竞赛题库2钟答案全国化学竞赛初赛.docx
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竞赛题库2钟答案全国化学竞赛初赛
1、铬铁矿的主要成份是FeCr2O4,铬铁矿制备重铬酸钾经过以下几个过程:
(1)煅烧:
将矿粉与碳酸钠混合均匀后鼓空气煅烧,煅烧温度800oC;
(2)用水浸取,过滤除杂;(3)硫酸酸化;(4)加入氯化钾,冷却结晶。
1-1写出上述过程中的反应方程式。
4FeCr2O4+7O2+8Na2CO3=2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2
2Na2CrO4+H2SO4=Na2Cr2O7+Na2SO4+H2O
Na2Cr2O7+2KCl=K2Cr2O7+2NaCl
1-2上述第二步主要用途是什么?
除去反应产生的Fe2O3以及矿物中的难溶解成份。
1-3上述第四步的原理是什么?
氯化钠与氯化钾的溶解度随温度变化不大,而K2Cr2O7的溶解度在高温时较大,低温时较小;因此,高温下的饱和溶液冷却即可结晶析出K2Cr2O7,而将氯化钠留在溶液中。
将H2O2加入到重铬酸钾溶液与氯仿的混合溶液中,分液后氯仿挥发后得到黄色A物质0.264g,将该A物质全部加入到过量KI溶液中,析出的I2用1.055mol/L的Na2S2O3溶液滴定至终点,消耗13.27mL。
1-4通过计算确定A物质的化学式。
Na2S2O3的物质的量n(Na2S2O3)=1.05513.27103=1.400102(mol)
A物质转移的电子总数e(A)=n(Na2S2O3)=1.400102(mol)
讨论:
A物质转移7个电子,A的式量为0.26471.400102=132(g/mol)
此时有解,A为CrO5。
1-5指出A中的中心原子的氧化态、杂化方式并画出其空间结构。
+VI,d4s
2、对苯二甲酸是一种重要的化工原料,它能与某含碳、氢、氧三种元素的有机化合物A反应生成高分子化合物B。
已知50.0mL水中溶有0.300gA的溶液与100mL水中溶有3.30g蔗糖的溶液凝固点相同。
哌啶俗称六氢吡啶(吡啶:
),以乙醇作溶剂,它与对苯二甲酸反应可生成对苯二甲酸哌啶盐。
1992年,人们用甲醇作溶剂,用对苯二甲酸哌啶盐、2,2’联吡啶和Co(ClO4)2·6H2O在60℃下反应两小时,得到双核钴的配合物(哌啶没有参与形成配合物)。
该配合物中含C:
51.3%;H:
3.38%;N:
9.98%;Co:
10.5%(计算值)。
用X-衍射法测定其单晶,表明羧基氧均已配位,ClO4-处于配合物的外界。
2-1试求化合物A的式量,并确定A是何物质;
蔗糖的分子式为C12H22O11。
A的式量为62.2(2分)A为乙二醇(1分)
2-2写出化合物A与对苯二甲酸的反应方程式。
nHOCH2CH2OH+nHOOC-
-COOH→
OCH2CH2OOC-
-CO
+2nH2O(2分)
2-3若以水作溶剂,与乙醇作溶剂相比,哌啶的pKb值将如何变化?
