2006年湖北省高中化学竞赛初赛试题选解

12006年湖北省高中化学竞赛初赛试题选解湖北宜昌枝江一中卞国洲4432002006年湖北省高中化学竞赛初赛试题具有以下特点：知识面宽,试题新颖，灵活性强,起点低，落点高；既考查了学生对化学科的兴趣，又考查了学生灵活运用所学化学知识解答相关问题的能力。摒弃了以往试题偏、怪、深等现象。参赛学生每道题都能动笔，但要完全答正确，答准且非易事，这在很大程度上考察了学生的思维能力及思维品质。现就此试题中的部分题解析如下：一、物质结构部分试题的第2、8题——原子结构，第10题——分子结构，第15、21、23题——晶体结构。这几题均与平时所学知识相联系，学生容易看懂。如第2、8题根本是对高一化学知识的考查。第15题是对NaCl晶体结构、第21题是对冰晶体的结构的考查，学生是能完成的。但第23题是化学和数学知识结合的典型题型，有些难度。23．（10分）主族元素A、B可形成多种二元互化物，如X、Y、Z、W。已知A在X、Y、Z、W中的质量分数分别为56．36%、49．21%、43．66%、39．24%。Ａ有多种同素异形体，其中一种呈四面体形，X、Y、Z、W均可看作这种单质的衍生物。（1）X中存在1个由B构成的三角形，此三角形平行于由A构成的三角形。（2）Y中4个B构成1个正方形，（3）Z可看作去掉了W中的1个B。（4）W中所有A、B的地位分别相同。回答：（1）A为_______元素，B为_______元素（2）写出X、Y、Z、W的结构解析：从题中分析可知，“主族元素A、B可形成多种二元互化物，如X、Y、Z、W。”具有此性质的主族元素多为非金属元素；“Ａ有多种同素异形体，其中一种呈四面体形”这句话说明A元素可能为P，白磷的分子构型为正四面体形。如图：但绝不可理解为C，因为C的同素异形体金刚石中有四面体结构单元（有较多学生在此误解）。“X、Y、Z、W均可看作这种单质的衍生物”这句话中的“衍生物”的理解要到位。证明X、Y、Z、W的空间结构大体上与白磷相似，或者说是在白磷的正四面体结构的基础上变化而来的。有了上述的分析作基础问题目就好解决了。（1）X中存在1个由B构成的三角形，此三角形平行于由A构成的三角形。则X中的三个B原子，而四个P原子形成了四个三角形，可见，三个B原子形成的三角形只能平行其中的一个。结合立体几何知识和化学键理论，B原子与P原子应形成共价键。由A在X中的百分含量可求B的相对原子量M（B）：解得:M（B）=32.00,所以B为S元素,S分别与两个P原子成键,联想介绍的P2O5分子的结构可以推得X的结构应如右所示：（虚线不表示化学键，下同）PPPP4M（A）4M（A）+3M（B）=56.36%ＳPPPPＳＳX：2(2)Y中4个B构成1个正方形，只要在X的基础上增加一个S原子就可,但位置要加对,构成四边形是关键,如图:(4)W中所有A、B的地位分别相同,由A的百分含量按X、Y、Z、W的顺序依次减小,说明B在其中的含量越来越大.即A与B的原子个数比在减小。X中NA：NB=4：3，Y中的为1：1，则Z、W中的应小于这个值，即S原子比P原子的多，大于4个。再看若按此成键方式，最多可以有6个S原子，且此时两原子的位置分别相同，正合题意可得Z、W的结构如下：二、化学计算部分第27题，以求物质化学式为载体，考查学生对元素守恒，质量守恒等原理的应用。见题：某化合物中含X、Y、Z三种元素，X为一种金属元素。其组成的物质的量之比为X：Y：Z=1：2：4。将1.98g该化合物溶于水，滴加适量稀硫酸后，再加入1.12gFe粉，恰好完全反应产生Fe2+。向反应后的溶液中加入适量的KOH溶液至Fe2+刚好沉淀完全，过滤，将沉淀充分加热后，得到红色Fe2O3粉沫2.4g。将滤液在一定条件下蒸干，只能得到一种纯净的不含结晶水的含氧酸盐（非复盐）6.96g。试通过计算推断该化合物的化学式。解析：对题意的理解如下(注意题中的粗体字的理解)所以,对题意的分析可以得出:Fe元素的总物质的量为molgg/1604.2╳2=0.03mol;加入Fe的物质的量为molgg/5612.1=0.02mol,则化合物中Fe的物质的量为:0.01mol;最后所得的盐必为K2SO4,n(K2SO4)=molgg/17496.6=0.04mol由反应:FeSO4+2KOH=Fe（OH）2↓+K2SO4n(FeSO4)=0.03mol,则沉淀完Fe2+需KOH的物质的量为:0.03mol╳2=0.06mol,由KOH带来的n(K+)=0.06mol,而K2SO4,中共有K+0.08mol,所以在化合物中应有0.02mol的K元素.