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全国化学竞赛(预赛)模拟试卷10


全国化学竞赛初赛模拟试卷
(时间:3 小时
题 号 满 分
H 1.008 Li 6.941 Na 22.99 K 39.10 Rb 85.47 Cs 132.9 Fr [223]

满分:100 分)
4 9 5 8 6 9 7 12 8 18 9 8
He 4.003 Ne 20.18 Ar 39.95 Kr 83.80 Xe 131.3 Rn [222]

1 4

2 12

3 20

相对原子质量
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

一. 分)黄绿色 ClO2 具有漂白、消毒作用,沸点 9.90℃,制备 ClO2 的方法是:将湿润 (4 KClO3 和草酸(固体)混合加热到 60℃即得。 的 1.ClO2 的分子构型为 ; 2.制备反应方程式为 3.用此法制备获得的 ClO2 和其它生成物分离的方法是 二. (12 分)传统合成冰晶石(Na3AlF6)的方法是使用萤石(CaF2)为原料,萤石作为一 种重要的战略物资需要加以保护,使用磷肥副产氟硅酸钠(Na2SiF6)为原料的方法成为一条合 理利用资源、提高经济效益的新方法。冰晶石的生产合成主要由晶种生成、氨解、偏铝酸钠 的制备和冰晶石合成四个工段组成。工艺流程如下图所示:

使用这种方法可以得到大量副产品白炭黑。为了提高副产品白炭黑的质量,可以采用外 加晶种法,得到的白炭黑用于丁苯橡胶中,拉伸强度可以达到 21Mpa,而外加晶种法对冰晶 石质量也有影响。 1.冰晶石的化学名称为 ,主要用途是 。 2.副产品白碳黑的化学成分是 ,丁苯橡胶的结构简式是 3.氨解反应方程式是 4.偏铝酸钠的制备反应是 5.冰晶石合成反应方程式是 6.晶种制备的原料为硫酸或氢氟酸、水玻璃、水。分别使用 HF 和 H2SO4 合成晶种,生成 的冰晶石检验结果如下: 制备晶种用酸对冰晶石质量的影响
用心 爱心 专心 -1-

酸 HF H2SO4

F/% 53.00 52.58

Al% 13.26 12.68

Na/% 31.00 31.82

Na︰Al 2.74 2.95

SiO2 0.564 0.247

Fe2O3 0.010 0.006

SO42- 0.11 1.49

从实验结果看,使用

制晶种,合成的冰晶石质量较好,简述你的理由。

三. (20 分)能源是当今社会发展的三大支柱之一,是制约国家经济发展的瓶颈。目前, 我国的能源结构主要是煤,还有石油、天然气、核能等,这些能源都是一次不可再生且污染 环境的能源,研究和开发清洁而又用之不竭的能源是未来发展的首要任务。科学家预测“氢 能” 将是未来 21 世纪最理想的新能源。 氢能是利用氢气的燃烧反应放热提供能量, H2+1/2O2 即 =H2O+284 kJ。 1.当今社会发展的三大支柱除能源外,还包括 和 。 2.试分析为什么“氢能”将是未来 21 世纪最理想的新能源? 3.目前世界上的氢绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取。如:用水蒸气与炽热的碳 反应为 C+H2O=CO+H2。请在写出由天然气制取氢的反应方程式。并分析此类制氢是否是理 想的长久方法。 4.利用利用硫-碘热循环法制取氢也是化学家常用的一种方法,总反应方程式为
2 2 2H2O → 2H2+O2,其循环过程分三步进行:

