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模拟试题:全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试卷 (2)


中国化学会第 27 届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试卷 出题人:山西省实验中学 梁晔
题 号 满 分 得 分

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总分

100

? ? ? ?
H
1.008

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 10.81 12.01 14.01 16.00 19.00 20.18 Al Si P S Cl Ar Na Mg 26.98 28.09 30.97 32.07 35.45 39.95 22.99 24.31 Ge As Se K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Br Kr 39.10 40.08 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 79.90 83.80 Sn Sb Te I Xe Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In 85.47 87.62 88.91 91.22 92.91 95.94 98.91 101.1 102.9 106.4 107.9 112.4 114.8 118.7 121.8 127.6 126.9 131.3 Rn Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Cs Ba La-Lu 178.5 180.9 183.9 186.2 190.2 192.2 195.1 197.0 200.6 204.4 207.2 209.0 [210] [210] [222] 132.9137.3 Fr Ra [223] [226] Ac-Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt

相对原子质量

第 1 题(8 分) 1-1 1898 年居里夫妇发现了镭。周期表中镭与钡同族,与钡的相关化合物相比,预测镭的 下列性质: (1)Ra(OH)2 的碱性及在水中的溶解性; (2)RaSO4 和 RaCrO4 在水中的溶解性; (3)RaCO3 的热稳定性;

-1-

1-2 与其他碱土金属大不相同的是,Be 强烈倾向于形成共价化合物,且多数情况是以四配 位形式存在。Be4 O(CH3 COO)6 被称作碱式乙酸铍,其分子结构高度对称,画出其结构。

第 2 题(8 分) 2-1 P4 O10 是磷酸的酸酐,在 632K 时升华。画出 P4 O10 的结构,指出它的全部对称元素。

2-2 某种磷酸盐 A 稍加热即失重 13.06%生成 B,继续加热至 400K 时失重 7.51%成为 C,再 加强热至 600K~700K 时失重 7.90%,生成物质的量比为 2:1、摩尔质量之比为 3:4 的两物质 D 和 E。若将 C 加热至 900K 以上经骤冷可得玻璃态 F,F 为混合物,其主要成分的最简式 与 D 的最简式相同。 写出 A、B、C、D 的化学式并画出其结构。画出 F 主要成分的阴离子结构。

-2-

2-3 磷的五价氯化物 PCl5 在固态时为离子化合物,其中含有两种化学环境的磷。画出此时 PCl5 的结构。

第 3 题(10 分) 21 世纪被预言为钛的世纪,然而至今金属钛的应用仍未全面普及。 3-1 钛的冶炼到目前仍是一个有难度的课题,现在的生产主要以 Kroll 法为主导,方法是用 钛铁矿 FeTiO3 和氯气、焦炭共热,产生的 TiCl4 气体通过分馏,在氩气中用熔融镁还原得到 粗钛,除去 Mg 和 MgCl2 后将粗钛粉碎并用王水清洗熔铸成钛锭。写出以上两个方程式,并 写出除去粗钛中 Mg 和 MgCl2 的具体步骤。

3-2 钛单质为有银色光泽的金属,其晶体为六方最密堆积结构,金属半径为 147pm。相比 之下,铁在室温下为体心立方形态的α -铁,其金属半径为 126pm。画出两者的晶胞,并分 别计算其密度。写出具体求解步骤。

-3-

3-3 除密度上有优势以外,钛还有哪些优良性质?试举出三种。

第 4 题(12 分) 单环氮硼烷是苯的等电子体,热分解时产生的多聚物聚硼氮烷类似于萘、联苯等。将反 应后的产物分离得到 0.1443g 的一种多环氮硼烷, 置于 200ml 水中长时间加热水解之后分解 为小分子的 H3 BO3、NH3 ,并放出氢气。在溶液中加入 50ml 1.0000mol/L NaOH 溶液,将全部 气体蒸出, 通过回流后将气体导出到 100ml 0.1000mol/L HCl 溶液中, 剩余气体标况下体积为 97.8mL。在此溶液中加入数滴酚酞,用 0.2000mol/L NaOH 溶液滴定,消耗 22.70ml。在原溶 液中加入 50ml 1.0000mol/L HCl 溶液中和原有的 NaOH,再加入少量甘油,数滴酚酞,用 0.2000mol/L NaOH 溶液滴定,终点时消耗 NaOH 27.32ml. 4-1 求此环氮硼烷的最简式并写出计算过程。

-4-

4-2 气体实验得 373K 101.3kPa 下此环氮硼烷蒸气密度为 4.32g/L,求其摩尔质量。

4-3 画出此环氮硼烷的结构。它具有芳香性吗?为什么?

