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高中化学奥赛试题


高中化学竞赛初赛模拟试卷
(时间:3 小时
H 1.008 Li 6.941 Na 22.99 K 39.10 Rb 85.47 Cs 132.9 Fr [223]

满分:100 分)
He 4.003 Ne 20.18 Ar 39.95 Kr 83.80 Xe 131.3 Rn [222]

相对原子质量<

br />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(4 分) 有人受中国传统“水烟筒”的启发,利用其工作原理,设计出了一个特殊的烟斗。内 盛 Cu(NH3)2Ac 溶液(专业商店有售) ,当吸烟时,烟气通过烟斗发生如下反应: Cu(NH3)2Ac+CO+NH3 Cu(NH3)3Ac·CO Δ H<0 1.物质 Cu(NH3)2Ac 为配合物,其名称为 。 2.用这种特殊烟斗除去 CO 的实验原理为 。 3.用久后的 Cu(NH3)2Ac 又可送专业商店回收再生。适宜再生的条件是什么? 第二题(6 分) 当邻苯二甲酸氯在苯中用三氯化铝处理时,得到内酯 A,而不是邻二苯甲酸苯。

已知邻苯二甲酸氯以另一种形式存在,其中两个氯原子连在一个碳原子上,试向这种 酰氯的结构和内酯 A 的最可能结构。 第三题(8 分) 关于核的稳定性有以下两条经验规则: ①对于原子序数为 20 以前的元素而言,最稳定的核是 核中的质子数(p)等于中子数(N)的核,即比值 N/p=1; 对于原子序数为 20~83 的元素而言,随着质子数增多,稳 定核的 N/p 值随着原子序数的增加而增大,直到约为 1.6, 超过此值时,核就变得太大,而发生裂变。这种变化趋势可 用稳定核的 N/p 比值与 p 的关系图(右图)表示。该图的意
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义是:对某一元素 X,其稳定核的 N/p 将落在曲线上或曲线上下附近, 若 N/p 过高或过低, 核将不稳定。 ②马涛契规则(Mattauch’s rule)指出,两原子序数相衔接的元素,如有相同质量的同 位素,那么这两个同位素都不会是稳定的。 现已知 42Mo 的稳定同位素的质量数有:92、94、95、96、97、98、100;44Ru 的稳定 同位素的质量数有:96、98、99、100、101、102、104。 回答下列问题: 1.为什么随着质子数增多,稳定核的 N/p 值随着原子序数的增加而增大? 2.如果 43Tc 只可能存在两种同位素,那么分别是什么? 3.可能存在 43Tc 的两种核是最稳定的吗?为什么? 4.从本题你能得出关于 43Tc 什么样的结论? 第四题(7 分) 苎烯是存在于橘子、柠檬等水果中的一种化合物,可被 KMnO4 氧化成等物质的量的 和 CO2。 1.试根据氧化产物推断苎烯可能的结构; 2.苎烯属于环萜类天然有机化合物,此类物质可看做是由两个或两个以上的异戊二 烯分子按照一定方式连接形成的。试推断苎烯可能的结构。 3.酸性条件下苎烯分子加一分子水就形成一元醇。这一反应能够形成多种一元醇, 写出其中具有光学活性的一元醇的结构。 第五题(15 分) 金属锂是银白色的固体,熔点 180.5℃,密度 0.53g/cm3,是自然界中最轻的金属。 1.1kg 锂燃烧可释放出 42998kJ 的热量,如将 1kg 锂通过热核反应放出的能量相当于 两万吨优质煤的燃烧。写出金属锂燃烧的热化学方程式;根据锂的这些性质,你设想出锂 可有哪方面的主要用途? 2.锂的一种同位素 6Li 捕捉低速中子能力很强,因此,可用于控制 的速度; 已知 1mol 6Li 在原子核反应堆中用中子照射后可以得到等物质的量的氚,写出该热核反应 方程式。 3.卤化锂在非极性溶剂中的溶解度顺序为:LiI>LiBr>LiCl>LiF,解释之。 4.虽然 Eφ (Li+/Li)<Eφ (Na+/Na),但金属锂与水反应不如金属钠与水反应剧烈。 5.20 世纪 70 年代研制出的锂电池是一种高能电池,能量密度已达到 430W· h/kg,理 论值可达到 2500W· h/kg。 (1)分析该电池具有很大能量密度的原因; (2)该电池的电解液应具备什么特点; (3)Li-I2 电池常作为心脏起搏器电源,为什么? 第六题(7 分) 土壤中有机物质含量的高低是判断土壤肥力的重要指标,通常通过测定土壤中碳的含 量来换算。方法如下:
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准确称取一定量的风干上样 W=2.00g,加入 10mL 某浓度的 K2Cr2O7,使土壤中的碳 -1 氧化,反应的化学方程式为: ,用 FeSO4 溶液(浓度 c=0.200mol·L ) ,滴定溶液中剩余 K2Cr2O7,用去 FeSO4 溶液体积为 V1=19.5mL,其反应的化学方程式为: ;另取一份等量 -1 L 滴定, 相同浓度的 K2Cr2O7 溶液, 用相同的 FeSO4 溶液 (c=0.2000mol· 用去 V2=49.5mL。 试回答下列问题: 1.写出上述两个配平的化学反应方程式; 2.求 K2Cr2O7 溶液的物质的量浓度; 3.求土壤中碳的质量分数。 第七题(11 分) 有不同族金属组成的四种二元离子化合物 A、B、C、D: ①A、B、C 极易与水反应,分别得到气体 A’、B’、C’以及 A’’、B’’、C’’; ②A’、B’、C’在一定条件下两两之间都能反应;A’’易溶于水,B’’微溶于水,C’’难溶 于水,但 C’’可溶于 A’’中; ③D 难溶于水,但可溶于酸,得到气体 D’,但溶液始终浑浊;D 可与气体 A 反应; ④A、B、D 中存在非极性共价键,而 D 中只有离子键; ⑤A 的阴阳离子个数比、金属与非金属原子个数比与 B、C、D 均不相同;而 B、C、 D 的金属与非金属原子个数比相同;B、D 的阴阳离子个数比相同。 1.写出 A、B、C、D、A’、B’、C’、D’的化学式; 2.C’’溶于 A’’、D 溶于酸的离子反应方程式; 3.A 与水反应能产生气体的主要原因是什么? 4.写出制备 B 的反应方程式 5.列举 D 的各一种用途。 第八题(12 分) 某醇 X 是白色结晶或粉末,略有甜味,基本无毒,在空气中很稳定。X 主要用于制造 醇酸树脂和油漆,制造塑料稳定剂和增塑剂。X 分子具有很好的对称性。 取 3.40g X,置于 5.00L 氧气中,经点燃,完全燃烧。反应后气体体积减少 0.56L。气 体经 CaO 吸收,体积又减少 2.80L(已折算为标准状况) 。 1.通过计算,确定 X 的化学式。 2.写出 X 的结构简式。 3.判断 X 在水中和苯中的溶解性。 4.以 C1、C2 有机物为原料,无机物任选,合成 X。 第九题(16 分) 某地有软锰矿和闪锌矿两座矿山,它们的主要成份为:软锰矿:MnO2 含量≥65%、 Al2O3 含量为 4%;闪锌矿:ZnS 含量≥80%、FeS、CuS、CdS 含量各为 2%。 MnO2 和锌是制造干电池的主要原料。 电解法生产 MnO2 传统的工艺主要流程为: 软锰矿加煤还原焙烧; 用硫酸浸出焙烧料; 浸出液经净化后再进行电解,MnO2 在电解池的阳极析出。 电解锌的传统生产工艺为:闪锌矿高温氧化脱硫再还原得粗锌:
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2ZnS+O2 2ZnO+2SO2 2C+O2 2CO ZnO+CO Zn(g)+CO2 将用热还原法制得的粗锌溶于硫酸,再电解 ZnSO4 溶液可生产纯度为 99.95%的锌。 90 年代生产 MnO2 和锌的新工艺主要是通过电解获得 MnO2 和锌,副产品是硫、金属 铜和镉。简化流程框图如下(中间产物的固体部分已经略去) :

