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2003年全国化学竞赛初赛模拟试卷07


2003 年全国化学竞赛初赛模拟试卷(七)
(时间:3 小时
题 号 满 分
H 1.008 Li Be 6.941 9.012 Na Mg 22.99 24.31 K Ca 39.10 40.08 Rb Sr 85.47 87.62 Cs Ba 132.9 137.3 Fr Ra [223] [226]

满分:100 分)

r />5 10 6 10 7 8 8 15 9 18 10 8

1 8

2 6

3 6

4 11

相对原子质量

Sc Ti V Cr 44.96 47.88 50.94 52.00 Y Zr Nb Mo 88.91 91.22 92.91 95.94 La- Hf Ta W Lu 178.5 180.9 183.8 Ac- Rf Db Sg Bh La

He 4.003 B C N O F Ne 10.81 12.01 14.01 16.00 19.00 20.18 Al Si P S Cl Ar 26.98 28.09 30.97 32.07 35.45 39.95 Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 54.94 55.85 58.93 58.69 63.55 63.39 69.72 72.61 74.92 78.96 79.90 83.80 Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe [98] 101.1 102.9 106.4 107.9 112.4 114.8 118.7 121.8 127.6 126.9 131.3 Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 186.2 190.2 192.2 195.1 197.0 200.6 204.4 207.2 209.0 [210] [210] [222] Hs Mt Ds

第一题(6 分) 钾是—种活泼的金属, 工业上通常用金属钠和氯化钾在高温下反应制取。 该反应为: Na(l)+KCl(l) NaCl(l)+K(g)一 Q 压强(kPa) K 的沸点(℃) Na 的沸点(℃) KCl 的沸点(℃) NaCl 的沸点(℃) 13.33 590 700 53.32 710 830 101.3 770 890 1437 1465

该反应的平衡常数可表示为:K=C(K) ,各物质的沸点与压强的关系见上表。 1.在常压下金属钾转变为气态从反应混合物中分离的最低温度约为 ,而 反应的最高温度应低于 。 2.在制取钾的过程中,为了提高原料的转化率可以采取的措施是 。 3.常压下,当反应温度升高 900℃时,该反应的平衡常数可表示为:K= 第二题(8 分) + Cu2O 是不溶于水的碱性氧化物,能溶于酸发生自身氧化还原反应生成 Cu 和 Cu2 。 测定一种含 Cu2O 的矿石中 Cu2O 的含量的方法是: 将矿石溶于足量的 Fe2(SO4)3 和 H2SO4 的混合溶液中,然后用酸性 KMnO4 溶液滴定。 1.写出配平的反应方程式: (1)Cu2O 和 Fe2(SO4)3、H2SO4 反应为 (2)滴加高锰酸钾溶液时发生的反应为 2.若某次测定中称取 5.0g 矿样,用高锰酸钾溶液滴定时,消耗 0.1mol/L 高锰酸钾 溶液的体积为 100mL ,则矿样中 Cu2O 的质量分数为 。
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第三题(15 分) 元素M的单晶是一种重要的半导体材料,用于制造大功率晶体管、整流器和太阳能 电池;M也用于制造多种合金。M不溶于水、盐酸、硝酸,M性质较活泼,高温下能与 多种元素化合。 1.写出 M 的元素符号______; 2.元素 M 为于周期表第______周期______族; 3.与 M 处于同一主族的元素 X,是生命中最重要的元素之一,它在地壳中的含量 极高。请写出 X 的元素符号______;元素 M 和元素 X 可以形成化合物 P,写出其化学 式 ,属于 晶体。 4.M 能在 Y 中燃烧,得到非极性分子 Q,且 M 与 Y 处于同一周期。请写出 Y 的 元素符号______和 Q 的化学式是 。 5.M 不溶于单独的浓酸 A 及酸 B。为了溶解 M,可使用浓酸 A 和酸 B 的混合物。 (1)确定酸 A、B 的化学式 (2)解释在 M 的溶解过程中,酸 A 和酸 B 各起什么作用? (3)写出溶解反应方程式。 第四题(8 分) 自 20 世纪 90 年代以来,芳炔类大环化合物的研究发展十分迅速,具有不同分子结 构和几何形状的这一类物质在高科技领域有着十分广泛的应用前景。 合成芳炔类大环的 一种方法是以苯乙炔为基本原料, 经过反应得到一系列的芳炔类大环化合物, 其结构为:

1.上述系列中第 1 种物质的分子式为 ;第 n 种物质的分子式为 。 2.已知苯环的碳碳键长约 0.14nm,则将上述系列第 4 种物质溶解于有机溶剂中, 形成的分散系为 。 3.以苯乙炔为基本原料,经过一定反应而得到最终产物。假设反应过程中原料无 损失,理论上消耗苯乙炔与所得芳炔类大环化合物的质量比为 。 4.苯乙炔在一定条件下也能聚合成导电塑料,该材料的化学式是 。 第五题(10 分) 某微绿色气体 A 是某常见酸的酸酐, 由短周期 2 种元素组成。 若将标准状况下该气 体 20.00mL 溶入足量的 KI 溶液(假设反应完全进行),再用 0.1000mol/L 的 Na2S2O3 标准溶液滴定生成的 I2,消耗 35.70mL。该气体加热会爆炸性分解为 B 和 C,将 B 溶于 水可生成 D,A 溶于水也可得到 D,D 为弱酸性物质,具有强氧化性。气体 A 在液态空 气中与 NH3 反应生成一种常温下为固体的 E,一种常温下为气体的 F 和水。 1.请写出从 A~F 的化学式: 2.某一气体单质通过 Na2CO3 溶液可制备 A,请写出化学方程式。
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3.写出气体 A 在液态空气中与 NH3 反应的化学方程式 第六题(20 分) 下列是有关碳的一系列题目 1.在石油化工的加氢操作中,如果氢气中混有 CO 和 CO2 等杂质,会引起催化剂 中毒,因此必须除去。 (1)在常温下,可以用银氨溶液来检测微量的 CO,其原理与银镜反应相似,有银 析出。写出银氨溶液与 CO 反应的化学方程式 (2)工业上常采用甲烷化法除去少量碳的氧化物(CO、CO2) 。其方法是:一定温 度时, 在催化剂的作用下, 向碳的氧化物中通入氢气, 使之转化为甲烷和易于除去的水。 写出 CO 发生甲烷化反应的化学方程式 2. (1)据报载,日本工业技术院物质工业技术研究所利用 C60 做催化剂用甲烷稳定 的制出了 H2,在现阶段 C60 在高温条件下才能发挥功能,不能立即达到实用,须加以改 良制成低温条件下工作的节能型催化剂。这次开发的甲烷分解催化剂是在碳粉里掺入 10%的 C60,在加热到 1000 度的容器里加入 0.1 克催化剂,以 1min 流入 20mL 的速度做 实验,结果 90%分解成碳和氢。 克催化剂含碳原子 0.1 个; (只需要列式说明) (2)C60 是三维欧几里得空间中可能存在的最对 称的分子,所以它称得上是圆形分子中最圆的分子。 由于它的圆球形状和特殊稳定性,一出世就有人提议 用它来作分子滚珠,制成润滑剂。X 射线衍射实验证 明,常温下 C60 固体(fullerite)形成面心立方(fcc) 的晶体结构(如右图) 请在图中画出一个四面体空隙 , 和八面体空隙。 (3)C60 除了能与其他原子、分子或原子团反应 外,C60 分子之间也能通过化学键连接起来形成聚合 物。 两个 C60 分子或它们的复合物通过 C-C 键连接起 来即产生二聚化反应。根据 C-C 键的不同,C60 的二 聚化可分为强二聚化和弱二聚化。弱二聚化是指两个 C60 分子之间由一个 C-C 单键连接!请写出.弱二聚化 的化学方程式: (4)C60 的强二聚化是指两个 C60 分子直接结合 起来,形成新的分子团簇(右图) ,写出 分子式。 3. 多面体几何学和化学的关系日益 显得重要,其中欧拉公式可以用于凸多 面体边数、面数和顶点数之间的关系; 若多面体晶面数为 F,晶棱数为 E,顶 点数为 V,则 F+V=E+2。 (1)当多面体只由五边形面(F5)和六边形面(F6)组成,每个顶点都接 3 条棱时,
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试证明不论由多少个顶点组成多面体,其中五边形面的数目总是 12 个。 (2)已知 C60 分子是个具有足球外形的 32 面体,只由 F5 和 F6 组成,试计算其价 键结构式中的 C-Cσ 键数目。 (注意题目要求) (3)不借助于欧拉定理,利用已学过的化学知识(或原理、思想) ,推导第(1) 题的结论。 第七题(21 分) 有机化合物的最简式是 C2H3Br,A 有两种异构体 A1 和 A2;它们被 O3 氧化后,在 + Zn/H 作用下最终得到相同的有机产物 B;A1 在金属钠作用下可以得到 C,而 A2 不能; C 可以被酸性 KMnO4 溶液作用, 得到 D; 在干燥剂作用下得到碳氧化合物 E; 中碳、 D E 氧两元素的质量分数分别为 0.50;经光谱分析知,E 分子是平面分子,且分别有两种不 能类型的碳原子和氧原子。 1.A 的化学式是 。 2.A1 和 A2 的结构简式是 。 3.写出 A 除 A1、A2 以外的全部链状同分异构体的结构简式(有立体异构体的只要 指出即可) 。 4.写出 B~E 的结构简式。 第八题(14 分) 黄金的提取通常采用氰化-氧化法。 (1)氰化法是向含氰化钠的矿粉(Au 粉)混合液中鼓入空气,将金转移到溶液, 再用锌粉还原提取 Au。试写出反应过程的离子方程式,计算两个反应的平衡常数。 + - + (已知:Ф 0Au /Au=1.68V,Ф 0O2/OH =0.401V,Ф 0Zn2 /Zn=-0.70V,K 稳 - - Au(CN)2 =2.0× 38 K 稳 Zn(OH)42 =1.0× 16) 10 10 - (2)为保护环境,必须对含 CN 废水进行处理,请设计两个原理不同的处理方案。 比较它们的优缺点。

