全国化学竞赛初赛模拟试卷12.doc
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全国化学竞赛初赛模拟试卷12
第一题(9分)
光气学名“碳酰氯”,化学式COCl2,是窒息性毒剂之一。
.光气化学性质活泼,具有酰卤的典型反应,易发生水解、氨解和醇解。
(1)光气与足量乙醇反应所得产物的化学名称是;
(2)光气与足量氨气反应的化学方程式;
(3)足量苯在AlCl3催化剂作用下与光气反应所得产物的结构简式;
(4)光气与苯胺分两步反应可得异氰酸苯酯,中间产物的结构简式是,异氰酸苯酯的结构简式是。
2.实验室可用四氯化碳和发烟硫酸(H2SO4·SO3)反应制备光气,写出化学方程式。
3.BTC是一种稳定的白色结晶体,熔点为78~82℃,沸点为203~206℃。
1molBTC可在一定条件下分解产生3mol光气,所以又被称为“三光气”。
工业上可以利用碳酸二甲酯的氯代反应制备BTC。
BTC的反应活性与光气类似,可以和醇、醛、胺、酰胺、羧酸、酚、羟胺等多种化合物反应,因此低毒性的BTC在化学反应中完全可替代剧毒(被禁用)的光气合成相关的化工产品。
(1)BTC分子中所有氯原子都等价,试写出结构简式
(2)除毒性外,BTC比光气还有什么优点?
第二题(10分)
电解食盐溶液的氯碱生产技术,已由传统的隔膜法变革为离子膜法高新技术。
这种技术进步,如下表所示:
表1产品液碱质量比较
项目
离子膜法
隔膜法
隔膜法
NaOH%
35(已有50%的报道)
10~12
30
NaCl%
0.0025
14~16
4
Na2CO3%
0.02
(一般不计量)
1
表2能耗与蒸汽用量比较(以NaOH质量分数为50%作比较基准)
项目
离子膜法
隔膜法
电解用电度/吨
2160
2600
蒸汽用电度/吨
80
700
隔膜法和离子膜法新技术中所用的膜有本质区别。
前者是有条件地阻止
阴、阳极电解产物相混合的多孔石棉隔膜。
后者由阳离子交换树脂(几类氟
碳树脂)组成,树脂的高分子骨架上接有能电离出H+而可与Na+等阳离子交
换的离子交换基团—SO3H、—COOH,所以是一类厚度虽仅0.l~0.5mm,但
一般只允许溶液中的阳离子在膜中通过,更不能自由通过气体或液体的阳离
子交换膜。
1.在所给离子膜法电解食盐溶液示意图中的括号内,填写开始电解时
进入电解槽用作电解液的液体A、B的组成名称,以及电解产出气体C、D的化学式。
2.离子膜法电解槽的极间距,由于膜在电极间的结构紧凑而远小于隔膜法电解槽,这将如何影响能耗?
3.传统隔膜法的阴极电解碱液,它所含NaOH的质量分数,为什么只能控制得低些?
4.离子膜法使用的原料要求Ca2+、Mg2+等金属离子的总量控制在0.1ug以下,为什么?
