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高中化学竞赛初赛试卷(15)


高中化学竞赛初赛试卷(16)
(时间:3 小时
题 号 满 分
H 1.008 Li 6.941 Na 22.99 K 39.10 Rb 85.47 Cs 132.9 Fr [223]

满分:100 分)
6 10 7 8 8 10 9 14 10 15 11 6 12 11
He 4.003 Ne 20.1

8 Ar 39.95 Kr 83.80 Xe 131.3 Rn [222]

1 2

2 6

3 6

4 5

5 7

相对原子质量
Be 9.012 Mg 24.31 Ca 40.08 Sr 87.62 Ba 137.3 Ra [226] La 系 B 10.81 Al 26.98 Ga 69.72 In 114.8 Tl 204.4 C 12.01 Si 28.09 Ge 72.61 Sn 118.7 Pb 207.2 N 14.01 P 30.97 As 74.92 Sb 121.8 Bi 209.0 O 16.00 S 32.07 Se 78.96 Te 127.6 Po [210] F 19.00 Cl 35.45 Br 79.90 I 126.9 At [210]

Sc Ti V Cr Mn Fe Co 44.96 47.88 50.94 52.00 54.94 55.85 58.93 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh 88.91 91.22 92.91 95.94 [98] 101.1 102.9 La- Hf Ta W Re Os Ir Lu 178.5 180.9 183.8 186.2 190.2 192.2 Ac- Rf Db Sg Bh Hs Mt La

Ni 58.69 Pd 106.4 Pt 195.1 Ds

Cu 63.55 Ag 107.9 Au 197.0

Zn 65.39 Cd 112.4 Hg 200.6

La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Tb Lu 138.9 140.1 140.9 144.2 144.9 150.4 152.0 157.3 158.9 162.5 164.9 167.3 168.9 173.0 175.0

第一题(2 分) 在正确选项上画圈 1、下列物质处于气态时,移走一个电子所需能量最小的是 A Na B Na+ C Na2+ D Na3+ 2、下列分子中 Cl 的活泼性最大的是 A C6H5Cl B C6H5CH2Cl C (C6H5)2CHCl D (C6H5)3CCl

第二题(6 分) 某蛋白质水解得一溶于水的固体化合物 A,A 在电场中因 pH 不同分别移向阴极和阳 极。A 无旋光性,加热得一固体化合物 B,其摩尔质量为 114g/mol。 写出 A、B 的结构简式。

第三题(6 分) 高氯酸铵(AP)作为一种优良的的固体推进剂被用于导弹和火箭发射上,下面新型制 备高纯 AP 的工艺是电解高纯次氯酸得到高纯高氯酸,再与高纯氨进行喷雾反应制成。 1.写出这种方法制高氯酸的电极反应和总反应方程式;

2.如果以 100A 电流通电于次氯酸溶液 20.0h,反应放出 40.0g H2,同时可得高氯酸 多少克 ;该过程电流效率
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第四题(5 分) 氰尿酸 (如右图) 和 NaOH 溶液作用后生成物质 A, 在干燥的 N, HO OH N N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中,90.95℃下使 A 与五溴苄基溴反 应 20h 以上合成了一种三取代对称三嗪衍生物 B,元素分析知 B 的 N N - 化学式为 C24H6O3Br15,红外光谱中有强烈的羰基(1709cm 1)吸收。 OH 1.画出物质 B 的结构简式 2.通过热重分析,发现 B 的热稳定性很好,所以 B 可以用于生活中什么用途? 3.B 属于有机物中的什么种类?

