全国高中学生化学竞赛省级赛区试题与答案.docx
- 文档编号:1586144
- 上传时间:2023-05-01
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:380.21KB
全国高中学生化学竞赛省级赛区试题与答案.docx
《全国高中学生化学竞赛省级赛区试题与答案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《全国高中学生化学竞赛省级赛区试题与答案.docx(24页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
全国高中学生化学竞赛省级赛区试题与答案
中国化学会2004年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题答案
第1题(4分)2004年2月2日,俄国杜布纳实验室宣布用核反应得到了两种新元素X和Y。
X是用高能48Ca撞击
靶得到的。
经过100微秒,X发生α-衰变,得到Y。
然后Y连续发生4次α-衰变,转变为质量数为268的第105号元素Db的同位素。
以X和Y的原子序数为新元素的代号(左上角标注该核素的质量数),写出上述合成新元素X和Y的核反应方程式。
答案:
+
Ca=288115+3n(2分)不写3n不得分。
答291115不得分。
288115=284113+4He(2分)质量数错误不得分。
4He也可用符号α。
(答下式不计分:
284113-44He=268105或
Db)(蓝色为答案,红色为注释,注释语不计分,下同)
第2题(4分)2004年7月德俄两国化学家共同宣布,在高压下氮气会发生聚合得到高聚氮,这种高聚氮的N-N键的键能为160kJ/mol(N2的键能为942kJ/mol),晶体结构如图所示。
在这种晶体中,每个氮原子的配位数为;按键型分类时,属于晶体。
这种固体的可能潜在应用是,这是因为:
。
答案:
3原子晶体炸药(或高能材料)高聚氮分解成N2释放大量能量。
(各1分)
第3题(6分)某实验测出人类呼吸中各种气体的分压/Pa如下表所示:
气体
吸入气体
呼出气体
79274
75848
21328
15463
40
3732
667
6265
3-1请将各种气体的分子式填入上表。
3-2指出表中第一种和第二种呼出气体的分压小于吸入气体分压的主要原因。
答案:
气体
吸入气体
呼出气体
N2
79274
75848
O2
21328
15463
CO2
40
3732
H2O
667
6265
(每空1分,共4分)
呼出气中的N2的分压小于吸入气中的分压的主要原因是呼出气中的CO2和水蒸气有较大分压,总压不变,因而N2的摩尔分数下降(1分);呼出气中的O2的分压小于吸入气中的分压的主要原因是吸入的O2被人体消耗了。
(1分)(共2分)
第4题(15分)在铜的催化作用下氨和氟反应得到一种铵盐和一种三角锥体分子A(键角102o,偶极矩0.78x10-30C·m;对比:
氨的键角107.3o,偶极矩4.74x10-30C·m);
4-1写出A的分子式和它的合成反应的化学方程式。
答案:
NF3(1分)4NH3+3F2=NF3+3NH4F(1分)(共2分)
4-2A分子质子化放出的热明显小于氨分子质子化放出的热。
为什么?
