第五届“我爱奥赛杯”高中化学竞赛试题

第1页第五届“我爱奥赛杯”高中化学竞赛试题第1题（6分）硼的化学丰富多彩，也是材料化学研究的热点之一。1-1、最近美国RiceUniversity的教授BorisYakobson与其同事预测了一种硼巴基球(Bn，如图所示)的存在，这种分子组成与C60相似，但在它每个六边形的中心有一个额外的原子，显著提高了其稳定性。则n=_______1-2、硼是制造超硬材料的元素之一。提高材料的硬度有两种方法，一是制造具有类似金刚石结构的物质，如立方BM，若M为第三周期的元素，则M为_______(填元素符号)，二是寻找“不可压缩性的”的金属，这类金属具有高密度，低硬度的特点，它们和硼的化合物有异乎寻常的硬度，最近《Science》杂志报道合成了一种可与金刚石相媲美的超硬材料XB2，X是第VIIB族元素，则X为______（填元素名称）1-3、氮化硼纳米管是一种具有优异性能的材料，于1995年美国加州大学的教授首次合成。该材料可由高温热解法制得，用N2将由（NH4）2SO4与NaBH4反应生成的物质A带入含Co、Ni催化剂的硅晶基片上，加热到1000-1100℃反应生成，已知A为苯的等电子体，写出两步反应的方程式第2题（10分）酸是化学中重要的一类物质，人们对酸的认识是逐步加深的。2-1、1887年，阿仑尼乌斯提出了电离理论，在水溶液中能电离出H+的为酸，电离出OH-离子的为碱。比较水溶液中，下列阴离子的共扼酸的酸性大小_____________________（填序号）O-CH3O(1)O-O2N(2)O-(3)2-2、1905年，弗兰克提出了溶剂酸碱理论。该理论认为凡是在溶剂中产生该溶剂的特征阳离子的溶质叫酸，产生该溶剂的特征阴离子的溶质叫碱。试判断液NH3中加入Li3N后酸碱性变化情况，并结合方程式解释2-3、1923年布朗斯特提出了质子理论。认为凡是能够给出质子的物质都为酸，接受质子的物质为碱。有电子总数相同的三种微粒，它们既是质子酸又是质子碱，且分别为阴离子、中性分子和阳离子，它们是__2-4、质子理论提出的同年，路易斯提出了电子理论，凡是接受电子对的为酸，给出电子对的为碱。NH3和NF3的均为路易斯碱,碱性更强的是_______，理由是____________2-5、1966年第一个超强酸被偶然发现，通常由质子酸和路易斯酸混合。用SbF5与氟磺酸反应后，可得到一种超强酸H[SbF5(OSO2F)]。写出该超强酸在氟磺酸中的电离方程式第2页第3题（8分）NO2-是一种常见配体，在八面体配离子[MR2(NO2)4]-中，中心离子M含量为21.27%，氮元素的含量为30.33%，只检测到一种N-O键长，请回答下列问题3-1、给出自由状态下的NO2-的结构，NO2-在该配合物中配位方式3-2、通过计算，给出配离子的化学式和名称3-3、画出该配离子的结构第4题（11分）银制器皿久置会失去光泽，这并不是仅仅由于氧气的作用，是被“流动的水和游荡的风”所侵蚀，经分析，银器失去光泽是由于其表面形成了X，X可由以下三种方法除去，从而使银器恢复光泽。(1)将银器置于盛有苏打水的铝制器皿中煮沸(2)将银器在KSCN或NH4SCN溶液中放置几分钟(3)将银器用A的乙醇-水溶液处理数分钟，X与A反应的物质的量比为1:8，A是NH4SCN的同分异构体，所有原子均只有一种化学环境。试回答如下问题：4-1、给出X和A的化学式，并写出生成X的化学方程式4-2、写出除去X的三种方法的化学反应方程式4-3、计算X在水中的溶解度，已知KspX=6.3×10-50,X的阴离子对应的酸Ka1=9.5×10-8,Ka2=1.0×10-144-4、试判断X在浓度相同的HNO3与HCl中的溶解性大小，说明你的理由第5题（9分）将硼酸、发烟硫酸、萤石粉共热得到无色气体A，A为平面构型分子，密度约为空气的2.3倍，A用乙醚吸收后得到液态物质B。液态乙酸中存在微弱的自偶电离，离子电导率为139μS/cm，将B加入乙酸中形成均一透明的无色溶液，发现乙酸的离子电导率显著增强，达到1300-5800μS/cm，B与乙酸的混合溶液是具有良好应用前景的非水型电解质，与传统的水溶液电解质体系相比有独特的优势，扩大了电化学反应研究的物质范围和电位研究区间。