命题:胡波

2003 年 6 于浙江慈溪中学

部分试题由 南京师范大学化学系 陈凯(端木守拙) 和华南师范大学附属中学 曾亮 提供

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参考答案

第一题(6 分) 1.770℃ 890℃(2 分) 2.降低压强或移去钾蒸气 适当升高温度(2 分) 3.K=C(K)/C(Na) 分) (2 第二题(8 分) 1. (1)Cu2O+Fe2(SO4) 3+H2SO4=2CuSO4+2FeSO4+H2O(2 分) (2)10FeSO4+2KMnO4+8H2SO4=5Fe2(SO4)3+2MnSO4+K2SO4+8H2O(2分) 2.72%(4 分) 第三题(15 分) 1.Si(2分) 2.三 ⅥA(2分) 3.C SiC 原子(3分) 4.Cl SiCl4(2分) 5. (1)硝酸 氢氟酸(2分) (2)硝酸是氧化剂,氢氟酸是配合剂(2分) (3)Si+4HNO3+6HF=H2SiF6+4NO2↑+4H2O(2分) 第四题(8 分) 1.C24H12 C8n+16H4n+8(2 分) 2.胶体(2 分) 3.51︰50(2 分) 4. (2 分)

第五题(10 分) 1.A:Cl2O(2 分) B:Cl2(1 分) C:O2(1 分) 2.2Cl2+Na2CO3=2NaCl+Cl2O+CO2(2 分) 3.10NH3+3Cl2O=6NH4Cl+2N2+3H2O(3 分)

D:HClO(1 分)

第六题(20 分) 1. (1)CO+2[Ag(NH3)2]OH=(NH4)2CO3+2NH3+2Ag↓(2 分) (2)CO+3H2 催化剂、一定温度 CH4+H2O(2 分) 2. (1)0.1×6.02×1023/12(2 分)

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(2)

(2 分)