?? 软锰矿、闪锌矿 ?? ?? 滤液 A ?? ?? Zn2 、Mn2 、Fe2 、Al3 ?
硫酸 金属B
+ + + +

C

ZnSO4、MnSO4 溶液 ??? ? Zn+MnO2+产品 D
电解

试回答下列问题: 1.软锰矿、闪锌矿粉未与硫酸溶液共热时析出硫的反应为氧化-还原反应,例如: MnO2+ZnS+2H2SO4=MnSO4+ZnSO4+S↓+2H2O,据此写出 MnO2 在酸性溶液中分别 和 CuS、FeS 和 CdS 发生氧化-还原反应的化学方程式。 2.加入适量金属 B,可以回收金属 Cu 和 Cd,考虑到整个生产,B 应选用哪种金属? 写出滤液 A 和金属 B 的离子反应方程式。 + + 3.加入 C 物质(可以是多个物质的混合物) ,可除去滤液 B 中的 Fe2 、Al3 ,得到纯 净的 ZnSO4、MnSO4 溶液。确定 C,并写出反应方程式。 4.电解副产品 D 是什么?对整个生产有何意义?写出电解中的电极反应和总反应方 程式。 5.试从环境保护和能量消耗的角度评价 90 年代新工艺相比较有哪些优点。 第十题(14 分) A-B 体系是一种新型的催化剂。化学家对 A-B 体系进行了深入的研究:A=Te(晶 体) ,B 是 TeCl4 与 AlCl3 按物质的量之比 1︰4 化合得到的。已知 B 是一种共价型离子化 合物,其阴离子为四面体结构,B 中铝元素、氯元素的化学环境相同。 A 和 B 反应生成两种新化合物Ⅰ和Ⅱ,其中 A 的物质的量分数(mol%)分别为 77.8 和 87.5 和 91.7。生成化合物Ⅱ时没有其他副产物生成,但是生成化合物Ⅰ时伴随着挥发性 的 TeCl4 生成,每生成 2mol 化合物Ⅰ就生成 1mol TeCl4。在熔融的 NaAlCl4 里的导电性研 究表明,化合物Ⅰ和Ⅱ在一起时总共会解离成三种离子。 进一步对化合物Ⅰ和Ⅱ研究表明:用凝固点下降法测定Ⅰ和Ⅱ的摩尔质量分别为 1126g/mol 和 867g/mol。化合物Ⅰ和Ⅱ的红外光谱测定只有一种振动,分子中不存在 Te= Te,而且结构中都只有一种四面体配位的铝,但是铝原子在这两种化合物中的化学环境是 不同的。 1.确定 B 的化学式; 2.写出化合物Ⅰ和Ⅱ的分子式。 3.写出化合物Ⅰ和Ⅱ中阴离子和阳离子的化学式。 4.指出 Te、Al 原子的杂化形态,画出其阴离子、阳离子的结构式,说明其阳离子具 有什么特点。 5.化合物Ⅰ在加热时很容易转化成化合物 D。请说明这是为什么?写出该化学反应 方程式。

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参考答案
第一题(4 分) 1.醋酸二氨合铜(Ⅰ) (1 分) 2.洗气(1 分) 3. 因该反应为放热的可逆反应, 可再生的适宜条件为升温、 或降压或增加酸度 (2 分) 第二题(6 分)

酰氯的另一种结构:

内酯 A:

(各 3 分)

第三题(8 分) 1.随着质子数增多,其核内的斥力增大,需要较多的中子以增大核内粒子间的引力, 所以稳定核的 N/p 值随着原子序数的增加而增大(2 分) 2.93Tc、103Tc(2 分) 3.可能存在的 Tc 的两种核都不稳定(1 分) 。因为按照图内插,稳定的 43Tc 的 N/p 93 103 约为 1.20, Tc 的 N/p 为 1.16,中子数过少, Tc 的的 N/p 为 1.40,中子数又过多,因此 两种 43Tc 可能都不稳定; (2 分) 4.自然界中不存也 43Tc(放射性) (1 分) 第四题(7 分)

1.

