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1998年全国化学竞赛模拟试卷(一)


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1998 年全国化学竞赛(预赛)模拟试卷(一)
时间:3 小时 满分:100 分

一. (15 分) 1. (5 分)1994 年度诺贝尔化学奖授予为研究臭氧 做出特殊贡献的化学家。O3 能吸收有害紫外线,保护人 类赖以生存的空间。O3 分子的结构如右图,呈 V 型,

键 角 116.5o,与 SO2 近似,三个原子以一个 O 原子为中心,与另外两个 O 原子分别构成一个非极性共价键;中间 O 原子提供 2 个电子,旁边两 个 O 原子各提供 1 个电子,构成一个大π 键——三个 O 原子均等地享 有这 4 个电子。在 1.01×105Pa,273OC 时,O3 在催化剂作用下能迅速转 化为 O2,当生成该状态下 22.4L O2 时,转移电子数 _________mol。 2. (5 分)稠环芳香烃并 m 苯( )的一氯取代物的同分异构

体有______种;二氯取代物的同分异构体有______种。 3. (5 分)将 5.6 g Fe 投入浓硝酸溶液,产生红棕色气体 A,把所 得溶液减压蒸干, 得到 20g Fe(NO3)2 和 Fe(NO3)3 的混合物, 将该固体在 高温下加热,得到红褐色的 Fe2O3 和气体 B,A、B 气体混合通入水中, 还有 mL 气体 (S.T.P) 不能溶解。 (相对原子质量 H.1 N.14 O.16 Fe.56) 二.(14 分) 1. (4 分)完成方程式(反应体系内有 4mol 离子) : HNO3+2H2SO4(100%)=___ _______+___ ______+___ ______ 2. (3 分)PCl5 极易水解,将 PCl5 投入液氨中也能发生氨解,写出 PCl5 氨解反应方程式: 3. (7 分)镁与硝酸反应实验中, 测得其气相 产物有 H2, NO, NO2, 液相产物有 Mg(NO3)2, NH4NO3 和 H2O。生成这些产物的 HNO3 浓度 范 围 为 : H2 C<6.6mol/L; N2 和 NH4+ C<10mol/L; NO 0.1mol/L<C<10mol/L; NO2 C>0.1mol/L。各气相产物成分及含量随 HNO3 浓度变化曲线如右图所示。 a.写出 1g Mg 与 12mol/L 的 HNO3 反应的方程式: b.960mg Mg 与 1L 4mol/L 的 HNO3 反应,收集到 224 mL 气体(S.T.P) 气体,试写出反应方程式: 三. (12 分) 1.(3 分)试用化学原理解释成语“水滴石穿”的原理:
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2. (6 分)在一只盛水水槽中有一只燃着的蜡烛, 现罩上一只玻璃杯, 使杯内外液面相平,当过了一段时间后,可观察到的现象有: ____________ 有人在实验中观察到杯内液面明显下降,试解释之: a.____________________________________________________________ b._________________________________________________________ 3.(3 分)试管内有 1~2mL 浓硝酸,在放入两块小铜片,不到半分 钟,反应剧烈发生,待红棕色气体充满试管时,迅速将试管倒扣在盛水 的烧杯中,可以观察到水位上升的高度远远超过试管容积的 2/3,为什 么?

四. (11 分) SiC 是原子晶体,其结构类似金刚石,为 C、 Si 两原子依次相间排列的正四面体型空间网状结 构。右图为两个中心重合,各面分别平行的大小两 ● 个正方体,其中心为一 Si 原子,试在小正方体的 顶点上画出与 Si 最近的 C 的位置,在大正方体的 棱上画出与 Si 最近的 Si 的位置。两大小正方体的 边长之比为_______;Si—C—Si 的键角为______ ● Si ○ C (用反三角函数表示);若 Si—C 键长为 a cm,则大 正方体边长为_______cm;SiC 晶体的密度为________g/cm3。 (NA 为阿 佛加德罗常数,相对原子质量 C.12 Si.28) 五. (11 分) 当使 1mol 的 2-甲基-1,4-二氯丁烷和含 2mol 的 KOH 水溶液进 行反应,得到物质 A。在 Al2O3 存在下,加热 A 使转化为 B,B 能结合 1mol H2 形成数种同分异构体产物,其中异构体 C 占优势和其余异构体 相比较是热力学最稳定的。C 在 KMnO4 溶液作用下转变为具有如下性 质的化合物 D, 在 30% H2SO4 作用下脱水重排成化合物 E,在四乙酸铅 的作用下, 分解成两种物质 F 和 G, 后二者都是大量生产的有机合成产 品,物质 F 能发生银镜反应,而物质 G 不能,但它们都能与 D 反应, 形成相应的环状化合物 H 和 I。写出 A~I 各物质的结构简式。

六. (7 分) CH4 和 O2 的混合气体 1.00mL(S.T.P) ,借助放电作用将其点燃, 反应结果放出热量 10.3kJ。如果已知 CH4、气态水、CO2 及 CO 的生成
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热大小分别等于 75、242、394 及 110kJ/mol,试计算混合气体中的体积 分数。 为使题严密,应补充什么限制条件?