水作溶剂时,pKb变小(2分)
2-4写出对苯二甲酸的共轭碱。
HOOC-
-COO-(1分)
2-5试推断出该双核配合物的分子式(要有推断过程)。
Co原子数为2,M=1122;C原子数:
48;H原子数:
38;N原子数:
8。
①8个N必含4个联吡啶(C10H8N2)
②其中含40个C,还剩8个C,必是1个对苯二甲酸根(C8H4O4),带两个单位负电荷。
③4个联吡啶(C10H8N2)和1个对苯二甲酸根(C8H4O4)外,还有2个H,可能带一分子H2O。
④Cl和O的含量为24.84%,总式量278.84,35.45x+16y=278.84。
故y=13,x=2;即外界必有2个ClO4-。
故分子式为Co2C48H38N8Cl2O13,写成Co2(C10H8N2)4(C8H4O4)(H2O)(ClO4)2。
2-6已知该配合物缓慢加热到100oC,最终失重1.51%。
画出该双核配合物的可能结构式,并指出中心原子的氧化态、价电子结构和杂化方式。
水在外界;+II、3d7、sp3d2杂化。
2-7解释下表中的数据。
酸常数
o-苯二甲酸
m-苯二甲酸
p-苯二甲酸
Ka1
1.1103
2.4104
2.9104
Ka2
4.0106
2.5105
3.5105
羧基是拉电子基团;拉电子强弱为邻位>对位>间位;第一级电离后o-苯二甲酸根可形成分子内对称氢键。
2-8计算0.10mol/L的o-苯二甲酸溶液的pH值。
近似式,[H+]=9.95103,pH=2.00
3、汞是一种重要的化学元素。
试根据下列问题写出涉及的化学反应方程式。
3-1HgO能与足量的CH3SH反应,生成两种等物质的量的产物,其中一种物质既能与酸性氧化物反应,又能与碱性氧化物反应。
3-2HgCl2的强氨性溶液在NaCN水溶液的介质中与等量的SeO2混合,并通入SO2,可得到一种二元化合物A。
A为紫黑色晶体,其结构为立方ZnS型。
将反应后的溶液分成两等分,一份逐滴加入酸化的AgNO3溶液,有白色沉淀生成,摇动溶液,沉淀又溶解;另一份中加入酸化的BaCl2溶液,也有白色沉淀生成。
3-1HgO+2CH3SH=Hg(SCH3)2+H2O;
SO2+H2O=H2SO3
Na2O+H2O=2NaOH
3-2HgCl2+8NH3+SeO2+3SO2+4H2O=HgSe↓+2NH4Cl+3(NH4)2SO4;
AgNO3+NH4Cl=AgCl+NH4Cl
AgCl+2NH3=[Ag(NH3)2]Cl
(NH4)2SO4+BaCl2=2NH4Cl+BaSO4
4、蛋壳的主要成分是CaCO3,其次是MgCO3、蛋白质、色素等。
为测定其中钙的含量,洗净蛋壳,加水煮沸约5min,置于蒸发皿中用小火烤干,研细。
甲同学:
称取0.3000g处理后的蛋壳样品,置于锥形瓶中逐滴加入已知浓度C1(HCl)mol/L的盐酸V1mL,而后用小火加热使之溶解,冷却后加2滴甲基橙溶液,用已知浓度C2(NaOH)mol/L回滴,消耗V2(NaOH)mL到达终点。
乙同学:
称取0.3000g处理后的蛋壳样品,用适量强酸溶解,然后加过量(NH4)2C2O4得沉淀,经过滤、洗涤,沉淀溶于H2SO4溶液,再用已知浓度C3(KMnO4)mol/L滴定,消耗V3(KMnO4)mL达到终点。
4-1甲、乙两同学根据各自实验结果计算出蛋壳中钙的含量。
请你分析出两同学得出的结果是否可靠?
两同学得到的结果是否一致,如不一致,请分析其原因。
分析结果不可靠,因为两同学测定的都是钙、镁的总量,且处理过程中加水煮沸时造成蛋壳中部分物质溶解,导致测定的钙镁总量偏高。
不一致,甲同学的结果高于乙同学,因为草酸镁溶解度较大,18℃MgC2O4·10H2O溶解度0.03g。
4-2请写出甲、乙两同学计算钙含量的式子。
甲:
(C1V1C2V2)10340.0020.3000100%
乙:
C3V31035240.000.3000100%
4-3如果甲、乙两同学的方法有缺点,请你再设计一个实验,正确测定蛋壳中的钙含量,并写出计算式。
取洗净后的蛋壳m克,置于蒸发皿中用小火烤干,研细;置于锥形瓶中逐滴加入稀盐酸溶解稀释;再加入NaOH溶液使pH>12(Mg2+沉淀);将沉淀分离出来,滤液用C4mol/LEDTA溶液滴定至终点,消耗EDTA溶液V4mL。
C4V410340.00m100%
5、砷的化合物在农业上有广泛的用途。
砒霜是最重要的砷化合物。
从熔炼提纯Cu和Pb的烟道灰中,可获得大量的砒霜,它是含As75.74%的氧化物,它形成分子晶体。
5-1As︰O=2︰3;
;As4O6
5-1画出砒霜的分子结构图。
5-2砷和硫直接相互反应形成As4S3、As4S4、As2S3和As2S5等硫化物。