(各 1 分)

2.

(1 分)

3.





(各 1 分)

第五题(15 分) 1.4Li(s)+O2(g)=2Li2O(s)+1193.8kJ(2 分) 作为火箭燃料的最佳金属之一,或用锂或锂的化合物制成固体燃料来替代固体推进 剂,用作火箭、导弹、宇宙飞船的推动力。 (1 分)
1 2.用来控制铀及反应堆中核反应发生的速度(1 分) ;6 3 Li+ 0 n→ 1 H+ 2 He(2 分)
3 4

3.非极性或弱极性溶质的溶解性可用相似相溶原理来说明, (随着 F 、Cl 、Br 、I - 的离子半径增大,极化率增大) ,LiF、LiCl、LiBr、LiI 的共价键成分增强(1 分) ,分子
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的极性减弱(1 分) ,所以在非极性溶剂中的溶解度依次增大。 φ + φ + 4.虽然 E (Li /Li)<E (Na /Na),但 Li 熔点高(1 分) ,升华焓大,不易活化,同时 Li 与 H2O 反应的产物 LiOH 溶解度较小,覆盖在金属表面减缓了反应(1 分) 。因此锂与 水反应不如金属钠与水反应激烈。 5. (1)Li 是第 3 号元素,具有最小的标准电极电位,是地球上最轻的金属(2 分) (2)惰性非水有机溶剂(1 分) (3)寿命长,Li 有强烈化学活性,与电液接触后,表面生成钝化薄膜,增加系统 的化学稳定性(1 分) 。轻小,微电流持续放电时间长(1 分) 。 第六题(7 分) 1.2K2Cr2O7+3C+8H2SO4=2K2SO4+2Cr2(SO4)3+3CO2+8H2O(1 分) K2Cr2O7+6FeSO4+7H2SO4=K2SO4+Cr2(SO4)3+3Fe2(SO4)3+7H2O(1 分) 2.0.165mol·L-1(2 分) 3.0.0015mol 0.90%(3 分) 第七题(11 分) 1.A:Na2O2、B:CaC2、C:ZnH2、D:FeS2(各 1 分) A’:O2、B’:C2H2、C’:H2、D’:H2S(各 0.5 分) 2.Zn(OH)2+2OH-=Zn(OH)2- FeS2+2H+=Fe2++S↓+H2S↑(各 1 分) 3.A 与水的剧烈反应是放热的,促使 H2O2 的分解(1 分) 4.CaCO3 CaO+CO2 CaO+3C CaC2+CO(1 分) 5.硫酸工厂制备硫酸的原料(1 分) 第八题(12 分) 由题意, X 完全燃烧后气体体积减少,所以可先将此醇化学式(最简式)构造为 (H2O)xHyCz。依规律,气体体积减小数值 0.56L 是式中“Hy”燃烧消耗的 O2 的体积,而 2.80L 显然是醇燃烧生成的 CO2 的体积,故 3.40g 醇中:z=n(CO2)=0.125mol。 m(CO2)=5.50g 再由“2H2+O2=2H2O”可求得 y=0.100 当然,这是建立在 O2 过量的基础上的。由于反应所消耗的 O2 为“Hy”和“C”消耗 O 的 2,即 V(O2)=0.56L+2.80L=3.36L<5.00L,则参加反应的 O2 质量为:4.8g。 根据反应事实:醇+O2=CO2+H2O 和质量守恒定律知生成 H2O 的质量为:2.70g,则 H 原子总数为:0.300mol。把 y=0.10mol 代入可求得 x=0.100 所求醇最简式为(H2O)4H4C5,即 C5H12O4。 (5 分) 由于 n(H)≥2n(C)+2 即化学式为 C5H12O4。 (1 分)

2.