5.试对比评价本离子膜法科技进步的经济、社会效益。
第三题(8分)
有机物X具有旋光活性,其分子由C、H、O、N4种元素组成,其中C、H、O的原子个数比
是3︰5︰2;工业上可以用A和B以物质的量1︰4通过取代反应制备X;X能与4倍其物质的量的NaOH反应,并能与Ca2+等与大部分金属离子1︰1络合,所得螯合物结构中存在5个五原子环。
1.写出X的化学式【】和B的结构简式【】。
2.写出满足条件的全部X的结构简式,分别命名和计算光学异构体的个数。
第四题(9分)
离子晶体X是由三种短周期元素组成,三种短周期元素的简单离子的核外电子排布相同,晶胞参数a=780pm,晶胞中阴离子组成立方最密堆积,阳离子(r=102pm)占据全部八面体和四面体空隙。
1.写出X的化学式【】和化学名称【】;
2.指出阴离子的空间构型【】;
3.计算晶体X的密度;
4.X在化工生产中有什么用途;
5.另有一种晶体Y,其阴离子也组成立方最密堆积,且与X的阴离子互为等电子体,而阳离子与X的阳离子相同,但只占据全部四面体空隙,请写出Y的化学式。
第五题(12分)
1866年H.Rithausen从谷胶的硫酸分解产物中分离出谷氨酸,。
1890年L.Wollf合成并确定了它的结构,1908年池田菊苗从海带的热水提取物中分离出谷氨酸的钠盐(),它才是具有鲜味的成分,即味精。
1.谷氨酸的电离常数Ka1=6.46×10-3,Ka2=5.62×10-5,Ka3=2.14×10-10;pKa=-lgKa,所以pKa1=2.19,pKa2=4.25,pK3=9.67。
目前工业上生产味精的方法有水解法、糖蜜提取法、淀粉发酵法及合成法等。
当前我国生产的味精主要采用淀粉发酵法。
以发酵法生产的工艺流程如下:
淀粉葡萄糖发酵谷氨酸铵L-谷氨酸谷氨酸-钠盐。
若生成谷氨酸二钠盐,则不具有鲜味,所以工业生产中控制各阶段的pH是一项关键。
(1)Ka1、Ka2、Ka3相对应的基团各是哪个?
(2)计算谷氨酸等电点的pH(所谓等电点,就是谷氨酸呈电中性时所处环境的pH)。
在下面正确的选项上画圈。
A2.19B3.22C4.25D6.69
(3)中和、脱色、结晶时的pH应保持在多少?
在下面正确的选项上画圈。
A3.22B4.25C6.69D9.67
(4)用什么物质脱色?
【】
2.味精中有效成分是谷氨酸钠,可用沙伦逊甲醛滴定发测定其含量。
准确称取味精1.000g,加蒸馏水溶解后稀释到10.0mL;从中取2.0mL放入100mL锥形瓶中,加入2.0mL36%的甲醛溶液,加入20mL水。
以酚酞为指示剂,用0.1000mol/L的标准NaOH溶液进行滴定,消耗10.80mL。
(1)谷氨酸钠与甲醛反应得到化学式为C6H8NO4Na,写出结构简式。
(2)加入甲醛的目的是什么?
(3)计算该味精中谷氨酸钠的含量。
3.味精中往往会加入食盐,某学生设计如下实验方案测定NaCl含量:
取味精样品5.0g,并溶于蒸馏水;加入足量用稀硝酸酸化的硝酸银溶液,使沉淀完全;过滤;用蒸馏水反复洗涤沉淀多次;将沉淀低温烘干、称量;重复操作3次,计算NaCl含量。
另一学生觉得这个实验方案的误差较大,且测定沉淀的质量很不方便。
于是他设计了另一个实验方案来测定NaCl的含量。
已知AgSCN是难溶于水的沉淀。
请简要写出测定NaCl含量的新方案。
第六题(7分)
化合物(A)是我国蟾蜍皮中的一种物质,由(B)合成该化合物的路线如下:
BCDEFA
1.写出C~F各物质的结构简式;
2.写出a、b的反应条件或使用的无机试剂;
3.E→F中吡啶()的作用是什么?
第七题(19分)
周期表中汞与锌、镉等元素同族,原子序数80,常见的氧化态+2、+1,熔点-38.72℃,沸点357℃,是室温下呈现液态的唯一金属单质。
汞是古代就已认知的元素之一,大多数汞来自于辰砂矿,主要用于温度计、气压计、荧光灯和电池。
1.写出汞原子的核外电子排布式;
2.汞用于制造温度计,主要利用了它的什么性质?
3.已知下列电对的标准电极电势。
ΦøHg2+/Hg22+=0.905V,ΦøHg22+/Hg=0.799,ΦøAg+/Ag=0.800V。
(1)试判断:
Ag与Hg(NO3)2溶液能否反应?
若能,则写出反应的离子方程式。
若不能,则说明理由;
(2)写出过量汞与稀硝酸反应的化学方程式。
4.重金属引起的污染中以汞的毒性最大。
在汞蒸气浓度为10-5kg/m3的空气中停留一两天人就会中毒,因此水银温度计车间必须采取措施防止汞中毒。
(1)万一不慎将汞撒落在工作台上或地面上,将如何处理,用方程式表示;
(2)室内有汞蒸气时应该通风以降低汞的浓度,通风口装在墙上部还是下部,为什么?
