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全国化学竞赛(预赛)模拟试卷3


全国化学竞赛(预赛) 全国化学竞赛(预赛)模拟试卷 3
时间:3 小时 满分:100 分 时间: 满分:
(8 一. 分) (
1.水杨酸(邻羟基苯甲酸)有解热镇痛作用,但酚羟基对胃有刺激性,故用其酯一阿斯 匹林(乙酰水杨酸)——即代称为神奇的药物,请写出制阿斯匹林的反应式; 2.在工业上也用水杨酸和甲醇、浓 H2SO4 按体积比 2:5:1 混合共

热,以制取冬青油——扭 伤时的外擦药;配制肥皂、牙膏、糖果的香精——水杨酸甲酯。写出合成反应的化学方程式; 3.水杨酸较难溶于水,而易溶于冬青油的油层中,致使产物不纯。为此必须加入 水溶液洗涤,写出反应的化学方程式; ,写出其反应的化学方程式。 4.洗涤后的水溶液中,为了回收水杨酸,可加入

(6 二. 分) (
有 A、B、C 三种电解质溶液,进行如下实验: 1.A、B 溶液中分别放入铜片都不发生反 应,但 A、B 混合后再放入铜片,便有无色气体产生,得到蓝色溶液; 2.A、C 溶液混合后加 热,放出无色气体,易被 B 溶液吸收。若用浓 B 溶液吸收较多的上述无色气体,可得白色晶 体; 3.B、C 溶液混合生成难溶于水的白色沉淀; 4.将 B 溶液放入蒸发皿中,再放人铜片, 在通风橱内持续加热, 不断搅拌, 可见有刺激性气体生成, 最后蒸发皿中可析出白色物质。 根 据上述事实,写出 A、B、C、D 的化学式。

(6 三. 分) (
制革厂排放的污泥中约有 1/3 是有机物和大量的有毒元素铬(六价铬化合物水溶性很强; 三价铬化合物水溶性很低) 。一年多前,国外科学家研究一种技术,认为能较好地解决废物利 用与环境污染问题。工艺主要如下: ①.污泥与普通粘土以一定比例混合(污泥占 25%~30%)后做成砖坯,在窑中 850℃~ 950℃温度灼烧; ②.灼烧的前期,向窑中鼓人补充了氧气的空气; ③.灼烧的后期改用普通空气,且故意限制入窑空气的数量,使是缺氧状态烧制完成后, 直至窑温降至 200℃以下,才允许空气自由流通。 1.前期鼓入富氧空气,起什么作用? 2.后期限制空气流入的量,是否必要?为什么?

(12 分) 四. (
近来,碳的多晶体(特别是富勒烯,当然也包括石墨)的性质再次引起研究者的关注, 因为它们在金属原子配合物中可以作为大配体,并使金属原子配合物具有不同寻常的电物理
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性能。石墨与碱金属蒸气在高压下相互作用,形成了分子式为 MC8 的新化合物。这些化合物 具有层状结构,层与层间原子的排列方式是:一层中的碳原子恰好位于另一层中的碳原子之 上; 而金属原子位于层之间、 六棱柱中心处 (配位数为 12) 金属原子为钾时, 。 层间距为 560pm; 金属原子为铷时,层间距为 540pm;金属原子为铯时,层间距为 590pm。下表给出一些碱金 属的原子和离子半径。已知纯净石墨的层间距是 334pm,而在同一层中的碳原子间的距离很 短,等于 141pm。 碱金属 钾 铷 铯 1.在这化合物中,碱金属的状态是 原子半径(pm) 235 248 268 M 离子半径 (pm) 133 148 169 (阳离子还是中性原子)?通过计算说明。


2.假定钡原子半径为 221pm,钡离子的半径是 135pm。金属原子为钡时,这类化合物的 层间距可能是 3.由钡原子所占据的碳原子构建的六棱柱的数目是六棱柱总数的 4.这些化合物的导电性属于 (金属、半导体或绝缘体) 。

(22 分) 五. (
1.H2O2 的水溶液是一种常用的杀菌剂,其质量百分比一般为 3%和 30%,在分析上常用 KMnO4 来标定 H2O2 的浓度。①写出 KMnO4 滴定 H2O2 的离子方程式;②某同学在滴定 H2O2 时,先水浴加热到 60℃~70℃,然后滴定,滴了几毫升后,忽然发现没加 H2SO4,立即补加 H2SO4,然后继续滴定。指出此同学操作中的错误,并解释之。

