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2000年全国高中学生化学竞赛(初赛)试题分析

时间:2010-11-26

2000 年全国高中学生化学竞赛(初赛)试题及答案

1.1999 年是人造元素丰收年,一年间得到第 114、116 和 118 号三个新元素。按已知

的原子结构规律,118 号元素应是第 周期第 族元素,它的单质在常温常压下最可能

呈现的状态是 (气、液、固选一填入)态。近日传闻俄国合成了第 166 号元素,若已知

原子结构规律不变,该元素应是第 周期第 族元素。(5 分)

【答案】七;零;气;八;VIA(5 分, 每个填空得 1 分)

2.今年是勒沙特列(Le Chatelier1850-1936)诞生 150 周年。请用勒沙特列原理解释

如下生活中的常见现象:打开冰镇啤酒瓶把啤酒倒入玻璃杯,杯中立即泛起大量泡沫。(6

分)

【 答 案 】( 1 ) 啤 酒 瓶 中 二 氧 化 碳 气 体 与 啤 酒 中 溶 解 的 二 氧 化 碳 达 到 平 衡 :

CO2(气)

CO2(溶液),打开啤酒瓶,二氧化碳气体的压力下降,根据勒沙特列原理,平

衡向放出二氧化碳气体的方向移动,以减弱气体压力下降对平衡的影响。(2)温度是保持平

衡的条件,玻璃杯的温度比冰镇啤酒的温度高,根据勒沙特列原理,平衡应向减弱温度升高

的方向移动,即应向吸热方向移动,从溶液中放出二氧化碳气体是吸热的,因而,应从溶液

中放出二氧化碳气体。注:压力和温度各 3 分,不与勒沙特列原理挂钩不给分。

3.1999 年合成了一种新化合物,本题用 X 为代号。用现代物理方法测得 X 的相对分

子质量为 64;X 含碳 93.8%,含氢 6.2%;X 分子中有 3 种化学环境不同的氢原子和 4 种化

学环境不同的碳原子;X 分子中同时存在 C—C、C=C 和 C≡C 三种键,并发现其 C=C 键

比寻常的 C=C 短。

1.X 的分子式是

(2 分)

2.请画出 X 的可能结构。(4 分)

【答案】1.C5H4 2.如右右上图 注:只有一种可能结构;重键位置必须正确,而

键角和立体结构则不必要求。右上图是用 Chemsketch

程序制作的立体结构图,图形未画出重键,仅供参考,不是答案。

4.理想的宏观单一晶体呈规则的多面体外形。多面体的面叫晶面。今

有一枚 MgO 单晶如附图 1 所示。它有 6 个八角形晶面和 8 个正三角形晶面。

宏观晶体的晶面是与微观晶胞中一定取向的截面对应的。已知 MgO 的晶体

结构属 NaCl 型。它的单晶的八角形面对应于它的晶胞的面。请指出排列在正三角形晶面上

的原子(用元素符号表示原子,至少画出 6 个原子,并用直线把这些原子连起,以显示它们

的几何关系)。(6 分)

【答案】

所有原子都是 Mg(3 分)

所有原

子都是 O(3 分);注:画更多原子者仍应有正确几何关系;右图给出

了三角形与晶胞的关系,不是答案。
5.最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子,如右图所示, 顶角和面心的原子是钛原子,棱的中心和体心的原子是碳原子,它的化学式 是______。
【答案】Ti14C13(2 分)说明:凡按晶胞计算原子者得零分。 6.某中学同学在一本英文杂志上发现 2 张描述结构变化的简图如下(图 中“—~—”是长链的省略符号):

HOH H H HO H C C N C C N C CN

H

HO HH

NCHO3O+ -

C C N C C NC

O C
NH2
C NH3+

HOHH

H HOH

C C N C C N C CN

H

HO

NHCH2OH

H CH2OH COOH

C CN C C NC

OH OHHO

OH OHHO

未读原文,他已经理解:左图是生命体内最重要的一大类有机物质

O C
NH CH2
C NH
(填中文名

称)的模型化的结构简图,右图是由于左图物质与

(化学式),即

(中文名称)