第 5 题(10 分) 自哈伯法问世后, 各种合成氨的方法层出不穷, 但目前仍难以撼动哈伯法在合成工业中 的地位。 5-1 将纯净的 N2 和 H2 以分压比 1:3 充入转化炉中, Fe 作催化剂, 以 温度 773K, 压强 200bar。 产出气体在 293K,1bar 下体积是同等状况下原料气的 99.83%。求氮的转化率和合成氨反应 在 773K 下的标准平衡常数 K?。

-5-

5-2 仿生的合成氨技术离不开一种金属元素。此元素在地壳中含量极少, 矿物以硫化物为主 ,如图是此种 矿物的晶胞, 晶胞参数 a=315pm, c=1230pm,密度为 5.05g/cm3 。 (1)指出此化合物晶胞类型。

(2)写出其化学式并给出计算过程。

第 6 题(15 分) 某黄色化合物 A 在空气中灼烧成为白色物质 B,B 微溶于水。B 与 Zn 和盐酸反应产生 一种无色气体 C,C 在常温下通入硝酸银溶液中即产生黑色沉淀。B 易溶于碱,与 NaOH 反 应后产生易溶盐 D。在 D 的碱性溶液中加入 I2 ,再加入淀粉溶液后溶液不变蓝,然而加入足 量盐酸后又变蓝。A 不溶于水和酸,但可以和 Na2 S2 反应生成另一黄白色不溶物质 E。
-6-

写出 A、B、C、D、E 的化学式,并写出以上反应中 A 生成 B、B 生成 C、B 生成 D、 D 和 I 2 反应、A 产生 E 的反应的化学方程式。

第 7 题(11 分) 化合物 A、B、C 和 D 互为同分异构体,分子量为 136,分子中只含碳、氢、氧,其中 氧的含量为 23.5%。实验表明:化合物 A、B、C 和 D 均是一取代芳香化合物,其中 A、C 和 D 的芳环侧链上只含一个官能团。4 个化合物在碱性条件下可以进行如下反应:

A B C D

NaOH 溶液 NaOH 溶液 NaOH 溶液 NaOH 溶液

酸化 酸化 酸化

E (C7H6O2) + F G (C7H8O) + H I (芳香化合物) + J

K + H2O

7-1 写出 A、B、C 和 D 的分子式。

7-2 画出 A、B、C 和 D 的结构简式。

-7-

A

B

C

D

7-3 A 和 D 分别与 NaOH 溶液发生了哪类反应?

7-4 写出 H 分子中官能团的名称。

7-5 现有如下溶液:HCl、HNO3 、NH3 ? H2 O、NaOH、NaHCO3 、饱和 Br2 水、FeCl3 和 NH4 Cl。 从中选择合适试剂,设计一种实验方案,鉴别 E、G 和 I。

-8-

第 8 题(12 分) 含氮有机物在有机合成中占到极大的比例。现讨论几个简单的例子。 8-1 二甲胺是一种常见的有机化工原料,有臭味。在 0℃左右与 NaNO2 和 HCl 反应生成一种 黄色的剧毒物质,被人体摄入后可能会造成急性肝部坏死。写出此反应化学方程式,并命名 该剧毒物质。

8-2 烃基与 NO2 基团中 O 相连时通常称作亚硝酸酯。亚硝酸酯中的 N 与羰基中的 C 相似, 可以与亲核试剂发生反应。 丁酮与亚硝酸乙酯在强碱性溶液中发生反应可得产物 A 和乙醇。A 实际上为一对同分 异构体,其中 A1 沸点比 A2 低。尝试用 A2 在酸中反应来产生一种高度对称的物质 B(B 可 溶于 KOH 溶液中成盐) ,却得到两种小分子产物。画出 A1 、A2 、B 的结构,并解释 A1 沸点 为什么比 A2 低,写出 A2 在酸中反应的化学方程式。

8-3 产物 A 再与羟胺单磺酸钠 HONHSO3 Na 反应可得一对称物质 C 和 NaHSO4 。C 在乙醇中 与一绿色硫酸盐迅速反应生成鲜红色沉淀 D。画出 C、D 结构。

C

D

-9-

第 9 题(14 分) 硫辛酸属于维生素 B 的一类化合物, 是一些微生物的生长因子, 对人体有一定保健作用。 现有一种合成方法:
OMe OMe OH (1)BuLi (2) O Na,NH3