2.已知重金属离子 Fe2 、Mn2 、Cu 和 Cr3 等可催化 H2O2 分解。试写出 H2O2 被 Fe2 催 化分解的机理。











3.工业上以电解 NH4HSO4 来制备 H2O2。已知某 NH4HSO4 溶液,以 4.00×103A 的电流电 解 2.00 小时后,生成 H2O2 3.00kg,同时阴极与阳极放出气体体积之比为 6:1。设电解后测溶液 - 中 H2O2 含量时,S2O82 时都已分解,且电解中 H2O2 不分解。①求电解生成 H2O2 的电流效率; ②忽略电阻,指出电流主要损失在何处?写出有关反应式?

4.现在工业上常用 2-乙基-9,10-蒽醌(结构式如右图所示)来生产 H2O2。 ①试写出合成 H2O2 的反应式。 ②试以石油馏份中 C9 以下化合物合成 2 -乙基-9,10-蒽醌。

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(11 分) 六. (
斜方硫由绉环状 S8 分子组成如右图所示。可以通过简单杂化轨道知识来 讨论它的空间结构。根据最简单的杂化轨道理论,sp 杂化组成化学键的键角 为 180?;sp2 杂化理想键角为 120?; sp3 杂化理想键角为 109?28’。特别指出的是在 sp2 和 sp3 杂化中所生成的杂化轨道,如没有完全结合上其它原子,或者所结合的原子种类不同,则键 角将在较小范围内偏离理想的值。8 分子中键角约为 108?, S S—S 键长为 205pm, 平均键能 (B. E) 为 266kJ/mol,ΔHf=102.3kJ/mol(ΔHf 定义为在标准状况下由稳定单质生成 1mol 物质时的反 应热) 。高温下气态分子 S8 可离解成气态分子 S2(ΔHf=128.37kJ/mol,S2 分子中键长缩短为 189pm) 。请回答下列问题: 1.由结构知识解释 S8 为何为绉环状? 2.由结构知识解释 S8 及 S2 分子中为何有不同健长? 3.算出 S8(g)分子离解成 S(g)原子的反应热:ΔH1= 4.算出 S8(g)→4S2(g)的反应热:ΔH2= 5.算出 S2(g)分子中键能(B.E) :ΔH3=

(13 分) 七. (
黄铜是一种铜锌合金,除含铜和锌外,还含有少量铅、铁等杂质。为了测定黄铜中铜的 百分含量,实验共分为五步完成:①用 2:1 的浓硝酸在加热条件下溶解黄铜屑,使 Cu、Zn、 + + + + Pb、Fe 转化成 Cu2 、Zn2 、Pb2 、Fe3 进人溶液;②用 2:1 的氨水中和溶液中过量的硝酸(用 弱酸调 pH 值确保各种金属阳离子不沉淀) ,并无损移入 250mL 锥形瓶中;③称取黄铜屑 0.1g + - 放入小烧杯中;④加入 NH4HF2 溶液,使 Fe3 变成不参与反应的[FeF6]3 离子,然后再加入过量 KI 溶液;⑤用浓度为 0.06mol/L 的 Na2S2O3 溶液滴定至溶液呈浅黄色时,加入 0.2%的淀粉溶液 作指示剂继续滴定至终点。滴定反应方程式为:2Na2S2O3+I2==2NaI+Na2S4O6。重复滴定 3 次, 平均耗用 Na2S2O3 溶液为 15.80mL。 1 . 用 编 号 填 出 实 验 步 骤 的 正 确 操 作 顺 序 为 。 2.根据已知事实写出测定含铜量过程中加入 KI 溶液后发生反应的离子方程式: 出 计 算 式 。 4. 本实验用到的化学仪器 (滴管、 玻棒、 酒精灯除外) 有 5. 如果不加 NH4HF2 会使测定结果 原 是 + + 6. 溶液中 Pb2 、 2 不影响实验结果的原因是 Zn 3 . 根 据 已 知 数 据 写 含 铜 量 的 数 学

