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2008年第22届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)备用试卷


2008 年第 22 届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)备用试卷

20081019

共页

2008 年第 22 届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)备用试卷
2008 年 10 月 19 日 题号 满分 得分
姓名

9:00-12:00 7 8 8 6 9 10 10 12

总分 100

1 8

2 11

3 11

4 10

5 12

6 12

评卷人
? ? ? ?
H

竞赛时间 3 小时。 迟到超过半小时者不能进考场。 开始考试后 1 小时内不得离场。 时间到, 把试卷(背 面朝上)放在桌面上,立即起立撤离考场。 试卷装订成册,不得拆散。所有解答必须写在指定的方框内,不得用铅笔填写。草稿纸在最后一页。 不得持有任何其他纸张。 姓名、报名号和所属学校必须写在首页左侧指定位置,写在其他地方者按废卷论处。 允许使用非编程计算器以及直尺等文具。
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 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh P d Ag Cd In 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

1.008
学 校

相 原 质 对 子 量

赛场

省 市 自治区 报 名 号

第 1 题 分) 是碘一氧系中研究得最多的稳定化合物, (8 X 白色粉状固体, 分解温度 573K, 相对分子质量 334。在 343K 时能将一氧化碳定量地转变为 CO2,这一性质被用于合成氨厂 中测定合成气中 CO 的含量。 1—1 写出 X 的化学式及其热分解反应方程式

I2O5 (1分)

2I2O5

2I2+5O2

(1分)

1—2 写出 X 与 CO 反应的化学方程式,并简述 X 能用于测定合成气中 CO 含量的理由。

I2O5+5CO

5CO2+I2

(1分)

因该反应完全定量进行,用碘量法以Na2S2O3滴定反应释出的I2, 即可定量测定合成气中CO含量.(1分)

赛区

1

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1—3 画出 X 的分子结构示意图
O I O O I (2分) O O

1—4 X 的水溶液中添加盐酸并将逸出的气体通入氯仿中得化合物 Y,Y 是制造一种灭 火器的原料,写出上述两步反应的化学方程式。

2HIO3+10HCl=I2+5Cl2 +6H2O或HIO3+5HCl=ICl3+Cl2+3H2 O Cl2+CHCl3=HCl+CCl4或 Cl2+2CHCl3=2CCl4+H2 (1分)

(1分)

第 2 题(11 分)钯是一种重要的贵金属,自然界中常以伴生矿和二次形态存在,提取、分 离、提纯和回收工作显得很为重要,溶剂萃取法易实现工业化作业,萃取剂容易回收利用。 回收钯的中间物常以 PdCl42-形态存在于溶液中,利用某些含硫萃取剂可以有效地将钯与其 它贵,贱金属分离,如二丁基硫醚(以 A 表示)的煤油溶液对钯(Ⅱ)的萃取率>99.9%, 而此时钯和铂的分离系数达到 1578,与铜、铁和镍等的分离系数均高于 7500,可有效地将贱 金属分离。图 1 是在固定酸度、钯浓度、A 浓度和相比的条件下 lgD~lg[Cl-]的关系,图 2 是 在固定酸度、钯浓度、Cl-浓度和相比时 lgD~lg[A]的关系。整个萃取过程中钯(Ⅱ)的配位 数和温度保持不变。 (注:D 为分配系数,其值指有机相中金属组分浓度与平衡水相中金属 组分浓度之比)

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2—1 推断萃取配合物的化学组成(列出推断过程)及写出萃取钯的化学反应方程式。 设萃取剂 A 萃取钯(Ⅱ)的化学反应方程式为:

PdCl42- +nA(0) (w) PdClx

PdClx nA(0)+(4-x)Cl-(w)
- 4-x (w)

Kex=

nA(0)] [Cl ]

n [ PdCl42- ] [A] (0) (w)

(2 分)

按分配比定义,则

kex=D *
整理后得

[Cl -]4-x(w) [A]n(0)
* 1 [Cl -]4-x(w)
(1 分)

n D=Kex* [A] (0)

lgD=lgkex+nlg[A]-(4-x)lg[Cl-]