发生反应后的模型化的结构简图。由左至右的变化的主要科学应用场合是:______________; 但近年来我国一些不法奸商却利用这种变化来坑害消费者,消费者将因

___________________________ 【答案】蛋白质(或多肽);CH2O;甲醛;制作(动物)标本(或保存尸体);食物中
残余甲醛可与人体蛋白质发生同右图所示的反应而受害(5 分,每空 1 分) 7.最近,我国某高校一研究小组将 0.383g AgCl,0.160g Se 和 0.21g NaOH
装入充满蒸馏水的反应釜中加热到 115℃,10 小时后冷至室温,用水洗净可 溶物后,得到难溶于水的金属色晶体 A。在显微镜下观察,发现 A 的单晶竟 是六角微型管(如右图所示),有望开发为特殊材料。现代物理方法证实 A 由银和硒两种元素组成,Se 的质量几近原料的 2/3;A 的理论产量约 0.39g。
1.写出合成 A 的化学方程式,标明 A 是什么。(3 分) 2.溶于水的物质有:______________________________________。(2 分)

【答案】1.4AgCl+3Se+6NaOH=2Ag2Se+Na2SeO3+4NaCl+H2O (2 分) A 是 Ag2Se (1 分)
2.NaCl、NaOH、Na2SeO3、Na2S(2 分,Na2Se 独得 1 分) 注:Na2Se 是由于原料中过量的 Se 歧化产生的。 8.某中学生取纯净的 Na2SO3·7H2O 50.00 g,经 600℃以上的强热至恒重,分析及计 算表明,恒重后的样品质量相当于无水亚硫酸钠的计算值,而且各元素的组成也符合计算值,
但将它溶于水,却发现溶液的碱性大大高于期望值。经过仔细思考,这位同学解释了这种反

常现象,并设计了一组实验,验证了自己的解释是正确的。

1.他对反常现象的解释是:(请用化学方程式表达)(5 分)
2.他设计的验证实验是:(请用化学方程式表达)(5 分)
【答案】1.4Na2SO3=3Na2SO4+Na2S(5 分) 2.说明:此题给出的信息未明确第 1 题所示的歧化是否 100%地将 Na2SO3 完全转化为 Na2SO4 和 Na2S,因此,只有全面考虑存在完全转化和不完全转化两种情形,并分别对两种 情形的实验进行设计才是完整的答案:(1) 设 Na2SO3 完全转化为 Na2SO4 和 Na2S, 需分别 检出 SO42-离子和 S2-离子。SO42-离子的检出:SO42-+Ba2+=BaSO4 ↓ 不溶于盐酸。(2 分) S2-离子的检出:方法 1:加沉淀剂如:S2-+Pb2+=PbS↓ (黑) (或醋酸铅试纸变黑)其他沉 淀剂也可得分。方法 2:加盐酸 S2-+2H+=H2S↓(可闻到硫化氢特殊气味)。以上 2 种方法 取任何一种方法均可得 2 分。(2 分)(2)设 Na2SO3 未完全转化为 Na2SO4 和 Na2S,检出 SO42 -加盐酸时以及检出 S2-采用方法 2 时,除发生已述反应(注:已得 4 分)外,均会发生如下反应:SO32-+2S2-+6H+=S ↓+3H2O(注: 写成 H2S 和 H2SO3 反应也得分)(1 分) 9. 最近,我国一留美化学家参与合成了一种新型炸药,它跟三
硝基甘油一样抗打击、抗震,但一经引爆就发生激烈爆炸,据信是迄

今最烈性的非核爆炸品。该炸药的化学式为 C8N8O16,同种元素的原 子在分子中是毫无区别的。

1.画出它的结构式。(4 分) 2.写出它的爆炸反应方程式。(2 分) 3.该物质为何是迄今最烈性的非核爆炸品。(3 粉) 【答案】1.如右图所示。答八硝基环辛四烯者也按正确论。2.C8(NO2)8=8CO2+4N2 3.①八硝基立方烷分解得到的两种气体都是最稳定的化合物;②立方烷的碳架键角只 有 90o,大大小于 109°28’(或答:是张力很大的环),因而八硝基立方烷是一种高能化合物, 分 解时将释放大量能量;③八硝基立方烷分解产物完全是气体,体积膨胀将引起激烈爆炸。

