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2004年全国高中学生化学竞赛理论试题_图文

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!""4 年第 3 期5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 化5 学5 教5 育
北京: 高等教育出版社, !""# : $$ % $&

? E$?

!""# 年全国高中学生化学竞赛理论试题
广东省化学学会命题组

第$ 题 填空。

选取下表中的合适物质的字母代号 ( ’ ( )) 填入相应标题 ( ! % ") 后的括号中 ( 单选) , 并按要求
’ 01!
2

* 01

+ 0! 13

, 0 ! )4

0)3

. 0! 14

/ )! 0 ! 1 !

) 0)! 1)

(5 5 ) 不是平面分子, 其衍生物用作高能燃料。 ! (5 5 ) 存在两种异构体, 其中一种异构体的结构为: 6666666666666666666666666。 # (5 5 ) 具有线型结构, 789:; 结构式中每个键的键级为 !< " 。 $ (5 5 ) 是无色的, 平面分子, 它的一种等电子体是666666666666666666666666666。 % (5 5 ) 既有酸性, 又有碱性, 可作制冷剂。 & (5 5 ) 既有酸性, 又有碱性; 既是氧化剂, 又是还原剂, 主要做66666666剂。 ’ (5 5 ) 是顺磁性分子。 ( (5 5 ) 水溶液会分解生成 0! 1, 反应式为6666666666666666666666666666666666。 " 第! 题 元素的 ) ! " # ! $ % % & 图是以元素的不同氧化态 = 与对应物种的 ) ! " # ! $ % 在热力学标准态 >) ? " 或 >) ? #4 的对画图。图中任何 ! 种物种联线的斜率在数值上等于相应电对的标准电极电势 " ’ ! 或 " ! * , ’、 * 分别表示 >) ? " ( 实线) 或 >) ? #4 ( 虚线) 。

上图中各物种的 ) ! " # ! $ % 图的数值如下表所示:
’ . +# *D F @% % 3< "A % #< 3A % #< "A % "< E4 @! " " " " )@1 B #< A# #< A" #< 4E )@1! B 4< &# B B @13 B $< 3! $< A" E< &$
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化F 学F 教F 育F F F F F F F F F F F F F F ,--* 年第 $ 期

! "#

用上表提供的数据计算:
" % % % % %

" " "#$ & " ) ()#* & +()#, ) ! !( "#$ & " ) ! ’( ! !( ! " ! 由上述信息回答: 对同一氧化态的卤素, 其含氧酸的氧化能力是大于、 等于还是小于其含氧酸盐的氧

化性。 ! "$ 溴在自然界中主要存在于海水中, 每吨海水约含 -. /* 01 溴。’2, 的沸点为 34. 54 6 ; 溴在水中的溶 解度 $. 34 1 & /-- 1 +, # ( ,- 6 ) 。利用本题的信息说明如何从海水中提取 ’2, , 写出相应的化学方程式, 并用 方框图表达流程。 第$ 题 过氧乙酸是一种广谱消毒剂, 可用过氧化氢与乙酸反应制取, 调节乙酸和过氧化氢的浓度可得到不 同浓度的过氧乙酸。过氧乙酸的含量分析方法如下: 准确称取 -. 3-,5 1 过氧乙酸试样, 置于预先盛有 *- 78 +, #、 3 78 $ 79) & 8 +, :#* 溶液和 , ; $ 滴 / 79/ & 8 <=:#* 溶液并已冷却至 3 6 的碘量瓶中, 摇匀, 用 -. -,$>> 79) & 8 ?<=#* 标准溶液滴定至溶液呈浅 粉色 ( $- @ 不褪色) , 消耗了 /,. *A 78; 随即加入 /- 78 ,- B ?" 溶液和 , ; $ 滴 ( C+* ) ( 起催化作 , <9#* 溶液 用并减轻溶液的颜色) , 轻轻摇匀, 加塞, 在暗处放置 3 ; /- 7D=, 用 -. /-/4 79) & 8 CE, :, #$ 标准溶液滴定, 接 近终点时加入 $ 78 -. 3 B 淀粉指示剂, 继续滴定至蓝色消失, 并保持 $- @ 不重新显色, 为终点, 消耗了 CE, :, #$ ,$. >/ 78。 $ "# $ "! $ "$ $ "% 第% 题 写出与测定有关的化学方程式。 计算过氧乙酸的质量分数 ( 要求 $ 位有效数字; 过氧乙酸的摩尔质量为 5>. -3 1 & 79)) 。 本法的 ?<=#* 滴定不同于常规方法, 为什么? 简述为什么此法实验结果只能达到 $ 位有效数字。 日本的白川英树等于 /A55 年首先合成出带有金属光泽的聚乙炔薄膜, 发现它具有导电性。这是世

