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中国化学会2005年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)备用试题

时间:2010-02-11


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中国化学会 2005 年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)备用试题 及答案和评分标准
(2005 年 10 月 9 日
姓名

9:00 - 12:00 共计 3 小时)

? ? ? ?

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。 试卷装订成册,不得拆散。所有解答必须写在指定的方框内,不得用铅笔填写。草稿纸在最后一页。 不得持有任何其他纸张。 姓名、报名号和所属学校必须写在首页左侧指定位置,写在其他地方者按废卷论处。 允许使用非编程计算器以及直尺等文具。 相对原子量(略)

第 1 题(12 分)将 H2O2 慢慢加入到 SbF5 的 HF 溶液中得一白色固体 A,A 是一种盐类,其阴离子呈八面 体结构。
学 校

1-1

A 的结构简式 [H3O2]+[SbF6](1 分)。

(2 分),生成 A 的化学方程式

H2O2+HF+SbF5=[H3O2]+[SbF6](2

1-2

A 不稳定,能定量分解,B 是产物之一,其中亦含有八面体结构,B 的结构简式为[H3O]+[SbF6]分)。

1-3

若将 H2S 气体通入 SbF5 的 HF 溶液中,则得晶体 C,C 中仍含有八面体结构,写出 C 的结构简式 [SH3]+[SbF6](2 分)。生成 C 的化学反应方程式是 H2S+HF+SbF5=[SH3]+[SbF6]H2O2+NH3=[NH4]+[HOO](1 分) (1 分) 。 (1 分)。 将 H2O2 滴入液氨中得白色固体 D,D 是一种盐,含有正四面体结构,写出 D 的结构式[NH4]+[HOO](2 分) 和生成反应方程式 比较 H2O2 和 H2S 的性质异同 H2O2 既是酸又是碱,H2S 是一种碱

1-4
赛场

1-5

第 2 题(12 分)锂电池由于其安全可靠的性能, 体积小、质量轻、高效能及可逆等卓越品质被广泛应用于 移动电话、笔记本电脑、数码相机等便携式电子器材中。 下图为锂电池工作原理图, 阴极材料由 LiMO2 (M=Co, Ni, V, Mn)构成, 阳极材料由石墨构成, 阴、阳两极之间用半透膜隔开, 充电时锂离子由阴极向阳极 迁移, 放电时则相反, 电池可表示为:
省 市 自治区 报 名 号

(-)Cn/LiClO4/LiMO2(+)

赛区

2-1 写出锂电池充放电时的可逆电极反应。 Cathode: Anode: LiMO2=Li1-xMO2+xLi++xe nC+xLi++xe=LixCn (4 分)

正反应为充电、逆反应为放电反应。

2-2 根据上图所示的 LiMO2 的尖晶石结构, 写出氧的堆积方式, 并指出 Li 和 M 占据何种空隙, 画出以氧为 顶点的一个晶胞。 化学教育网 Page 1 9/9/2013

www.huaxue.com.cn O: 立方面心密堆积; Li 和 M 占据八面体空隙; 以氧为顶点的一个晶胞表示如下: (1 分)

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(2 分) 2-3 锂离子在阳极与石墨形成固体混合物, 试推测并画出锂离子嵌入石墨的可能结构。

(3 分) 2-4 早期的阳极材料用的是锂金属, 试指出锂金属作阳极材料的不足, 并说明还可以用什么物质替代石墨 作阳极材料? 锂活泼, 易与电解质反应, 形成锂的枝状晶体, 导致电池被侵蚀或爆炸。 LiBF6, LiAsF6 及 LiOSO2CF3(用有机溶剂不能含水), 以及固体电解质等。 (1 分) 第 3 题(10 分)固体发光材料是一种能将激发的能量转变为可见光的固体物质。在基质中掺入杂质, 含量 可达千分之几或百分之几, 可调整发光效率、 余辉及发光光谱。 如在刚玉 Al2O3 基质中掺入 0.05~1.0%的 Cr3+ 及在 Y2O3 基质中掺入 Eu3+等均可制成固体发光材料。 3-1 推测 Al2O3 基质中掺入 Cr3+的发光原理。 Al3+和 O2-是满壳层电子结构, 能隙大, 电子不易激发, 故无色;
3+ 3+

