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2008年省化学竞赛初赛试题及答案


2008 年福建省高中学生化学竞赛预赛试题

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2008 年福建省高中学生化学竞赛预赛试题
(2008 年 5 月 18 日 8:30—11:30 共计 3 小时) 题号 得分 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分

一. (10分)填空 1.教科书中将铝酸盐表面描述为强 Br?nsted 酸,而硅胶则是非常弱的酸。SiO2 晶格中有 了 Al3+后酸性加强的原因 。

2.已知有两种形式的氮化硼,常见的一种是滑的灰色的物质,第二种是在高压下合成的, 是已知最硬的物质之一。在 300℃以下,两者皆保持固体状态,这两种构型的氮化硼分别 类似于 和 。

3.已知某黄色固体是一种主族元素的简单化合物,它不溶于热水而溶于热的稀盐酸,生 成一种橙红色溶液。当这一溶液冷却时,有一种白色晶态沉淀物析出。加热溶液时,白色 沉淀物又溶解,这个化合物是 4.酸化某溶液得 S 和 H2SO3,则原溶液中可能含哪些含硫化合物 。 二. (10分)绿色化学法制备天青石有效地克服了传统生产方法中转化率较低、三废污染 严重、能耗高、生产复杂等种种弊端。制备的碳酸锶产品化学纯度平均达到99. 5%,并且 可制备质量较高的工业副产品硫酸铵,从而大大降低了生产成本。我国鄂东某地的天青石, 其中有效成分的平均质量分数为80% ,同时含有少量的Ba, Ca, Mg, SiO2 , Fe2O3 , FeO 等杂 质。天青石可以同NH4HCO3 溶液在一定的条件下发生化学反应,而生成含有某些杂质的 SrCO3 粗级产品。在上述反应过程中,添加适量的NH4Cl作为催化剂,可以使反应速度明显 加快。将分离出(NH4)2SO4溶液后的沉淀物用HCl溶解,以制取含有可溶性SrCl2及某些杂质 的锶盐溶经净化除去其中的Ba2 + , Ca2 +等杂质后,即可制成纯度较高的SrCl2溶液。此时向 其中加入经过净化的碳酸氢铵溶液,经反应生成纯净的碳酸锶沉淀,沉淀物碳酸锶经脱水、 洗涤、干燥、粉碎,得到高纯碳酸锶产品。 (已知Ksp(SrSO4) = 3. 2 × 10- 7 , Ksp(SrCO3) = 1. 1 × 10- 10 。) 1.试简要说明该绿色反应的原理并写出主要反应的方程式。 2.添加适量的 NH4Cl 作为催化剂的原因何在? 。

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三. (10 分)碳的化合物十分常见,回答下列几个问题: 1.在温热气候条件下的浅海地区往往发现有厚层的石灰岩沉积,而在深海地区却很少 见到,说明为什么? 2.CO2 中形成大∏键情况,并画出 CO2 的结构式。 3.已知从手册中查出的H2CO3的Ka1= 4.45×10 ,该数据是H2CO3的表观解离常数,在溶 液中实际仅有0.166%的CO2转化为H2CO3,求算H2CO3 真实的第一步解离常数。
-7

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四. (10 分) 1.某中学生取纯净的 Na2SO3? 7H2O 50.00 g,经 600℃以上的强热至恒重,分析及计算 表明,恒重后的样品质量相当于无水亚硫酸钠的计算值,而且各元素的组成也符合计 算值,但将它溶于水,却发现溶液的碱性大大高于期望值。你认为是什么原因?(请 用化学方程式表达) ; 2.如何用简单的实验验证你的想法。 (请用化学方程式表达) ; 3.亚硫酸盐和硫酸盐都常用于造纸业制浆,亚硫酸盐浆较白, 返黄现象较轻, 为什么? 4.纸浆多要经过漂白粉液漂白,其温度要控制在 35-38℃,不能超过 40℃,为什么? 5.若纸浆白度已达到,残氯尚高,必须终止漂白作用,一般加什么化合物?并写出化 学反应。