(1 分)

3.易溶于水,难溶于苯(1 分)
/ OH / OH 4.CH3CHO ?HCHO ?? ? ?? HOCH2CH2CHO ?HCHO ?? ? ?? (HOCH2)2CHCHO / OH 2 C(CH2OH)4(4 分) ?HCHO ?? ? ?? (HOCH2)3CCHO ???
H
? ? ?

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第九题(16 分) 1.MnO2+CuS+2H2SO4=MnSO4+CuSO4+S↓+2H2O MnO2+2FeS+6H2SO4=Fe2(SO4)3+3MnSO4+2S?+6H2O CdS+3H2SO4+MnO2=MnSO4+CdSO4+S↓+2H2O(各 1 分) 2.Zn(0.5 分) Zn+Cu2+=Cu+Zn2+(0.5 分) Zn+Cd2+=Cd+Zn2+(0.5 分) Zn+2Fe3+=2Fe2++Zn2+(0.5 分) 3.MnO2(1 分) MnCO3 或 ZnCO3(1 分) 2Fe2++MnO2+4H+=2+Mn2++2H2O(1 分) 2Fe3+(Al3+)+3MnCO3(ZnCO3)+3H2O=2Fe(OH)3+3Mn2+(Zn2+)+3CO2↑(1 分) 4.H2SO4(1 分) 用于溶解软锰矿和闪锌矿,循环使用。 (1 分) 2+ - 阴极:Zn +2e =Zn(1 分) 2 阳极:Mn +-2e-+2H2O=MnO2+4H+(1 分) 总反应:Zn2 +Mn2 +2H2O Zn+MnO2+2H2SO4(1 分) 5.从环境保护角度评价:无 SO2 对大气的污染; (1 分) 从能量消耗角度评价︰无高温焙烧热污染,不需要高温焙烧节约燃料。 (1 分) 第十题(14 分) 1.Te[AlCl4]4(1 分) 2.①Te︰Te[AlCl4]4=7︰2,即 7Te+2Te[AlCl4]4=Te9Al8Cl32(摩尔质量 2499g/mol) ; 由于生成 2mol 化合物Ⅰ时放出 1mol TeCl4(摩尔质量 269g/mol) ,因为Ⅰ的摩尔质量为 1126g/mol(=[2499-269]/2) ,即Ⅰ的化学式为 Te4Al4Cl14(2 分) 化合物Ⅱ中, Te ︰ Te[AlCl4]4 = 7 ︰ 1 ,即 7Te + Te[AlCl4]4 = Te8[AlCl4]4 (摩尔质量 1679.9g/mol) ,由于Ⅱ摩尔质量为 867g/mol,Ⅱ的化学式为 Te4[AlCl4]2。 (1 分) 3.化合物Ⅰ和Ⅱ在一起总共会解离成三种离子,而每个化合物中只有一种四面体配 2+ 位的铝, 且两种化合物中 Al 原子的化学环境不同, 故Ⅰ中阳离子为 Te4 , 阴离子为[Al2Cl7] 2+ - - ;化合物Ⅱ中阳离子为 Te4 ,阴离子为[AlCl4] 。 (2 分) 2 4.Te 的杂化形态为 sp (1 分) 。由于 Te 有两对孤对电子,一对用于价层,一对作为 p 电子在垂直于 sp2 杂化轨道的 p 轨道上,因此 Te42+的π 电子为 6,满足休克尔 4n+2 规 2 则,因此 Te4 +具有此大π 键,因此具有芳香性。 (1 分) 3 同理可得:Al 的杂化为 sp 杂化。 (1 分) 阴、阳离子结构式分别为(各 1 分) :
+ +

Te42+:

[Al2Cl7]-:

[AlCl4]-:

5.因为[Al2Cl7]-结构没有[AlCl4]-结构稳定,在加热条件下,[Al2Cl7]-分解生成 AlCl3 - - 和[AlCl4] ,AlCl3 具有很高的挥发性,[AlCl4] 结构高度对称,较为稳定(1 分) 。化学反 应方程式为:Te4[Al2Cl7]2=Te4[AlCl4]2+2AlCl3。 (1 分)

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