(1 分)

还可用低熔点的金属如 Si, Bi, Pb, Sn, Cd 等与锂掺杂形成金属合金, 或用电解质如液体电解质 LiPF6,

(2 分)

掺入的 Cr 是过渡金属, 具有 3d 电子, 在晶体中置换部分 Al 形成较低的激发态能级, 两个强吸收带 分别吸收黄绿色及蓝色的光, 只有红光透过, 因而掺 Cr3+的刚玉呈绚丽的红色, 称为红宝石。 (3 分) 3-2 Y2O3 属立方晶系, 将 Y2O3 的立方晶胞分为 8 个小立方体, Y 在小立方体的面心和顶点, O 位于小立方体 内的四面体空隙, 画出这样四个小立方体, 指出 Y 和 O 的配位数。

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(4 分) Y 的 O 的配位数为 6, O 的 Y 配位数为 4。 (1 分)

第 4 题(8 分)本题涉及 4 种组成不同的配合物,它们都是平面正方形结构。 4-1 PtCl2·2KCl 的水溶液与二乙硫醚(Et2S)反应(摩尔比 1:2)得到两种结构不同的黄色配合物,该反 应的化学方程式和配合物的立体结构是: PtCl2· 2KCl+2Et2S=[Pt(Et2S)2 Cl2]+2KCl 结构:顺式 反式 (2 分) (各 0.5 分)

4-2 PtCl2· 2KCl 的水溶液与足量 Et2S 反应获得的配合物为淡红色晶体,它与 AgNO3 反应(摩尔比 1:2)得 到两种组成不同的配合物,写出上述两个反应的化学方程式 2PtCl2· 2KCl +4Et2S=[Pt(Et2S)4][PtCl4] +4KCl (3 分) (2 分)

[Pt(Et2S)4][PtCl4] +2AgNO3=Ag2[PtCl4]+ [Pt(Et2S)4](NO3)2

第 5 题(10 分)氯化钯是一种重要的催化剂,在石油化工和汽车尾气转化中应用广泛,从工业废料中提取 钯通常得到的物料是二氯二氨合钯,然后再用复杂的工艺得到氯化钯,并且环境污染严重,转化率低。 2005 年有人报道制取的新工艺,过程较简单,无污染,直收率 99%,产品纯度>99.95%。 5-1 在二氯二氨合钯中加入一定量的水和盐酸,加热至 100℃得澄清溶液 A。写出该反应的化学方程式: Pd(NH3)2Cl2+2HCl=(NH4)2[PdCl4] 化学方程式,此时钯以何形式存在? 6ClO3-+10NH4+=3Cl2+5N2+18H2O+4H+ 钯以 H2PdCl4 形式存在 (2 分) (1 分) (2 分) 5-2 于上述 A 的热溶液中加入一定量的氯酸钠溶液,继续加热溶液有气体逸出,得溶液 B,写出该反应的

5-3 在溶液 B 中加入 10%NaOH 溶液调节 pH=10,保持溶液温度在 100℃左右得沉淀 C。如溶液 PH>10, 上清液中钯含量升高。分别写出溶液 B 中生成沉淀 C 及上清液中钯量又升高的化学反应方程式。 H2PdCl4+4NaOH=Pd(OH)2?+4NaCl+2H2O 过量 NaOH 与部分 Pd(OH)2 发生反应: Pd(OH)2+2 NaOH=Na2[Pd(OH)4] (2 分) 5-4 在 C 中加入浓盐酸加热至 100℃浓缩直至蒸干,再在 120℃下烘 5 小时。写出发生的化学反应方程式 Pd(OH)2+2HCl= PtCl2+2H2O 第 6 题(10 分) 6-1 给出下列四种化合物的化学名称 A A 的名称 2-(对-异丁基苯基)丙酸 或: 布洛芬 (1 分) (1 分) (2 分)