SO / I

① SO2+I2+H2O→A+B ② A→?+? ③ B→?+?+? (1)完成以上三步反应,并确定哪步反应最难进行。 (2)请对硫-碘热循环法制取氢的优劣和前景作一分析。 5.目前,氢总量只有 4%左右由电解水的方法制取。 (1)每生产 1m3 氢气需要耗电约 4 度,请估算电解水中能量的利用率。 (2)电解水法制氢一方面消耗的电能比氢能释放的能量还要高,另一方面电能本身就是 高效、清洁能源,以电能换氢能,成本很高,显然消耗电能来获得氢能的方法是得不偿失。 请问用什么方法可以降低电解法制氢的成本。 6.目前,有人提出一种最经济最理想 的获得的氢能源的循环体系,如右图所示: 这是一种最理想的氢能源循环体系, 类 似于 (填理科教材中一名词) ,太阳 能和水是用之不竭,而且价格低廉。急需化 学家研究的是 7. 列举两种方法简单安全地输送氢气。 四. 分)某晶体 X 是二价金属硫酸盐的结晶水合物,化学式可表示为 ASO4nH2O(A (9 为金属元素,n 为自然数) 。取少量晶体 X,加强热至 1000℃以上,得到红色氧化物 Y,总失 + 重率为 66.51%;再取 2.137g 晶体 X,溶于水配成溶液,再加过量铁粉,充分反应后(Fe+A2 + =Fe2 +A) ,固体质量增加 0.077g。确定晶体 X 和氧化物 Y,并给出推理步骤。 五. 分)联苯乙酸具有强消炎镇痛作用和良好的透皮性能,对治疗关节疾病和肌肉疼 (8 痛具有速效、高效和安全性等特点。以苯乙睛为起始原料经四步反应可合成联苯乙酸,反应 总收率为 33.7%。合成路线如下: -CH2CN a A b B Fe / HCl / → C → → 还原硝基

用心

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专心

-2-

C6 H → 6 / Cl3CCOOH / C5 H11ONO / Cu / TBAB



-CH2COOH

(1)确定合理的无机试剂 a、b (2)写出中间产物 A、B、C 的结构简式 六. 分)目前,包括我国在内的许多国家都已经暂停销售 (9 和 使用含苯丙醇胺的药品制剂。苯丙醇胺的英文名称是 Phenylpropanolamine,缩写为 PPA,化学结构如右图所示: 1.系统命名法命名苯丙醇胺: 2.右图上用*标出苯丙醇胺中的手性碳原子,并确定光学异构体数目。 3.苯丙醇胺容易和盐酸成盐,生成盐酸苯丙醇胺,而被广泛入药。写出盐酸苯丙醇胺的 结构简式。 4.以常见有机物 A 为原料,与硝基乙烷作用,所得产物经还原可以很方便地得到苯丙醇 胺。合成路线如下:
H2 A+CH3CH2NO2 → B → 苯丙醇胺

写出 A、B 的结构简式。 七. (12 分)化学式为 C5H4 的烃,理论上同分异构体的数目可能有 30 多种。如: ① CH2=C=C=C=CH2 ② CH≡C-CH=C=CH2 ③ ④ -C≡CH ⑤ -CH=CH2…… 请不要顾忌这些结构能否稳定存在,完成下面各小题: 1.异构体①、②是链状分子,请再写出 2 种链状分子的结构简式: 2.若核磁共振表明氢原子的化学环境没有区别,则满足条件的异构体除①、③外还有 (只需答出一例) 3.有人认为异构体①中四个氢原子是共平面的,也有人认为不共平面,请分别写出这两 种观点中碳原子的杂化类型和碳原子间π键成键情况; 4.异构体②和③中四个碳原子是否共平面,方便说明理由; 5.比较异构体④和⑤,何者相对更稳定些,为什么? 6.除题干和以上小题涉及到的异构体外,请至少再写出 5 种异构体,要求每种异构体都 有对称性(存在一条对称轴) 。 八. (18 分)碳化硅(SiC)俗名“金刚砂” ,有类似金 的结构和性质。其空间结构中碳硅原子相间排列,右图所 刚石 示为

碳化硅的晶胞(其中●为碳原子,○为硅原子) 。已知:碳 原子 -11 -10 半径为 7.7×10 m,硅原子半径为 1.17×10 m,SiC 晶 体密 3 度为 3.217g/cm ) 1. 是 SiC 晶体, 硅原子杂化类型都是 碳、 , 键角 都是 ,三个碳原子和三个硅原子相间构成一个 式 (船、椅)六元环。 2.如右图所示碳化硅晶胞,从立方体对角线的视角观察,画出一维空间上碳、硅原子的 分布规律(注意原子的比例大小和相对位置,至少画两个周期) 3.从与对角线垂直的平面上观察一层碳原子的分布,请在二维平面是画出碳原子的分布 规律(用●表示,至少画 15 个原子,假设片层碳原子间分别相切) ; 计算二维空间上原子数、切点数和空隙数的比例关系 再考虑该片层结构的上下各与其相邻的两个碳原子片层。这两个碳原子的片层将投影在
用心 爱心 专心 -3-