第五题(7 分) 碳酸二苯酯(简称 DPC)是一种重要的有机碳酸酯,主要用于塑料工业,制造聚碳酸酯 和对羟基苯甲酸甲酯、单异氰酸酯、二异氰酸酯和制备塑料增塑剂,还可用作溶剂和载热 体 DPC 低毒无污染,是一种重要的环保化工产品。生产碳酸二苯酯的传统方法也是光气 法,随着对环保要求的增加,70 年代以来国内外相继开展了非光气法合成 DPC 的新工艺 研究。 1.碳酸二苯酯可以采用两种有机物 A 和 B 反应生成,(A 分子中有苯环),同时还 有副产物甲醇,请写出该反应的化学方程式。这种反应在有机化学上称作 。 2.其实 A 和 B 直接反应合成 DPC 在热力学是不利的,其实该反应机理分两步进行: 首先 1 分子 A 和 1 分子 B 按照同样的反应类型生成 C,然后两分子 C 反应生成 DPC。请 写出机理反应式。 3.另外一种合成 DPC 的方法是用 A 和两种无机小分子在催化剂作用下反应生成,反 应物物质的量之比为 4︰2︰1,那么另外两种小分子分别是 。

第六题(10 分) 四烃基二锡氧烷类化合物在酯化、酯交换、氨基甲酸酯的合成及羰基缩合等反应中有 良好的催化活性,而且与多数金属有机化合物不同,它具有对空气水分不敏感与结构稳定 的特点,是一种性能稳定的中性催化剂。有一种采用微波辐射促进合成的方法。合成方法 如下: Sn+RMgCl→A A+SnCl4→2B B+H2O→C+2D C+E→ClR2SnOSnR'2Cl(二氯代四烃基二锡氧烷) 1.请分别写出 A、B、C、D、E 的化学式 2.只用 R’MgX 这一种有机物合成(无机物任选)的四烃基二锡氧烷类化合物,在空 间上是由二锡氧烷单体形成的二聚层状结构,并且有两个 Y 原子(或原子团)作 Sn 之间 的桥键,内环与外环上有两种五配位的锡原子。请画出这种化合物的结构简式:

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第七题(8 分) 在二阶非线性光学材料的探索中,除了 倍频性能方面的要求外,人们一直希望能够 找到一种生长条件温和,并且容易得到大尺 寸单晶的倍频晶体。 A· 2H2O (Ln=Pr, Nd, 简称 KLnN,N 是一种原子团)容易生长出 大尺寸晶体,是一类有应用前景的可产生蓝 绿光的倍频转换材料。 1. KLnN (Ln=Pr, Nd) 是水溶性晶体。 原苏联化学工作者在 6N 的酸性条件下,未 得到 KPrN 的单晶。本文采用在水溶液中蒸 发溶剂的方法,控制溶液的 pH 为 1~2,恒 温在 40℃进行晶体生长。在该合成反应中, 请选择最简单的无机试剂合成 KLnN) ,写出反应方程式。

2. KPrN 和 KNdN 均属正交晶系, KPrN 的晶胞参数为: a=2.1411nm, b=1.12210nm, 3 c=1.2208nm;已知晶体密度 do=1.920g/cm ,那么一个晶胞中约有 个 KPrN“分子” ; 3.图给出了 KPrN 的立体结构图。Pr 原子的配位多面体是一个略带扭曲的 面体。 第八题(10 分) 在氨氧化制硝酸的过程中,先将氨氧化为 NO,NO 在常压下温度低于 150℃时,几乎 100%氧化成 NO2。NO2 在低温时,容易聚合成 N2O4,2NO2 N2O4,此反应且能很快 建立平衡,在 140℃左右,气体完全由 NO2 组成。NO 与 NO2 可发生下列可逆反应:NO +NO2 N2O3,N2O3 很不稳定,在液体和蒸气中大部分离解为 NO 和 NO2,所以在 NO 氧化为 NO2 过程中,含 N2O3 只有很少一部分。亚硝酸只有在温度低于 0℃和浓度很小时 才稳定。试问: 1.在 NO 的氧化过程中,可能有哪些气体产生? 2.写出题 1 所产生的气体与水的反应式。 3.写出 75℃时用水吸收题 1 所产生的气体来制取硝酸的总反应式。 4.当 NO 通过三次氧化三次吸收(假设每次氧化和吸收率均为 100%) ,求 NO 转化 为 HNO3 的转化率。 5.对于反应:2NO2(g) N2O4(g),若开始时,NO2 的压力为 P,密度为 do,维持 压力 P 和温度不变, 使其达到平衡, 测得混合气体的密度为 d, 求该反应在此温度下的 Kp。