说明:以上是参考答案,只要能答出类似以上

要点者均可得满分

N

O

10.据统计,40%的飞机失事时机舱内壁和座

O

N

n

椅的塑料会着火冒烟,导致舱内人员窒息致死。为此,寻找装修机舱的阻燃聚合物是化学研 究的热点之一。最近,有人合成了一种叫 PHA 的聚酰胺类高分子,即主链内有“酰胺键” (—CO—NH—)。温度达 180~200℃时,PHA 就会释放水变成 PBO(结构式如右图所示), 后者着火点高达 600℃,使舱内人员逃离机舱的时间比通常增大 10 倍。该发明创造的巧妙 之处还在于,PHA 是热塑性的(加热后可任意成型),而 PBO 却十分坚硬,是热固性的(加 热不能改变形状)。
1.写出 PHA 的结构式。(3 分) 2.根据高分子结构来解释,为什么 PHA 有热塑性而 PBO 却是热固性的。(2 分)
【答案】1.
2.PHA 高分子键的共轭较差,加热容易发生键的旋转,是柔性骨架,所以 PHA 具有 热塑性,而 PBO 高分子键的共轭程度高,加热不容易发生键的旋转,所以 PBO 是热固性的。 (2 分)
注:只要能对高分子骨架的键的性质能作正确的描述,均可得分,上述表述只是参考答 案。
11.已经探明,我国南海跟世界上许多海域一样,海底有极其丰富的甲烷资源。其总量 超过已知蕴藏在我国陆地下的天然气总量的一半。据报导,这些蕴藏在海底的甲烷是高压下 形成的固体,是外观像冰的甲烷水合物。
1.试设想,若把它从海底取出,拿到地面上,它将有什么变化?为什么?它的晶体是 分子晶体、离子晶体还是原子晶体?你作出判断的根据是什么?(2 分)
2.已知每 1 立方米这种晶体能释放出 164 立方米的甲烷气体,试估算晶体中水与甲烷 的分子比(不足的数据由自己假设,只要假设得合理均按正确论)。(6 分)
【答案】1.从海底取出的甲烷水合物将融化并放出甲烷气体,因为该晶体是分子晶体, 甲烷分子和水分子都是由有限数目的原子以共价键结合的小分子,水分子和甲烷分子之间范 德华力,而水分子之间是范德华力和氢键。(2 分)
2.假设甲烷气体体积是折合成标准状况下的数据,则 1m3 水合物中有甲烷 164m3 ÷22.4m3/kmol=7.32kmol;假设甲烷水合物固体中的水的密度为 1g/cm3,则其中有水 1m3×1000kg/m3÷18 kg/mol=55.56kmol;因此有:CH4︰H2O=7.32kmol︰55.6kmol =1︰7.6。
甲烷水合物的组成可能是 6CH4·46H2O(6 分)
【说明】以上是最简单的参考答案,设密度为 1g/cm3 也可包含甲烷,只要答案为 CH4·6~9H2O,均可按满分计。但设密度为 0.9g/cm3 又包含甲烷则不能认为是合理的 ( 岂 不 会 漂 到 海 面 上 来 ?另 外 , 必 须 给 出 解 题 时 的 假 设 , 否 则 不 能 得 满 分 。)
12.氯化亚砜(SOCl2),一种无色液体,沸点 79℃,重要有机试剂,用于将 ROH 转化 为 RCl。氯化亚砜遇水分解,需在无水条件下使用。
1.试写出它与水完全反应的化学方程式:__________________________(2 分); 2.设计一些简单的实验来验证你写的化学方程式是正确的。(只需给出实验原理,无须 描述实验仪器和操作。评分标准:设计的合理性—简捷、可靠、可操作及表述。4 分) 【答案】1.SOCl2+H2O=SO2+2HCl(说明:写成 H2SO3 也按正确答案论)说明:水 多时 SO2 溶于水得到亚硫酸和盐酸的混合溶液,但因盐酸对亚硫酸电离的抑制,水溶液中仍 大量存在 SO2,故写 SO2 是正确的答案。 2.向水解产物的水溶液加入硫化氢应得到硫磺沉淀。向另一份水解产物的水溶液加入硝 酸银应得到白色沉淀。检出 1 种水解产物得 1 分。说明:以上仅为参考答案。只要是合理设 计均应得分。 13.某烃 A,分子式为 C7H10,经催化氢化生成化合物 B(C7H14)。A 在 HgSO4 催化下与水反应生成醇,但不能生成烯醇式结构(该结构 可进一步转化为酮)。A 与 KMnO4 剧烈反应生成化合物 C, HOOCCH2CH2CCH2COOH
O