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五. (10 分)试写出 COCl2 的路易斯(Lewis)结构;用(VSEPR)价电子对互斥理论预 测 COCl2 的几何构型;用(VB)价键法说明分子成键的过程,并讨论分子中键的性质, 预测并说明∠ClCO 及∠ClCCl 大小。

六. (10 分)为解决能源危机,有人提出用 CaCO3 制取 C2H2 作燃料。具体反应为:
Δ (1) CaCO3 (s) ?? ?CaO(s)+CO2 (g)

(2) CaO(s)+3C(s) ?? ? CaC2 (s)+CO(g)
Δ

(3) CaC2 (s)+H2O(l) ??? ?CaO(s)+C2H2 (g)
298 K

1. 制备 1 mol C2H2(g)需多少 C(s),这些炭燃烧可放热多少? 2. 若 1 mol C2H2 完全燃烧可放出热量 1298 kJ,则将 C2H2(g)作为燃料是否合算? 3. 上述三个反应的熵变是大于零还是小于零?为什么反应(1)和(2)需要高温,而 反应(3)只需常温? 已知有关物质的Δ fH m (298 K)/kJ· mol-1 为: CaC2(s) :-60, CO2(g) :-393, H2O(l) :-285, C2H2(g) : 227, CaO(s) :-635, CaCO3(s) :-1207, CO(g) :-111
$

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七. (10 分) 某一元有机弱酸 HA 1.000g, 溶于适量水后, 用仪器法确定终点, 以 0.1100 mol/L NaOH 滴定至化学计量点时, 消耗 24.60ml.当加入 NaOH 溶液 11.00ml 时, 该溶液的 pH=4.80. 计算该弱酸 HA 的 pKa 值。

八. (5 分)有机分子中不饱和键(双键或叁键)与单键相互交替排列的体系称为?-?共 轭体系,这种共轭体系吸收光的波长在紫外光区,可用于定性或定量分析。化合物 A 是 一种作用于中枢神经系统的药物,A 在硫酸存在下加热得到互为异构且都在紫外光区有 吸收的两个化合物 B 和 C,分子式都是 C7H7Cl。

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CH2CH3 HO C C CH H C C Cl H A
1. 请画出 B 和 C 的结构式并指出 B 和 C 属于哪种异构体; 2. 用系统命名法命名化合物 A; 3. 化合物 A 是否存在旋光异构体(对映异构体)?

九. (12 分)苯是重要的有机化工原料,由苯可以制得多种有机化合物。下面所列的是 由苯制备一部分有机化合物的反应:

O (CH3)2CHCH2CCl AlCl3 A

HNO3 H2SO4 Zn-Hg HCl E

B C

D KMnO4, ? Br2, Fe F

Br2 hv

CH3ONa E

G HBr I

(CH3)3COK H ? NH3 J (过量)

1. 写出上述反应中的主要有机产物化合物 A-J 的结构式; 2. 上述反应中,C→D,C→E,C→F,E→G,E→H,H→I 分别属于什么反应类型(取 代反应、加成反应、消去反应、氧化反应)? 3. 实验室采用上述方法在制备化合物 A 的反应过程中,不断有氯化氢气体产生逸出,为 避免污染空气,应如何处理?请写出处理氯化氢所需的实验装置和试剂名称。

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十. (13 分)抗高血压药物维普罗斯托(Viprostol)中间体化合物 5 的合成方法如下:

A CHO 1 C HO 4
1. 请写出上述合成路线中空格 A-C 所需的试剂;

B 2 OH K2CO3 CH3OH CH2 C CSi(CH3)3 HO 5 CH2 C CH 3 O

2. 化合物 1 可由乙烯、丙烯经下列步骤合成,请写出化合物 6-8 的结构式和空格 D-G 所需的试剂。

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CH2 CH2 CH2 CHCH3

D

化合物 6 E F (1) 化合物 6 (2) H3O+

化合物 7 G

化合物 8

OH

1

CHO

3. 化合物 1 还可由 1-戊炔经下列两种方法转化而得: (1)1-戊炔先与试剂 J 反应后再用 试剂 K 处理,得到化合物 1; (2)1-戊炔先与试剂 L 反应得化合物 9,再用稀酸水溶 液处理得化合物 1。请写出 J,K,L 所代表的试剂并用系统命名法命名化合物 9。