在恒定温度下 lgKex 为常数。根据图 1 和图 2 可求出直线斜率分别为 -1.9 和 2.1 ,取整数为-2 和 2,故 x=2,n=2 (2 分)

PdCl42-(w)+2A(0)

PdCl2 2A(0)+2Cl-(W)

(1 分)

2—2

写出萃取配合物的结构式及其异构体。
A

Cl Pd Cl

Cl Pd A
每个结构式(1 分)

A

Cl

A

2—3

简述 A 能高效萃取钯的原因。

根据 SHAB 法则,Pd(Ⅱ)属软酸,S 原子属软碱,匹配性好,形成的配合物很稳定。 (1 分) 其次,萃合物为中性配合物,根据相似相溶原理,有利于萃取反应进行。 (1 分)

3

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2—4 萃取过程属什么反应类型。 配体取代反应 (1 分)

第 3 题(11 分) 3—1 PCl3 和 NH3 在 CHCl3 中于 195K 时生成 A 物质,A 不稳定在稍高温度下即分解为一种 不溶于液氨、氯仿等溶剂中的黄色无定形物质 B,B 中含磷 68.89%。写出生成 A 的化学反 应方程式和 A 分解为 B 的反应方程式,画出 B 的路易斯结构式。

PCl3+6NH3=P(NH2)3+3NH4Cl P(NH2)3 PN+2NH3

( 1分 ) (1分 ) P N (1分 )

3—2 POCl3 和 NH3 作用生成一种易溶于水的晶体 C, 它在 NaOH 溶液中水解浓缩得化合 物 D,D 于 483K 时置于真空条件下发生缩合反应生成 E,数天后将 E 在水中重结晶得到含 十个结晶水的盐类 F,F 和十水焦磷酸钠是等电子体。 (1)写出 POCl3 和 NH3 作用生成 C 的反应方程式。

POCl3+6NH3=PO(NH2)3+3NH4Cl
(2)写出 C 在 NaOH 溶液中水解生成 D 的反应方程式。

(1分)

PO(NH2)3+2NaOH=Na2PO3(NH2)+2NH3
(3)写出 D 转变为 E 的反应方程式,画出 E 的阴离子结构简式。
O

(1分)

O

4-

2Na2PO3(NH2)= Na4P2O6(NH)+NH3 (1分)

O=P O

NH

P=O
O

(2分)

3—3 过氧化氢作用于冷的饱和的硫代硫酸钠溶液, 冷却后得一种含硫为 40.37%的固体, 写出化学反应方程式及其阴离子结构。

2Na2S2O3+4H2O2=Na2S3O6+Na2SO4 +4H2O ( 1分 )
O O O

S S
S

O O O

2S

2SO3



O3S

(2 分)

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第 4 题 (10 分) 锂电池广泛用于手机、 数码相机及便携式电脑中。 锂电池的负极通常由金属 锂构成,正极由二氯亚砜和碳材料构成。此种锂电池在放电时有气体产生。

4-1 写出锂电池放电时的负极反应、正极反应及总反应。

负极: 4Li ? 4Li ? 4e? 正极: 2SOCl2 ? SO2 ? S ? 4Cl ? ? 4e? 总反应: 4Li ? 2SOCl2 ? 4LiCl ? S ? SO2
4-2

(1 分)

(1 分)

(2 分)

从下面所给电对中选择合适的电对,利用其标准电极电势计算电池反应的标准电动 势。

E ? ( Li / Li ? ) ? ?3.045 ; E ? (Cl2 / Cl ? ) ? 1.360 ; V V E ? ( S / S 2? ) ? ?0.310 ; E ? ( S 4? / S ) ? ?0.520 V V

E ? ? ?0.520? 3.045 ? 2.525 V

(2 分)

4-3 常温下, 若电池反应系数为整数时的平衡常数为 1.0×103 Pa,求所产生气体的平衡分 压。

K p ? PSO2 ? 1.0 ?103 Pa

(2 分)

4-4 该反应的熵是增加还是减少?反应是否自发进行?

