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2006年全国高中化学竞赛试题


中国化学会 2006 年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题
(2006 年 9 月 10 日 9:00-12:00 共 3 小时)
1.008

He 4.003 O Ne B C N F Li Be 6.9419.012 10.8112.0114.01 16.0019.00 20.18 Al Si P S Cl Ar Na Mg 26.

9828.09 30.97 32.0735.45 39.95 22.99 24.31 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 39.1040.08 44.96 47.8850.94 52.00 54.94 55.85 58.93 58.69 63.55 65.39 69.72 72.61 74.92 78.96 79.9083.80 Sn Sb Te I Xe Ru Rh P d Ag Cd In Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc 85.4787.62 88.9191.22 92.91 95.94 98.91101.1 102.9106.4 107.9 112.4 114.8118.7 121.8127.6 126.9 131.3 Hf Ta W Re Os Ir P t Au Hg Tl P b Bi P o At Rn Cs Ba [210] 132.9137.3La Lu 178.5 180.9 183.9186.2 190.2 192.2 195.1 197.0 200.6 204.4 207.2 209.0 [210][210] [222] Fr Ra [223] [226]Ac-Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt H

相 原 质 对 子 量

第 1 题(4 分) 2006 年 3 月有人预言,未知超重元素第 126 号元素有可能与氟形成稳定的化合物。按元素 周期系的已知规律, 该元素应位于第周期, 它未填满电子的能级应是, 在该能级上有个电子, 而这个能级总共可填充个电子。 第 2 题(5 分)下列反应在 100oC 时能顺利进行:
H H H Me H D Et Me
100oC

H H Me D Et

H H Me

H

+

H Et H Me

H D Me

2-1 给出两种产物的系统命名。 分) (4 2-2 这两种产物互为下列哪一种异构体?(1 分) A 旋光异构体 B 立体异构体 C 非对映异构体 D 几何异构体

第 3 题(8 分)下面四张图是用计算机制作的在密闭容器里,在不同条件下进行的异构化反 应 X?Y 的进程图解。图中的白色方块是 X,绿色方块是 Y。

3-1 3-2 3-3 3-4

A B 图中的纵坐标表示 ;横坐标表示 平衡常数 K 最小的图是 。 平衡常数 K 最大的图是 。 平衡常数 K=1 的图是 。

C

D 。

第 4 题(7 分) 已探明我国锰矿储量占世界第三位,但富矿仅占 6.4%,每年尚需进口大量锰矿石。有人设 计了把我国的菱锰矿(贫矿)转化为高品位―菱锰矿砂‖的绿色工艺。该工艺首先将矿砂与硫 酸铵一起焙烧,较佳条件是:投料比 m[(NH4)2SO4]/m[MnCO3]=1.5;焙烧温度 450oC;焙烧 时间 1.5 小时。 4-1 写出焙烧反应方程式: 4-2 其次,将焙烧产物转化为高品位的―菱锰矿砂‖,写出反应方程式: 4-3 若焙烧温度过高或时间过长,将导致什么结果? 4-4 从物料平衡角度看,生产过程中是否需要添加(NH4)2SO4?说明理由。

第 5 题(6 分) 配制 KI(0.100mol· -1)–I2 的水溶液,用 0.100mol· -1 Na2S2O3 标准溶液测得 c(I2)=4.85× -3 L L 10 -1 mol· 。 L 量取 50.0mL KI-I2 溶液和 50.0mL CCl4 置于分液漏斗中振荡达平衡, 分液后测知 CCl4 -3 -1 相中 c(I2)=2.60× mol· 。已知实验温度下 CCl4 从水溶液中萃取 I2 的分配比为 85 : 1。求 10 L ? ? 水溶液中 I2+I =I 3 的平衡常数。

第 6 题(9 分) 潜在储氢材料——化合物A 是第二周期两种氢化物形成的路易斯酸碱对,是乙烷的等电子 体,相对分子质量30.87,常温下为白色晶体,稳定而无毒。刚刚融化的A 缓慢释放氢气, 转变为化合物B(乙烯的等电子体)。B 不稳定,易聚合成聚合物C(聚乙烯的等电子体)。 C 在155oC释放氢气转变为聚乙炔的等电子体, 其中聚合度为3的化合物D 是苯的等电子体。 o 高于500 C时D 释放氢气,转变为化合物E,E 有多种晶型。 6-1 写出A、B、C、D、E的化学式。

6-2 化合物A 转变为E 各步释放的氢所占的质量分数以及总共释放的氢气所占的质量分数 多大?