。 (填偏高、 偏低、 无影响) , 因 。 。

(11 分) 八. (
90 年代有人对 CuSO4·H2O 的加热分解作了进一步深入研究,发现 CuSO4 分解为 CuO 之 - 前有一黄色物质 A 产生。 遇水生成另一种不溶于水的蓝色固相物 B, A 同时有 2/3 SO32 溶于水。 若将 B 进行差热分析, 发现有三个吸收峰, 其起峰温度依次为: 蓝色固相物 B 能溶于稀 H2SO4。
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60℃, 412℃和 690℃, 其失重百分比 (失重量占分析样总重) 依次为: 3.83%, 11.5%和 17.0%。 (相对原子质量:H 1.01 O 16.0 S 32.1 Cu 63.6)试回答: 1.写出黄色中间产物 A 的化学式 2.写出蓝色固相物 B 的化学式 3.写出黄色中间产物 A 与水反应的反应方程式。 4.依次写出蓝色固相物 B 在 60℃、412℃和 690℃时的分解反应式。

(11 分) 九. (
目标产物 C(分子式 C11H12O2)可通过如下合成路线合成:

该合成路线涉及 3 个著名有机反应,分别举例介绍如下: 反应Ⅰ是 Diels 一 Alder 反应:共轭双烯与烯烃或快烃共热生成环己烯的衍生物,例如:

反应Ⅱ是[2+2]环加成反应:在光照下两分子烯烃可双聚成环丁烷衍生物,举例如下;若 分子内适当位置有两个 C=C 键,也有可能发生分子内的[2+2]环加成反应:

反应Ⅲ是酮还原偶联反应:在二碘化钐等还原剂作用下两分子酮被还原并偶联生成相邻 的二醇,例如:

1.画出 A、B、C 的结构式,请尽可能清楚地表达出它们的立体结构; 2.上述合成反应体现了哪些绿色化学的特征?

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全国化学竞赛(预赛)模拟试卷参考答案 全国化学竞赛(预赛)模拟试卷参考答案
(8 一. 分) (

1.

+CH3COOH ? ?→

+H2O (2 分)

2.

+CH3OH ??2?4? → ?

浓H SO ,?

+H2O (2 分)

3.Na2CO3 (1 分) 2

+Na2CO3 ? ?→ 2

+H2O(1 分)

4.H2SO4(1 分) 2 +H2SO4 ? ?→ 2 +Na2SO4(1 分) (6 二. 分) A NH4NO3(2 分) B H2SO4(2 分) C Ba(OH)2(2 分) 分析: ( 由 1、4 知,B 的稀溶液不与 Cu 反应,但在加热蒸发时,能与 Cu 片反应,并放出有刺激性气 味的气体,最后生成一种白色物质。说明 B 物质的稀溶液没有氧化性,而其浓溶液却有氧化 性,我们较容易想到 H2SO4 具有此特性,所以 B 为 H2SO4;由 1 知 A、B 的稀溶液不与 Cu 反应, + - - 但 A 和 B 的混合溶液能氧化 Cu, 生成蓝色 Cu2 , A 中可能含有 NO3 离子, NO3 与 H2SO4 则 当 混合时,即表现出氧化性。由 2 知,A、C 混合加热后,能生成被 B 吸收的无色气体,则该无 色气体很可能是 NH3,NH3 易被 H2SO4 吸收,浓 H2SO4 吸收大量的 NH3 后,会生成 NH4HSO4 结 + - 晶析出,符合题意。所以,A、C 中一种物质含有 NH4 ,一种物质含有 OH 。又 A 中含有 NO3 - + - ,故其另一阳离子只能是 NH4 。所以,A 为 NH4NO3,C 中含有 NO3 离子。由 3 知 B、C 混 + 合生成难溶于水的白色沉淀,则 C 中含有 Ba2 ,所以,C 为 Ba(OH)2。

(6 三. 分) 1.前期鼓入富氧空气,烧掉有机物,否则无法制成火砖;燃烧有机物在 (
氧气充足条件下进行,放出足够热能,可节省燃料(节省 20%~30%)(3 分) 2.后期 ; 限制空气流入的量很有必要,可保证 Cr(Ⅵ)转变为 Cr(Ⅲ),并稳定地以 Cr(Ⅲ)形式被固定在火 砖内。如以 Cr(Ⅵ)存在,则在雨水淋湿时或施工淋水时,铬会被溶解出来毒害环境。 分) (3

