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全国高中生化学竞赛经典套题(5)


2010 年全国化学竞赛初赛模拟试卷(5)
(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 8

2 12

3 7

4 9

r />5 15

6 8

7 8

8 9

9 9

10 9

11 6
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 1 题(8 分) 1、将N 2O 3通入发烟硫酸中;

2、将N 2O 4通入发烟硫酸中;

3、将N 2O 5通入发烟硫酸中;

4、上面三个反应最易发生的是哪一个?为什么?

第 2 题(12 分) 某短周期元素 A 的氯化物 X,其蒸气折换成标准时密度约为 11.16g/L。若将它投入到甲醇 中,可从甲醇中结晶出 X·4CH3OH。 1、通过计算确定 X 的分子式。

2、根据路易斯电子结构理论,请设计出 X 的分子结构式。

3、试解释,为什么 X 投入到甲醇中会析出组成为 X·4CH3OH的分子式。

4、如果把 X 投入水中,反应形成Ax(OH)4x 笼状多碱离子。每个 A 原子都处于OH 所构成

x-

的八面体之中。请画出其可能有的异构体示意图。

第 3 题(7 分) 在低温下(15~78K)SO3 与O 3 的混合物进行光解制得了SO4,该分子有两种结构 A 和 B,A 和 B 中都含有 O-O 键,A 的对称性与H 2 O 相同,B 分子中除了一个对称面外没有其它对称 元素。根据上述信息回答下列问题: 1、指出 A 和 B 中硫原子的杂化情况; 2、计算表明 A 比 B 的能量高,给出原因;

3、画出 A、B 的立体结构;

第 4 题(9 分) 在低于 100℃时,将一定量的 NO 缓缓通入一定量的 NaOH 溶液中使之恰好完全反应,发现 生成了一种对H 2相对密度为 18 的气体。将反应后的溶液加入丙酮溶液,则只析出了一种固 态物质 A。A 中钠元素的质量分数为 33.33%。 1、 试通过计算确定 A 的化学式。写出其化学反应方程式。丙酮起着什么作用?

2、 解释上述反应。

3、 在隔绝空气的条件下加热 A, 发现质量减轻了 8.12%。 将反应后的固体加入适量的水后, 溶液呈强碱性。解释原因并写出反应方程式。

第 5 题(15 分) (一)石墨晶体由层状石墨“分子”按 ABAB 方式堆积而成,如图一所示,图中用虚线标 出了石墨的一个六方晶胞。

1、试确定该晶胞的碳原子个数。 2、写出晶胞内各碳的原子坐标。

3、已知石墨的层间距为 334.8 pm,C-C 键长为 142 pm,计算石墨晶体的密度。

(二)石墨可用作锂离子电池的负极材料,充电时发生下述反应: Li1-xC6 + xLi+ + xe- →Li C6 其结果是,Li+嵌入石墨的 A、B 层间,导致石墨的层堆积方式发生改变,形成化学式为 LiC6 的嵌入化合物。 4、图二给出了一个 Li+沿 C 轴投影在 A 层上的位置,试在图上标出与该离子临近的其它六 十 个 Li 的投影位置。

5、在 Li C6 中,Li+与相邻石墨六元环的作用力属何种键型? 6、某石墨嵌入化合物每个六元环都对应一个 Li+,写出它的化学式,画出它的晶胞(C 轴向 上) 。

(三)锂离子电池的正极材料为层状结构的 LiNiO2。已知 LiNiO2 中 Li+和 Ni3+均处于氧离子 组成的正八面体体心位置,但处于不同层中。 7、 将化学计量的 NiO 和 LiOH 在空气中加热到 700℃可得 LiNiO2, 试写出反应方程式。

8.写出 LiNiO2 正极的充电反应方程式。

9. 锂离子完全脱嵌时 LiNiO2 的层状结构会变得不稳定,用铝取代部分镍形成 LiNi1-yAlyO2 可防止锂离子完全脱嵌而起到稳定结构的作用,为什么?

第 6 题(8 分) 用 EDTA 配位滴定法可测定与 Cu2+和 Zn2+共存的 Al3+的含量,以 PAN 为指示剂,测定的相 对误差 ≤ ± 0.1%。测定过程可表述如下(注:表中的配合物电荷数被省略;游离的 EDTA 的 各种形体均被简写为 Y) :
2+

Zn Cu2+ Al3+ A

EDTA(过量,V1) pH~3, ?

ZnY CuY AlY Al3+ Y B

六次(亚)甲基四胺 pH5~6 , ?

