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2009年福建省高中学生化学竞赛预赛试题及答案


2009 年福建省高中学生化学竞赛预赛试题
(2009 年 5 月 17 日 8:30——11:30 共计 3 小时) 从中提取金属 第 1 题(10 分)湿法炼锌是将锌焙砂或其他氧化锌物料和硫化锌精矿中的锌溶解在水溶液中, 锌或锌化合物的过程,为现代炼锌的主要方法.由锌浸出,硫酸锌溶液净化,锌电解沉积三大环节组成. 以硫酸锌为主要成分的浸出液中含有以下杂质: Fe3

,Fe2 ,Sb3 ,A13 ,硅酸,Cu2 ,Cd2 及 Cl ,这些杂质对锌的电解工序有妨碍,试以反应方程式 表示除去这些杂质的方法(并注明必要的条件和试剂,设 Fe(OH)3 在等电状态时沉淀的 pH=5.2). 第 2 题(9 分) 2-1 海面空气潮湿,海战中使用烟幕弹能形成迷人的白烟掩蔽己方的需要,烟幕弹是液氨和四氯化硅或 - 四氯化锡的混合物.在海面上喷放液氨和四氯化硅的混合物,可产生浓厚的烟幕.简析其原因,并写出 相关的化学方程式. 2-2 把研细的石英粉和重得多的镁粉混合均匀后放在铁坩埚中,将擦净的镁条插入混合物中央,引燃镁 - 条后激烈反应,冷却后用 6 moldm—3 盐酸洗坩埚中物质时,有火光出现, 试解释为什么?写出相应的反应方程式. 第 3 题(9 分)海水是镁的重要来源,从海水中提镁须经过以下流程:
焙烧, 消化
+ + + + + + -

贝壳

A

海水结晶后的母液

B 沉淀 3-1 分别写出 A,B,C,D,E 是什么物质. - 3-2 回答为什么不选择电解 MgO 制备金属镁. -

C 溶液

D

电解

E

Mg

3-3 用电解法制备碱金属,碱土金属时,常常加入 CaC12,为什么? - 偏二甲肼是联 第 4 题(10 分)我国长征系列火箭一子级和二子级均采用偏二甲肼和四氧化二氮作为推进剂, 氨的衍生物,联氨是氨的衍生物.试回答下列问题: 4-1 四氧化二氮中 N 的杂化方式和大 π 键. - 4-2 画出偏二甲肼的构型. - 4-3 写出二元推进剂反应的化学方程式. -

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4-4 偏二甲肼可用二甲胺被亚硝酸氧化,再用锌还原来制备,写出各步反应方程式. - 4-5 四氧化二氮存在自身电离平衡,可与氯化锌作用,写出其方应方程式. - 第 5 题(10 分)某些晶体在一定温度(称为铁电的居里温度)之下,晶体中出现自发极化,并且自发极化可以 随外电场反向而反向,晶体的这一性质的晶体叫铁电性.上世纪 50~60 年代以后铁电体得到了越来越广 泛的应用.铁电陶瓷的高介电常数在电子技术中被用来制成小体积大容量的电容器.铁电体和反铁电体 在外电场作用下出现的双折射现象称为电光效应,可用于光调制.一些铁电体还可用于光信息的存储和 处理.近年来铁电半导体,铁电铁磁体,铁电超导体,铁电液晶和光铁电体等新型材料的发现,导致利 用铁电体的电,磁,光,声,力和热等方面的效应而制成许多功能器件,在现代科学技术各个领域得到 广泛的应用. 四方晶系醋酸铅是一种典型的铁电体(它的晶胞参数 a, c 非常接近), b, 它的晶体结构是可以描述为: 铅(Pb)原子位于晶胞原点,氧(O)原子占据所有面心位置,锆(Zr) 原子近似处于体心位置,但它(锆原子)稍偏离体心位置,向其中一个氧原子靠拢. 5-1 请画出醋酸铅晶胞的示意图. - 5-2 写出醋酸铅的分子式. - 5-3 分别写出与锆原子和铅原子的配位的氧原子数(即锆原子和铅原子的配位数). - 第 6 题(12 分)肌红蛋白(Mb)是一种大量存在于潜水动物肌肉中的蛋白质,作为氧的备用供给源,肌红蛋 白在呼吸中起着特殊的作用.肌红蛋白吸收氧气的平衡反应是: Mb+O2 MO2