所画片层的 (原子、切点、空隙)上,且这两个片层的碳原子 (相对、相错) 4.如果我们以一个硅原子为中心考虑,设 SiC 晶体中硅原子与其最近的碳原子的最近距 个原子,离中心原子的距离是 ,它们都是 离为 d,则与硅原子次近的第二层有 原子。 5.如果我们假设碳、硅原子是刚性小球,在晶体中彼此相切,请根据碳、硅原子半径计 算 SiC 的密度,再根据理论值计算偏差,并对产生偏差的原因作一合理解释。 6.估算 SiC 晶体的原子占据整个空间的百分数,只需给出一个在 5%以内的区间。 九. 分)已知 5.000g 样品内含 Fe3O4、Fe2O3 与惰性物质,此样品用过量的 KI 溶液处理 (8 + 然后把溶液稀释到 50.00mL, 50.00mL 此溶液中取出 10.00mL 从 后, 能使所有的铁还原成 Fe2 。 溶液,其中的碘要用 5.50mL 1.000mol/L 的 Na2S2O3 溶液滴定(即完全反应) 。另取 25.00mL 上 2+ 述溶液,先除去碘,然后,溶液中的 Fe 可以被 3.20mL l.000mol/L 的 KMnO4 溶液在酸性介质 中滴定。试求原来样品中含 Fe3O4 与 Fe2O3 的质量百分数。

用心

爱心

专心

-4-

参 考 答 案
一.1.V 型(1 分) ; 2.KClO3+H2C2O4=K2CO3+2ClO2+CO2↑+H2O(2 分) ; 3.冷凝(1 分) ; 二.1.氟铝酸钠 电解炼铝的助熔剂(各 1 分) CHPh-CH2-CH2-CH=CH-CH2 (各 1 分) 2.SiO2 3.Na2SiF6+4NH3H2O=4NH4F+2NaF+SiO2+H2O(2 分) 4.NaOH+Al(OH)3=NaAlO2+2H2O(写 Al2O3 也可以) 分) (1 5.4NH4F+2NaF+NaAlO2=Na3AlF6+4NH3+2H2O(2 分) 6.HF(1 分) 理论 Na︰Al=2.56,使用 HF 制晶种,Na︰Al 比较接近理论值。 分, (2 其它合理答案也可以) 三.1.材料 信息(1 分) 2.①氢能是最理想的清洁能源之一。氢气燃烧的唯一产物是水,无环境污染问题。 ②氢能是一种二次能源。自然界不存在纯氢,必须从含氢的物质中制得氢作为水的组成, 可以说资源丰富。而且氢能是可以利用其它能源(如热能、电能、太阳能和核能等)来制取 的二次可再生能源。 ③氢作为能源放出的能量远远大于煤、石油、天然气等能源。 ④另外,氢气是一种理想的能源载体。氢气具有可储、可输的性质,可作为一种能源储 存和运输。储能可以达到合理利用能源的目的。氢能也可进行大规模运输。 (3 分,基本答对其中三点大意给满分) 3.CH4+H2O=CO+3H2(1 分) 碳、天然气、石油资源面临枯竭,该反应尚需消耗很高的能量(该反应为吸热反应) ,因 此,此法不是理想的长久的方法。 分) (2 4.① SO2+I2+H2O=2HI+H2SO4 ② 2HI=H2+I2 ③ 2H2SO4=2SO2+O2+2H2O 反应③最难进行(各 1 分) 该循环过程需要很高的热能,也就是说在较高温度下才能进行,生成的 SO2 和 I2 可以循环 使用,其它产物对环境无污染,但耗能太大,所以此法也不可取,若把太阳能用到上述循环 中,该工艺将是合理的。 (优点、缺点、前景各 1 分) 5. (1)电解 1mol 水消耗能量 284kJ(根据氢气燃烧释放热量确定) ,1m3 H2 约 45mol(标 准状态估算) ,能量利用率约 88%(±4%)(2 分) 。 通过太阳能发电或风能、海洋能、生物能、地热能电站产生的电能来制氢,可以降低氢 的成本。 分) (1 6.光合作用(1 分) 寻找合适的光分解催化剂,它能在光照下促使水的分解速度加快。 分) (1 7.管道运输(可以把现有的天然气和城市煤气管道输送系统改造为氢气输送系统) ;金 属储氢材料储存后再运输。 分) (1 四.X:CuSO43H2O;Y:Cu2O(各 2 分) 推理一:由置换反应所给数值可列式:

0.077 ×(A+96.07+18.02n)=2.137 ① A 55.85

用心

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专心

-5-

设氧化物为 AOm/2(m 为自然数) ,可列式: 由①②得

A + 8.00m =9.295,根据 m=1,2……讨论,只有 m=1 时才有合理金属;再 A 55.85

A + 8.00m =0.3349 ② A + 96.07 + 18.02n

求出 A、n。 (共 5 分) 推理二:先列式①,根据 n=1,2……讨论,只有 n=3 时才有合理金属,确定 X;再根 据 X 的相对分子质量和 Y 的含量可确定 Y。 五. (1)a:HNO3/H2SO4;b:H2SO4/Hac(各 1 分) -CH2CN;B:O2N- -CH2COOH; (2)A:O2N- C:H2N- -CH2COOH(各 2 分) 六.1.1-苯基-1-羟基-2-丙胺(2 分) 2. 4 种(各 1 分)

3.

(1 分)

4.A:

-CHO;B:

(各 2 分)

七.1.CH≡C-C≡C-CH3 CH≡C-CH2-C≡CH(1 分) 2. 或 (1 分) 3.中间三个碳原子 sp 杂化,两端两个碳原子 sp2 杂化(1 分)
4 共平面π键是 π 5 和 π 3 (互相垂直) ;不共平面π键是两个 π 4 (互相垂直) (各 1 分)
5 3

4.②不共平面,4 位碳原子 sp 杂化,两端两个π键只能垂直(1 分) ③也不共平面,中间碳原子 sp 杂化,两个三角形面垂直(1 分) 5.④相对更稳定些,三元环的张力比⑤小(sp2 对 sp) 分) (1 6. 、 、 、 、 、 、 、 、 (答出其中任意五个给满分,共 4 分,少一个扣一分)

用心

爱心

专心

-6-

八、1.原子 sp3 109°28’ 椅(各 0.5 分) 2. (空隙长度等于碳、硅原子 直径 和) 分) (2 3.如右图所示,一个碳原子周围是六个碳原子 ( 2 分) 1︰3︰2(1 分) 空隙 相错(1 分) 4.12 2 6 d/3 硅(各 1 分) 5.晶胞质量为 4×(12.01+28.09)/NA g, 8 3 3 晶胞体积为[(1.17+0.77)×10- ×4/ 3 ] cm , 密度为 2.96(2 分) 偏差:(2.96-3.217)/3.217=-7.94%(数据可以有偏离,但应给出负号) 分) (1 密度偏小,说明实际晶胞体积比计算值小,即碳、硅原子间的距离应比两个半径小,实 际上碳、硅原子间有共价键作用,而不能假设成相切(是相交)(2 分) 。 6. 38.3%~41.7%(利用原子体积与晶胞体积之比) 九、 求下限:同 5 中求密度的方法,求得 38.3%; ②求上限:根据密度理论值求出晶胞体积,求得 41.7% 九、Fe3 ~0.5I2~Na2S2O3;Fe2 ~0.2MnO4 n(Fe3+)=1.000×5.50×5=27.5mmol;n(Fe2+)=1.000×3.20×5×2=32.0mmol n(Fe3O4)=4.50mmol;n(Fe2O3)=9.25mmol Fe3O4%=20.84% Fe2O3%=29.54%(各 1 分,共 8 分)
+ + -

用心

爱心

专心

-7-


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