(3)液态汞的蒸气压与温度的关系式为lgp=a-b/Ta=7.08,b=3190,p的单位为kPa,打碎一根温度计会洒失0.5gHg,某温度计厂一车间空间为30m3,若在288K时不慎打破了一根水银温度计,试通过计算判断在该车间工作是否合会导致汞蒸汽中毒。
5.硫醇的英文名字也叫Mercaptan,来源于拉丁文(Mercuriumcaptans)是捕获汞的意思。
医学上常用硫醇类来解除汞中毒,常用一种叫巴尔()的作解毒剂。
(1)乙醇在常温下可以和水混溶,而乙硫醇在常温下的溶解度仅为1.5g,请解释。
(2)反应C2H5OH+NaOH→不能反应;C2H5SH+NaOH→C2H5SNa+H2O。
解释其原因。
(3)闻名世界的八大公害之一的【】,主要就是由重金属汞污染造成的。
海洋中的汞是通过生态系统的【】进入人体的。
人长期食用由于海水、湖水中含有汞离子而中毒的鱼,会吸入汞积聚体内,可引起中毒,其原因是Hg2+能使含有巯基的蛋白酶(酶(SH)2)失去活性,产生汞中毒,临床常用一种解毒剂,如二巯基丙醇(巴尔)可以解毒使蛋白酶恢复活性。
试用有关化学反应解释这种现象。
6.汞有一种化合物X,室温下是无气味、白色结晶粉末,不溶解于水,400~500℃时升华,光照能分解,常用做电极材料。
X俗名轻粉,可由水银、明矾、食盐等混合炼制,有攻毒杀虫消水肿之功效。
(1)写出X的化学式【】和电子式【】;
(2)写出制备X的化学方程式;
(3)从反应体系中分离出X的方法。
第八题(16分)
化学发展史上,有许多偶然事件引起科学发现的事例,碘的发现也得益于Courtoris对意外现象的注意。
碘是人类发现的第二个生物必需微量元素,它以碘化物形式存在于海水、海藻及人体甲状腺中。
人类缺碘会引起甲状腺肿大,我国已全面实施加碘盐方案。
1.单质碘的制备方法之一是在酸性条件下通Cl2于NaI溶液中,指出运用该法时应注意的问题?
分析其原因,写出有关反应方程式。
2.在100%硫酸中,I2可被HIO3氧化成I3+,写出配平的离子方程式。
3.为什么在日照强、温度高的海区,表层水碘浓度往往要低一些?
4.人体缺碘会影响正常的生命活动。
儿童缺碘会造成身体畸形,智力低下。
成年人缺碘会因新陈代谢能力降低而导致全身无力,提早出现衰老现象。
为提高人体素质,食物补碘已引起人们的重视。
据报道,人从食物中摄取碘后便在甲状腺中积存下来,通过一系列化学反应形成甲状腺素。
甲状腺素的结构:
(1)写出甲状腺素的化学式【】;
(2)在甲状腺内,甲状腺素的主要合成过程如下:
A(氨基酸)B甲状腺素+C(氨基酸)
请写出A、B、C的结构简式。
5.科研表明,人的一生只要能摄入一小茶匙的碘就能正常发育,健康生活。
目前预防缺碘的有效办法是食用含碘食盐。
目前国内食盐加碘加的主要是碘酸钾。
(1)写出工业上以KI为原料制备碘酸钾的化学方程式;
(2)如何用简易操作检验食盐是否加碘。
写出离子反应方程式。
6.已知反应H2+I22HI,分两步完成I22IH2+2I2HI
式中k,k1,k2,k3是分别为各反应相应的速率常数,若用Ea,E1,E2,E3分别表示各反应相应的活化能,请找出Ea和E1,E2,E3间的关系。
已知公式如下:
①对于反应aA+bB→eE+fF,反应速率为:
v=k[A]a[B]b
②速率常数与活化能之间满足阿仑尼乌斯公式:
k=Ae-Ea/RT
③对于反应I22I满足:
v正=v逆
第九题(10分)
由短周期的三种元素组成的固体无机化合物A和B,其摩尔质量均小于90g/mol。
将A和B以物质的量4︰1混合后引爆,恢复到标准状况下得到物质的量为6︰1的气体单质C、D和非气态化合物F;如果将物质的量为4︰1的A、B在一定条件下分别完全分解,全部得到气体单质(假设);所得气体混合后,存在C、D、E三种气体,且物质的量为3︰4︰7。
请推断出C、D、E的化学式及A、B的全部可能化学式。
参考答案
第一题(9分)
1.