6-1 分别写出用氧气的平衡分压和平衡浓度表示的平衡常数表示式,指出联系两者的物理量.若定义氧 - 的结合度 S 为:
S= CMbo2 CMb + CMbo2

式中, CMbO2 , CMb 和分别是结合氧和未结合氧的肌红蛋白的浓度. 6-2 导出用平衡常数和氧的平衡分压表示的结合度公式. K θ = 150 ,pθ = 105 Pa , - 设 p 求当氧分压从 6.00kPa 降低到 2.00kPa 时,肌红蛋白脱氧的百分数. 6-3 在绝热条件下,用精密温度计测量 Mb 与氧结合过程的温度变化,发现结合后温度升高了.以上实 - 验结果告诉我们,当动物体温升高,则氧的结合度:
a.升高 b.降低 c.不变 d.条件不足,无法确定

实验证明,以上结论也适用于血红蛋白与氧的结合.

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6-4 在热带,人体内静脉血与动脉血的颜色差别比较大还是比较小,为什么? - 第 7 题(10 分)有一个样品除含 KC1O3 外,没有其它氧化性物质存在.称取该样品 0.1800 克,加 50.00 mL 0.1500 mol/L 的 Fe(NH4)2(SO4)2 溶液,反应完成后,过量的 Fe 2 用浓度 C(1/6 K2Cr2O7)=0.1000 mol/L 的 K2Cr2O7 溶液反滴定, K2Cr2O7 消耗 8.35 mL. 设 请写出有关的离子反应式并求样品中 KC1O3 的质量分数. 已知 M(KC1O3)=122.55,M(K2Cr2O7)=294.18,M(Fe)=55.845 第 8 题(5 分)松油醇是一种天然有机化合物,存在于芳樟油,玉树油及橙花油等天然植物精油中,具有紫 丁香香气,在香料工业中用途广泛,主要用于香皂及化妆品香料和调合香精.
+

OH 松油醇

8-1 请写出松油醇分别与下列试剂反应所得主要有机产物的结构式(不考虑立体异构体): -
(1)Br2/CC14;(2)KMnO4(稀,冷溶液);(3)(a) KMnO4/NaOH,(b) H3O ;(4)PBr3;(5)(a) Na,(b) CH3I; (6)CH3COC1/碱.
+

8-2 松油醇是否存在旋光异构体(对映异构体)?如有, - 请指出该分子所含手性碳原子的数目及可能存在的 旋光异构体的数目. 该分子为链状 第 9 题(8 分)天然植物精油马郁兰油中含有一种令人愉快的柠檬样气味的化合物 A(C10H16), 化合物,A 经臭氧解得到两种有机物,其中之一化合物 B(C8H14O2)的结构经由下列方法合成证实: 重要更正: 链状化合物"应为"该分子为环状化合物 . 环状化合物" 重要更正: "该分子为链状化合物 链状化合物 环状化合物
Mg Br C (1)B2H6 (2)H2O2,NaOH CrO3 吡啶 B 无水乙醚 (1) O
+

CH3

(2)H3O

D (C8H16O)

CrO3 吡啶

E (C8H14O)

F

9-1 请写出化合物 A,B,D,E,F 的结构式(不考虑立体异构体). 9-2 用系统命名法命名化合物 C 和 D. 9-3 A 臭氧解所得到的另一种有机物是什么?

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第 10 题(17 分)多非利特是一种抗心律失常药,属甲磺酰胺类化合物.甲磺酰苯胺可由硝基苯经下列方法 合成:
O NO2 H2 Ni 硝基苯 苯胺 NH2 CH3SO2Cl (CH3CH2)3N H N S O CH3