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第九题(14 分) 含硼化合物在现代无机盐工业中是具有极重要位置和意义的精细化工产品。 1.带 4 个结晶水的含硼的盐 A 作为衣物洗涤,几乎是标准的漂白剂,制备方法是: 带 10 个结晶水的含硼的盐 B,阴离子是由两个 BO3 原子团和 2 个 BO4 原子团通过共用角 顶氧原子联结而成,将加入到 30%的 NaOH 溶液中,再向制得的 C 溶液中缓慢地加入 3% 的过氧化氢水溶液,反应析出的晶体只有 A 一种主产物,物质的量约为 B 的 4 倍。 (1)画出 B 的阴离子的结构式; (2)写出该反应的化学方程式; (3) 制备 A 亦可采用较为便宜的纯碱代替氢氧化钠, 即向 5%的过氧化氢溶液中加入 理论量的 B 及纯碱,写出该反应的化学方程式。 2.D 作为一种含硼的离子型化合物,与众不同的是在碱性水溶液中和冷水中是十分 稳定的;而在酸性水溶液中,或热水中,或有金属催化剂存在下,则十分迅速地完全水解 而放出氢气。完整的 D 生产过程包括:氢化、酯化、缩合及后处理等工序。氢化过程是两 种单质之间的化合反应,酯化过程是一种一元弱酸参加的化学反应,前两个过程中的主要 产物充分搅拌混合, 在一定温度和适当压力下进行反应生成 D, 同时还有副产物 E 的生成。 后处理过程首先将上述体系中加水,将矿物油从水层中分离出来。在水层中,E 极易水解, 再通过对水溶液进行蒸馏,即可分离出甲醇,且可以作为原料循环使用。D 还可以用不含 结晶水的 B 和二氧化硅及两种单质混合熔融产生。 (1)请写出上面两种方法的化学反应方程式。 (2)上述工业化生产方法成本都比较高,国外近来开发了电解法制 D 的新工艺,该 法是在中间具有一个离子选择性隔膜的电解槽内进行,原料主要采用偏硼酸盐的水溶液, 阴极室产生了 D 的阴离子。请写出阴极反应式和总反应式。

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第十题(15 分) 在元素周期表中,位于 Mn 之下的是锝(Tc)和铼(Re) 。 1.锝在自然界不存在,是用人工方法制备的第一个元素,锝的希腊文的原意是“人 工制造”的意思。1937 年美国加利福尼亚洲立大学的意大利教授 B. Segere 和 C. Perrier, 用能量约 500 万电子伏特的氘核轰击质量数为 96 的 Mo 而制得。请写出核反应方程式。 2.铼是 1925 年由 W.Noddack 等人发现的,并以莱茵河的名字给它取名为铼。已知高 铼酸的氧化性比高锰酸弱的多。铼是以 Re2O7 存在于烟道灰中,它的制备反应如下: H2 Re2O7+H2O ? Re ?? X ?KCl ?? Y ??? 其中第二步反应是复分解反应;请写出各步反应的化学方程式: 3.可是上面的方法制得的铼纯度不高,所以改用以下方法:将上面所得的 Y 酸化, 再通入足量硫化氢气体,只有两种产物生成,两产物组成元素都不相同。其中一种 Z 可溶 于过氧化氢的氨溶液中生成含氧酸盐,用氢气还原即得 99.98%的铼。请写出 Z 的化学式 为;并由 Z 完成制得 Re 的两个化学方程式: 4.在乙二胺水溶液中,用金属钾与 KReO4 反应可得到无色化合物 M,已知该化合物 含 K 28.59%,含 Re 68.09%,写出 M 的化学式;制备 M 的化学方程式;你认为 M 是顺磁 性还是抗磁性的,为什么?在 M 的阴离子结构中,Re 处于中心位置,另一原子 L 与之配 位,L 有两种不同的位置,其比例关系为 1︰2,试画出该阴离子的草图。核磁共振实验结 果却只显示了一种 L 粒子的信号,试简要解释原因。