答案:
N-F键的偶极方向与氮原子孤对电子的偶极方向相反,导致分子偶极矩很小,因此质子化能力远比氨质子化能力小。
画图说明也可,如:
(1分)
4-3A与汞共热,得到一种汞盐和一对互为异构体的B和C(相对分子质量66)。
写出化学方程式及B和C的立体结构。
答案:
2NF3+2Hg=N2F2+2HgF2(1分)
(14+19)X2=66(每式1分)(共3分)
4-4B与四氟化锡反应首先得到平面构型的D和负二价单中心阴离子E构成的离子化合物;这种离子化合物受热放出C,同时得到D和负一价单中心阴离子F构成的离子化合物。
画出D、E、F的立体结构;写出得到它们的化学方程式。
答案:
D
E
F(每式1分)
2N2F2+SnF4=[N2F+]2[SnF6]2-(1分)
[N2F+]2[SnF6]2-=[N2F]+[SnF5]-+N2F2(1分)(共5分)
4-5A与F2、BF3反应得到一种四氟硼酸盐,它的阳离子水解能定量地生成A和HF,而同时得到的O2和H2O2的量却因反应条件不同而不同。
写出这个阳离子的化学式和它的合成反应的化学方程式,并用化学方程式和必要的推断对它的水解反应产物作出解释。
答案:
阳离子的化学式为NF4+。
(1分)
NF3+F2+BF3=NF4+BF4-(1分)
NF4+水解反应首先得到HOF(否则写不出配平的NF4+水解反应):
NF4++H2O=NF3+HOF+H+定量生成NF3。
(1分)
而反应2HOF=2HF+O2和反应HOF+H2O=HF+H2O2哪一反应为主与反应条件有关,但无论哪一反应为主却总是定量生成HF。
(1分)(共4分)
第5题(7分)研究发现,钒与吡啶-2-甲酸根形成的单核配合物可增强胰岛素降糖作用,它是电中性分子,实验测得其氧的质量分数为25.7%,画出它的立体结构,指出中心原子的氧化态。
要给出推理过程。
答案:
吡啶甲酸根的相对分子质量为122。
设钒与2个吡啶甲酸根络合,50.9+244=295,氧的质量分数为21.7%;设钒与3个吡啶甲酸根络合,50.9+366=417,氧的质量分数为23.0%;设钒与4个吡啶甲酸根结合,50.9+488=539,氧的质量分数为23.7%;设钒与5个吡啶甲酸根结合,50.9+610=661,氧的质量分数为24.2%;钒与更多吡啶甲酸根络合将使钒的氧化态超过+5而不可能,因而应假设该配合物的配体除吡啶甲酸根外还有氧,设配合物为VO(吡啶甲酸根)2,相对分子质量为50.9+16.0+244=311,氧的质量分数为25.7%,符合题设。
(3分)
结论:
该配合物的结构如下:
(其他合理推论也可)
和/或
得分相同(2分)
钒的氧化态为+IV(或答+4或V+4)(1分)
钒与吡啶甲酸根形成的五元环呈平面结构,因此,该配合物的配位结构为四角锥体(或四方锥体),氧原子位于锥顶。
(1分)(共7分)
通过计算得出VO(C6H4NO2)2,但将配位结构画成三角双锥,尽管无此配位结构,却也符合题意,建议总共得4分,以资鼓励。
用有效数字较多的原子量数据通过计算得出V(C6H4NO2)3·H2O,氧含量为25.7%,钒+3,五角双锥,尽管由于环太大而不可能,却也符合题意,建议总共得4分,以资鼓励。
第6题(6分)最近发现,只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。
鉴于这三种元素都是常见元素,从而引起广泛关注。
该晶体的结构可看作由镁原子和镍原子在一起进行(面心)立方最密堆积(ccp),它们的排列有序,没有相互代换的现象(即没有平均原子或统计原子),它们构成两种八面体空隙,一种由镍原子构成,另一种由镍原子和镁原子一起构成,两种八面体的数量比是1:
3,碳原子只填充在镍原子构成的八面体空隙中。
6-1画出该新型超导材料的一个晶胞(碳原子用小
球,镍原子用大
球,镁原子用大
球)。
6-2写出该新型超导材料的化学式。
答案:
6-1
(5分)
在(面心)立方最密堆积-填隙模型中,八面体空隙与堆积球的比例为1:
1,在如图晶胞中,八面体空隙位于体心位置和所有棱的中心位置,它们的比例是1:
3,体心位置的八面体由镍原子构成,可填入碳原子,而棱心位置的八面体由2个镁原子和4个镍原子一起构成,不填碳原子。
6-2MgCNi3(化学式中元素的顺序可不同,但原子数目不能错)。
(1分)
第7题(9分)用2份等质量的XeF2和XeF4混合物进行如下实验:
(1)一份用水处理,得到气体A和溶液B,A的体积为56.7mL(标准状况,下同),其中含O222.7mL,余为Xe。
B中的XeO3能氧化30.0mL浓度为0.100mol/L的(NH4)2Fe(SO4)2。
(2)另一份用KI溶液处理,生成的I2被0.200mol/LNa2S2O3滴定,用去Na2S2O335.0mL。
求混合物中XeF2和XeF4各自的物质的量。
答案:
由
(1)求Xe的总量:
Xe56.7mL-22.7mL=34.0mL34,0mL/2.24x104mL/mol=1.52x10-3mol(1分)
XeO3+6Fe2++6H+=Xe+6Fe3++3H2O
1:
6(1分)
x0.100mol/Lx0.0300mL
x=5.0x10-4mol(1分)
Xe的总量1.52x10-3mol+5.0x10-4mol=2.02x10-3mol(1分)
由
(2)
XeF2+2I-I2~2S2O32-
12(1分)
yzz=2y(1分)
XeF4+4I-2I2~4S2O32-
14(1分)
2.02x10-3-y0.200mol/Lx0.0350L-z
y=5.4x10-4mol(XeF2)(1分)
XeF42.02x10-3mol-5.4x10-4mol=1.48x10-5mol(1分)
第8题(8分)今有化学式为Co(NH3)4BrCO3的配合物。
8-1画出全部异构体的立体结构。
8-2指出区分它们的实验方法。
答案
8-1三种。
立体结构如下:
IIIIII(各2分,共6分)
结构式中的碳酸根离子也可用路易斯结构式表示,但须表明是单齿还是双齿配位(可不标2-);编号任意,但须与下题的分析对应;CO32-不能用π电子配位(受限于Co的配位数及NH3必为配体)。
画其他配位数的配合物不计分。
8-2配合物III可通过其离子特性与另两个配合物区分开:
滴加AgNO3溶液,Br-立即被沉淀下来(而直接与钴配位的溴相当缓慢地沉淀)。
也可通过测定电导将III与I、II区分(用红外光谱法区分也可)(1分)。
I的偶极矩比II的偶极矩小,因此测定极性可将两者区分开(1分)。
(共2分)
第9题(6分)下图摘自一篇新近发表的钒生物化学的论文。
回答如下问题:
9-1。
此图钒化合物的每一次循环使无机物发生的净反应(的化学方程式)是:
答案:
H2O2+Cl-+H+=H2O+HOCl(1分)
9-2。
在上面的无机反应中,被氧化的元素是;被还原的元素是。
答案:
被氧化的是氯;被还原的是氧。
(共1分)
9-3。
次氯酸的生成被认为是自然界的海藻制造C—Cl键的原料。
请举一有机反应来说明。
答案:
H2C=CH2+HOCl=HOH2C—CH2Cl(举其他含C=C双键的有机物也可)(2分)
9-4。
试分析图中钒的氧化态有没有发生变化,简述理由。
答案:
没有变化。
理由:
(1)过氧化氢把过氧团转移到钒原子上形成钒与过氧团配合的配合物并没有改变钒的氧化态,所以从三角双锥到四方锥体钒的氧化态并没有发生变化;
(2)其后添加的水和氢离子都不是氧化剂或还原剂,因此,过氧团变成次氯酸的反应也没有涉及钒的氧化态的变化,结论:
在整个循环过程中钒的氧化态不变。
(2分)
第10题(8分)有一种测定多肽、蛋白质、DNA、RNA等生物大分子的相对分子质量的新实验技术称为ESI/FTICR-MS,精度很高。
用该实验技术测得蛋白质肌红朊的图谱如下,图谱中的峰是质子化肌红朊的信号,纵坐标是质子化肌红朊的相对丰度,横坐标是质荷比m/Z,m是质子化肌红朊的相对分子质量,Z是质子化肌红朊的电荷(源自质子化,取正整数),图谱中的相邻峰的电荷数相差1,右起第4峰和第3峰的m/Z分别为1542和1696。
求肌红朊的相对分子质量(M)。
答案:
1542=(M+Z)/Z或1696=(M+Z)/Z
1696=[M+(Z-1)]/(Z-1)1542=(M+Z+1)/(Z+1)
解联立方程:
解联立方程:
Z=11Z=10
M=16951M=16950
答:
肌红朊的相对分子质量为16951(或16950),答任一皆可。
联立方程正确,计算错误,得6分。
方程错为1542=M/Z等,求得Z=11或10,相对分子质量误为16960等,只得4分。
(8分)
第11题(9分)家蝇的雌性信息素可用芥酸(来自菜籽油)与羧酸X(摩尔比1:
1)在浓NaOH溶液中进行阳极氧化得到。
家蝇雌性信息素芥酸
11-1写出羧酸X的名称和结构式以及生成上述信息素的电解反应的化学方程式。
11-2该合成反应的理论产率(摩尔分数)多大?