甲磺酰苯胺

以乙烯和苯为原料合成多非利特的路线如下:
A CH2=CH2 1 B HOCH2CH2Cl 3 SO3H C
D

CH3CH2Br 2

SO3Na E

ONa

4 F

5 OH G O2N 8 NaOH H 2O H O2N 9

6 OH +

7 OH

NO2 10 O Cl

9 + 3

11

12 14 + 15

2 + 4 Br2 hν

AlCl3

13

HNO3 H2SO4

15

16

(CH3)3COK △ O 2N 17 H N CH3

I
O2N 18

Br

J O 2N

12 K2CO3

20

H2 Ni

CH3SO2Cl (CH3CH2)3N

21(多非利特) (C19H27N3O5S2)

19

10-1 写出上述合成路线中化合物 11,13,14,15,16,20,21 的结构式. - 10-2 写出上述合成路线中,反应 A-J 所需的试剂及必要的反应条件. -

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2009 年福建省高中学生化学竞赛预赛试题答案及评分标准
第 1 题. 10 分) ( (1)氧化水解: 分) (1 2Fe2+ + H2O2 + 4H2O = 2Fe(OH)3↓+ 4H+ (或通入空气加热氧化,O2 氧化) 加 ZnO(1 分) 中和调 pH 为 5.2 (1 分) Fe3+ + 3H2O = Fe(OH)3↓+ 3H+ (1 分) Al3+ + 3H2O = Al(OH)3↓+ 3H+ (1 分)

2Sb3+ +SO42-+ 2H2O = (SbO)2SO4↓+ 4H+ (1 分) 另外硅酸也一起沉淀 (1 分) (2)除 Cu
2+

和 Cd

2+

Cu2++ Zn = Zn2+ + Cu (1 分) Cd2++ Zn = Zn2++ Cd (3)除 Cl Ag2SO4 + 2Cl = 2AgCl↓+SO42- (1 分) (9 第 2 题. 分) ( 2-1 四氯化硅,锡极易发生水解反应,生成盐酸酸雾,液氨喷放后极易气化,并与 HCl 化合生成 NH4Cl - 浓烟, 分) (1 SiCl4+2H2O=SiO2+4HCl↑; 分) (1 ;写成 SiCl4+4H2O=H4SiO4+4HCl↑也可以. SnCl4+3H2O=H2SnO3+4HCl↑ (1 分) NH3+HCl=NH4Cl (1 分) 2-2 发生 SiH4 的燃烧反应,所以有火光出现: 分) (1 - SiO2 + 2Mg == 2MgO + Si (1 分) Si + 2Mg = Mg2Si (1 分) Mg2Si + 4HCl = SiH4↑ + 2MgCl2 (1 分) SiH4 + 2O2 ==== SiO2 + 2H2O (1 分)所以有火光 (1 分)

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(9 第 3 题. 分) ( 3-1 - A. Ca(OH)2 B. Mg(OH)2 C. MgCl2 D. HCl 气流 E.无水 MgCl2 3- 2 - 1 分(写成 CaO 不给分) 1分 1分 1分 1 分(未写无水不给分)

氧化镁离子电荷高,半径小,离子键强,熔点太高(2800℃) ,如采用氧化镁则能耗高,对材料的 要求高,成本提高. 2分 2分

3- 3 -

CaCl2 在电解过程中起助溶剂作用,降低熔点,降低能耗.

(10 第 4 题. ( 分) 4- 1 四氧化二氮中 N 原子以 sp 2 杂化 - 2 个 π3 4 键(或 1 个 π6 8 也可以) 4- 2 -
H3 C N H3 C NH2

1分 1分

2分

4-3 C2H8N2 + 2N2O4=2CO2 + 4H2O + 3N2 - 4-4 - (CH3)2NH + HNO2 =(CH3)2NNO + H2O

2分 1分

(CH3)2NNO + Zn + HCl = (CH3)2NNH2 + ZnCl2 + H2O 1 分 4- 5 - ZnCl2 + 2N 2O 4 = Zn(NO 3 ) 2 + 2NOCl 2分

(10 第 5 题. ( 分) 5-1 本小题 3 分 - (答案一) (答案二)

O

Zr
O

Pb

Pb

Zr

理论上应把锆原子稍偏离体心位置,把锆原子画在体心位置给 2 分.如果画出答案二晶胞给 2 分.