第十一题(6 分) + + 已知某金属 M 浸入 Mn 溶液中,其电极电势 E 与[Mn ]有如下关系(能斯特方程) : (式中 E ? 为某一常数) 现设计如下实验:在两个烧杯中分别注入相同的混合溶液,即由 50.0mL 0.0100mol/L AgNO3 和 50.0mL 0.100mol/L NH4NO3 组成的混合溶液。将两根银电极用铜线相连,分别 浸入到上述两烧杯的混合溶液中;两根相同的参比电极(电极电势为定值)通过电位计相 连,也分别浸入到上述混合溶液中。现往其中一个烧杯中逐渐加入 50.0mL 0.100mol/L 的 氨水,生成[Ag(NH3)2]+。由电位计测得两参比电极间电势差为 0.254 伏特。 据此求[Ag(NH3)2]+的解离常数。

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第十二题(11 分) 长期以来人们一直认为金刚石是最硬的物质,但这种神话现在正在被打破。1990 年美 国伯克利大学的 A. Y. Liu 和 M. L. Cohen 在国际著名期刊上发表论文,在理论上预言了一 种自然界并不存在的物质?-C3N4,理论计算表明,这种 C3N4 物质比金刚石的硬度还大, 不仅如此, 这种物质还可用作蓝紫激光材料, 并有可能是一种性能优异的非线性光学材料。 这篇论文发表以后, 在世界科学领域引起了很大的轰动, 并引发了材料界争相合成?-C3N4 C N 的热潮,虽然大块的?- 3 4 晶体至今尚未合成出来,但含有?-C3N4 晶粒的薄膜材料已 经制备成功并验证了理论预测的正确性,这比材料本身更具重大意义。其晶体结构见图 1 和图 2。

○为 N 原子 ●为 C 原子 图 1 ?-C3N4 在 a-b 平面上的晶体结构 图 2 ?-C3N4 的晶胞结构 1.请分析 ?-C3N4 晶体中,C 原子和 N 原子的杂化类型以及它们在晶体中的成键情 况; 2.请在图 1 中画出 ?-C3N4 的一个结构基元,并指出该结构基元的组成; 3.实验测试表明,?-C3N4 晶体属于六方晶系,晶胞结构见图 2(图示原子都包含在 晶胞内),晶胞参数 a = 0.64nm , c = 0.24nm, 请计算其晶体密度,并与金刚石的密度 3 (3.51g/cm )比较,说明什么问题? 4.试简要分析 ?-C3N4 比金刚石硬度大的原因。

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参考答案
第一题(2 分) 1、A 2、D 第二题(6 分) A:H2N-CH2-COOH B: 第三题(6 分) + - 1.阴极:2H +2e →H2↑(1 分) - - + 阳极:HClO+3H2O-6e →ClO4 +7H (1 分) 总反应式:HClO+3H2O ??? ? HClO4+6H2↑(1 分) 2.670g(1 分) ;53.6%(2 分) 第四题(5 分)
通电

(各 2 分)

1.

(3 分)

2.阻燃剂(1 分) 3.酯(1 分) 第五题(7 分) 1. 酯交换反应(1 分) 2. (1 分) (2 分)

(1 分) 3、CO 和 O2(2 分) 第六题(10 分) 1.A:R4Sn(1.5 分)、B:R2SnCl2(1.5 分)、 C:R2SnO(1.5 分)、HCl(1 分)、R'2SnCl2(1.5 分)

2.

