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2001年全国高中化学竞赛试题


中国化学会 2001 年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题
(2001 年 10 月 13 日 9:00-12:00 共计 3 小时)
H 1.008 Li 6.941 Na 22.99 K 39.10 Rb 85.47 Cs 132.9 Fr [223]

元素周期表
Be 9.012 Mg 24.31 Ca 40.08 Sr

87.62 Ba 137.3 Ra [226] 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 44.96 47.88 50.94 52.00 Y Zr Nb Mo 88.91 91.22 92.91 95.94 Hf Ta W La-Lu 178.5 180.9 183.8 Ac-La

Mn 54.94 Tc [98] Re 186.2

Fe 55.85 Ru 101.1 Os 190.2

Co 58.93 Rh 102.9 Ir 192.2

Ni 58.69 Pd 106.4 Pt 195.1

Cu 63.55 Ag 107.9 Au 197.0

Zn 63.39 Cd 112.4 Hg 200.6

He 4.003 Ne 20.18 Ar 39.95 Kr 83.80 Xe 131.3 Rn [222]

第 1 题(4 分) 今年 5 月底 6 月初,各地报刊纷纷转载了不要将不同品牌洁污剂混合使用的警告。据报道, 在全国各地发生了多起混合洁污剂发生氯气中毒的事件。根据你的化学知识作出如下判断 (这一判断的正确性有待证明) 。 当事人使用的液态洁污剂之一必定含氯,最可能的存在形式是和。当另一种具有(性质)的 液态洁污剂与之混合,可能发生如下反应而产生氯气:

第 2 题(2 分) 自然界中, 碳除了有两种稳定同位素 12C 和 13C 外, 还有一种半衰期很长的放射性同位素 14C, 丰度也十分稳定,如下表所示(注:数据后括号里的数字是最后一位或两位的精确度,14C 只提供了大气丰度,地壳中的含量小于表中数据) : 同位素
12 13 14

相对原子质量 12(整数) 13.003354826(17) 14.003241982(27)

地壳丰度(原子分数) 0.9893(8) 0.0107(8) 1.2× -16(大气中) 10

C C C

试问: 为什么通常碳的相对原子质量只是其稳定同位素的加权平均值而不将 14C 也加入取平 均值? 答: 第 3 题(4 分) 最近报道在-100℃的低温下合成了化合物 X,元素分析得出其分子式为 C5H4,红外光谱和 核磁共振表明其分子中的氢原子的化学环境没有区别,而碳的化学环境却有 2 种,而且,分 子中既有 C-C 单键,又有 C=C 双键。温度升高将迅速分解。 X 的结构式是:

第 4 题(10 分) 去年报道,在-55℃令 XeF4(A)和 C6F5BF2(B)化合,得一离子化合物 C,测得 Xe 的质 量分数为 31%, 阴离子为四氟硼酸根离子, 阳离子结构中有 B 的苯环。 是首例有机氙 C (IV) 化合物,-20℃以下稳定。C 为强氟化剂和强氧化剂,如与碘反应得到五氟化碘,放出氙, 同时得到 B。 4-1 写出 C 的化学式(正负离子应分开写) : 4-2 根据什么结构特征把 C 归为有机氙比合物? 4-3 写出 C 的合成反应方程式: 4-4 写出 C 和碘的反应: 4-5 画出五氟化碘分子的立体结构 第 5 题(5 分) 今年 3 月发现硼化镁在 39K 呈超导性,可能是人类对超导认识的新里程碑。在硼化镁晶体 的理想模型中,镁原子和硼原子是分层排布的,像维夫饼干,一层镁一层硼地相间,图 5-1 是该晶体微观空间中取出的部分原子沿 C 轴方向的投影,白球是镁原子投影,黑球是硼原 子投影,图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。 5-1 由图 5-1 可确定硼化镁的化学式为: 5-2 在图 5-l 右边的方框里画出硼化镁的一个晶胞的透视图,标出该晶胞内面、棱、顶角上 可能存在的所有硼原子和镁原子(镁原子用大白球,硼原子用小黑球表示) 。

图 5-1 硼化镁的晶体结构示意图 第 6 题(8 分)

a=b≠c,c 轴向上

Mn2 离子是 KMnO4 溶液氧化 H2C2O4 的催化剂。有人提出该反应的历程为:
C2O4 ? ? ? Mn (VII) ?? ? Mn (VI) ?? ? Mn (IV) ?? ? Mn (III) ???? Mn(C2O4)n3-2n
Mn ? II ? Mn ? II ? Mn ? II ?
2?