5

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该反应的熵增加(1 分) 。反应自发进行(1 分) 。 第5题 (12 分) 锌铝合金的主要成分有 Zn、 Cu、 和 Fe 等元素。 Al、 Si 称取该合金样品 1.1255g, 用 HCl 和 H2O2 溶解、煮沸除去过量 H2O2 后过滤,滤液定容于 250mL 容量瓶中。按下列步 骤测定各组分含量: 5-1 用移液管移取 50.00mL 滤液于 250mL 碘量瓶中,控制溶液的 pH=3~4,加入过量 KI 溶 液,用 6.45mL 0.01122mol?L?1Na2S2O3 溶液滴定至终点。写出碘量瓶中发生的化学反应 方程式;溶液的 pH 太低或过高对分析结果有何影响?该滴定反应可用什么指示剂指示 终点;计算合金中 Cu 的质量分数; 2Cu2+ + 4I? = 2CuI + I2 I2 + 2S2O32? = 2I? + S4O62? pH 太低,I?易被空气氧化,使结果偏高; pH 过高,Cu2+易水解,I2 易岐化,使结果偏低。 可用淀粉溶液为指示剂。
nCu ? 2nI 2 ? nS O
2 2? 4

(1 分) (1 分) (1 分) (1 分) (1 分) (1 分) (1 分)

?c

S2O42?

?V

S2O42?

? [6.45? 0.01122mmol ? 0.0724 ] mmol

wCu ?

0.0724? 10?3 ? 63.55 ? 0.0204 50.00 1.1255? 250.00

5-2 另取 25.00mL 滤液于 250mL 锥形瓶中,加入过量的 EDTA 溶液,煮沸稍冷后加入适量六 次甲基四胺调 pH=5~6,再过量 5mL,用 Zn2+标准溶液滴至指示剂刚好变色,然后加入 过量 NH4F 煮沸,再用 0.03245mol?L?1Zn2+标准溶液 22.50mL 滴至终点。计算合金中 Al 的质量分数;说明加入过量 NH4F 的作用;解释为何前后两次用 Zn2+标准溶液滴定。若 三次平行测定 Al 的质量分数分别为 0.1758、0.1748 和 0.1752mL,计算结果的相对平均 偏差。

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wAl ?

22.50 ? 10?3 ? 0.03245? 26.98 ? 0.1750 25.00 1.1255? 250.00

(2 分)

加入过量 NH4F 是为了把与 Al 配位的 EDTA 置换出来: AlY? + 6F? = AlF63? + Y4? (1 分) 2+ 2+ 第一次 Zn 标准溶液滴定是为除去多余的 EDTA;第二次 Zn 标准溶液滴定被 NH4F 置换出来的 EDTA;根据第二次 n(Zn2+)? n(EDTA) ? n(Al) ? w(Al) (1 分)
x? 0.1758? 0.1748? 0.1752 ? 0.1753 3

0.0005? 0.0005? 0.0001 3 dr ? ? 0.002 ? 2 ‰ 0.1753

(1 分)

第 6 题 (12 分) LiMO2(M 为过渡金属)晶体是良好的导电材料,属六方晶系。其中 Li 在晶 胞的顶点,三个 M 原子在六棱柱的三个不相邻的三角形的中线上并位于 1/2 的高度上,O 原子也在这条中线上但高度分别为 1/4 和 3/4。 6-1 试画出 LiMO2 的一个晶胞。

(4 分) 6-2 写出 Li, M 及 O 原子的分数坐标。 Li(0,0,0)

1 2 1 3 3 2 1 2 1 O( , , ) 3 3 4 1 2 3 O( , , ) 3 3 4

M( , , )

(各 1 分,共 4 分)

6-3 这个晶胞中 O 原子占据的是什么空隙?占据率是多少?