其中后两个也能用H2S从As(III)和As(V)的盐酸溶液中沉淀出来。
(1)画出As4S4的分子结构图。
(2)写出用砒霜为原料制备As2S3的化学反应式。
5-2
(1)
(2)As2O3+6NaOH=2Na3AsO3+3H2O;
2Na3AsO3+6H2S=As2S3+3Na2S+6H2O
5-3试解释NH3、PH3、AsH3和SbH3中H—X—H之间的键角值分别是107.3°、93.6°、91.8°和91.3°。
5-3因为电负性N>P>As>Sb。
电负性越大的原子把成键电子拉向自己的能力越强,使得共用电子对与成键电子间排斥力增大,使键角增大。
所以NH3>PH3>AsH3>SbH3。
又因为N无d轨道,孤对电子无法离域,对成键电子的排斥力就小得多,所以NH3的键角大得多。
5-4砒霜是剧毒物质,法庭医学分析上常用马氏试砷法来证明是否砒霜中毒:
把试样与锌和硫酸混和,若试样中含有砒霜,则会发生反应生成砷化氢;在无氧条件下,将生成的砷化氢导入热的玻璃营中,在试管加热的部位砷化氢分解形成亮黑色的“砷镜”。
写出有关的化学方程式。
5-4As2O3+6Zn+6H2SO4=2AsH3+6ZnSO4+3H2O
AsH3=2As+3H2
5-5“砷镜”和“锑镜”的差异是马氏试砷法的一个判断依据,请指出这种差异的化学原理。
氧化能力:
SbO43>ClO>AsO43
5-6假若用Zn在酸性介质中处理亚砷酸钾(K3AsO3)样品2.30g,产生的AsH3再用I2氧化至砷酸需要I28.50g。
试确定这种亚砷酸钾(K3AsO3)样品的纯度?
5-64I2~AsH3~K3AsO3
m=2.01g
K3AsO3%=2.01/2.30×100%=87.4%(3分)
6、过去曾有几篇关于一价钙化合物的报导。
虽然直到最近这些“化合物”的本质仍不清楚,然而,它们仍是固体化学感兴趣的课题。
有人曾试图用①钙、②氢、③碳将CaCl2还原为CaCl。
6-1尝试用化学计量的Ca(摩尔比1.1︰1)还原CaCl2之后,得到非均匀的灰色物质。
在显微镜下仔细观察,它们是银色的金属团粒和无色的晶体。
指出金属团粒和无色的晶体分别是什么物质?
6-2当试图用氢还原CaCl2时,生成白色产物。
元素分析表明该产物含52.36%的钙和46.32%的氯。
推断生成的化合物的化学式。
6-3碳还原CaCl2时,形成红色结晶物质。
元素分析表明Ca和Cl的摩尔比为1.5︰1,在红色结晶物质水解中,放出的气体与Mg2C3水解放出的气体相同。
(1)水解中所生成的气体的两种非环状构造异构体的结构式。
(2)CaCl2与碳反应生成红色化合物的化学方程式(假定一价钙不存在)。
6-1金属团粒:
Ca无色晶体:
CaCl6-2CaHCl
6-3
(1)H2C=C=CH2HC≡C-CH3
(2)4C+3CaCl2=CaCl2Ca2C3+CCl4
7、氰是无色略带苦杏仁味道的剧毒气体,其毒性与HCN相近。
实验室中可以用CuSO4与KCN在373K下反应得到,放出的气体中含氰78%、二氧化碳20%、HCN2%。
也可以由CuCN与FeCl3反应得到。
7-1写出上述两个制备氰的反应式。
7-2设计一个实验流程以得到纯净的氰。
7-12CuSO4+4KCN=2CuCN+2K2SO4+(CN)2↑
2CuCN+2FeCl3=2CuCl+(CN)2↑+2FeCl2
7-2①通过AgNO3溶液除去HCN;
②通过CaO除去CO2和H2O。
8、随着全球范围内能源危机的出现,寻找绿色、可持续发展的能源成为21世纪能源领域的主要发展方向。
自从锂离子电池诞生至今,人们对其产生的兴趣有增无减。
电解质溶液在锂离子电池中具有举足轻重的地位,目前有大量的研究致力于新盐的合成。
双乙二酸硼酸锂(LiBOB)是最有可能替代现有电解质锂盐的新型材料。
Lischka等首次报道了双乙二酸硼酸锂的合成方法,测定了LiBOB中Li+含量为3.58%。
具体操作步骤为:
将1mol硼酸溶解在13.00mL水中,待用;再将1mol氢氧化锂和2mol草酸溶于15.00mL水中,直至生成透明的溶液,15min之内,在此透明溶液中加入已配制的硼酸溶液,加热,常压蒸馏
,剩下的少量悬浮液放入真空中100℃蒸发24h,得到无色的粒状LiBOB。
Wu用下面方法合成了LiBOB,这种合成方式相对比较复杂:
LiB(OMe)4+(CH3)3SiOOCCOOSi(CH3)3
____________
8-1完成两种方法使用的合成方程式。
8-2画出LiBOB的立体结构。
8-3请指出何种方法制得的LiBOB能符合电池级产品纯度。
8-4①处常压蒸馏出的产品是什么?