七. (13 分) 氰化物都属于剧毒性物质,具有类似卤化物的性质,目前在化学工 业上还有重要应用。现欲在实验室中制备一瓶具有较高纯度(>95%) 的 HCN 气体,请设计一套实验装置,要求所用仪器的种类和数量及药 品的种类尽可能少。附: ①.当用排空气法收集与空气比重为 0.9~1.1 的气体时,其纯度不超过 90% ②.实验室可供选择的药品:NaCN 晶体、浓 H2SO4、盐酸、蒸馏水、苯 (不够还可补充) ③.部分实验仪器的简图如下,实验中还缺少的仪器可自己补充,并画 出合理简图
橡皮塞(双孔) 石棉网 酒精灯 活塞 烧瓶 试管 集气瓶(广口瓶) 烧杯 普通漏斗 导管

④.实验中需要的铁架台和橡胶管不必画出 ⑤.画出实验仪器连接图,并注出各仪器内所盛药品的名称:

⑥.简述重要实验步骤(不超过 50 字) :

八. (7 分) 已知 240K 时液氨的自电离常数及相应的平衡常数: - - NH3 + NH3 NH4+ + NH2 K1=1.0× 10 33 又知氨水的电离及电离常数为: NH3 + H2O NH4+ + OH- K2=1.8× 10-5 (1)试计算 NH2- + H2O NH3 + OH- 的平衡常数。

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(2)仔细想来,以上计算是错误的,请指出错在何处。

九. (10 分) 试按反应步骤逐步写出由 CaC2 和其它无几试剂合成正丁苯的所有 反应(反应箭头左右分别写反应物和有机产物,添加的试剂写在箭头上 面,使用的有机溶剂不做要求,反应步骤不超过 10 个) 。

拟题人:胡波(华东师范大学化学系) 1998 年 8 月命题 1999 年 4 月修订 2000 年 3 月编辑

全国化学竞赛(预赛)模拟试卷参考答案
说明:本套试卷根据“全国竞赛预赛大纲”和“降低原理水平,提高能力要求” 命题新动向进行拟题。本试题在分析能力上有很高的要求,并涉及较多的数学、 物理等交叉学科的知识,适用于对优秀学生的选拔与训练。

1998 (一)
一. (共 15 分) 1.2/9(5 分,答 4/9 给 2 分) 本题通过对 O3 的分析解决问题,打破“题海”中单质间的转化为非氧化还原 反应的束缚。O3 分子中各原子电荷为 ,即 O3 为 ,每摩尔 O3 转 变为 O2 转移电子数为 2/3mol,本题还对物理中的气态方程进行了考查。 (m ? 2)( m ? 3) m?2 2. m ? 3 、 ; (3 分) (m为偶数)(各 1 分) (m为奇数) 2 2 2 本题主要考查了异构体和数列的思想 (或排列组合或归纳法的思想) 。 本答案 仅提供一种方法, 该物质可取代的 H 为 2m+4, 当 m 为奇数时, 二氯取代物为(2m
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+3)+(2m-1)+??+5+1 (共

