中国化学会2002年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题

中国化学会2002年全国高中学生化学竞赛（省级赛区）试题（2002年9月15日9︰00－12︰00共计3小时）题号12345678910111213总计满分5636138898105811100得分评卷人竞赛时间3小时。迟到超过30分钟者不能进考场。开始考试后1小时内不得离场。时间到，把试卷（背面前上）放在桌面上，立即起立撤离考场。试卷装订成册，不得拆散。所有解答必须写在站定的方框内，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。允许使用非编程计算器以及直尺等文具。H1.008相对原子质量He4.003Li6.941Be9.012B10.81C12.01N14.01O16.00F19.00Ne20.18Na22.99Mg24.31Al26.98Si28.09P30.97S32.07Cl35.45Ar39.95K39.10Ca40.08Sc44.96Ti47.88V50.94Cr52.00Mn54.94Fe55.85Co58.93Ni58.69Cu63.55Zn63.39Ga69.72Ge72.61As74.92Se78.96Br79.90Kr83.80Rb85.47Sr87.62Y88.91Zr91.22Nb92.91Mo95.94Tc[98]Ru101.1Rh102.9Pd106.4Ag107.9Cd112.4In114.8Sn118.7Sb121.8Te127.6I126.9Xe131.3Cs132.9Ba137.3La－LuHf178.5Ta180.9W183.8Re186.2Os190.2Ir192.2Pt195.1Au197.0Hg200.6Tl204.4Pb207.2Bi209.0Po[210]At[210]Rn[222]Fr[223]Ra[226]Ac－LaRfDbSgBhHsMt第1题（5分）阅读如下信息后回答问题：元素M，其地壳丰度居第12位，是第3种蕴藏最丰富的过渡元素，是海底多金属结核的主要成分，是黑色金属，主要用途：炼钢，也大量用来制作干电池，还是动植物必需的微量元素。1．M的元素符号是。2．M的最重要矿物的化学式是。3．M的三种常见化合物是、和。【答案】1．Mn（1分）2．MnO2（1分）3．M的三种常见化合物是MnO2、MnSO4和KMnO4。（3分）注：必须答MnO2和KMnO4，而Mn(II)盐也可答硝酸锰等。第2题（6分）用地壳中某主要元素生产的多种产品在现代高科技中占重要位置，足见化学对现代物质文明的重要作用。例如：1．计算机的芯片的主要成分是；2．光导纤维的主要成分是：3．目前应用最多的太阳能电池的光电转化材料是；4．用作吸附剂、干燥剂、催化剂或催化剂载体的人造分子筛大多是一类称为的化合物；5．有一大类化合物，结构独特，兼备无机材料和有机材料双重性能，有耐温、电绝缘性好、难燃、憎水、耐腐蚀……等特性，广泛用于航空航天、电子电气、建筑、运输等行业，用于密封、粘合、润滑、涂层、表面活性、防水、防潮……，已为现代社会不可替代的新材料。这类材料在分子结构上的特点是和。【答案】1．硅（或Si或单晶硅）（1分）2．二氧化硅（或SiO2）（1分）3．硅（或Si）（1分）4．铝硅酸盐（或硅铝酸盐）（1分）注：此题明确是分子筛,不应答硅胶，答硅酸盐也不给分。5．具有Si－O键与硅相连的烃基（2分）第3题（3分）最近有人用高能26Mg核轰击24896Cm核，发生核合成反应，得到新元素X。研究者将X与氧气一起加热，检出了气态分子XO4，使X成为研究了化学性质的最重元素。已知的X同位素如下表所示，上述核反应得到的核素是其中之一，该核素的衰变性质保证了其化学性质实验获得成功。质量数半衰期衰变方式2631s释放α粒子2640.00008s释放α粒子；或自发裂变2650.0018s释放α粒子；或自发裂变266不详不详2670.033s释放α粒子；或自发裂变268不详不详2699.3s释放α粒子1．