8-1LiOH+2H2C2O4+H3BO3=LiB[C2O4]2+4H2O
LiB(OCH3)4+2(CH3)3SiOOCCOOSi(CH3)3=LiB[C2O4]2+4CH3OSi(CH3)3
8-2Li+
不明确画出B的四面体配位方式给1分。
8-3Wu的方法反应过程中不会产生水,产品纯度相对较高,可以达到电池级纯度。
8-4蒸馏出的产品是水。
9、在真空中-78℃~-50℃下液氨与GeH3Cl作用可得到一氢化锗。
此反应可能是GeH3Cl与液氨先生成A与B,然后B歧化为C与一氢化锗。
实验证实一氢化锗不溶于任何有机及无机溶剂,干燥时与空气接触就会分解,发生爆炸。
9-1写出A﹑B﹑C的化学式;
9-2分两步写出生成一氢化锗的反应式;
9-3指出一氢化锗与空气接触发生爆炸的原因。
9-1A:
NH4ClB:
GeH2C:
GeH4
9-2GeH3Cl+NH3=GeH2+NH4Cl
3xGeH2=xGeH4+2(GeH)X(2分,产物写GeH表示得1分,因为由氧化数可以判定Ge是带有至少一个未成对电子的,故应写为聚合物的形式,这也与实验事实相符合。
)
9-3一氢化锗的分解反应:
(GeH)X=Ge+0.5xH2,粗略的可以知道反应的ΔH<0、ΔS>0。
反应热力学上有自发进行的趋势,分解放出的热量会点燃生成的H2与空气的混合物,导致爆炸。
(2分)
10、天然氟矿主要有萤石、氟磷灰石等。
由萤石矿制F2的方法是先用浓硫酸与萤石反应,生成HF,再电解得F2。
10-1请写出由萤石矿制F2的主要化学反应的方程式。
10-2你认为用硫酸与萤石反应而不用盐酸的理由有什么:
10-3F-对人体的危害是很严重的。
人体中若含有过多的F-,F-会与人体内一种重要的金属阳离子形成难溶物,而带给人体严重的伤害与痛苦。
这种阳离子是什么?
10-4请提出一种除去污水的过量的F-的方案,并进行简单评价。
10-1CaF2+H2SO4(浓)===CaSO4+2HF
2HF=电解=H2(g)+F2(g
10-21、盐酸易挥发,容易给产物HF带来杂质,而硫酸难挥发。
2、盐酸价格更高,但在制HF中起的都是酸的作用。
10-3Ca2+
10-4往污水中加入石灰乳(或硫酸钙),利用生成CaF2沉淀。
1、臭氧层的保护是当今的一个迫在眉睫的任务。
由于人类的生产生活,臭氧层已经变得伤痕累累。
NO2和CF2Cl2都是破坏臭氧层的罪犯。
请分别写出它们在光照下破坏臭氧层的机理(有氧原子参与或生成):
NO2=hv=NO+OCF2Cl2=hv=Cl+CF2Cl
O3+NO====NO2+O2O3+Cl====ClO+O2
总:
O3=hv=O2+OClO+O====Cl+O2
总:
O3+O=hv=2O2
共6分,一种3分。
2、公安部门曾使用以下的方法来显示人的指纹:
2-1取一个蒸发皿,加入少量碘酒,并微微加热,将留有手印的白纸盖在蒸发皿上,一会儿就显示出指纹。
其原因是什么?
