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2010年全国高中化学竞赛试题


中国化学会第 24 届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题
2010 年 9 月 15 日
H
1.008

元素周期表

Li Be 6.941 9.012 Na Mg 22.99 24.31 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe 39.10 40.08 44.96 47.88 50.94 52.00

54.94 55.85 Sr Ru Rb Y Zr Nb Mo Tc 85.47 87.62 88.91 91.22 92.91 95.94 98.91 101.1 Hf Ta W Re Cs Ba Os 132.9 137.3 La-Lu 178.5 180.9 183.9 186.2 190.2 Fr Ra Db Sg Bh Hs [223] [226] Ac-Lr Rf

Co Ni 58.93 58.69 Rh Pd 102.9 106.4 Ir Pt 192.2 195.1
Mt

Cu 63.55 Ag 107.9 Au 197.0 Rg

Zn 65.39 Cd 112.4 Hg 200.6

He 4.003 O Ne B C N F 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 Ge As Se Ga Br Kr 69.72 72.61 74.92 78.96 79.90 83.80 In Sn Sb I Xe Te 114.8 118.7 121.8 127.6 126.9 131.3 Rn At Tl Pb Bi Po 204.4 207.2 209.0 [210] [210] [222] Uuq Uup Uuh Uus Uuo

Ds

Cn

Uut

La

Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Ac Th Pa U

气体常数 R=8.31447 J K-1 mol-1 法拉第常数 F=96485 C mol-1 阿佛加德罗常数 NA=6.022142× 23 mol-1 10 第 1 题(15 分) 1-1 2009 年 10 月合成了第 117 号元素,从此填满了周期表第七周期所有空格,是元素周期 系发展的一个里程碑。117 号元素是用 249Bk 轰击 48Ca 靶合成的,总共得到 6 个 117 号元素 的原子,其中 1 个原子经 p 次 α 衰变得到 270Db 后发生裂变;5 个原子则经 q 次 α 衰变得到 281 Rg 后发生裂变。用元素周期表上的 117 号元素符号,写出得到 117 号元素的核反应方程 式(在元素符号的左上角和左下角分别标出质量数和原子序数) 。 1-2 写出下列结构的中心原子的杂化轨道类型:
I+

Xe
F F F I F F

[I(C6H5)2]+ (C6H5)2Xe

[(C6H5)IF5]?

1-3 一氯一溴二(氨基乙酸根)合钴(III)酸根离子有多种异构体,其中之一可用如下简式表示。 请依样画出其他所有八面体构型的异构体。

Cl N O Br N O

第 2 题(5 分) 最近我国有人报道,将 0.1 mol L?1 的硫化钠溶液装进一只掏空洗净的鸡蛋壳里,将蛋壳开口 朝上,部分浸入盛有 0.1 mol L?1 的氯化铜溶液的烧杯中,在静置一周的过程中,蛋壳外表面 逐渐出现金属铜,同时烧杯中的溶液渐渐褪色,并变得混浊。 2-1 设此装置中发生的是铜离子和硫离子直接相遇的反应,已知 φ?(Cu2+/Cu)和 φ?(S/S2?)分别 为 0.345 V 和?0.476 V, ?=RTlnK, ? 表示反应的标准电动势, 为该反应得失电子数。 nFE E n o 计算 25 C 下硫离子和铜离子反应得到铜的反应平衡常数,写出平衡常数表达式。

2-2 金属铜和混浊现象均出现在蛋壳外,这意味着什么?