(3)RC60+C60R RC60-C60R(1 分) (4)C116(2 分) (说明:C60 的强二聚化是指两个 C60 分子直接结合起来,形成 新的分子团簇。C116 分子的形成是 C60 强二聚化的典型例子。从 C60 分子上去掉一个双 键(拿掉两个碳原子)形成 C58,相当于一个开口的 C60。C58 开口处的四个碳原子各有 一个悬挂键,正好与另一个 C58 的四个碳原子“口对口”地连接起来,形成 C116 二聚物, 如图所示。这种结合由于是两个 C58 通过 4 个 C-C 键相连接,因此是强二聚化,这种 现象最先由美国亚利桑那大学的卡洛加(D. Koruga)所设想,后来用扫描隧道显微镜 (STM)观察到.与 C60 一样,C58 分子不断转动和移动,于是两个 C58 分子自动结合起 来形成 C116 分子。 ) 3. (1)按照欧拉公式 F+V=E+2 ??①;应该有 F5+F6+V=E+2 ??②;由 于每个顶点连接 3 条棱,每条棱由 2 个顶点连成,得:3V=2E ??③;五边形面和六 边形面分别由 5 个和 6 个顶点形成,得:5F5+6F6=3V ??④;③代入②得:F5+F6 =0.5V+2 ??⑤;④代入⑤得:5F5+6F6=6F5+6F6-12,由此即得:F5=12(4 分) (2) (2)C60 分子有 32 个面,F5=12,则 F6=20。所以由欧拉公式:E=60+32 -2=90。 由于每个碳原子参与形成 2 个 C-C 单键和 1 个 C=C 双键,双键数是单键数 的一半, 所以分子中有 60 个 C-C 单键和 30 个 C=C 双键, 但要注意题目问的是 C-C σ 键数目, 而不是 C-C 单键数目, C=C 双键里也有 C-Cσ 键, 所以 90 个 C-Cσ 键。 (2 分) (3) (利用不饱和度思想)[(F5+F6-1)+V/2]×2=2×V+2 ??⑥,与⑤式是 等价的。 分) (3 第七题(21 分) 1.C4H6Br2(1 分) 2.B1:

CH3 Br

C

C

CH3 Br

;B2:

CH3 Br

C

C

Br (4 分) CH3

3.CH3CH=CHCHBr2(顺反异构体) 、CH3CH=CBrCH2Br(顺反异构体) 、CH3CBr =CHCH2Br(顺反异构体) 、CH2BrCH=CHCH2Br(顺反异构体) 、CHBr2CH2CH=CH2、 CH2BrCHBrCH=CH2(对映异构体) 、CH2BrCH2CBr=CH2、CH2BrCH2CH=CHBr(顺 反异构体) CH3CBr2CH=CH2、 3CHBrCBr=CH(对映异构体) CH3CHBrCH=CHBr 、 CH 、 2 (顺反异构体) 、CH3CH2CBr=CHBr(顺反异构体) 、CH3CH2CH=CBr2(8 分)

4.B:CH3COOH、C:
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、D:
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、E:

(8 分)
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第八题(14 分) - - - 1.Au+8CN +O2=4Au(CN)2 +4OH (2 分) - 4 - 4 - 8 K=[Au(CN)2 ] ×[OH ] /([CN ] ×p[O2]) - + - + - =[Au(CN)2 ]4×[Au ]4×[OH ]4/([Au ]4×[CN ]8×p[O2]) - 4 =(K 稳 Au(CN)2 ) ×K’ - ㏒ K’=nε0/0.059,ε0=φ0(O2/OH )-φ0(Au+/Au)=0.401-1.68=1.279V -87 n=4,K’=1.94×10 - K=(2.0×1038)4×1.94×10 87=3.10×1066(3 分) - - 2Au(CN)2 +Zn=2Au+Zn(CN)42 (2 分) - 2 - - - + + 2- K=[Zn(CN)4 ]/[Au(CN)2 ] =K(Zn(CN)42 ) ×K(Au(CN)2 ) 2×[Zn2 ]/[Au ]2 + + + + 设 K’=[Zn2 ]/[Au ],为对应于以下反应的平衡常数 2Au +Zn=2Au+Zn2 + 0 0 0 2+ ε =φ (Au /Au)-φ (Zn /Zn),n=2 ㏒ K’=nε0/0.059,K’=1.12×1083 得 K=2.8×1022(3 分) + - - + - 2.络合-沉淀法:Fe2 +6CN =Fe(CN)64 4Fe3 +3 Fe(CN)64 =Fe4[Fe(CN)6]3↓ 优点:成本低;缺点:产生二次污染,设备庞大。 分) (2 - - - - 氧化法:CN +OH +O3(Cl2,ClO ,H2O2,Na2O2)→CNO →CO2+N2 优点:处理彻底;缺点:成本较高。 分) (2

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