$ " & F 过氧乙酸不稳定, 易受热分解。写出热分解反应方程式。 界上第一个导电高分子聚合物。研究者为此获得了 ,--- 年诺贝尔化学奖。 % " # F 写出聚乙炔分子的顺式和反式 , 种构型。 % " ! F 若把聚乙炔分子看成一维晶体, 指出该晶体的结构基元。 % " $ F 假设有一种聚乙炔由 A 个乙炔分子聚合而成, 聚乙炔分子中碳一碳平均键长为 /*- G7。若将上述线 型聚乙炔分子头尾连结起来, 形成一个大环轮烯分子, 请画出该分子的结构。! 电子在环上运动的能量可由 公式 ! H ", #, 给出, 式中 # 为普朗克常数 ( >. >,> I /- % $* J ? @) , $ % 是电子质量 ( A. /-A I /- % $/ 01 ) , & 是大环 , $ % &, 氢是重要而洁净的能源。要利用氢气作能源, 必须解决好安全有效地储存氢气问题。化学家研究

周边的长度, 量子数 " H - , K /, K ,, ……。计算电子从基态跃迁到第一激发态需要吸收的光的波长。 第& 题 出 利用合金储存氢气, 8ECD3 是 一 种 储 氢 材 料 。 8ECD3 的 晶 体 结 构 已 经 测 定 , 属六方晶系, 晶胞参数 ’ H 3// G7, ( H $A5 G7, 晶体结构如图所示:

& "#

从 8ECD3 晶体结构图中勾画出一个 8ECD3 晶胞。

& " ! 每个晶胞中含有多少个 8E 原子和 CD 原子? & " $ F 8ECD3 晶胞中含有 $ 个八面体空隙和 > 个四面体空隙, 若每个空隙填入 / 个 + 原子, 计算该储氢材料 吸氢后氢的密度, 该密度是标准状态下氢气密度 ( 4. A45 I /- % 3 1 ? L7 % $ ) 的多少倍? ( 氢的相对原子质量为 4 %/ /. --4 ; 光速 ( 为 ,. AA4 I /- 7?@ ; 忽略吸氢前后晶胞的体积变化) 。

*""- 年第 8 期5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 化5 学5 教5 育

? %$?

第! 题

地球表面约 !" # 以上是海洋, 全球约 $% # 的生物物种在海洋中, 由此可见海洋拥有极其丰富的天

然资源, 是亟待开发的天然宝库。 用质谱法和元素分析法测得 & 的化学式 从某种海洋微生物中分离得到具有生理活性的有机化合物 &, 为 ’(% )*+ ,- 。在苯溶液中, & 可与等摩尔的 ./ ( ,&0 ) 生成物经酸水解得乙醛酸和另一化合物 1 。 1 - 反应, 遇热失去一分子水得化合物 ’ 。将 ’ 与 234,- 溶液共热得草酸和十一酸。 ! "# ! "% ! "& 请写出化合物 &、 1 和 ’ 的结构式。 已测得化合物 1 为 6 7 构型, 请写出化合物 & 最稳定的构象式。 写出 & 的 8 7 羟基与 ! 7 甘露糖形成的 ! 7 单糖苷的构象式。! 7 甘露糖的结构式如下: ! " $ 5 & 可能存在多少种光学异构体?

第’ 题 ’ "# 写出下列反应式中 & 9 : 的结构式:

提示: 药物合成中常见如下反应:

’ "$

写出下列反应式中 ; 9 < 的结构式:

第( 题 ( "#

车载甲醇质子交换膜燃料电池 ( .;3=’ ) 将甲醇蒸气转化为氢气的工艺有 * 种: (() 水蒸气变换 (重 分别写出这 * 种工艺 ( 包括副反应) 的化学方程式, 通过计算, 说明这 * 种工艺的优缺点。

整) 法; (*) 空气氧化法。* 种工艺都得到副产品 ’,。 有关资料 ( *$+> (%2) 列于下表:
物质 ’)8 ,) ( E) ’,( * E) ’, ( E) )* , ( E) )( * E)
7( "" #! ? @ AB? ?CD 7( $# ??CD 7 ( ? @ B? 2

7 *""> FF 7 8$8> %( 7 (("> %* 7 *-(> +* "

*8$> +( *(8> F($!> $( (++> +8 (8"> %$

( "$

上述 * 种工艺产生的少量 ’, 会吸附在燃料电池的 .G 或其它贵金属催化剂表面, 阻碍 )* 的吸附和

? 3$?