结构式如右图所示。试画出 A 的可能结构的简式。(9 分)
【答案】 说明:必须给出 3 种结构式,每个结构式 3 分。共计 9 分。双键的位置划错不给分。此 题未给出催化氢化的温度, 未涉及开环反应。若学生在应答时指出可能有开环反应而不会有 四元环和三元环的结构式存在也应按正确论。 14.铂系金属是最重要的工业催化剂。但其储藏已几近枯竭,上小行星去开采还纯属科 学幻想。研究证实,有一类共价化合物可代替铂系金属催化剂。它们是坚硬的固体,熔点极 高,高温下不分解,被称为“千禧催化剂”(millennium catalysts)。下面 3 种方法都可以合 成它们: ? ① 在高温下将烃类气体通过钨或钼的氧化物的表面。
? ② 高温分解钨或钼的有机金属化合物(即:钨或钼与烃或烃的卤代物形成的配合 物)。
? ③ 在高度分散的碳表面上通过高温气态钨或钼的氧化物。
1.合成的化合物的中文名称是______和__________。(共 4 分,各 2 分) 2.为解释这类化合物为什么能代替铂系金属,提出了一种电子理论,认为这些化合物 是金属原子与非金属原子结合的原子晶体,金属原子周围的价电子数等于同周期的铂原子或 钌原子的价电子数。这类化合物的化学式(即最简式或实验式)是_______和_______。(4 分,各 2 分) 【答案】1.碳化钼;碳化钨;2.Mo2C;WC
说明:每个钨原子的 d 轨道上平均多了 4 个电子,相当于 Pt 的电子结构,每个钼 原子的 d 轨道上多了 2 个电子,相当于 Ru 原子的电子构型。
15.2.00 升(标准状况测定值)氢气和 5.00 克氯气混合经光照后直至检不出氯气剩余, 加入 9.00% NaOH 溶液 80.0 mL (密度 d=1.10g/mL)。问:需要加入多少毫升 0.100 mol/L 的 H2SO4 才能使溶液呈中性?(10 分)
【答案】设氢气的体积已折合为标准状况,则:氢气:2.00L/22.4L=0.0893mol;氯 气 : 5.00g/(35.45 × 2)g/mol = 0.0705mol ; 氢 气 是 过 量 的 : H2 + Cl2 = 2HCl ; 0.0705mol 0.141mol;HCl+NaOH=NaCl+H2O;0.141mol 0.141mol;80.0 mL 9.00% NaOH 溶液 的质量为:80.0mL×1.10g/mL=88.0g;其中含 NaOH 质量:7.92g/40.0g/mol=0.198mol; 吸收 HCl 气体后尚剩余 NaOH 为:0.198mol-0.141mol=0.057mol;中和 NaOH 需要的 H2SO4:2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O:0.057mol 0.0285mol(保留 1 位有效数字); 需要 0.100mol/L 的 H2SO4 溶液的体积为:0.100mol/L·V=0.0285mol;V=0.285L=285mL
说明:计算步骤不同时,有效数字可能有差别,答 280~290 均可按正确答案论,此题 主要目的的是心理测试。


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