2-2将硝酸银溶液小心地涂在留有指纹的纸上,再用光照,在纸上也会显示出黑色的指纹。
其原因是什么?
1.纸上留有手指上的油脂,I2溶于油脂,故显示指纹;(2分)
2.纸上汗渍中的NaCl与AgNO3反应。
Cl-+Ag+=AgCl↓,AgCl光解产生灰黑色银粉:
2AgCl
2Ag+Cl2↑(2分)
3、碳的第三种单质结构C60的发现是国际化学界的大事之一。
经测定C60晶体为面心立方结构,晶胞参数a=1420pm。
每个C60平均孔径为700pm,C60与碱金属能生成盐,如K3C60。
人们发现K3C60具有超导性,超导临界温度为18K。
K3C60是离子化合物,在晶体中以K+和C603-存在,它的晶体结构经测定也是面心立方,晶胞参数a=1424pm。
阿伏加德罗常数为6.02×1023mol-1,请回答:
3-1画出C60的晶胞。
3-2计算相邻C60球体最近距离,为什么这距离大于C60笼的孔直径。
3-3相邻C60球体间的最短距离是多少?
3-4与石墨平面原子间距离(335pm)相比,你认为在C60晶体中C60~C60间作用力属于哪一种类型?
并两者数据的差异进行必要的说明。
3-5C60晶体的晶胞中存在何种空隙?
各有多少空隙?
3-6K3C60晶体的晶胞中有多少个K+?
它们位于晶胞中何处?
3-7同一温度下,K3C60的晶体密度比C60的晶体密度增大了多少?
1.
(1分)
2.最近距离(2dmin)2=a2+a2dmin2=2a2/4dmin=a/21/2=1004pmdmin>700pm(2分),说明在C60晶体中,C60~C60之间不接触,是分子晶体。
(1分)
3.距离为1004-700=304pm(1分)
4.304pm≈335pm,石墨层间的作用力属于范德华力,是分子间力(1分)。
C60~C60间作用力应为分子间力,由于C60的摩尔质量
C的摩尔质量,故作用力大些,d<335pm。
(1分)
5.晶胞中存在四面体和八面体两种空隙,有8个四面体空隙,4个八面体空隙。
(2分)
6.K3C60晶胞中含有4个结构基元,因此有12个K+,其中,8个K+处于8个四面体空隙中,还有4个K+处于4个八面体空隙中(2分)
7.
(1)C60:
d=1.672g/cm3
(2)K3C60:
d=1.928g/cm3K3C60的晶体密度比C60增大了0.256g/cm3(2分)
4、完成下列化学方程式
4-1某校曾发生误将高锰酸钾与红磷相混,造成一死一残的严重事故。
试写出这一变化的化学方程式。
4-2在一支试管中,盛少量As2O3和K2S粉末(物质的量之比为1︰2),往其中加入足量硝酸并微热。
写出化学反应方程式(用一个化学方程式表示,HNO3还原为NO)
4-3在SnCl2的硫酸溶液中滴入KMnO4至刚好反应完全。
写出离子反应方程式。
1.30KMnO4+18P=10K3PO4+30MnO2+4P2O5(2分)
2.3As2S3+6K2S+56HNO3=6H3AsO4+15H2SO4+44NO↑+4H2O+12KNO3(2分)
3.5Sn2++10Cl-+4MnO4-+32H+=5Sn4++5Cl2↑+4Mn2++16H2O(2分)
5、2004年一月,一个由俄罗斯及美国科学家组成的团队宣布,他们创造出两个称为超重元素的化学新元素(113和115)。
多年的研究发现,随着原子序的增大,原子核的存在寿命急剧下降。
比如,92号铀原子核能够存在10亿年,但112号元素只能存在0.00002秒。
但科研人员认为存在着一个区域,在这个区域内的超重原子核是相对稳定的,这就是上世纪60年代提出的“稳定岛”理论。
1999年和2000年杜布纳联合核研究所先后合成了114号和116号元素,对其衰变过程释放出来的α射线的能量和各种同位素寿命的测定结果表明,整个衰变过程与“稳定岛”假说相吻合。
在研究像115号和113号原子序为奇数的元素的衰变性质时,科研人员认为,115号元素应该在发生α衰变后转变成113号元素,随后再转变成111号元素、109号元素、107号元素等。
俄科研人员进行的实验也证实了这一规律。
为了合成115号元素,尤里·奥加涅相院士领导的科研小组用加速到1/10光速的钙离子(20号)轰击用镅元素(95号)制成的靶,并在分离115号元素的原子核后进行了衰变记录。
3次实验记录的原子核衰变过程完全一样:
经过5次持续时间大约20秒左右的α衰变后,得到了105号元素的同位素(Db),的同位素存在的时间超过了20小时,从而再次证实了“稳定岛”假说。
这项实验利用杜部那研究所的一个回旋粒子加速器完成,由于还要等待另外一个实验室证实,所以113号元素符号暂且称为Uut,115号元素简称Uup。
5-1Uup是第几周期第几族元素?