说明理由。
答案:
11-1丙酸(1分)
(1分)
(5分;芥酸或性信息素结构中的碳数错误扣2分,试题要求写电解反应的方程式,因此,未写H2扣2分,将H2写成2H+扣1分,将Na2CO3写成CO2扣2分;总分最低为零分,不得负分)
11-2芥酸和丙酸氧化脱羧形成摩尔分数相等的2种烃基,同种烃基偶联的摩尔分数各占25%(或1/4或0.25),异种烃基偶联形成家蝇性信息素的摩尔分数占50%(或1/2或0.5)。
(2分)
第12题(9分)2004年是俄国化学家马科尼可夫(V.V.Markovnikov,1838-1904)逝世100周年。
马科尼可夫因提出C=C双键的加成规则(MarkovnikovRule)而著称于世。
本题就涉及该规则。
给出下列有机反应序列中的A、B、C、D、E、F和G的结构式,并给出D和G的系统命名。
答案:
(每式1分,每个命名1分,共9分)
D2-溴-2-甲基丙酸G2,2-二甲基丙二酸二乙酯(共9分)
第13题(9分)88.1克某过渡金属元素M同134.4升(已换算成标准状况)一氧化碳完全反应生成反磁性四配位络合物。
该配合物在一定条件下跟氧反应生成与NaCl属同一晶型的氧化物。
13-1推断该金属是什么;
13-2在一定温度下MO可在三氧化二铝表面自发地分散并形成“单分子层”。
理论上可以计算单层分散量,实验上亦能测定。
(a)说明MO在三氧化二铝表面能自发分散的主要原因。
(b)三氧化二铝表面上铝离子的配位是不饱和的。
MO中的氧离子在三氧化二铝表面上形成密置单层。
画出此模型的图形;计算MO在三氧化二铝(比表面为178m2/g)表面上的最大单层分散量(g/m2)(氧离子的半径为140pm)。
答案
13-1(88.1g/MM):
(134.4L/22.4L·mol-1)=1:
4(1分)
MM=58.7g·mol-1M是Ni(1分)(共2分)
13-2
(a)主要原因是混乱度(熵)增加了(从表面化学键角度讨论焓变、熵变和自由能变化也可)。
(1分)
(b)氧离子在氧化铝表面作密置单层排列,镍离子有规律地填入三角形空隙(图)。
(密置层1分,填隙1分,共2分)
1个“NiO”截面:
(2rO2-)2sin120o=(2×140×10-12m)2sin120o=6.79×10-20m2(2分)
1m2Al2O3表面可铺NiO数:
1m2/6.79×10-20m2=1.47×1019(1分)
相当于:
74.7g·mol-1×1.47×1019m-2÷6.022×1023mol-1=1.82×10-3g(NiO)/m2(Al2O3)(1分)
(共4分)
将1个“NiO”截面算成6.78×10-20m2,相应的1m2Al2O3表面可铺NiO数为1.48×1019,不扣分。
中国化学会2005年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题
及答案和评分标准
第1题(9分)用α粒子撞击铋-209合成了砹-211。
所得样品中砹-211的浓度<10-8mol/L,砹-211同位素半衰期较长,足以用它来研究砹的化学性质。
1-1写出合成砹的核反应方程式。
(2分)
1-2已知室温下用CCl4萃取I2的分配系数为cI2(CCl4)/cI2(H2O)=84,预计用CCl4萃取AtI的分配系数cAtI(CCl4)/cAtI(H2O)<84(填>,<或=);理由是AtI是极性分子(1.5分)。