X的元素符号是。2．用元素符号并在左上角和左下角分别标注其质量数和质子数，写出合成X的核反应方程式（方程式涉及的其他符号请按常规书写）。【答案】1．Hs（1分）2．Mg2612＋Cm24896＝Hs269108＋5n（2分）（n也可写成n1o等,但写成“中子”扣1分）第4题（6分）1．汞与次氯酸（摩尔比1︰1）发生反应，得到2种反应产物，其一是水。该反应的方程式为；反应得到的含汞产物的中文名称为。2．N2H4在一定条件下热分解，产生NH3、N2和H2，后两者摩尔比为3︰2，写出反应方程式。3．第二周期元素A与氢形成的如下化合物中的A－A键的键能（kJ/mol）：CH3－CH3346，H2N—NH2247，HO－OH207试问：它们的键能为什么依次下降？【答案】1．2Hg＋2HClO＝Hg2OCl2＋H2O（1分）碱式氯化汞（或氯氧化汞）（1分）注：Hg2OCl2也可写成HgO·HgCl2或HgCl2·HgO2．7N2H4＝8NH3＋3N2＋2H2（2分）3．乙烷中的碳原子没有孤对电子，肼中的氮原子有1对孤对电子，过氧化氢中的氧有2对孤对电子，使A—A键的键能减小。（2分）第5题（13分）六配位（八面体）单核配合物MA2(NO2)2呈电中性；组成分析结果：M31.68%，N31.04%，C17.74%；配体A不含氧：配体(NO2)x的氮氧键不等长。1．该配合物中心原子M是什么元素？氧化态多大？给出推理过程。2．画出该配合物的结构示意图，给出推理过程。3．指出配体(NO2)x在“自由”状态下的几何构型和氮原子的杂化轨道。4．除本例外，上述无机配体还可能以什么方式和中心原子配位？用图形画出三种。【答案】1．nM︰nN＝21.68/MM︰31.04/14＝1︰(2y＋2)MA＝19.56×(y＋1)y＝2（设y为其他自然数均不合题意），得MM＝58.7(g/mol)查周期表，M＝Ni由配体(NO2)x的两个氮氧键不等长，推断配体为单齿配体，配位原子为O，故配体为NO2－，因此，Ni的氧化数为＋2。（4分）注：推理过程合理都给分，不合理，即使结果正确也扣2分。2．设配合物中碳原子数为nC，则：nC︰nN＝17.74/12︰31.04/14＝0.667已知nN＝2×2＋2＝6,所以，nC＝0.677×6＝4求出摩尔质量，由于剩余量过小，只能设A是氮氢化合物，由此得氢数，可推得配体A为H2NCH2CH2NH2，配合物的结构示意图为：NiOONONONCCNNCCNH2H2H2H2H2H2H2H2（4分）注：合理推理过程2分，结构图2分3．（根据VSEPR理论，可预言）NO2－为角型，夹角略小于120°，N取sp2杂化轨道。（2分）4．NOOMONOMMONOMNOOMONOMMONOM（3分）注：只要图形中原子的相对位置关系正确即可得分；画出其他合理配位结构也得分，如氧桥结构、NO2－桥结构等第6题（8分）化合物A俗称“吊白块”，年产量上万吨，主要用于染色工艺，具还原性和漂白性，对热不稳定，有毒。近年报道，我国一些不法商人违章地将A添加到米、面、腐竹、食糖等食品中增白，导致多起严重食物中毒事件，如某地曾发生五所学校400余名学生食用含A食品一次性中毒事件。已知：●固体A·2H2O的摩尔质量为154g/mol；●A的晶体结构及其水溶液的电导证实A是钠盐，每摩尔A含1摩尔钠离子。●A在水中的溶解度极大，20℃饱和溶液A的质量分数达45%。●A的制备方法之一是，在NaOH溶液中分甲醛与Na2S2O4（连二亚硫酸钠）反应（摩尔比1︰1），反应产物为A和亚硫酸钠。●A在化学上属于亚磺酸的衍生物，亚磺酸的通式为RSO2H，R为有机基团。1．画出A的阴离子的结构（简）式。2．写出上述制备A的“分子方程式”。3．给出A的化学名称。【答案】1．MA＝32＋3×16＋3×1＋12＋23＝118118＋36＝154HOCH2SO-O（或[HOCH2SO2]－或HOCH2SO-O或OSOCHHOH-等）（3分）2．