(1)PhCOCl (2)H+

H2,Pd

CH3CO3H

O HO OHHO (2)OHO O SH SH FeCl2 S OCOPh NH (1)HI, HS C NH2

A

OH S

B
9-1 命名中间体 A。

OH

(±)硫辛酸

9-2 在图上的方框内写出各产物(不考虑旋光异构) 。 9-3 简要描述(±)硫辛酸对映异构体的拆分方法。

9-4 硫辛酸进入人体后被还原以 B (二氢硫辛酸) 的形式存在。 硫辛酸可能有哪些保健功能? 试举出两点。

- 10 -

中国化学会第 27 届全国高中化学竞赛(省级赛区)答案
第 1 题(8 分) 1-1 (1)Ra(OH)2 的碱性比 Ba(OH)2 强,在水中的溶解度比 Ba(OH)2 大; (2)RaSO 4、RaCrO 4 和 BaSO4、BaCrO 4 同晶,在水中难溶; (3)RaCO3 的热稳定性良好,加热到很高温度才分解; 1-2

第 2 题(8 分) 2-1 P4O10 是磷酸的酸酐,在 632K 时升华。画出 P4O10 的结构,指出它的全部对 称元素。
O O P O O O

O PP O P O O O

4xC3 3xC2 6xσ
B:NaH2PO4 C:Na2H2P2O7

(3xS4)
D:(NaPO 3)3

2-2 A:NaH2PO4·H2O

F: 2-3
Cl
Cl Cl Cl P Cl Cl Cl

P Cl Cl Cl

第 3 题(10 分) 3-1 2FeTiO3+7Cl2+6C

2FeCl3+2TiCl4+6CO

2Mg+TiCl4=2MgCl2+Ti
3-2 rTi=147pm a=b=2r c= r

α=120° Z=2 ρTi=

=4.42gcm-3

rFe =126pm a=b=c= Z=2 ρTi= r

=7.53gcm-3

3-3 1.高强度 2.耐腐蚀 3.耐高温 第 4 题(12 分) 4-1 求此环氮硼烷的最简式并写出计算过程。 N:5.36x10-3 B:5.464x10-3 H:8.732x10-3 N:B:H=1:1:1.6 ∴最简式为 B5N5H8 4-2 由 pV=nRT 得 pM=ρRT M= 4-3
H N HB B H N BH

=132.2gmol-1
不具有芳香性。 因为虽然 N-B 之间有类似于双键的配位 π 键,但由于电负性差异负电荷定域于 N, 正电荷定域于 B,没有离域 π 键。

HN B H

N B H

NH

第 5 题(10 分) 5-1 N2 + 1 -a 1-a 3H2 = 3 -3a 3-3a 2NH3 0 +2a 2a

K ?=
?

=85% K?=1.60x10-5
5-2 (1)简单立方 (2)Z=2 M=

a=0.30 α(N2)=30%

=160.7gmol-1 160.7-32.06x2=96.58…Mo

∴MoS2 第 6 题(15 分) A As2 S3 B As2 O3 C AsH3 2As2 S3 +9O2 =2As2 O3 +6ZnCl2 +3H2 O As2 O3 +6Zn+12HCl=2AsH 3 +6ZnCl2 +3H2 O As2 O3 +6NaOH=2Na 3 AsO3 +3H2 O Na3 AsO3 +I 2 +2NaOH=Na3 AsO4 +2NaI+H2 O As2 S3 +3Na2 S2 =2Na2 AsS4 +S 第 7 题(11 分) 7-1 C8 H8 O2 7-2 D Na3 AsO3 E S

O
O OCH3

OC H

O OCCH3

O OH

A:

B:

C:

D:

7-3 A:水解反应(亲核取代反应) 7-4 羧基、醛基 7-5 表述合理即可 第 8 题(12 分) 8-1

D:酸碱反应(中和反应)

NH(CH3 )2 +NaNO2 +HCl 0℃ (CH3 )2 NNO+NaCl+H2 O N,N-二甲基亚硝胺(N-亚硝基二甲胺)

8-2

O

H

O N

O N O
A2

O N H

O

A1

H

B

A1 沸点更低是因为 A1 形成分子内氢键而 A2 可形成分子间氢键。
O N OH SOCl2 CH3CN+CH3COOH

8-3
O N H O N Ni N N H O

HO

N

N

OH

C 第 9 题(14 分)

D

O

9-1 (±)-6-羟基-8-苯甲酰氧基辛酸 9-2 依次是
OMe OH

O OCOPh

O OCOPh

O OCOPh O

9-3 可以与一个有旋光性的胺反应成为非对映体, 再利用其它物理性质拆分, 最后除去手性的胺。 9-4 1.抗氧化性(还原性) 2.去除重金属以及 As 等(螯合性)


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