试回答下列问题：5-1写出A、B的结构简式A_____________，B______________第3页5-2写出生成A的化学反应方程式____________________________________5-3用方程式表示乙酸的自偶电离过程，并分析乙酸中加入B后，电导率显著提高的原因5-4红外光谱显示，纯乙酸中存在两种羧羟基吸收峰，分析这两种峰产生的原因5-5为什么说非水型电解质可以扩大电化学反应研究的物质范围和电位区间？第6题（8分）溶氧分析仪能连续、自动测量水中微量的溶解氧含量，可用于工业锅炉用水，实验室制备除氧水等方面。溶氧分析仪的核心部件是氧传感器，传感器中银做阳极，金做阴极，二电极之间连接一稳定的直流电源，以氯化钾溶液为电解质溶液，电解质溶液与取样水之间有一层氧气可以透过的薄膜，测量金电极上产生的还原电流的大小得出氧气的含量。6-1、试写出溶氧分析仪的有关电极反应式阴极____________________，阳极__________________________6-2、请从你写的电极反应式推测影响氧传感器的性能的因素可能有哪些？在高温下高炉中氧含量的测定可用氧化锆(ZrO2)氧传感器来测定，在氧化锆中加入MgO,Y2O3等立方晶系的氧化物后，在600℃以上高温时成为氧的快离子导体。其导电性能主要源于掺杂晶体中的氧离子空位。下图为氧化锆固体电解质的导电原理。6-3、写出高氧侧和低氧侧的电极反应式高氧侧______________________________，低氧侧________________________________6-4、若某掺杂电极Y2O3的ZrO2晶体中氧离子空位数为3.01X1020个，则理论上掺杂的Y2O3质量为多少克？第7题（9分）、生源胺（biogenicamine）是指人体中担负神经冲动传导作用的胺类化合物，包括肾上腺素（adrenaline）、多巴胺（dopamine）、乙酰胆碱（acetylcholine）及5-羟基色胺（serotonine）等。肾上第4页Pt腺素的结构为下列合成实验所证实儿茶酚+ClCH2COClA(C8H7O3Cl)A+CH3NH2B(C9H11O3N)B+H2外消旋肾上腺素（C9H13O3N）A+NaOI3,4-二羟基苯甲酸7-1、写出儿茶酚、A、B的结构简式7-2、拆分外消旋肾上腺素后，(—)—肾上腺素具有R构型，给出(—)—肾上腺素的立体结构7-3、肾上腺素在空气中会变成红色，分析其原因____________________________________第8题（11分）、有机化合物F是环已烯酮类除草剂（如烯草酮，烯禾定等）的重要合成中间体，F的合成路线如下：C2H5SH(C2H5)3NCH3CH=CHCHOACH3COCH2COOCH3NaOHCH2(COOCH3)21.A2.H+,B(C9H18O2S)benzene-H2OC(C9H16OS)D(C14H24O5S)CH3ONaE(C13H20O4S)1.NaOH2.H+H3CSH5C2OO(F)C2H5SH(C2H5)3NCH3CH=CHCHOACH3COCH2COOCH3NaOHCH2(COOCH3)21.A2.H+,B(C9H18O2S)benzene-H2OC(C9H16OS)D(C14H24O5S)CH3ONaE(C13H20O4S)1.NaOH2.H+H3CSH5C2OO(F)（F）除草剂烯禾定的合成方法为：（烯禾定）8-1、给出A、B、C、D、E的结构简式8-2、给出C和F的系统命名C___________________________________，F_______________________________8-3、巴豆醛（CH3CH=CHCHO）是重要的有机化工原料，酒精厂利用原料优势生产巴豆醛可大大提高经济效益，请给出酒精厂合成巴豆醛的方案。