(3 分)

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第七题(8 分) 1.2H2O+2KNO3+Ln(NO3)3→K2Ln(NO3)5· 2H2O(Ln=Pr,Nd) (3 分) 2.Z=6(3 分) 3.二十面体(2 分) 第八题(10 分) 1.NO2,N2O4,N2O3(2 分) 2.2NO2+H2O=HNO3+HNO2 N2O4+H2O=HNO3+HNO2 N2O3+H2O=2HNO2 3HNO2=HNO3+2NO+H2O(各 0.5 分) 3.3NO2+H2O=2HNO3+NO(1 分) 4.每次氧化、吸收后剩余 1/3 的 NO,则三次后 NO 为 1/27, a=(1-1/27)×100%=96.3%(2 分) 5.设开始时 NO2 为 n0 摩,平衡时 N2O4 为 x 摩,则平衡时 NO2,为(n0-2x)摩,混合 气体为(n0-x)摩

设开始时体积为 V0,平衡时为 V,则恒温恒压下:

由(4)式,有

将(4) , (5) , (6)式代入(1)式,有

(3 分)

第九题(14 分)

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1. (1)

(3 分)

(2)Na2B4O7· 10H2O+2NaOH+4H2O2+3H2O→4(NaBO3· 4H2O)(2 分) (3)Na2B4O7· 10H2O+2Na2CO3+4H2O2+3H2O→4(NaBO3· 4H2O)+2NaHCO3 (2 分) 2. (1)2Na+H2→2NaH 3CH3OH+H3BO3→B(OCH3)3+3H2O 4NaH+B(OCH3)3→NaBH4+3NaOCH3 CH3ONa+H2O CH3OH+NaOH Na2B4O7+7SiO2+16Na+8H2→4NaBH4+7Na2SiO3(各 1 分) (2)NaBO2+2H2O ??? ? NaBH4+2O2↑(2 分) 第十题(15 分)
通电

1 2 1. 96 Mo+ 1 H→ 97 43 Tc+ 0 n(2 分) 42

2.Re2O7+H2O→2HReO4 HReO4+KCl→KReO4+HCl 2KReO4+7H2→2Re+2KOH+6H2O(各 1 分) 3.R2S7(1 分) Re2S7+28H2O2+16NH3·H2O→7(NH4)2SO4+2NH4ReO4+36H2O(1.5 分) 2NH4ReO4+7H2→2Re+2NH3+8H2O(1.5 分) 4.K2ReH9(1 分) 18K+KReO4+13H2O=K2ReH9+17KOH(1 分) 抗磁性(1 分) 因为 Re 化合价+7,所有电子参与成键(1 分)

(1 分)

氢的各个位置之间有迅速的交换作用(1 分) 第十一题(6 分) - - K=5.38×10 8mol·L 1(解答略) 第十二题(11 分)
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1.?-C3N4 晶体中,C 原子采取 sp3 杂化,N 原子采取 sp2 杂化;1 个 C 原子与 4 个处 1 个 N 原子与 3 个 C 原子在一个近似的平面上以共价 于四面体顶点的 N 原子形成共价键, 键连接。 (3 分)

2.

(2 分)

3.从上图可以看出,1 个 ?-C3N4 晶胞包括 6 个 C 原子和 8 个 N 原子,晶体密度为

??

12 ? 6 ? 14 ? 8 ? 3.6 g ? cm?3 (3 分) ?7 2 ? ?7 6.02 ? 10 ? [(0.64 ? 10 ) ? sin 60 ? 0.24 ? 10
23

4.?-C3N4 比金刚石硬度大,主要因为:①在 ?-C3N4 晶体中 C 原子采取 sp3 杂化, N 原子采取 sp2 杂化,C 原子和 N 原子间形成很强的共价键;②C 原子和 N 原子间通过共 价键形成网状结构;③密度计算结果显示,?-C3N4 的密度大于金刚石,即 ?-C3N4 晶体 中原子采取更紧密的堆积方式,说明原子间的共价键长很短而有很强键合力。(3 分)

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