PAN

ZnY CuY 2+ AlY Cu 溶液滴定 V2 PAN Y C

ZnY CuY AlY Cu-PAN D

NH4F ? 沸

ZnY CuY Cu2+溶液滴定 AlF63V3 PAN Y E

ZnY CuY AlF63? F

附:配合物稳定常数的对数值 lgK稳 的数据:

CuY 18.8

ZnY 16.5

AlY 16.1

AlF63- 19.7

Cu-PAN 16

1、写出从 D 框状态到 E 框状态的反应式并配平。

2、F 框状态内还应存在何种物质?

3、是否需确知所用 EDTA 溶液的准确浓度?V1 是否需要准确读取并记录?简述原因。

4、 若从 C 框状态到 D 框状态时 Cu2+溶液滴过量了,问: 1)对最终的测定结果将引入正误差还是负误差?还是无影响? 2)如你认为有影响,在实验方面应如何处理? 5、设试液取量 V0 和 V1、V2、V3 均以 mL 为单位,MAl 为 Al 的摩尔质量(g· -1), c(EDTA)、 mol 2+ -1 c(Cu) 分别为 EDTA 和 Cu 溶液的浓度(mol· ) L ,列出试液中 Al 含量(g· -1)的计算式。 L

第 7 题(8 分) 某固体 A,受热,易升华,遇水剧烈反应并产生一种可燃性气体。元素分析,A 中元素 M 的质量百分数为 68.50%。称取 2.0850gA 燃烧得 1.7777g 氧化物,产物还有CO 2、H 2 O 。 1、通过计算求 A 的化学式:

2、指出 M 的杂化方式,并画出 A 的结构:

3、写出 A 与H 2 O 反应的方程式。A 可作为书籍的干燥剂,指出 A 作为书籍干燥剂的优点。

第 8 题(9 分) 写出字母代表的化合物的结构:

NH O NO2

O CH3

OHA

H+ B

-H2O
C(C10H8N2O3)

已知:①碱性条件下,硝基能与活泼氢(α -H)发生加成反应;②B、C 结构中都有羟基, 但存在位置和形式完全不同;③C 的结构骨架可看作三个并联的六圆环(类似“蒽”。 )

B A

C

第 9 题(9 分) Sn 和 Nb 可形成如下结构的金属互化物。 (白球为 Sn,黑球为 Nb) 。 1、写出其最简式。

1、若最简式式量为 M(g/mol),阿佛加德罗常数为NA ,晶胞参数 为 a(pm),求密度(g/cm ) (用字母表示) 。
3

3、分别画出此晶胞沿面对角线和体对角线方向的投影图。

第 10 题(9 分) 有强烈气味的无色液体 A 在 100℃蒸馏时,其组成不变。此液体的蒸气密度(相对于空气) 随温度而改变,100℃时为 1.335,20℃为 1.50。若将液体加到新制的氢氧化铜(取化学计量 的碱)中,沉淀溶解,形成淡蓝色溶液。将 1g 液体 A 与过量浓硫酸在一起加热时,放出密 度(相对于空气)为 0.966 的气体 360ml,若将 1g 液体 A 加到含过量MnO2 的硫酸溶液中中,则 放出同样体积、重为前一种气体的 1.57 倍的另一种气体(体积均以标准状态计) 。

1 确定液体 A 的组成,并以必要的计算和反应化学方程式证明答案。

2、为什么蒸馏时此液体的组成不变?为什么它的蒸气的相对密度随温度的变化而变化?

第 11 题(6 分) 有机化学中由于碳原子的成键特点常出现旋光异构体。现有一有机分子CH3(CHCl)n-2CH3 , 试计算它的旋光异构体数。 (TIP:讨论 n 的奇偶)

参考答案(1005)
第 1 题(8 分)
HNO3

在纯硫酸中为弱碱,则对硫酸来说氮的氧化物必然是碱性氧化物。

(该环境中不会发生氧化还原反应)

· 1、N2O3+3H2SO4=2NOHSO4+H2SO4 H2O(2 分) · 2、N2O4+3H2SO4=NOHSO4+NO2HSO4+H2SO4 H2O(2 分) · 3、N2O5+3H2SO4=2NO2HSO4+H2SO4 H2O(2 分)
4、第一个反应最易发生,因为N 2O 3是最强的碱性氧化物。 分) (2 第 2 题(12 分) 1、Al 4Cl4
Cl Al Al Cl Cl Al

(2 分)