2-3 该报道未提及硫离子与铜离子相遇时溶液的 pH。 现设 pH = 6, 写出反应的离子方程式。

2-4 请对此实验结果作一简短评论。

第 3 题(7 分) 早在 19 世纪人们就用金属硼化物和碳反应得到了碳化硼。它 是迄今已知的除金刚石和氮化硼外最硬的固体。1930 年确定 了它的理想化学式。左下图是 2007 年发表的一篇研究论文给 出的碳化硼晶胞简图。 3-1 该图给出了晶胞中的所有原子,除“三原子”(中心原子和

与其相连的 2 个原子)外,晶胞的其余原子都是 B12 多面体中的 1 个原子,B12 多面体的其 他原子都不在晶胞内, 均未画出。 图中原子旁的短棍表示该原子与其他原子相连。 若上述“三 原子”都是碳原子,写出碳化硼的化学式。

3-2 该图有什么旋转轴?有无对称中心和镜面?若有,指出个数及它们在图中的位置(未指 出位置不得分) 。

3-3 该晶胞的形状属于国际晶体学联合会在 1983 年定义的布拉维系七种晶胞中的哪一种? (注:国际晶体学联合会已于 2002 年改称 Bravais systems 为 lattice systems, 后者尚无中文 译名。 ) 第 4 题(8 分) 4-1 分别将 O2、KO2、BaO2 和 O2[AsF6]填入与 O—O 键长相对应的空格中。 O—O 键长 化学式 4-2 在配合物 A 和 B 中,O2 为配体与中心金属离子配位。A 的化学式为[Co2O2(NH3)10]4+, 其 O—O 的键长为 147 pm;B 的化学式为 Co(bzacen)PyO2,其 O—O 的键长为 126 pm,Py 是吡啶(C5H5N), bzacen 是四齿配体 [C6H5?C(O?)=CH?C(CH3)=NCH2?]2。 具有室温吸氧, B 加热脱氧的功能,可作为人工载氧体。画出 A 和 B 的结构简图(图中必须明确表明 O—O 与金属离子间的空间关系) ,并分别指出 A 和 B 中 Co 的氧化态。 配合物 A B 112 pm 121 pm 128 pm 149 pm

结构简图 Co 的氧化态 第 5 题( 11 分)把红热的玻棒插入橙红色固体 A 中,A 受热后喷射出灰绿色粉末 B 和无 色无味气体 C。镁在 C 中加热生成灰色固体 D。B 在过量的 NaOH 溶液中加热溶解,得到 绿色溶液 E。将适量 H2O2 加入 E 中,加热,得到黄色溶液 F。F 酸化后变为橙色溶液 G。 向 G 中加入 Pb(NO3)2 溶液,得到黄色沉淀 H。 5-1 写出 A、B、C、D、E、F、G 和 H 的化学式。

5-2 写出由 E 转变为 F,F 转变为 G,G 转变为 H 的离子方程式。

E 转变为 F

F 转变为 G

G 转变为 H 5-3A 中的金属元素 M 可以形成 MO2 和 ZnM2O4, 它们均为磁性材料,广泛用于制作磁带和 磁盘。分别写出 MO2 和 ZnM2O4 中 M 的价电子组态。

5-4A 中的金属元素 M 可以形成不同形式的羰基化合物或者羰基阴离子,按照 18 电子规则 画出 Na2[M2(CO)10]的阴离子结构,指出 M 的氧化态。

第 6 题(8 分)在我国青海、西藏等地有许多干涸盐湖盛产一种钠盐 Q。Q 为一种易溶于水 的白色固体。Q 的水溶液用硫酸酸化,得到弱酸 X。X 为无色小片状透明晶体。X 和甲醇在 浓硫酸存在下生成易挥发的 E。E 在空气中点燃呈现绿色火焰。E 和 NaH 反应得到易溶于 水的白色固态化合物 Z(分子量 37.83)。 6-1 写出由 Q 得到 X 的离子方程式。

6-2 写出 X 在水中的电离方程式。

6-3 写出 X 和甲醇在浓硫酸存在下生成 E 的化学方程式。

6-4 写出 E 燃烧反应的化学方程式。

6-5 写出由 E 和 NaH 制备 Z 的化学反应方程式。

6-6Z 在水溶液里的稳定性与溶液 pH 有关,pH 越大越稳定。为什么?