H CH3CH2CH2 C C

OCH2CH3 H

化合物 9

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2008 年福建省高中学生化学竞赛预赛试题答案及评分标准
一.填空(10 分) 1.(1) Al3+代替 Si4+后多了用以平衡电荷的一个额外质子(2 分) 2.石墨和金刚石。 (2 分) 3.铬酸铅。 (2 分) 4. (4 分)有几种可能: (1) 含 S2 O 3
2? ? S2 O 2 3 + 2H+ ? SO 2 3 +2S
2-

? (2) 含 S2-和 SO 2 3 ? (3) 含 S2-和 S2 O 2 3

= H SO + S + 6H = 3S +3H O
2 3 + 2

n(

? SO 2 3

) / n (S2-) > 1/2

2? n ( S2 O 2 3 ) / n (S ) > 1/2

二. (10 分) 1.根据溶度积原理(2分),该反应可以发生, 反应方程式为 SrSO4 + 2NH4HCO3 = SrCO3 ↓ + (NH4 ) 2 SO4 +CO2 ↑ +H2O,(2分) SrCO3 + 2HCl = SrCl2 +H2O + CO2 ↑ (2 分) SrCl2 + 2NH4HCO3 = SrCO3 ↓ + 2NH4Cl +H2O +CO2 ↑ (2 分) 2.在催化剂的作用下反应方程式为: (2分) SrCO3 + 2NH4Cl = SrCl2 + (NH4 ) 2CO3 SrCl2 + 2NH4HCO3 = SrCO3 ↓ + 2NH4Cl + CO2 ↑ +H2O 三. (10 分) 1.石灰岩的形成是 CaCO3 的沉积结果,海水中溶解一定量的 CO2,因此 CaCO3 与 CO2, H2O 之间存在着下列平衡: CaCO3(s) + CO2(g) + H2O Ca(HCO3)3(aq) (1 分) 海水中 CO2 的溶解度随温度的升高而减小,随压力的增大而增大,在浅海地区,海水 底层压力较小,同时水温比较高,因而 CO2 的浓度较小,根据平衡移动的原理,上述平衡 向生成 CaCO3 方向移动,因而在浅海地区有较多的 CaCO3 沉淀。 (2 分) 深海地区情况恰相反,故深海底层沉积的 CaCO3 很少。 (1 分) 2.两个∏34(1 分)

(1 分)
3.设:碳酸真实的第一步解离常数为 Ka1′ -7 Ka1= [H+][HCO3-] / [ H2CO3+ CO2] = 4.45×10 (2 分) 据题意: [ CO2] / [H2CO3] = 601 -7 真实的 Ka1′= [H+][HCO3-] / [ H2CO3] = 602 ×4.45×10 = 2.68× 10-4 (2 分) 四. (10 分) 1.4Na2SO3=3Na2SO4+Na2S,由于 Na2S 的碱性较强。 (2 分) 2.将加热过的产物溶于水,检验溶液中是否含有 SO4 2 、S2
- - - -

SO42 离子的检出:SO42 +Ba2+=BaSO4 ↓ 不溶于盐酸。 (1 分)

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S 离子的检出: (1 分) 方法 1: 加沉淀剂:S2 + Pb2+=PbS↓ (黑) 其他特征沉淀剂也可得分。


2-

方法 2: 醋酸铅试纸变黑 方法 3:加盐酸 S2 +2H+=H2S↓(可闻到硫化氢特殊气味)


3.

因为亚硫酸盐浆液以亚硫酸和酸性亚硫酸盐的混合液为蒸煮剂,在蒸煮过程中会产生 SO2,与有机色素结合为无色化合物。 (2 分)

4.