6-3 为使A 再生,有人设计了化合物D 在水蒸气存在下与甲烷反应,写出化学方程式。

第 7 题(11 分) 化合物 A 是近十年开始采用的锅炉水添加剂。A 的相对分子质量 90.10,可形成无色晶体, 能除去锅炉水中溶解氧,并可使锅炉壁钝化。 7-1 A 是用碳酸二甲酯和一水合肼在 70oC 下合成的,收率 80%。画出 A 的结构式。

7-2 写出合成 A 的反应方程式。 7-3 低于 135oC 时,A 直接与溶解氧反应,生成三种产物。写出化学方程式。

7-4 高于 135oC 时,A 先发生水解,水解产物再与氧反应。写出化学方程式。

7-5 化合物 A 能使锅炉壁钝化是基于它能将氧化铁转化为致密的四氧化三铁。写出化学方 程式。 7-6 化合物 A 与许多金属离子形成八面体配合物,例如 [Mn(A)3]2+。结构分析证实该配合 物中的 A 和游离态的 A 相比,分子中原本等长的两个键不再等长。画出这种配合物的 结构简图(氢原子不需画出) ,讨论异构现象。

第 8 题(9 分) 超硬材料氮化铂是近年来的一个研究热点。它是在高温、超高压条件下合成的(50GPa、 2000K) 。由于相对于铂,氮原子的电子太少,衍射强度太弱,单靠 X-射线衍射实验难以确 定氮化铂晶体中氮原子数和原子坐标,2004 年以来,先后提出过氮化铂的晶体结构有闪锌 矿型、 岩盐型 (NaCl) 和萤石型, 2006 年 4 月 11 日又有人认为氮化铂的晶胞如下图所示 (图 中的白球表示氮原子,为便于观察,该图省略了一些氮原子) 。结构分析证实,氮是四配位 的,而铂是六配位的;Pt—N 键长均为 209.6pm,N—N 键长均为 142.0 pm(对比:N2 分子 的键长为 110.0pm) 。

备用图 8-1 氮化铂的上述四种立方晶体在结构上有什么共同点? 8-2 分别给出上述四种氮化铂结构的化学式。 8-3 试在图上挑选一个氮原子,不添加原子,用粗线画出所选氮原子的配位多面体。 8-4 请在本题的附图上添加六个氮原子(添加的氮请尽可能靠前) 。 第 9 题(10 分) 环磷酰胺是目前临床上常用的抗肿瘤药物,国内学者近年打破常规,合成了类似化合物,其 毒性比环磷酰胺小,若形成新药,可改善病人的生活质量,其中有一个化合物的合成路线如 下,请完成反应,写出试剂或中间体的结构。
CH3 O2N NH2 Ac2O

A

NBS

h?

B

H 2O CaCO3

C

H 2O HCl
HN

中和

D

E
O2N

P N CH2CH2Cl 2 N O H

O

NC H3

F

HCl

G

(C16H25N5O4PCl)

注:NBS 即 N-溴代丁二酰亚胺。

第 10 题(10 分)以氯苯为起始原料,用最佳方法合成 1-溴-3-氯苯。 (限用具有高产率的各反应,标明合成的各个步骤)

第 11 题(11 分)磷化硼是一种受到高度关注的耐磨涂料,它可用作金属的表面保护层。磷 化硼可由三溴化硼和三溴化磷在氢气中高温反应合成。 11-1 写出合成磷化硼的化学反应方程式。 11-2 分别画出三溴化硼分子和三溴化磷分子的结构。

11-3 磷化硼晶体中磷原子作立方最密堆积, 硼原子填入四面体空隙中。 画出磷化硼的正当晶 胞示意图。

11-4

已知磷化硼的晶胞参数 a = 478 pm,计算晶体中硼原子和磷原子的核间距(dB-P) 。

11-5 画出磷化硼正当晶胞沿着体对角线方向的投影(用实线圆圈表示 P 原子的投影,用 虚线圆圈表示 B 原子的投影) 。

第 12 题(10 分)有人设计了如下甲醇(methanol)合成工艺:

其中,①为甲烷气源,压强 250.0kPa,温度 25oC,流速 55.0 m3﹒s-1。②为水蒸气源,压强 200.0kPa,温度 150oC,流速 150.0 m3﹒s-1。合成气和剩余反应物的混合物经管路③进入 25oC 的冷凝器(condenser),冷凝物由管路⑤流出。在 B 中合成的甲醇和剩余反应物的混合物经⑥ 进入 25oC 的冷凝器,甲醇冷凝后经管路⑦流出,其密度为 0.791g﹒mL-1。 12-1. 分别写出在步骤 A 和步骤 B 中所发生的化学反应的方程式。

12-2. 假定: 所有气体皆为理想气体, 在步骤 A 和 B 中完全转化, 气液在冷凝器中完全分离, 计算经步骤 A 和步骤 B 后,在一秒钟内剩余物的量。

12-3. 实际上,在步骤 B 中 CO 的转化率只有三分之二。计算在管路⑥中 CO、H2 和 CH3OH 的分压(总压强为 10.0 MPa) 。

12-4. 当甲醇反应器足够大,反应达到平衡,管路⑥中的各气体的分压服从方程

K? ?
式中 p0=0.100 MPa, 计算平衡常数 Kp。

2 p?CH3ΟΗ?? p0 p?CO?? p 2 ?H 2 ?


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