另一元素必为非金属元素,可求其原子量:ＳPPPPＳＳＳY：ＳPPPPＳＳＳZ：ＳＳPPPPＳＳＳW：ＳＳ化合物1.98g水稀H2SO4适量Fe粉1.12gFe2+SO42-KOHFe（OH）2K2SO46.96gFe2O32.4g3由X：Y：Z=1：2：4可得,在1.98g该化合物中有Z0.04mol,M(Z)=molmolgmolmolgmolg04.0/3902.0/5601.098.1=16.0g/molZ为O元素,化合和物的化学式可写成:K2FeO4[点评]这种利用一定的实验过程为载体求物质的组成的试题,在课改区经常作为化学科选修考试的压轴题,以考查学生对实验,对数据,对题意的处理能力,具有非常全面的综合性考查。三、有机化学部分本试题设及有机化学部分的有第1（有机物性质常规应用）、11（氨基酸反应、多肽结构）、18（有机物燃烧计算）、22（有机物结构推断）、24（有机物反应，信息给予型）、25（常见有机反应推断）、26（有机物结构推断）题，由此可见，有机化学的相关知识的应用是比较集中的，这对考查学生的自学能力是很有效的。如第22题，物质A的水溶液加热会凝结，其最终水解产物为两性化合物B，B是生命所需的重要组成物质，经质谱分析知B的摩尔质量为89g/mol，含氧约为36%，（质量分数），经红外光谱和核磁共振谱测定可知B中含有两种C——H键和N——H键。（1）A的名称：_______B结构简式为：________。（2）25℃时水溶液中B的钠盐与强酸反应结合一个质子的平衡常数为K，则B的钠盐的碱式电离常数Kb的表达式为（水的离子积常数为Kw）________________,其共轭酸的酸式电离常数Ka的表达式为__________.(3)化合物B与铅盐（II）的水溶液作用可得到C，此反应可以用来解释重金属中毒现象，试写出C的结构式：__________________解析：本题在于考查蛋白质，氨基酸的性质（1）A很显然为蛋白质，根据B的摩尔质量为89g/mol，含氧约为36%及氨基酸的结构（—NH2、—COOH）可得其结构为CH3—CH（NH2）—COOH；（2）氨基酸在水溶液中存双电离：若以B代表丙氨酸,B-则代表其钠盐中的阴离子,由上述双电离过程分析:B-+H+BK=]][[][HBBB-+H2OB+OH-Kb=][]][[BOHB=][][][]][[HHBOHB=KwK则其共轭酸的电离常数Ka=][]][[BHB=1/K注：上述过程只是关于化学平衡常数的相关计算和转化。（3）本题考查氨基酸中的—NH2、—COOH含的N、O原子的酸位能力，重金属盐的阳离子使蛋白质变性，其实质就是其中的—NH2、—COOH含的N、O原子与重金属阳离子形成配位键的过程。所以C的结构可以写成如下结构：+H2OCH3─CH─COO-│+NH3CH3─CH─COO-│NH2+H3+OCH3─CH─COOH│+NH3OH-+KaKb4又如第26题、甲醛可与氨反应生成物质A（C6H12N4），A中所有同种原子均处于相同的化学环境，A与浓硝酸作用得B（C3H6N6O6），同时生成甲醛与氨，B中只有1种位置的碳、氢、氧，仅有两种位置。（1）请写出A、B的结构简式。解析：本题根据信息书写有机化合物的结构，由题意分析：A为甲醛与氨反应的产物，6CH2O+4NH3C6H12N4+6H2O，N原子必与C原子成键，又A中的所有相同原子位置相同，因此可以有多种偿试方法，如：四面体型的四个顶点，六元环，三棱柱等。可想而知，顶点处的原子应为C原子或N原子，若把两者同时考虑，如图示，在键线的中点插入C原子或N原子，很明显，第一种情况是满足的，所以就是我们以前所说的“金刚烷”结构。如图示：（2）从B的结构特点分析，其中的C、H、O都只有一种位置，而N原子且有两种位置，这里应想到，A被浓硝酸反应，多为硝化过程，所以B中肯定有—NO2，且有3个。这样一来，就把B中的N原子分为了两种，一种与氧原子结合，另一种不与氧原子结合，只能与碳原子结合，所以共有三个C和三个N，合起来最好是个六元环，不妨一试：此类题往往考查学生的空间联想能力，与有机物的结构相联系，是常见的综合性考题，学生平时只要多进行此类训练，遇到问题多偿试，多进行“纸上谈兵”的推理，是不难得出答案的。CH3─CH─C─OO∥│H2NO─C─CH─CH3NH2│∥OPbNNNNNNNNNNNNO2O2NNO2