3Ca(ClO)2=Ca(ClO3)2 + 2CaCl2 (1 分) ClO-的歧化速率与温度有关, 温度愈高, 歧化越快, 温度高漂白液分解, 氯耗增加, 所以温度不能高。 (1 分)

5.

加 Na2S2O3 (1 分) 2Ca(ClO)2 + Na2S2O3 + H2O = 2CaCl2 + Na2SO4 + H2SO4 (1 分)

五. (10 分)

1、

成键电子对数:4 (1 分)未成键电子对数:8 (1 分)

2、三角形(1 分) 3、VB 法 ⑴中心原子 C 采用 SP2 杂化(1 分)⑵形成σ 键(1 分) ⑶形成π 键(1 分) C 2S22P2
2

(SP2)1 (SP2)1 (SP2)1 (2Pz)1 σ 3Py23Pz23Px1 σ σ π

Cl 3S

Cl 3S23Py23Pz2 3Px1 2S22Py2 2Px1 2Pz1

O

4、成键:3 个σ (1 分) 1 个π (1 分) 5、由于电子排斥作用,C=O>C-Cl(1 分) 6、预测∠ClCO>∠ClCCl,即∠ClCO>120o,而∠ClCCl<120o (1 分) 六(10 分) 本题印刷时漏印下列已知条件:

已知有关物质的Δ fH $ mol-1 为: m (298 K)/kJ· CaC2(s) :-60, CaO(s) :-635, CO2(g) :-393, H2O(l) :-285, C2H2(g) : 227, CaCO3(s) :-1207, CO(g) :-111
(1 分) (1 分)

1. 制取 1 mol C2H2(g)需 3 mol C(s)(36 g ) 反应 3C(g)+3O2(g) →3CO2(g)

2008 年福建省高中学生化学竞赛预赛试题

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Δ rH $ (298 K,(4))=-1179 kJ 2. 虽然燃烧 1 mol C2H2(g)放热多于燃烧 3 mol C(s)。但反应 (1)Δ rH $ (298 K,(1))=179 kJ (2)Δ rH $ (298 K,(2))=464 kJ (3)Δ rH $ (298 K,(3))=-63kJ

(1 分)

即制取 1 mol 乙炔还需消耗(179+464)kJ 热量,且有 63kJ 热量散失,不能完全利用。故若 单纯作为燃料并不合算。 3. 三个反应的熵变均大于零。 反应(1)和(2)是吸热反应,因此高温有利于反应。 反应(3)是放热反应,因此常温有利于反应。 七. (10 分)HA 的总量为: 0.1100?24.60=2.706(m mol) (1 分) (1 分) (1 分) (1 分)

当滴入 NaOH 溶液 11.00ml 时已知 pH=4.80, 即溶液中 A- 的量为: 0.1100?11.00=1.210(m mol) 则 HA 的量为: 0.1100?24.60-0.1100?11.00=1.496(m mol) (2 分) (2 分) (4 分) (2 分)
CH3 H CH B, C Cl

1.210 1.496 ? pKa=4.80+0.09=4.89

4.80=pKa+ lg

八.(5 分)
H C H Cl C C C H (1分) CH3 C C C C C H (1分) H

C CH

4. 本小题 3 分

B 和 C 属于 Z,E 异构体(或答:属于顺反异构体) (1 分) 5. 本小题 1 分,凡与本答案有异者均不给分。 (E)-3-乙基-1-氯-1-戊烯-4-炔-3-醇 6. 本小题 1 分。是 或答:存在旋光异构体(对映异构体) 九. (12 分)1.本小题 8 分,见下页 2. C→D 氧化反应,C→E 取代反应,C→F 取代反应,E→G 取代反应,E→H 消去反应, H→I 加成反应(本小题 3 分,每个反应 0.5 分。 ) 3.用气体吸收装置处理氯化氢(0.5 分) 。 (只要答出“气体吸收装置”即给分) ; 所需试剂:氢氧化钠(或氢氧化钾,用分子式 NaOH,KOH 表示亦给分) (0.5 分)