? Mn2++CO2 ??
请设计 2 个实验方案来验证这个历程是可信的。 (无须给出实验装置,无须指出选用的具体 试剂,只需给出设计思想)

第 7 题(10 分) 某不活泼金属 X 在氯气中燃烧的产物 Y 溶于盐酸得黄色溶液, 蒸发结晶, 得到黄色晶体 Z, 其中 X 的质量分数为 50%。 500mL 浓度为 0.10mol/L 的 Y 水溶液中投入锌片, 在 反应结束 时固体的质量比反应前增加 4.95g。 X 是;Y 是;Z 是。 推理过程如下:

第 8 题(11 分) 新药麦米诺的合成路线如下:

8-1 确定 B、C、D 的结构式(填入方框) 8-2 给出 B 和 C 的系统命名:B 为 8-3 CH3SH 在常温常压下的物理状态最可能是 是: 第 9 题(10 分) 1997 年 BHC 公司因改进常用药布洛芬的合成路线获得美国绿色化学挑战奖: 旧合成路线: ;C 为: (填气、液或固) ,作出以上判断的理由

新合成路线:

9-1 写出 A、B、C、D 的结构式(填入方框内) 。 9-2 布洛芬的系统命名为: 第 10 题(5 分) 最近有人用一种称为“超酸”的化合物 H(CB11H6Cl6) 和 C60 反应,使 C60 获得一个质子,得到 一种新型离于化合物[HC60] [CB11H6CL6]-。回答如下问题: 10-1 以上反应看起来很陌生,但反应类型上却可以跟中学化学课本中的一个化学反应相比 拟,后者是: 。 10-2 上述阴离子[CB11H6Cl6]-的结构可以跟图 10-1 的硼二十面体相比拟, 也是一个闭合的纳 米笼, 而且, 11H6Cl6]-离子有如下结构特征: [CB 它有一根轴穿过笼心, 依据这根轴旋转 360° /5 的度数,不能察觉是否旋转过。请在图 10-1 右边的图上添加原子(用元素符号表示)和短 线(表示化学键)画出上述阴离子。




图 10-1 第 11 题(10 分) 研究离子晶体, 常考察以一个离子为中心时, 其周围不同距离的离子对它的吸引或排斥的静 电作用力。设氯化钠晶体中钠离子跟离它最近的氯离子之间的距离为 d,以钠离子为中心, 则: 11-1 第二层离子有个,离中心离子的距离为 d,它们是离子。 11-2 已知在晶体中 Na 离子的半径为 116pm,Cl-离子的半径为 167pm,它们在晶体中是紧 密接触的。求离子占据整个晶体空间的百分数。 11-3 纳米材料的表面原子占总原子数的比例极大,这是它的许多特殊性质的原因,假设某


氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰等于氯化钠晶胞的大小和形状, 求这种纳米颗粒的表面原子 占总原子数的百分比。 11-4 假设某氯化钠颗粒形状为立方体,边长为氯化钠晶胞边长的 10 倍,试估算表面原子占 总原子数的百分比。

第 12 题(11 分) 设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是对世纪最富有挑战性的课题之一。 最近有人制造 了一种燃料电池, 一个电极通入空气, 另一电极通入汽油蒸气, 电池的电解质是掺杂了 Y2O3 的 ZrO2 晶体,它在高温下能传导 O2-离子。回答如下问题: 12-1 以丁烷代表汽油,这个电池放电时发生的化学反应的化学方程式是: 12-2 这个电池中正极发生的反应是: 负极发生的反应是: 固体电解质里的 O2-的移动方向是: 向外电路释放电子的电极是: 12-3 人们追求燃料电池氧化汽油而不在内燃机里燃烧汽油产生动力的主要原因是: 12-4 你认为在 ZrO2 晶体里掺杂 Y2O3 用 Y3 代替晶体里部分的 Zr4 对提高固体电解质的导 电能力会起什么作用?其可能的原因是什么? 答: 12-5 汽油燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全产生堵塞电极的气体通道,有人估计,完 全避免这种副反应至少还需 10 年时间,正是新一代化学家的历史使命。 第 13 题(10 分) 溴酸钾测定苯酚纯度的步骤如下:称取含苯酚 0.6000 g 的试样溶于 2000mL 0.1250mol/L KBrO3 溶液(该溶液含过量的 KBr) ,加酸酸化。放置,待反应完全后加入 KI,而后用 0.1050mol/L Na2S2O3 溶液滴定生成的碘, 滴定终点为 20.00mL。 计算试样中苯酚的质最分数。
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