Na2S2O4＋CH2O＋NaOH＝HOCH2SO2－Na＋＋Na2SO3（3分）（或Na2S2O4＋CH2O＋NaOH＝HOCH2SO2Na＋Na2SO3或Na2S2O4＋CH2O＋NaOH＝NaSO2CH2OH＋Na2SO3）注：写不写结晶水都可以3．“羟甲亚磺酸钠”（或“羟甲基亚磺酸钠”）（2分）第7题（8分）据报道，我国酱油出口因“氯丙醇”含量超标而受阻。1．据研究，酱油中的“氯丙醇”的来源可能是酱油原料中的杂质脂肪水解产物甘油的羟基被氯取代的衍生物；另一来源可能是用离子交换树脂纯化水配制酱油，由于交换树脂采用1，2－环氧－3－氯丙烷（代号A）作交联剂，残留的A水解会产生“氯丙醇”；此外，A还可能来自包装食品的强化高分子材料。试写出由甘油得到的“氯丙醇”的结构简式和A水解的反应方程式，反应涉及的有机物用结构简式表示。2．在同一个碳上同时有2个羟基或者一个羟基和一个氯原子的“氯丙醇”是不稳定的，在通常条件下会发生消除反应，请给出2个反应方程式作为例子。【答案】1．ClHOOHOHClClClClOHOHClOH（4分）OCl+H2OOHClHO（2分）注：标不标对映体得分相同。2．ClOHOHClO-H2OClOHClClO-HCl（各1分）第8题（9分）化合物A和B的元素分析数据均为C85.71%，H14.29%。质谱数据表明A和B的相对分子质量均为84。室温下A和B均能使溴水褪色，但均不能使高锰酸钾溶液褪色。A与HCl反应得2，3－二甲基－2－氯丁烷，A催化加氢得2，3－二甲基丁烷；B与HCl反应得2－甲基－3－氯戊烷，B催化加氢得2，3－二甲基丁烷。1．写出A和B的结构简式。2．写出所有与A、B具有相同碳环骨架的同分异构体，并写出其中一种异构体与HCl反应的产物。【答案】1．A的结构简式B的结构简式CH(CH3)2（各2分）2．结构简式与HCl反应产物的结构简式CH3CH2CHCHCH3CH3ClCH2CH3CH3CHCHCH2CH3CH3ClCH2CH2CH3CH3CH2CHCH2CH2CH3Cl注：同分异构体各1分；写对任一“对应的”水解产物得2分。第9题（8分）Xe和F2反应，可得三种氟化物，视反应条件而定。下图表述的是将0.125mol/LXe和1.225mol/LF2为始态得到的生成物在平衡体系内的分压与反应温度的关系。1．应在什么温度下制备XeF2和XeF4？2．Xe和F2生成XeF6和XeF4，哪个反应放热更多？生成的反应放热更多。理由：3．为有效地制备XeF2，应在什么反应条件下为好？简述理由。【答案】1．约550K约850K（各1分）2．XeF6若Xe与F2生成XeF4的反应放热多，反应XeF4＋F2＝XeF6将是吸热反应，温度升高应有利于XeF6的生成，而由附图可见，事实恰恰相反。（4分）（或答：反应XeF6＝XeF4＋F2发生在相对高的温度下；或答：上述正向反应是体积增大的反应，所以正向反应是吸热的）3．在上图条件下必须在高温下才能制备XeF2,但高温要求的技术问题太多，因而，应降低投料中F2/Xe的比值，可有效制备XeF2。（2分）第10题（10分）某远洋船只的船壳浸水面积为4500m2，与锌块相连来保护，额定电流密度为150mA/m2，预定保护期限2年，可选择的锌块有两种，每块的质量分别为15.7kg和25.9kg，通过每块锌块的电流强度分别为0.92A和1.2A。计算说明，为达到上述保护船体的目的，最少各需几块锌块？用哪种锌块更合理？为什么？【答案】首先算出通过体系的总电量：2×365d×24h/d×60min/h×60s/min＝6.307×107s（1分）0.0150A/m2×4500m2＝67.5A（1分）67.5A×6.307×107s＝4.257×109C（1分）其次计算总共需要多少锌：电子的量为：4.257×109C/9.65×104C/mol＝4.411×104mol（1分）锌量：4.411×1