m?3 (m ? 2)( m ? 3) 项) , 等差数列求和,S ? ; 2 2

m 为偶数时,S=(2m+3)+??+7+3,可得相同答案。另外我们可以根据 m=2, 3,4,5??归纳出通式;也可以用排列组合思想解答(详见《中学生化学报》第 413 期。 3.2240(4 分) 本题主要考查复杂氧化还原反应中电子转移的实质性问题。在多步氧化还原 中,可忽略中间反应,只需抓住起始物质和最终产物的氧化数变化。本题中,Fe →Fe(Ⅲ),N(Ⅴ)→N(Ⅱ)。 二. (14 分) - 1.NO2++H3O++2HSO4 (4 分) 联系硝基苯的制取。本题为在 100%H2SO4 中的酸碱反应,并考查对数据的处 + - + + 理。在 100%H2SO4 中,H2SO4 释出 H 和 HSO4 ,H 能和 H2O 形成 H3O ,HSO4 - - 和水溶液中的 OH 相当。 2.PCl5+9NH3=P(NH)(NH2)3+5NH4Cl(3 分) NH3 与 H2O 的类比,同时应注意同中有异。 3.Mg+4HNO3=Mg(NO3)2+2NO2↑+2H2O (2 分) 40Mg+100HNO3==5NO ↑ +H2 ↑ +NO2 ↑ +3N2 ↑ +4NH4NO3+40Mg(NO3)2+41H2O(5 分) 本题考查识图能力,图象的定量分析,氧化还原反应得失电子守恒,方程式 比例系数的确定。 由图象可知: nNO:nN2:nNO2:nH2=5:3:1:1, 同时还原产物还有 NH4+, 并通过得失电子相等确定与前者的关系。 三. (12 分) 1.CaCO3+H2O+CO2==Ca(HCO3)2(2 分) 石块中有难溶性碳酸盐,在 CO2 和水滴的不断作用下转化为溶解度较大的碳酸氢盐(1 分) 2.烧杯内产生浓烟,烧杯内有一层碳黑和水珠,烛焰逐渐熄灭(3 分) ①蜡烛发生不完全燃烧,有 CO 生成,容器内气体物质的量增大(1.5 分) ②燃烧放热,使容器内温度升高,导致压强增大(1.5 分) 会使用 pV=Nrt,从物理和化学两方面进行分析。 (本题有误) 3. 容器内有反应 2NO2+H2O==HNO3+HNO2 (或 NO2+NO+H2O==2HNO2) 的发生(3 分) 四. (11 分) 如右图所示(碳原子在小正方体不相邻的四个顶点上,硅原子在 大正方体的十二条棱的中点上) (2 分) 2:1 (2 分) arcos (-1/3) 3 (2 分) 4 3 /3(2 分) 15 3 /2NAa (2 分) 本题考查了物质的空间结构,空间想象能力,三维分析,几何计算,宏观和 微观间的转化。该类试题使目前竞赛中的最热点问题,应有足够重视。 五. (11 分) A:HO—CH2—CH2—CH(CH3)—CH2—OH(2 分) B:CH2=CH—C(CH3) =CH2 C:CH3—CH=C(CH3)—CH3 D:CH3—CH(OH)—C(OH)(CH3)— CH3 E:CH3—CO—CH—(CH3)2(1 分) F:CH3—CHO(1 分) G:CH3—CO— CH3
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H:

I

(A~I 各 1 分)

以醇为中心考查有机物间的转化。 六.0.287(O2 足量) 0.375(O2 不足量) (各 2.5 分) 热量的散失和水蒸气的存在可以忽略(各 1 分) 本题考查了热化学和讨论思想,后一问设计新颖,对此应有 所了解。 七.装置如右图所示。 (10 分) 活塞 2 关闭,1 打开,加热反应容器并滴入浓 H2SO4,再关 闭 1,打开 2、3,排完浓 H2SO4 后,关闭 2、3,打开 1,并熄灭 酒精灯。 (3 分) 说明:未能排尽发生装置中空气者不得分;反应装置错误扣 4 分;未用分液 漏斗扣 2 分;排液时用苯扣 1 分;未用倒置漏斗扣 2 分;导管未靠烧杯壁扣 1 分; 导管大大伸出收集瓶口包括烧瓶未倒置扣 2 分;多使用干燥装置扣 1 分;未加热 或未用石棉网扣 1 分。 本题主要考查实验的设计创造能力。 八. (7 分) K=K2/K1=1.8×1028(2 分) K1、K2 是在不同温度下测定的,因此不能进行运算。 (3 分) 本题考查平衡常数的运算和理解。 九. (10 分) 方 CHBr 案 一 : CaC2
H2 ???
2O ?H ? ? ?

CH



CH

?HBr ?? ?

H2C



CH3CH2Br
?

Mg ???

3 H 2O ? ?? CH3CH2CH(OMgBr)CH3 ?H CH3CH2MgBr ?? ?/? ?? CH3CH2CH(OH)C

CH CHO

H3

[O ] ???

CH3CH2COCH3

2H2 ?C ? ??

CH3CH2(OH)C(CH3)C
H O



2 ? ? CH3CHO) CH ??2?4? ?? CH3CH=C (CH3)C≡CH(HC≡CH ??

浓H SO ,?


2O ?H ? ? ?







CaC2
?

2O ?H ? ? ?

CH



CH

CH3CHO

?OH ? ??

CH3CH2(OH)CH2CHO CH3CH2(OH)CHClCHO

2,hv ?Cl ? ??

H2 H2 浓H SO ,? ??? ?? CH2 = CHCHCl = CH2 ??? CH3CH(OH)CHClCH2OH ??2?4?

CH3CH=CClCH3 ???? CH3CH=C (CH3)C≡CH
NaCCH

考查重点有机化学反应的应用。有机合成试题没有统一的答案,这儿只是提 供两种方案,其它合理答案都给分。一般竞赛课本和大学教材上出现的反应都可
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使用,但有些特殊的反应(如反马氏加成等)应注明反应条件。有机合成应重点 掌握碳链的增长方式,以上提供的方法都是最常见的,应熟练掌握,另外羰基的 氢,RC≡CH 的氢都有很强的反应的活性,易发生加成反应。

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