Uup价电子排布?
5-2Uup是金属还是非金属?
5-3你认为Uup的最高氧化态至少可以达到多少?
1.第七周期VA族(2分)7s27p3(2分)
2.金属(1分)
3.+5(1分)
6、1987年,美国休斯顿大学的朱经武小组、中科院物理研究所赵忠贤小组以及日本东京大学HiKami小组同时独立地发现临界温度Tc为90K的Y—Ba—Cu—O新的超导材料,实现了液氮温度区(77K)的超导性。
这个重大突破使世界超导研究和应用进入一个新的发展阶段。
现有高温氧化物超导体从结构上说都是从钙钛矿结构演变而来。
在这个单元基础上,通过原子的空缺、置换、位移变形等多种型式衍生出多种氧化物超导相的结构。
其中,铜的配位数、铜氧面的结构以及铜氧面间的距离对超导起决定作用。
6-1.该Y-Ba-Cu-O新的超导材料晶胞如右图。
如果该材料不存在氧空位,则该材料的理想化学式为;此时Cu的氧化数为
6-2.事实上该材料中存在着氧空位,实际测量该材料密度6.377g·cm-3,列式___________________________可以推算出该材料的化学式为(已知晶胞参数分别为a=0.3823nm,b=0.3885nm,c=1.168nm),在该材料中Cu的实际氧化数为,该晶胞中氧空位的分数为
6-3.超导材料理想结构可以看成三层钙钛矿晶胞在c轴方向上的堆积,Ba,Y,Ba…在c轴方向上形成有序排列。
在制备符合第2题化学式的材料中结构还可能出现氧空位,设为δ。
Y层的氧位全空时(z=1/2),Ba层氧位全满,其c轴方向坐标为;在z=0或1的Cu-O面上(又称基面),氧位置的占据则与氧含量有关,0<δ<0.6时,基面上氧有序分步在y=1/2的平面上而x=1/2的平面氧位置全空,因而使得b轴长度大于a轴长度,此时结构为晶系,具有超导性;而当0.6<δ<1时,基面上氧空位在x=1/2和y=1/2的平面上的平面上无序分布,b轴长度等于a轴长度,此时结构为_____晶系,无超导性。
6-4.有的材料中氧空位的分数会增加,这是因为;有的材料中氧空位的分数会减少,这是因为。
1.YBa2Cu3O9(2分)+3,+4(2分)(或者+11/3)
2.ρ=(2MBa+MY+3MCu+xMO)/(NA×a×b×c)(g·cm-3)(2分)
化学式:
YBa2Cu3O7(2分);+2,+3(2分)(或者+7/3);22.22%(1分)
3.z=1/6或5/6(2分);正交(1分);四方(1分)
4.根据电荷守恒原理,+2价Cu含量增加时,氧空位分数增加;+3价Cu含量增加时,氧空位分数减少。
(2分)
7、某溶液是HNO2和HAc的混合溶液,为了测定该溶液中HNO2和HAc的浓度,某同学先量取50.00mL该溶液放入100mL容量瓶中,加水稀释至刻度,摇匀后,再量取稀释后的25.00mL溶液放入250mL锥形瓶中,用0.1810mol.L-1NaOH溶液滴定,三次平行滴定所用NaOH溶液的体积分别为:
2
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