6-7 近年来,用 Z 和过氧化氢构建一种新型碱性电池已成为热门的研究课题。该电池放电时, 每摩尔 Z 释放 8 摩尔电子,标准电动势大于 2 V。写出这种电池放电反应的离子方程式。

第 7 题(13 分)分子筛是一种天然或人工合成的泡沸石型水合铝硅酸盐晶体。人工合成的 分子筛有几十种,皆为骨架型结构,其中最常用的是 A 型、X 型、Y 型和丝光沸石型分子 筛,化学组成可表示为 Mm[AlpSiqOn(p+q)]· 2O。 xH 4+ 3+ 2? 7-1 Si 、Al 和 O 的离子半径分别为 41 pm、50 pm 和 140 pm,通过计算说明在水合铝硅 酸盐晶体中 Si4+和 Al3+各占据由氧构成的何种类型的多面体空隙。 Si4+ Al3+

7-2 上述化学式中的 n 等于多少?说明理由。若 M 为 2 价离子,写出 m 与 p 的关系式。

7-3 X 光衍射测得 Si-O 键键长为 160 pm。此数据说明什么?如何理解?

7-4 说明以下事实的原因: ①硅铝比(有时用 SiO2/Al2O3 表示)越高,分子筛越稳定;②最小硅铝比不小于 1。

7-5 人工合成的 A 型分子筛钠盐,属于立方晶系,正当晶胞参数 a=2464 pm,晶胞组成为 Na96[Al96Si96O384]· 2O。将 811.5 克该分子筛在 1.01325× 5 Pa、700℃加热 6 小时将结晶水 xH 10 完全除去,得到 798.6 升水蒸气(视为理想气体) 。计算该分子筛的密度 D。

第 8 题( 6 分)在 25℃和 101.325 kPa 下, 向电解池通入 0.04193 A 的恒定电流,阴极(Pt, ?1 0.1 mol L HNO3)放出氢气,阳极(Cu,0.1mol L?1 NaCl)得到 Cu2+。用 0.05115mol L?1 的 EDTA 标准溶液滴定产生的 Cu2+,消耗了 53.12mL。 8-1 计算从阴极放出的氢气的体积。

8-2 计算电解所需的时间(以小时为单位)。

第 9 题(11 分) 9-1 画出下列转换中 A、B、C 和 D 的结构简式(不要求标出手性) 。
1. LiAlH4 1. Mg/苯 无水醚 回流 A (C14H26O4) B (C12H22O2) C (C12H24O2) 2. H2O 2. H2O D (C12H22Br2)

A

B

C

D

9-2 画出下列两个转换中产物 1、2 和 3 的结构简式,并简述在相同条件下反应,对羟基苯 甲醛只得到一种产物,而间羟基苯甲醛却得到两种产物的原因。
CHO CH3(CH2)11Br, K2CO3 丙酮,回流 OH
1

CHO CH3(CH2)11Br, K2CO3

+
OH 丙酮,回流
2 3

第 10 题( 7 分)灰黄霉素是一种抗真菌药,可由 A 和 B 在三级丁醇钾/三级丁醇体系中合 成,反应式如下:
OCH3 OCH3 O (CH3)3COK/ (CH3)3COH H3CO Cl O H

O

O O CH 3 CH3 O

+
H3CO Cl O

H3COC

CCCH CHCH3

A

B

灰黄霉素

10-1 在下面灰黄霉素结构式中标出不对称碳原子的构型。

10-2 写出所有符合下列两个条件的 B 的同分异构体的结构简式: ① 苯环上只有两种化学环境不同的氢;②分子中只有一种官能团。 B 的同分异构体:

10-3 写出由 A 和 B 生成灰黄霉素的反应名称。

第 11 题 9 分) ( 化合物 A 由碳、 氧三种元素组成, 氢、 分子量 72, 碳的质量分数大于 60%。 3 A 分子中的碳原子均为 sp 杂化。 与 2-苯基乙基溴化镁在适当条件下反应后经水解生成 B。 A B 在质子酸的催化作用下生成 C。经测定 B 分子只含 1 个不对称碳原子,其构型为 R。请根 据上述信息回答下列问题: 11-1 写出 A 的分子式。

11-2 画出 A、B 和 C 的结构简式(列出所有可能的答案) 。

A

B

C

11-3 简述由手性化合物 B 合成 C 时手性能否被保留下来的理由。


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