Al (2 分) 根据路易斯最大成键原则, 2、Cl , 形应成 12 根共价单键 (4×5+4×1)/2=12。 3、Al 原子上还有价层空轨道,可以接纳甲醇氧上的电子对,形成配位键(2 分) 。

4、形成的笼状多碱离子结构简式为Al4(OH)16 ,其可能结构如下: (其它合理结构也可)
55-

4-

C

C

5-

52257-

C

C C C C C

5-

C

5255-

C C C C

(6 分,够 4 个即得满分) 第 3 题(7 分) 1、A 中 S 原子sp 杂化,B 中 S 原子sp 杂化。 (各 1 分) 2、A 中有一个张力很大的 3 元环。 分) (2
O S O
O S O O O
3 2

3、HO

OH A

B(有π 8
5

共轭大π 键)(各 1.5 分)

第 4 题(9 分)
→ 1、A:NaNO2 (1.5 分) 10NO+6NaOH 6NaNO2+N2O+N2+3H2O (1.5 分)

丙酮做溶剂,降低NaNO2的溶解度,使其结晶析出。 分) (1 2、4NO+2NaOH
→ 2NaNO2+N2O+H2O

6NO+4NaOH 4NaNO +N2+2H2O → 2 (各 1.5 分)

3、

5NaNO2→ 3NaNO3+Na2O+N 2

(2 分),强碱性是由Na2 O与水生成 NaOH 引起的。

第 5 题(15 分) 1、4 个(1 分) 2、 (0,0,0)(0,0,l/2)(l/3,2/3,0)(2./3,1/3,1/2) (各 0.5 分) , , , -3 3、2.27g·cm 4、见附图 1(2 分) 5、离子键或静电作用(1 分) 6、LiC2 晶胞见附图 2(1+2 分) 7、4NiO+4LiOH+O2==4LiNiO2+2H2O (2 分) 8、LiNiO2==Li1-xNiO2+xLi++xe -(2 分) 十 9、Al3+无变价,因此与之对应的 Li 不能脱嵌。 分) (2

第 6 题(8 分) 1、AlY +6F =AlF6 +Y
34-

C u-PAN +Y =CuY+PAN (各 1.5 分)

4-

2、还应存在 Cu-PAN(1 分) 3、不需要确知 EDTA 溶液的准确浓度和V 1 。因为V 1 不影响最终测定结果。 分) (2 4、1)将对最终的测定结果引入负误差(1 分) 2)加入少量(不必准确计量)EDTA 溶液,使被滴定液重新回到 C 框状态,再用Cu 溶 液除去过量的 Y,正确进入 D 框状态。 (如答“另取试液,重做”也可)(1 分) 。 第 7 题(8 分) 1、A:Zn(CH3)2 (2 分) 2、sp,CH3-Zn-CH3(各 1 分) 3、Zn(CH3)2+2H2O=Zn(OH)2+2CH4 (1 分) 优点:1)易升华为气体,干燥时可均匀分
2+

散;2)Zn(OH)2不腐蚀书籍;3)Zn(OH)2有持久防酸的作用。 (各 1 分) 第 8 题(9 分)

H N A: N O O
-

O CH3 O B:

H N

O C: CH3 OH O

N

O H O

N O

N O
-

CH3

(各 3 分) 第 9 题(9 分) 1、Nb3Sn(1 分)
ρ= 2M NA · a · 0 1
3 -30

2、

(2 分)

3、 第 10 题(9 分) 1、A 溶液时含 HCOOH74%的恒沸溶液(3 分)
HCOOH
浓 硫 酸

(各 3 分)

CO+H2O

2HCOOH+Cu(OH) =(HCOO)2Cu+2H2O 2
HCOOH+MnO2+H2SO4=MnSO 4+CO2+2H2O

(各 1 分)

2、一定压力下,恒沸溶液有恒定的组成,不能用蒸馏法分离。 在溶液或蒸汽中存在二聚甲酸,随着温度的升高,二聚甲酸不断解离成 HCOOH,故蒸汽 密度逐渐减小。 (各 1.5 分) 第 11 题(6 分) 方法基本同模拟 2 第 10 题 n 为奇数时:1 种取法的结构:2×2
n

(n-1)/2

2 种取法的结构:(2 -2×2 共有结构2
n-1

(n-1)/2

)/2

+2

(n-1)/2

N 为偶数时:1 种取法的结构: 2
n

n/2

2 种取法的结构:(2 - 2 共有结构2
n-1

n/2

)/2

+2

(n-2)/2


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