COOH

B

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O O CH3CCH2CCH3
= =

B 的名称

2,4-戊二酮

或:乙酰丙酮

(1 分)

C
O

=
NH CH3 O

C 的名称

α -甲基丁二酰亚胺

(1 分)

D

O

O
D 的名称 丙酮缩乙二醇 (1 分)

CH3-C-CH3

6-2 写出下列每步反应的主要产物(A、B、C)的结构式

O NaOC2H5

A

C2H5OH

B

NaOC2H5 NaOC2H5

C

O

A
_

(2 分)
O OC2H5

O
B (2 分)

CO2C2H5 COCH3
C (2 分)
O

=
O

=

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第 7 题(10 分)20 世纪 60 年代,化学家发现了一类酸性比 100%的硫酸还要强的酸,称之为魔酸,其酸性 强至可以将质子给予δ 受体,CF3SO3H 就是其中常见的魔酸之一。 7-1 试写出 CH3CH3 与 CF3SO3H 可能的反应式。

+ H CH3CH3+CF3SO 3H CH3 CH3 CF3SO 3

_

(2.5 分)

H CH3CH3+CF3SO 3H CH3CH2
(生成二电子三中心键)

+ H CF3SO 3

_
(2.5 分)

7-2 以上反应所得产物活性均很高,立即发生分解,试写出分解以后所得到的全部可能产物。

+ H CH3 CH3 CF3SO 3

_ CH4+CF3SO 3CH3
(1 分) (1 分)

H CH3CH2 H

+ CF3SO 3

_ H2+CF3SO 3CH2CH3+CH2=CH2
(1 分) (1 分) (1 分)

第 8 题(8 分)熵是由德国物理学家克劳休斯于 1865 年首次提出的一个重要热力学概念。统计物理学研究 表明,熵是系统混乱度的量度。熵增加原理的数学表达式是:(ds)U,V≥0。其物理意义是:一个孤立系统的 自发过程总是朝着熵增加的方向进行,即从有序走向无序。而生命的发生、演化及成长过程都是从低级到 高级、从无序到有序的变化。这样看来把熵增加原理应用到生命科学中似乎是不可能的。 8-1 熵增加原理与达尔文进化论是否矛盾? 说明理由。 熵增加原理适用于孤立系统, 而生命系统是一个开放系统,生物进化是一个熵变过程,生物的复杂性 (种群系)与熵有关,生物进化的谱系越复杂,熵值就越大。生物的组织化(个体结构)与信息有关。 谱系复杂化的分支衍生带来更大的进化突变空间,但是由于生物遗传的制约作用,使实际产生的状态 数(种类数)比更大可能产生的状态数少,即实际熵比更大可能熵小。一个进化的生物系列在合适的 环境条件下,复杂性(熵)将与组织化(信息)同时增加。因此,生物进化的必然结构是种类越来越 多,结构也越来越高级,实际熵与最大可能熵的差也越来越大。从这个角度看, 熵增加原理与达尔文 进化论不矛盾。 (4 分)

8-2 初期的肿瘤患者可以治愈, 而晚期癌症患者的肿瘤想要治愈是根本不可能的, 用熵增加原理解释其原 因。 肿瘤发生的实质就是在某一时刻机体系统发生了变速熵增的过程,机体对肿瘤产生的抑制能力大大减 弱,肿瘤发生率在此过程会提高很多,从而导致肿瘤的发生。由于肿瘤患者的癌细胞在体内扩散,影 响着人体的熵增速率,使机体时常处于变速熵增的不可逆过程,即人体内肿瘤的发生一旦达到了一定 的混乱度,这种情况是不可逆的, 故晚期癌症患者的肿瘤想要治愈是根本不可能的。而初期的肿瘤患 者可以治愈是因为熵增加原理不适用于质点数很小的系统。几个肿瘤细胞相对于人体这个大的系统来