1-3已知I2+I-⇌I3-的平衡常数K=800,可推断AtI+I-⇌AtI2-的平衡常数K>800(填>,<或=);依据是:
形成X3-离子的能力I3->Br3->Cl3-。
(1.5分)
1-4在AtI中加入I2和I-的混合溶液,滴加AgNO3溶液,发现所得沉淀中只有AgI而没有共沉淀的AgAt(如果有AgAt,必然会被共沉淀),然而在上述产物中加入Pb(IO3)2却发现有砹的共沉淀。
写出有关化学方程式,解释上述实验现象。
AtI+2I2+5Ag++3H2O=5AgI+AtO3-+6H+(把I2改为I3-也可,但仍应配平)
AtO3-与Pb(IO3)2共沉淀。
(写出方程式2分)(总3分)
1-5已知室温下ICH2COOH的pKa=3.12,由此可推断AtCH2COOH的pKa>3.12(填>,<或=);理由是:
AtCH2COOH分子中的砹的吸电子效应比ICH2COOH中的碘小。
(1分)
第2题(12分)为纪念1905年爱因斯坦连续发表6篇论文导致物理学大变革100周年,今年被定为国际物理年。
本题涉及的“热电效应”机理也是爱因斯坦首先阐释的,即他提出的被后人称为“爱因斯坦振荡器”的独立振荡原子与温度关系的模型。
2-1左上图是热电效应之一的图解。
给出图中所有英文单词(或词组)及物理学符号的意义,并为此图写一篇不超过200字(包括标点符号等)的说明文。
input——输入hot——热(端)cold——冷(端)heatflow——热流
I——电流强度n——n型半导体p——p型半导体i+——正电流(各0.25分)
向热电材料构成的半导体的n-p结的远端输入外电流,半导体发生空穴导电,电流流经n-p结时发生复合,外电流输入的能量转化为热流,使n-p结的温度越来越低,而其远端的温度越来越高,即有类似冰箱制冷的效应。
(4分)
2-2右上图是化学家合成的能实现热电效应的一种晶体的晶胞模型。
图中的大原子是稀土原子,如镧;小原子是周期系第五主族元素,如锑;中等大小的原子是周期系VIII族元素,如铁。
按如上结构图写出这种热电晶体的化学式。
给出计算过程。
提示:
晶胞的6个面的原子数相同。
设晶体中锑的氧化态为-1,镧的氧化态为+3,问:
铁的平均氧化态多大?
化学式LaFe4Sb12(2分)(写La2Fe8Sb24扣1分)铁的氧化态9/4=2.25(1分)
计算化学式的过程如下:
晶胞里有2个La原子(处于晶胞的顶角和体心);有8个Fe原子(处于锑形成的八面体的中心);锑八面体是共顶角相连的,平均每个八面体有6/2=3个锑原子,晶胞中共有8个八面体,8x3=24个锑原子;即:
La2Fe8Sb24。
其他合理过程也可。
(3分)
第3题(10分)等摩尔的丙酮和过氧化氢混合,在盐酸催化下生成白色粉末A和水,反应进行完全,产物分子总数是反应物分子总数的2/3。
A在撞击、摩擦和加热时发生爆炸,被称为熵炸弹。
3-1A分子中氧的化学环境相同。
画出A的立体结构(H原子不必画出)。
3-2A发生爆炸生成丙酮等物质,并不燃烧起火。
写出爆炸的反应方程式。
3-3为什么A被称为“熵炸弹”?
3-4合成A是十分危险的,不慎会在合成时瞬即发生爆炸,例如,温度稍高,反应将生成A的同系物B,B的相对分子质量为A的2/3。
画出B的结构;B比A更容易爆炸,应如何从结构上理解?