化6 学6 教6 育6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 *$$4 年第 ; 期

电氧化, 引起燃料电池放电性能急剧下降, 为此, 开发了除去 !" 的方法。现有一组实验结果 ( #$$%) 如下: !" ( &)’ ( ) *"( "!"( * &) * &)
! "# $ ! ! $0 $$# $0 $($ $0 $(1 $0 $45 $0 $5$ ! #* $ ! ! $0 $( $0 $( $0 $( $0 $( $0 $(
/( + !" ) !" 分子数 ( ,- 活性位?.)

! "# $ ! ! $0 $( $0 $( $0 $( $0 $(

! #* $ ! ! $0 $($ $0 $1$ $0 $2$ $0 (*

+ !" ) !" 分子数 ( ,- 活性位?.)/ ( 1 #$ 3# 5$

*$0 # 10 $ #0 $ *0 $ (0 (

6 6 表中 ! "# 、 ! #* 分别为 !" 和 "* 的分压; + !" 为以每秒每个催化剂 ,- 活性位上所消耗的 !" 分子数表示的 !" 的氧化速率。 6 6 ( ( )求催化剂 ,- 上 !" 氧化反应分别对 !" 和 "* 的反应级数 ( 取整数) , 写出速率方程。 6 6 (*) 固体 ,- 表面具有吸附气体分子的能力, 但是气体分子只有碰到空活性位才可能发生吸附作用。当 已吸附分子的热运动的动能足以克服固体引力场的势垒时, 才能脱附, 重新回到气相。假设 !" 和 "* 的吸 附与脱附互不影响, 并且表面是均匀的, 以 ! 表示气体分子覆盖活性位的百分数 ( 覆盖度) , 则气体的吸附速 率与气体的压力成正比, 也与固体表面的空活性位数成正比。 6 6 研究提出 !" 在 ,- 上的氧化反应的一种机理如下: 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 !" ’ 7 $5%"! / 7
% !", 9:. % !", 89.

"* ’ *7 #"*" / 7 ( ; " / 7 #"!"* ’ 7 "! / 7 ’ * * * 其中 % !", % !", % "* , 89. 、 9:. 分别为 !" 在 ,- 的活性位上的吸附速率常数和脱附速率常数, 89. 为 "* 在 ,- 的活 性位上的吸附速率常数。7 表示 ,- 催化剂表面上的活性位。 !" 在 ,- 表面活性位上的吸附比 "* 的吸附 强得多。 ( 不考虑 "* 的脱附; 也不考虑产 试根据上述反应机理推导 !" 在催化剂 ,- 表面上氧化反应的速率方程 物 !"* 的吸附) , 并与实验结果比较。 ! "# 有关物质的热力学函数 ( *250 (#%) 如下:
物质 A( * &) "( * &) A* " ( &) ( @) A* "
/( !& ’! < ) =>? <?@ /( (" ?<?@ / ( < ) >? %

% "* , 89.

$ $ / *4(0 5* / *5#0 54

(;$0 #2 *$#0 $; (550 5; 320 24

/( 在 ;1;0 (#%, ($$ =B8 下, 水的蒸发焓 ! C8D ’ ! , 在 *250 (# F ;1;0 (# % 间水的等压热容 < E 4$0 34 => ? <?@

水蒸气的热容为 ;;0 2 >?% / ( ?<?@ / ( 。 为 1#0 3>?% / ( ?<?@ / ( , (( ) 将上述工艺得到的富氢气体作为质子交换膜燃料电池的燃料。燃料电池的理论效率是指电池所能 做的最大电功相对于燃烧反应焓变的效率。在 *250 (#%, ($$=B8 下, 当 (<?@ A* 燃烧分别生成 A* " ( @) 和 A* " ( &) 时, 计算燃料电池工作的理论效率, 并通过计算分析两者存在差别的原因。 (*) 若燃料电池在 41;0 (#%、 ($$=B8 下工作, 其理论效率又为多少 ( 可忽略焓变和熵变随温度的变化) ? (; ) 说明 (() 和 (*) 中的同一反应有不同理论效率的原因。 ..............................................

下6 期6 要6 目
?可吸入颗粒物及其危害 ?有机固体化合物无溶剂反应 ?化学与科学课师资培训 ?组织课堂讨论的 ; 个环节

2004年全国高中学生化学竞赛理论试题
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 广东省化学学会命题组

化学教育 CHINESE JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION 2004,25(3) 0次

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