第5页8-4、给出G、H可能的结构简式第9题（7分）、人造金刚石酸洗废液中含有大量的Ni2+、Mn2+、Co2+离子，不经处理排放危害极大。某工厂技术人员设计了创新方案，使有害离子的浓度降低到排放标准，同时得到了纯度较高的镍粉。废液经分析组成如下：在强酸性的废液中加入NaOH调节pH到2，在搅拌下加入饱和Na2CO3溶液和NaClO除去Mn2+、Co2+，并控制pH不超过3.5（Na2CO3需缓慢加入，防止产生大量CO2而冒槽），过滤后电解含Ni2+的过滤液，以镍铬钛不锈钢片为阴极，以铅片为阳极，电解后在阴极得到镍粉。回答下列问题9-1、调节强酸性废液至pH=2，可否直接用饱和Na2CO3溶液？分析你的原因9-2、写出除去废液中Mn2+、Co2+的反应方程式9-3、搅拌过程中Ni不被沉淀下来，实际操作中是如何实现？9-4、电解过程中电流效率与pH的关系如下图，试分析如下图所示变化的原因.并选择电解的最佳pH值第10题（11分）、化学世界里有许多“另类”的物质。如亚铁盐在空气中通常不稳定，易被氧化，如FeSO4·7H2O。而(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O晶体比FeSO4·7H2O晶体等其它亚铁盐稳定许多，可在分析化学中做基准试剂。常温下FeSO4·7H2O在空气中容易失去结晶水成为FeSO4，而(NH4)2Fe(SO4)2.·6H2O失去结晶水困难许多。FeSO4·7H2O的晶胞参数为a=1.407nm，b=0.6503nm，c=1.104nm，α=γ=90.00°，第6页β=105.57°密度为1.898g/cm3，无水FeSO4晶体中最近的Fe—O距离为0.212nm，S—O距离为0.151nm，Fe—S距离为0.475nm，Fe—Fe距离为0.769nm(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O的晶胞参数为a=0.932nm，b=1.265nm，c=0.624nm，α=γ=90.00°，β=106.80°，密度为1.864g/cm3，最近的Fe—O距离0.209nm，S—O距离为0.149nm，Fe—Fe距离为0.486nm，NH4+—Fe距离为0.483nm，N—S距离为0.361nm10-1、计算一个FeSO4·7H2O晶胞和一个(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O晶胞分别所含原子个数10-2、晶体自身的结构如空隙大小直接影响化学反应进行的趋势，试通过计算说明FeSO4·7H2O比(NH4)2Fe(SO4)2.·6H2O更易被氧化已知：O的共价半径为0.66nm，在晶体中+2价的Fe半径为0.061nm，—2价的O半径为0.121nm，+6价的S半径为0.029nm，—3价的N半径为0.148nm10-3、FeSO4·7H2O在潮湿的空气中被氧化的产物为Fe(OH)SO4·3H2O，写出反应的化学方程式_____________________________________________________________10-4、在水溶液中(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O与FeSO4·7H2O稳定性相当，请分析其原因第11题（10分）、氯乙烯是重要的化工原料，其聚合物PVC广泛用于工业，农业，建筑业，是世界上消耗量最大的塑料产品之一。从氯乙烯的发现到PVC的大规模工业生产经历了一百多年的时间。1835年化学家用KOH的乙醇溶液处理A首次制得氯乙烯1912年乙炔与HCl加成制得氯乙烯二十世纪六十年代乙烯氧氯化法实现工业上大规模生产A，为氯乙烯的大规模工业生产提供了原料现代工业联合平衡法，生产了90%的氯乙烯乙烯氧氯化法生产A的工艺为乙烯与干燥的氯化氢和空气(或纯氧)在300℃左右，150-500kPa下反应器中反应，催化剂为多孔载体附载金属氯化物，如Al2O3附载CuCl2，其催化机理分三步进行，第一步为吸