶(C5H5N),bzacen 是四齿配体 [C6H5?C(O-)=CH?C(CH3)=NCH2?]2。B 具有室温吸氧, 加热脱氧的功能,可作为人工载氧体。画出 A 和 B 的结构简图(图中必须明确表明 O—O 与金属离子间的空间关系) ,并分别指出 A 和 B 中 Co 的氧化态。 配合物 A B

结构简图

Co 的氧化态 第 5 题 ( 11 分)把红热的玻棒插入橙红色固体 A 中, 受热后喷射出灰绿色粉末 B 和无色无 A 味气体 C。镁在 C 中加热生成灰色固体 D。B 在过量的 NaOH 溶液中加热溶解,得到绿色 溶液 E。将适量 H2O2 加入 E 中,加热,得到黄色溶液 F。F 酸化后变为橙色溶液 G。向 G 中加入 Pb(NO3)2 溶液,得到黄色沉淀 H。 5-1 写出 A、B、C、D、E、F、G 和 H 的化学式。 A E B F C G D H

5-2 写出由 E 转变为 F,F 转变为 G,G 转变为 H 的离子方程式。 E 转变为 F F 转变为 G G 转变为 H 5-3 A 中的金属元素 M 可以形成 MO2 和 ZnM2O4, 它们均为磁性材料, 广泛用于制作磁带和 磁盘。分别写出 MO2 和 ZnM2O4 中 M 的价电子组态。

5-4A 中的金属元素 M 可以形成不同形式的羰基化合物或者羰基阴离子,按照 18 电子规则 画出 Na2[M2(CO)10]的阴离子结构,指出 M 的氧化态。

第 6 题(8 分)在我国青海、西藏等地有许多干涸盐湖盛产一种钠盐 Q。Q 为一种易溶于 水的白色固体。Q 的水溶液用硫酸酸化,得到弱酸 X。X 为无色小片状透明晶体。X 和甲醇 在浓硫酸存在下生成易挥发的 E。E 在空气中点燃呈现绿色火焰。E 和 NaH 反应得到易溶 于水的白色固态化合物 Z(分子量 37.83) 。
4

6-1 写出由 Q 得到 X 的离子方程式。

6-2 写出 X 在水中的电离方程式。

6-3 写出 X 和甲醇在浓硫酸存在下生成 E 的化学方程式。

6-4 写出 E 燃烧反应的化学方程式。

6-5 写出由 E 和 NaH 制备 Z 的化学反应方程式。

6-6 Z 在水溶液里的稳定性与溶液 pH 有关,pH 越大越稳定。为什么?

6-7 近年来, Z 和过氧化氢构建一种新型碱性电池已成为热门的研究课题。 用 该电池放电时, 每摩尔 Z 释放 8 摩尔电子,标准电动势大于 2 V。写出这种电池放电反应的离子方程式。

第 7 题 (13 分) 分子筛是一种天然或人工合成的泡沸石型水合铝硅酸盐晶体。 人工合成的分 子筛有几十种,皆为骨架型结构,其中最常用的是 A 型、X 型、Y 型和丝光沸石型分子筛, 化学组成可表示为 Mm[AlpSiqOn(p+q)]· 2O。 xH 4+ 3+ 27-1 Si 、Al 和 O 的离子半径分别为 41 pm、50 pm 和 140 pm,通过计算说明在水合铝 硅酸盐晶体中 Si4+和 Al3+各占据由氧构成的何种类型的多面体空隙。 Si4+ Al3+

7-2 上述化学式中的 n 等于多少?说明理由。若 M 为 2 价离子,写出 m 与 p 的关系式。

7-3 X 光衍射测得 Si-O 键键长为 160 pm。此数据说明什么?如何理解?

7-4 说明以下事实的原因: ① 硅铝比(有时用 SiO2/Al2O3 表示)越高,分子筛越稳定;②最小硅铝比不小于 1。

5

7-5 人工合成的 A 型分子筛钠盐,属于立方晶系,正当晶胞参数 a=2464 pm,晶胞组成为 Na96[Al96Si96O384]· 2O。 811.5 克该分子筛在 1.01325× 5 Pa、 oC 加热 6 小时将结晶水 xH 将 10 700 完全除去,得到 798.6 升水蒸气(视为理想气体) 。计算该分子筛的密度 D。

第 8 题 ( 6 分) 在 25℃和 101.325kPa 下,向电解池通入 0.04193 A 的恒定电流,阴极(Pt, 0.1 mol L-1 HNO3)放出氢气,阳极(Cu,0.1 mol L-1NaCl)得到 Cu2+。用 0.05115 mol L-1 的 EDTA 标准溶液滴定产生的 Cu2+,消耗了 53.12 mL。 8-1 计算从阴极放出的氢气的体积。

8-2 计算电解所需的时间(以小时为单位)。

第 9 题(11 分) 9-1 画出下列转换中 A、B、C 和 D 的结构简式(不要求标出手性) 。

6

A

B

C

D

9-2 画出下列两个转换中产物 1、2 和 3 的结构简式,并简述在相同条件下反应,对羟基苯 甲醛只得到一种产物,而间羟基苯甲醛却得到两种产物的原因。

原因:

第 10 题 ( 7 分) 灰黄霉素是一种抗真菌药, 可由 A 和 B 在三级丁醇钾/三级丁醇体系中合成, 反应式如下:

10-1 在下面灰黄霉素结构式中标出不对称碳原子的构型。

7

10-2 写出所有符合下列两个条件的 B 的同分异构体的结构简式: ① 苯环上只有两种化学环境不同的氢;②分子中只有一种官能团。 B 的同分异构体:

10-3 写出由 A 和 B 生成灰黄霉素的反应名称。

第 11 题( 9 分) 化合物 A 由碳、氢、氧三种元素组成,分子量 72,碳的质量分数大于 60%。 A 分子中的碳原子均为 sp3 杂化。 与 2-苯基乙基溴化镁在适当条件下反应后经水解生成 B。 A B 在质子酸的催化作用下生成 C。经测定 B 分子只含 1 个不对称碳原子,其构型为 R。请根 据上述信息回答下列问题: 11-1 写出 A 的分子式。

11-2 画出 A、B 和 C 的结构简式(列出所有可能的答案) 。 A B C

11-3 简述由手性化合物 B 合成 C 时手性能否被保留下来的理由。
8

郑重声明; 本试题及答案的版权属中国化学会所有, 不经中国化学会化学竞赛负责人授权, 任何人不得翻印、不得在出版物或互联网网站上转载、贩卖、赢利,违者必究。本试卷和 答 案 将 分 别 于 2010 年 9 月 12 和 15 日 12:00 在 网 站 http://edu.sina.com.cn/ 和 http://www.ccs.ac.cn/上公布。

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