(1)碳酸二乙酯(1分)
(2)COCl2+4NH3→NH2CONH2+2NH4Cl(1分)
(3)-CO-(1分)
(4)-NHCOCl-N=C=O(2分)
2.CCl4+H2SO4·SO3→COCl2+2ClSO3H(或HCl+SO3)(2分)
3.
(1)Cl3C-O--O-CCl3(1分)
(2)BTC常温下为极稳定的固体物质,便于贮运(1分),使用安全,无污染。
第二题(10分)
1.A为饱和食盐溶液,B为淡碱液或纯水,C为Cl2,D为H2(4分)
2.极间距减小,可降低电解电压而节省电能(1分)
3.为减少OH-向阳极的迁移量或减少副反应的发生,以保持较高的电流效率。
(1分)
4.Ca2+、Mg2+等金属离子与Na+一样,都可以通过离子膜到达阴极(1分),并与OH-形成难溶化合物,阻塞离子交换膜,从而影响膜性能的发挥(1分)。
5.①离子膜法生产与传统的隔膜法相比,无需再为电解碱液脱盐(尽量回收NaCl)浓缩(1分),经济效益高,生产效率高,产品烧碱纯且浓,能耗低、蒸汽省(1分)。
②隔膜法生产中,更因制作、使用石棉隔膜,必发生硅酸盐纤维(粉尘)污染环境的问题,有使部分操作工人患肺癌职业病的危险(1分)。
可见,以电化学科学原理为核心,通过为其所开发的离子膜法电解生产的跨学科高新技术,优化了资源、能源的利用,变污染环境的生产为“清洁生产”,更有其适应可持续发展需要的高社会效益。
(本题满分2分,答出3分中2分即可)
第三题(8分)
1.C12H20N2O4(2分)ClCH2COOH(1分)
X1:
X2:
(2分)
2.命名:
2,3-丁二胺四乙酸1,2-丁二胺四乙酸(1分)
异构体3种2种(2分)
第四题(9分)
1.Na3AlF6(2分)氟铝酸钠(1分)
2.正八面体(1分)
3.晶胞内含4个[Na3AlF6]单元Na3AIF6摩尔质量为210g/mol。
ρ==2.95g/cm3(2分)
4.电解炼铝的助熔剂(1分)
5.Na2SiF6(2分)
第五题(12分)
1.
(1)(2分)
(2)B(1分)
(3)C(1分)
(4)用活性炭脱色(1分)
2.
(1)(1分)
(2)“掩蔽”氨基后滴定羧基,防止氨基对羧基和NaOH中和反应的影响(1分)
(3)91.32%(2分)
3.取一定量的味精溶于水,加入过量标准AgNO3溶液(1分),以Fe3+为指示剂(1分),用标准KSCN溶液进行滴定(1分)。
第六题(7分)
1.C:
D:
E:
F:
(各1分)
2.a:
Fe+HCl(还原-NO2)b:
浓H2SO4(各1分)
3.吡啶用于吸收反应中产生的HCl(1分)
第七题(19分)
1.1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s2或[Kr]4f145d106s2(1分)
2.熔点低,沸点较高,呈现液态的温度区较宽,且主要在室温附近(1分)
汞的体膨胀系数较大,且随温度的变化较小(1分)
3.
(1)2Ag+2Hg2+=2Ag++Hg22+(1分)
(2)6Hg+8HNO3=3Hg2(NO3)2+2NO↑十4H2O(1分)
4.