(注:
在H2O2分子中的H—O—O夹角约95oC,面夹角约112oC。
)
3-1
参考图:
(注:
分子中C-O-O-C不在一个平面上)(4分)
3-2C9H18O6=3
+O3(或3/2O2)(2分)
3-3爆炸反应不是燃烧反应,能量改变不大,是由于生成大量气态小分子导致的熵增加效应,因而称为“熵炸弹”。
(1分)
3-4
参考图:
B是双聚分子,分子的六元环不能满足过氧团的正常键角(C-O-O-C面间角和C-O-O键角)的需要,导致分子张力太大而不稳定。
(3分)
第4题(6分)本题涉及3种组成不同的铂配合物,它们都是八面体的单核配合物,配体为OH-和/或Cl-。
4-1PtCl4·5H2O的水溶液与等摩尔NH3反应,生成两种铂配合物,反应式为:
2H2[PtCl4(OH)2]+2NH3=(NH4)2[PtCl6]+H2[PtCl2(OH)4]
或H2[PtCl6]+(NH4)2[PtCl2(OH)4]或NH4H[PtCl6]+NH4H[PtCl2(OH)4](3分)
4-2BaCl2·PtCl4和Ba(OH)2反应(摩尔比2:
5),生成两种产物,其中一种为配合物,该反应的化学方程式为:
2Ba[PtCl6]+5Ba(OH)2=2Ba[PtCl(OH)5]+5BaCl2(3分)
第5题(8分)气态废弃物中的硫化氢可用下法转化为可利用的硫:
配制一份电解质溶液,主要成分为:
K4[Fe(CN)6](200g/L)和KHCO3(60g/L);通电电解,控制电解池的电流密度和槽电压,通入H2S气体。
写出相应的反应式。
已知:
φ(Fe(CN)63-/Fe(CN)64-)=0.35V;
KHCO3溶液中的φ(H+/H2)~-0.5V;φ(S/S2-)~-0.3V
阳极反应:
[Fe(CN)6]4--e=[Fe(CN)6]3-(2分)
阴极反应:
2HCO3-+2e=2CO32-+H2(2分)
涉及硫化氢转化为硫的总反应:
2Fe(CN)63-+2CO32-+H2S=2Fe(CN)64-+2HCO3-+S(4分)
第6题(13分)写出下列反应的每步反应的主产物(A、B、C)的结构式;若涉及立体化学,请用Z、E、R、S等符号具体标明。
B是两种几何异构体的混合物。
A
B
和
C
对应于E式
E-Z-和
对应于Z-式
A式1分;B式4分(每式1分,标示各1分);C式8分(每式1分,标示各0.5分)
对应错误或标示错误均不得分。
第7题(8分)
7-1给出下列四种化合物的化学名称:
A.
B.
A的名称:
N,N-二甲基甲酰胺B的名称:
乙二醇二甲醚
C.
D.
每个0.5分
C的名称:
丁内酰胺或α−吡咯烷酮D的名称:
二甲亚砜总2分
或2−氧代四氢吡咯
7-2常用上述溶剂将芳香烃和丁二烯等化工原料从石油馏分中抽提出来,请简要说明它们的作用原理。
芳香烃和丁二烯等有离域π键,分子中的电子容易被这些极性溶剂诱导极化,因而溶解于其中,使它们与烷烃分离。
(3分)
7-3选出下列顺磁性物种(用物种前面的字母表示):
A.Cr(H2O)62+B.Fe(CO)5C.N2O-ON2D.[N(C6H4OCH3)3]+
顺磁性物种是:
A;D.(3分)
第8题(12分)LiCl和KCl同属NaCl型晶体,其熔点分别为614℃和776℃。
Li+、K+和Cl-的半径分别为76pm、133pm和181pm。
在电解熔盐LiCl以制取金属锂的生产工艺中,加入适量的KCl晶体,可使电解槽温度下降至400℃,从而使生产条件得以改善。
8-1简要说明加入熔点高的KCl反而使
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 全国 高中学生 化学 竞赛 省级 赛区 试题 答案