7

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两个四面体空隙(1 分) ,占据分数为 100%(1 分)

6-4 试推测其导电机理。 Li+在 MO2-组成的平面层间运动,形成二维导体。 (2 分)

第 7 题 (8 分) CaWO4 是一种无机发光材料, 属四方晶系, 晶胞参数为 a=525pm,c=1135pm, 相当与由二个小立方体组成。上下两底面的 8 个顶点是 WO42-,上面小立方体的 3 个面心是 WO42-,下面小立方体的 3 个面心是 WO42-,Ca2+填在上下二个小立方体的其余面心位置上, 4 个侧棱中点为 Ca2+。

7-1 试画出 CaWO4 的一个晶胞。晶胞中有几个结构基元,结构基元是什么?

晶胞中有 4 个结构基元(1 分) ;

结构基元是 CaWO4(1 分) 。 7-2 推测其发光机理。 WO42-为变形的扁平状变形四面体,为发光中心(3 分) 。

(3 分)

第 8 题(6 分)化合物 A,B,C 都具有分子式 C5H8 ,它们都能使溴的四氯化碳溶液 褪色。A 与硝酸银氨溶液作用可生成沉淀,B,C 不能,当用热的高锰酸钾溶液氧 化时,化合物 A 得到丁酸和二氧化碳,化合物 B 得到乙酸和丙酸,化合物 C 得 到戊二酸。试写出 A,B,C 的结构式。
(2分)

) 8. A: CH C-CH 2CH 2CH 3 (2分 ,

) B: CH3C C-CH2CH3 (2分 ,

C:

8

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第 9 题(10 分)滴滴涕(DDT)是 20 世纪 60 年代前广为应用的一种杀虫剂, 它是由三氯乙醛和氯苯通过如下反应制备得到:

DDT 因其稳定性、脂溶性、药效普适性等特点,而大量生产,普遍使用,以 致最终造成环境污染。从 70 年代初起,美国、瑞士等国相继禁止生产 DDT 。 我国政府 1985 年明令全部禁止使用 DDT 。 为了杀灭对人类有害的昆虫,而又避免或减少污染环境和破坏生态平衡,化 学工作者进行了不懈的努力,研制出多种新型杀虫剂,以代替 DDT 等农药。例 如化合物 A(如下)就是其中的一种。

请完成下列各题: 9-1 氯苯是一种重要的化工原料,由苯和氯气生产氯苯的反应是( ) A. 化合反应 B. 分解反应 C. 取代反应 D. 加成反应 9-2 下列关于 DDT 的说法不正确的是 ( ) A. DDT 也能杀死有益的生物 B. DDT 极易溶于水 C. DDT 是烃的衍生物 D. DDT 不易被生物分解 9-3 化合物 A 含有的官能团有 。 9-4 南极企鹅和北极土著居民的体内也曾发现微量的 DDT,造成这种情况的主要 原因是__________。 实验又证实,当初美国加利福尼亚州受污染的达莱湖里大鱼体内一类组织中, DDT 的浓度竟高达 7500 ppm,可毒死食鱼鸟。这类组织是 。 9-5 为避免或减少污染环境和破坏生态平衡, 对化学新农药必备的生物化学特性, 应作何规定? 。
9-1 C (1 分) 9-2 B (1 分) 9-3 双键、羟基、醛基(3 分) 9-4 生物富集、食物链传递、DDT 性质较稳定,脂肪(3 分) 9-5 高效、低毒、低残留(2 分)

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第 10 题(12 分)写出下列反应机理 10-1
NH2 NaNO 2/HCl H2O OH

+

10-2
OH OH CH3CN
H+

O

N

10-1
HNO2 HCl (1分) + N2

-N2

+ (1分)

重排

+ (1分) H2O + OH H (1分)

-H+
(1分) OH

-H

+

(1分)

(共 6 分) 10-2
CH3 N (2分)

H+

-H2O

OH + (2分) N C-CH3

+

OH

..

C

-H+ O

N

(2分)

(共 6 分)

10


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