2008 年福建省高中学生化学竞赛预赛试题
O C CH2CH(CH3)2 O2N O C CH2CH(CH3)2 B (1分) Br CO2H D (1分) CH2CH2CH(CH3)2 + Br (0.5分) F CH CHCH(CH3)2 Br (0.5分) Br CHCH2CH(CH3)2 I (0.5分) CHCH2CH(CH3)2 E (1分) CH2CH2CH(CH3)2

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CH2CH2CH(CH3)2 C (1分)

A

(1分)

OCH2CH3 CHCH2CH(CH3)2

G (0.5分) NH2 CHCH2CH(CH3)2 J (0.5分)

H (0.5分)

十. (13 分) 4. 本小题 3 分,A~C 各 1 分

A (1分) (1) CH2 CHMgBr (或 CH2 CHMgCl 或 CH2 CHLi ) (2) H3O+ B (1分) CrO3 /吡啶 或 PCC 只写CrO3 或写成CrO3/H2SO4 或用KMnO4、K2Cr2O7不给分 C (1分) (1) (CH3)3SiC CCH2MgBr 或 (CH3)3SiC CCH2MgCl (2) H3O+
5. 本小题 7 分,其中化合物 6-8 的结构式和空格 D-G 每个 1 分
O 化合物 6 (1分) CH2 CH2 化合物 7 (1分) CH3CH2CH2Br 化合物 8 (1分) CH3CH2CH2MgBr D (1分) O2, Ag E (1分) HBr,过氧化物(或ROOR,写成H2O2不给分) F (1分) Mg, 无水乙醚(没写溶剂或写成“乙醚”扣0.5分) G (1分) CrO3 /吡啶 或 PCC 只写CrO3 或写成CrO3/H2SO4 或用KMnO4、K2Cr2O7不给分

6. 本小题 3 分

J (0.5分) B2H6 (或 BH3) K (0.5分) H2O2, OH L (1分) CH3CH2ONa / CH3CH2OH 化合物 9的系统命名(1分): (E)-1-乙氧基-1-戊烯 凡与本答案有异者均不给分

2008 年福建省高中学生化学竞赛预赛试题

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全国高中学生化学竞赛基本要求
初赛基本要求对某些化学原理的定量关系、物质结构、立体化学和有机化学作适当补充, 一般说来,补充的内容是中学化学内容的自然生长点。

初赛基本要求
1. 有效数字 在化学计算和化学实验中正确使用有效数字。定量仪器(天平、量筒、移 液管、滴定管、容量瓶等等)测量数据的有效数字。数字运算的约化规则和运算结果 的有效数字。实验方法对有效数字的制约。 2. 气体 理想气体标准状况(态)。理想气体状态方程。气体常量 R 。体系标准压力。 分压定律。气体相对分子质量测定原理。气体溶解度(亨利定律)。 3. 溶液 溶液浓度。溶解度。浓度和溶解度的单位与换算。溶液配制(仪器的选择)。 重结晶方法以及溶质/溶剂相对量的估算。过滤与洗涤(洗涤液选择、洗涤方式选择)。 重结晶和洗涤溶剂(包括混合溶剂)的选择。胶体。分散相和连续相。胶体的形成和 破坏。胶体的分类。胶粒的基本结构。 4. 容量分析 被测物、基准物质、标准溶液、指示剂、滴定反应等基本概念。酸碱滴定 曲线(酸碱强度、浓度、溶剂极性对滴定突跃影响的定性关系)。酸碱滴定指示剂的 选择。以高锰酸钾、重铬酸钾、硫代硫酸钠、EDTA为标准溶液的基本滴定反应。分析 结果的计算。分析结果的准确度和精密度。 5. 原子结构 核外电子的运动状态: 用 s、p、d 等表示基态构型(包括中性原子、正