(12 分) 1.由于金属原子的配位多面体是六 四. ( 角棱柱体, 位于两层间的碱金属原于应分别与上层和下层的 6 个碳原子接触,若假定纯石墨的层间距为碳原子半径的 2 倍, 则金属配合物中的金属原子会推压各层而远离开一定距 离,这一距离很容易从简单的几何图形估算。横断面穿过六 边形的长对角线部分,是一个矩形(如右图所示) 。金属原子的直径加上纯石墨中的层间距应 该等于这个矩形的对角线,此矩形的两边分别为石墨六边形的对角线和 MC8 结构中的层间距。 例如对于钾的中性原子,则层间距为:dK0=[(3.34+4.70)2-2.822]1/2=753pm。它是很长的, + 而对于正离子,则层间距为:dK =[(3.34+2.66)2-2.822]1/2=530pm。它非常接近实验值。因 此,可得出结抡:碱金属在这种结构中是以正离子形式存在。对于其它金属离子什算的层间 + + 距值也与所给数据一致:dRb =563pm,dCs =608pm(5 分) + 2.钡也以正离子形式存在,则层间距为:dBa2 =[(3.34+2.70)2-2.822]1/2=534pm(3 分) 3.由于分子式为 BaC8,故 1 个 Ba 原子对应 8 个 C 原子,而 1 个六梭往中含 2 个 C,即 1/6×12=2,故 Ba 占据的六梭往数的百分比(占有率)为 2/8×100%=25%(3 分) 4.自由电子增多,导电性增加,属电子流动性的金属型导体。 分) (1
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(22 分) 1.①2MnO4-+5H2O2+6H+=2Mn2++8H2O+5O2↑(2 分)②H2O2 加 五. (
热时分解为 O2; 生成 MnO2 催化 H2O2 分解为 O(2 分) 2 2Fe3 + H2O2 → 2Fe2 + 2H + O2 ↑ ( 2 分 )
+ + +

2. 2 +H2O2+2H →2Fe3 +2H2O; 2Fe







3. n H 2O2 =
η=
n H 2O2 0.5ne


3.00 × 10 3 = 88.2mol ( 1 分) 34.0

ne =

4.00 × 10 3 × 2.00 × 3600 = 298mol (2 分) 96500

= 59.2% (2 分)

②电解水:2H2O=2H2↑+O2↑(2 分) 在阳极生成 S2O82 来分解生成 H2O2 之前又在阴极还 ; 2- 2- 2- 原生成 SO4 :S2O8 +2e==2SO4 (2 分)

4.①

(2 分)

(5 分) (11 六. ( 分) 1.每个疏原子以不等性 sp 杂化轨道与另外两个疏原子形成共价单键 相连结,故为绉环状; 分) 2.S8 中 S 一 S 是σ单键;而 S2 中是 S=S 双键(或答:一个 (2 (2 4. Δ σ键和两个三电子π键)键长较 S—S 单键短;2 分) 3. 1=2128 kJ/mol 分) , ( ΔH H2=411.2 kJ/mol(2 分) 5.ΔH3=1/4(ΔH1-ΔH2)=429.2 kJ/mol(3 分)
3



(13 分 ) 七. (
3. Cu % ==
0.06 ×

1.③①②④⑤(2 分) 分)


2.2Cu2 +4I ==2CuI↓+I2 (1 分)





15.80 × 64 (3 1000 × 100% 0.1


4.天平、烧杯、锥形瓶、碱式滴定管(2 分)

5.偏高(2 分) Fe3 可氧化 I 生成 I2,使 I2 的量增加,消耗 Na2S2O3 的量增多。 分) ; (1 - 2+ 2+ 2+ 6.Pb 、Zn 的氧化性比 Cu 的氧化性弱,不能氧化 I 。 分) (2 2.3Cu(OH)2·CuSO4·H2O(2 分) 3.3Cu2OSO4 +4H2O=3Cu(OH)2· CuSO4· 2O+2CuSO(2 分) 4. H 3Cu(OH)2· CuSO4· 2O== 3Cu(OH)2· H CuSO4 4 +H2O(2 分) 3Cu(OH)2·CuSO4==3CuO·CuSO4+3H2O(2 分) 3CuO·CuSO4==4CuO+ SO3↑(1 分)

(11 分) 1.Cu2OSO4(2 分) 八. (

(11 分) 九. (

1.A:

(3 分) B:

(3 分) C:

(3 分)

2.反应Ⅰ及反应Ⅱ中参加反应的化合物所有原子均用于组成中间体 A 及 B,充分体现了 绿色化学中的原子经济性原则。 分) 另一方面,上述会成笼状化合物 C 的 3 个反应均具 (1 有原料毒性小,反应副产物少的特点,符合绿色化学中与环境友好的要求(1 分)

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