(1)Hg+S=HgS(1分)
(2)下部汞蒸气比空气密度大(1分)
(3)8.38×10-6kg/m3不会导致中毒(2分,利用理想气体方程进行计算,Hg过量)
5.
(1)乙醇与水能形成氢键,而乙硫醇不能与水形成氢键(1分)
(2)强酸制弱酸原理.H2O的酸性比C2H5OH强,而C2H5SH的酸性比H2O强(1分,pKaH2O:
15.7C2H5SH:
10.6C2H5OH:
15.9)
(3)水俣病食物链(1分)
①Hg2+与酶(SH)2反应:
Hg2++→+2H+而中毒(1分)
②与反应而解毒:
+→+(1分)
①②反应合并只给1分,Hg配位数不要求
6.
(1)Hg2Cl2(1分)(1分)
(2)12Hg+12NaCl+4KAl(SO4)2+3O2=6Hg2Cl2+6Na2SO4+2K2SO4+2Al2O3(2分)
(3)升华(1分)
第八题(16分)
1.该法应注意控制Cl2用量,防止Cl2过量,否则过量Cl2会氧化I2,发生如下反应;I2+5Cl2+6H2O=2IO3-+10Cl-+12H+(2分)
2.HIO3+7I2+5H2SO4=5I3++3H2O+5HSO4-(1分)
3.海水中,I-在阳光紫外线的照射下,按下式反应,生成I2并蒸发到空气中(1分)
I-+1/2O2+H2O=I2+2OH-(1分)
4.
(1)C15H11NO4I4(1分)
(2)A:
;B:
;C:
(3分)
5.
(1)KI+3H2OKIO3+3H2↑(1分)
(2)酸化的碘化钾和淀粉溶液检验(1分)5I-+IO3-+6H+=3I2+3H2O(1分)
6.利用阿仑尼乌斯公式
H2+I22HIvHI=k[H2][I2]……①k=Ae-Ea’/RT……②
I22Ik1=A1e-E1/RTk2=A2e-E2/RT
H2+2I2HIk3=A3e-E3/RT又:
vHI=k3[H2][I]2……③(1分)
由已知k1/k2=[I]2/[I2]=[I]2[H2]/[I2][H2]
代入③vHI=(k1/k2)k3[H2][I2]……④(1分)
对比①和④可知
k=(k1/k2)k3=(A1e-E1/RT/A2e-E2/RT)=A3e-E3/RT=(A1A3/A2)e-(E1-E2+E3)/RT……⑤(1分)
对比⑤和②,可得Ea’=E1-E2+E3(1分)
第九题(10分)
混合反应得到C︰D=6︰1;分别反应得到C︰D︰E=6︰8︰14,说明混合时D与E以物质的量7︰14发生了反应,生成了非气态物质F,则D和E可能是O2和H2(1分)
短周期单质气体除H2、O2(O3)外还有N2、F2、Cl2,因为要组成固体化合物,另一种元素可能是N,且均存在A、B中。
C为N2(1分)
从C︰D︰E=3︰4︰7可知,混合物平均组成为N3xH7xO4x(113xg/mol),摩尔质量应小于450g/mol,x=1,2或3。
(1分)
①x=1时,N3H7O4,不可能;
②x=2时,N6H14O8(226g/mol),A可能NH0\1\2\3O0\1\2,且A摩尔质量应大于(226-90)/4=34,A只可能NHyO2,可能HNO2或NH(OH)2,此时B为N2H10(不可能存在这样的化合物)、N2H2(不可能是固体);(1分)
③x=3时,N9H21O12(339g/mol),A可能N1\2H0\1\2\3\4\5O0\1\2\3,且A摩尔质量应大于(339-90)/4=62.25,A可能为NHyO3或N2HyO2\3,即A可能NH4O3(臭氧化铵)、NH4NO3、NH4NO2,此时B分别为N5H5、NH5、NH5O4,即N2H5N3、NH4H、(NH5O4不存在合理结构)。
C:
N2;D:
O2;E:
H2;(各1分)
A、B:
NH4NO3(1分)、NH4H(1分)或NH4O3、N2H5N3(1分)
9
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