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说,质点数很少,对于人体还不至于构成威胁。所以对于肿瘤的研究,预防是关键。要防治肿瘤的发 生,就要阻止熵增不可逆过程的发生。 (4 分)

第 9 题(12 分)维生素 C 又称抗坏血酸,广泛存在于水果、蔬菜中,属于外源性维生素,人体不能自身合 成,必须从食物中摄取。其化学式为 C6H8O6,相对分子量为 176.1,由于分子中的烯二醇基具有还原性, 能被 I2 定量地氧化成二酮基,半反应为: C6H8O6 = C6H6O6 + 2H+ + 2e

? ? = 0.18 V

因此,可以采用碘量法测定维生素 C 药片中抗坏血酸的含量。具体实验步骤及结果如下: (1)准确移取 0.01667 mol/L 的 K2Cr2O7 标准溶液 10.00 mL 于碘量瓶中,加 3 mol/L H2SO4 溶液 10 mL, 10% KI 溶液 10 mL,塞上瓶塞,暗处放置反应 5 min,加入 100 mL 水稀释,用 Na2S2O3 标准溶液滴定至淡 黄色时,加入 2 mL 淀粉溶液,继续滴定至溶液由蓝色变为亮绿色。平行三次实验,消耗 Na2S2O3 标准溶液 平均体积为 19.76 mL。 (2)准确移取上述 Na2S2O3 标准溶液 10.00 mL 于锥瓶中,加水 50 mL,淀粉溶液 2 mL,用 I2 标准溶液 滴定至蓝色且 30 s 不褪。平行三次实验,消耗 I2 标准溶液平均体积为 10.15 mL。 (3)准确称取 0.2205 g 的维生素 C 粉末(维生素 C 药片研细所得)于锥瓶中,加新煮沸过并冷却的蒸 馏水 100 mL,2 mol/L HAc 溶液 10 mL,淀粉溶液 2 mL,立即用 I2 标准溶液滴定至蓝色且 30 s 不褪,消耗 12.50 mL。 (4)重复操作步骤(3) ,称取维生素 C 粉末 0.2176 g,消耗 I2 标准溶液为 12.36 mL;称取维生素 C 粉 末 0.2332 g,消耗 I2 标准溶液为 13.21 mL。 根据以上实验结果计算出该维生素 C 药片中所含抗坏血酸的质量分数。 计算过程:先计算出 Na2S2O3 标准溶液的浓度;然后用 Na2S2O3 标准溶液标定 I2 标准溶液的浓度;再 根据 I2 标准溶液的浓度计算抗坏血酸的质量分数。 计算结果:Na2S2O3 标准溶液的浓度为 0.05062 mol/L; I2 标准溶液的浓度为 0.02494 mol/L; 抗坏血酸的质量分数平均值为 0.2491; (4 分) (4 分) (4 分)

第 10 题(8 分)有一固体化合物 A(C14H12NOCl),与 6mol/l 盐酸回流可得到两个物质 B(C7H5O2Cl)和 C(C7H10NCl)。B 与 NaHCO3 溶液反应放出 CO2。C 与 NaOH 反应后,再和 HNO2 作用 得黄色油状物,与苯磺酰氯反应生成不溶于碱的沉淀。当 C 与过量 CH3Cl 加热反应时,得一 带有芳环的季铵盐。推出 A、B、C 的可能结构式。

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A
O C
=

N CH3

Cl

氯在邻,对,间三种位置,共三种(共 3 分,每式 1 分) (共 3 分,每式 1 分)

B
O C
=

OH

Cl
氯在邻,对,间三种位置,共三种(共 3 分,每式 1 分) C

NHCH3HCl
(2 分)

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