离子和负离子)核外电子排布。电离能、电子亲合能、电负性。 6. 元素周期律与元素周期系 周期。1~18族。主族与副族。过渡元素。主、副族同族元 素从上到下性质变化一般规律;同周期元素从左到右性质变化一般规律。原子半径和 离子半径。s、p、d、ds、f 区元素的基本化学性质和原子的电子构型。元素在周期 表中的位置与核外电子结构(电子层数、价电子层与价电子数)的关系。最高氧化态 与族序数的关系。对角线规则。金属与非金属在周期表中的位置。半金属(类金属)。 主、副族的重要而常见元素的名称、符号及在周期表中的位置、常见氧化态及其主要 形体。铂系元素的概念。 7. 分子结构 路易斯结构式。价层电子对互斥模型。杂化轨道理论对简单分子(包括离 子)几何构型的解释。共价键。键长、键角、键能。σ 键和 π 键。离域 π 键。 共轭(离域)体系的一般性质。等电子体的一般概念。键的极性和分子的极性。相似

2008 年福建省高中学生化学竞赛预赛试题

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相溶规律。对称性基础(限旋转和旋转轴、反映和镜面、反演和对称中心)。 8. 配合物 路易斯酸碱。配位键。重要而常见的配合物的中心离子(原子)和重要而常 见的配体(水、羟离子、卤离子、拟卤离子、氨、酸根离子、不饱和烃等)。螯合物 及螯合效应。重要而常见的配合反应。配合反应与酸碱反应、沉淀反应、氧化还原反 应的关系(定性说明)。配合物几何构型和异构现象的基本概念和基本事实。配合物 的杂化轨道理论。用杂化轨道理论说明配合物的磁性和稳定性。用八面体配合物的晶 体场理论说明Ti(H2O)6 的颜色。软硬酸碱的基本概念和重要的软酸软碱和硬酸硬碱。 9. 分子间作用力 范德华力、氢键以及其他分子间作用力的能量及与物质性质的关系。 10. 晶体结构 分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体。晶胞(定义、晶胞参数和
3+

原子坐标)及以晶胞为基础的计算。点阵(晶格)能。配位数。晶体的堆积与填隙模 型。常见的晶体结构类型:NaCl、CsCl、闪锌矿(ZnS)、萤石(CaF2)、金刚石、石 墨、硒、冰、干冰、金红石、二氧化硅、钙钛矿、钾、镁、铜等。 11. 化学平衡 平衡常数与转化率。弱酸、弱碱的电离常数。溶度积。利用平衡常数的计 算。熵(混乱度)的初步概念及与自发反应方向的关系。 12. 离子方程式的正确书写。 13. 电化学 氧化态。氧化还原的基本概念和反应式的书写与配平。原电池。电极符号、 电极反应、原电池符号、原电池反应。标准电极电势。用标准电极电势判断反应的方 向及氧化剂与还原剂的强弱。电解池的电极符号与电极反应。电解与电镀。电化学腐 蚀。常见化学电源。pH、络合剂、沉淀剂对氧化还原反应影响的说明。 14. 元素化学 卤素、氧、硫、氮、磷、碳、硅、锡、铅、硼、铝。碱金属、碱土金属、 稀有气体。钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、银、金、锌、汞、钼、钨。过渡元素 氧化态。氧化物和氢氧化物的酸碱性和两性。常见难溶物。氢化物的基本分类和主要 性质。常见无机酸碱的基本性质。水溶液中的常见离子的颜色、化学性质、定性检出 (不包括特殊试剂)和一般分离方法。制备单质的一般方法。 15. 有机化学 有机化合物基本类型——烷、烯、炔、环烃、芳香烃、卤代烃、醇、酚、 醚、醛、酮、酸、酯、胺、酰胺、硝基化合物以及磺酸的命名、基本性质及相互转化。 异构现象。加成反应。马可尼科夫规则。取代反应。芳环取代反应及定位规则。芳香 烃侧链的取代反应和氧化反应。碳链增长与缩短的基本反应。分子的手性及不对称碳 原子的R、S构型判断。糖、脂肪、蛋白质的基本概念、通式和典型物质、基本性质、 结构特征及结构表达式。 16. 天然高分子与合成高分子化学的初步知识(单体、主要合成反应、主要类别、基本 性质、主要应用)。


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