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5-2 PbZrO3 (3 分) - 5-3 锆原子配位数为 6 (2 分) - 铅原子的配位数为 12(2 分) 第 6 题.(12 分) ( 6-1 -
θ Kp =

CMbO2 pθ CMb pO2



Kp =

CMbO2 CMb pO2 CMbO2 CMb CO2

(2 分)

θ Kc =

CMbO2 C θ CMb CO2



Kc =

(2 分)

θ pO C θ Kc Cθ = 2 θ = k θ ,两者用亨利常数相联系. θ K p CO2 p p

(1 分)



Kp Kc

=

pO2 CO2

= kc
θ Kp

CMbO2

6-2 -

S=

CMb pθ = CMbO2 pO θ 1+ 1+K p θ2 CMb p

pO2

(2 分)



1 pθ =1+ θ S K p pO2

当 K θ = 150 , pθ = 105 pa, 将 pO2 (1) = 6.00 kPa, pO2 (2) = 2.00 kPa 代入得 p
9 3 = 0.9 ,S2= = 0.75 1+9 4 S 0.15 = × 100% = 16.7% S1 0.9

S 1=

(1 分,每个 0.5 分) (1 分)

6-3 -

b(因为反应放热,则温度升高平衡向左移,S 下降;另一方面,温度升高,氧溶解度下降,也造

成 S 下降.(选对答案即给满分,不需要文字解释) 1 分) ) ( 6-4 比较小. - (1 分)

在热带,因为人体散热较少,氧的结合度下降,因此体内静脉血与动脉血的颜色差别小. (1 分)

(10 第 7 题. ( 分)
ClO3
-

+ 6 Fe2 + 6 H
-

+

+

=
+

6 Fe3 =

+

+ Cl
+

-

+ 3 H 2O
+

(2 分) (2 分)

Cr2O72

+ 6 Fe2

+

+ 14 H

2Cr3

+ 6 Fe3

+ 7H2O

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1 ClO3

-

~

6 Fe2

+

~ 6e

(2 分)
(4 分)

ω (KClO3 ) =

(50.00 × 0.1500 0.1000 × 8.35) × 122.55 × 100% = 75.63% 0.1800 × 6 × 1000

注:列式 2 分,结果 2 分. 结果正确,未写 1 ClO3 第 8 题.(5 分) 8-1 本小题 3 分,每个 0.5 分 -
Br Br (1) OH (2) OH OH OH (3) O (4) Br (5) (6) OCH3
-

~

6 Fe2

+

~

6e 不扣分.有效数字错扣 1 分.

CO2H OH

O OCCH3

8-2 本小题 2 分 - 存在旋光异构体(或答:存在对映异构体,或答:是)1 分 含 1 个手性碳原子 0.5 分; 第 9 题. 分) (8 ( 9-1 本小题 5 分,每个 1 分 - 重要更正: "该分子为链状化合物"应为"该分子为环状化合物 . 链状化合物 环状化合物" 重要更正:本题第 2 行, 链状化合 环状化合物 可能存在 2 个旋光异构体 0.5 分

OH

OH D O E

O F

O

O B
9-2 本小题 2 分,每个 1 分 - C:3-甲基-1-溴-2-丁烯 D:6-甲基-5-庚烯-2-醇 9- 3 本小题 1 分 乙二醛 - (17 第 10 题. ( 分) 10-1 本小题 7 分,每个 1 分 - 写成:1-溴-3-甲基-2-丁烯 或其他答案不给分 写成:2-甲基-2-庚烯-6-醇 或其他答案不给分

A

或用结构式 OHCCHO 表示

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O O2N 11 Br

OH NO2 13 CH3 N O 14 NO2 O2N 15

O2N 16

O2N

20 O H N S CH3 O O

CH3 N O CH3 S N H O
10-2 本小题 10 分,A—J 每个 1 分 - A:HBr B:HOCl,或 Cl2/H2O C:H2SO4-SO3,或 H2SO4/75℃ D:NaOH E:NaOH(s) F:H 或 H3O ,或除硝酸外的其他稀无机酸 G:稀 HNO3 写成 HNO3/H2SO4 不给分
+ +

21

H:HCl/ZnCl2,或 PCl3,或 PCl5,或 Cl2/P,或 HCl(g),只写 HCl 不给分 I:HBr/过氧化物(或过氧化物用结构式表示,或光照,或 hν) J:CH3NH2

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