中国化学会2005年全国高中学生化学竞赛省级赛区试题

中国化学会2005年全国高中学生化学竞赛（省级赛区）试题（2005年9月11日9︰00－12︰00共计3小时）题号12345678910总计满分9121068138121210100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He4.003Li6.941Be9.012B10.81C12.01N14.01O16.00F19.00Ne20.18Na22.99Mg24.31Al26.98Si28.09P30.97S32.07Cl35.45Ar39.95K39.10Ca40.08Sc44.96Ti47.88V50.94Cr52.00Mn54.94Fe55.85Co58.93Ni58.69Cu63.55Zn65.39Ga69.72Ge72.61As74.92Se78.96Br79.90Kr83.80Rb85.47Sr87.62Y88.91Zr91.22Nb92.91Mo95.94Tc[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－LrRfDbSgBhHsMt第一题（9分）用α粒子撞击铋－209合成了砹－211。所得样品中砹－211的浓度＜10－8mol/L，砹－211同位素半衰期较长，足以用它来研究砹的化学性质。1．写出合成砹的核反应方程式。2．已知室温下用CCl4萃取I2的分配系数为cI2(CCl4)/cI2(H2O)＝84，预计用CCl4萃取AtI的分配系数cAtI(CCl4)/cAtI(H2O)84（填＞，＜或＝）；理由是。3．已知I2＋I－I3－的平衡常数K＝800，可推断AtI＋I－AtI2－的平衡常数K800（填＞，＜或＝）；依据是。4．在AtI中加入I2和I－的混合溶液，滴加AgNO3溶液，发现所得沉淀中只有AgI而没有共沉淀的AgAt（如果有AgAt，必然会被共沉淀），然而在上述产物中加入Pb(IO3)2却发现有砹的共沉淀。写出有关化学方程式，解释上述实验现象。5．已知室温下ICH2COOH的pKa＝3.12，由此可推断AtCH2COOH的pKa3.12（填＞，＜或＝）；理由是。第二题（12分）为纪念1905年爱因斯坦连续发表6篇论文导致物理学大变革100周年，今年被定为国际物理年。本题涉及的“热电效应”机理也是爱因斯坦首先阐释的，即他提出的被后人称为“爱因斯坦振荡器”的独立振荡原子与温度关系的模型。1．左上图是热电效应之一的图解。给出图中所有英文单词（或词组）及物理学符号的意义，并为此图写一篇不超过200字（包括标点符号等）的说明文。2．右上图是化学家合成的能实现热电效应的一种晶体的晶胞模型。图中的大原子是稀土原子，如镧；小原子是周期系第五主族元素，如锑；中等大小的原子是周期系VIII族元素，如铁。按如上结构图写出这种热电晶体的化学式。给出计算过程。提示：晶胞的6个面的原子数相同。设晶体中锑的氧化态为－1，镧的氧化态为＋3，问：铁的平均氧化态多大？第三题（10分）等摩尔的丙酮和过氧化氢混合，在盐酸催化下生成白色粉末A和水，反应进行完全，产物分子总数是反应物分子总数的2/3。A在撞击、摩擦和加热时发生爆炸，被称为熵炸弹。1．A分子中氧的化学环境相同。画出A的立体结构（H原子不必画出）。2．A发生爆炸生成丙酮等物质，并不燃烧起火。写出爆炸的反应方程式。3．为什么A被称为“熵炸弹”？4．合成A是十分危险的，不慎会在合成时瞬即发生爆炸，例如，温度稍高，反应将生成A的同系物B，B的相对分子质量为A的2/3。画出B的结构；B比A更容易爆炸，应如何从结构上理解？（注：在H2O2分子中的H—O—O夹角约95℃，面夹角约112℃。）第四题（6分）本题涉及3种组成不同的铂配合物，它们都是八面体的单核配合物，配体为OH－和/或Cl－。1．PtCl4·5H2O的水溶液与等摩尔NH3反应，生成两种铂配合物，反应式为：2．BaCl2·PtCl4和Ba(OH)2反应（摩尔比2︰5），生成两种产物，其中一种为配合物，该反应的化学方程式为：第五题（8分）气态废弃物中的硫化氢可用下法转化为可利用的硫：配制一份电解质溶液，主要成分为：K4[Fe(CN)6]（200g/L）和KHCO3（60g/L)；通电电解，控制电解池的电流密度和槽电压，通入H2S气体。写出相应的反应式。已知：φ(Fe(CN)63－/Fe(CN)64－)＝0.35V；KHCO3溶液中的φ(H＋/H2)～－0.5V；φ(S/S2－)～－0.3V第六题（13分）写出下列反应的每步反应的主产物（A、B、C）的结构式；若涉及立体化学，请用Z、E、R、S等符号具体标明。CH2COOHCH2COOH-H2OACH3CHO(等摩尔）无水丁二酸钠BHBrCB是两种几何异构体的混合物。第七题（8分）1．给出下列四种化合物的化学名称：A：HCON(CH3)2B：CH3OCH2CH2OCH3C：NOHD：H3CSOCH32．常用上述溶剂将芳香烃和丁二烯等化工原料从石油馏分中抽提出来，请简要说明它们的作用原理。3．选出下列顺磁性物种（用物种前面的字母表示）：A：Cr(H2O)62＋B：Fe(CO)5C：N2O－ON2D：[N(C6H4OCH3)3]＋第八题（12分）LiCl和KCl同属NaCl型晶体，其熔点分别为614℃和776℃。Li＋、K＋和Cl－的半径分别为76pm、133pm和181pm。在电解熔盐LiCl以制取金属锂的生产工艺中，加入适量的KCl晶体，可使电解槽温度下降至400℃，从而使生产条件得以改善。1．简要说明加入熔点高的KCl反而使电解温度大大下降的原因；2．有人认为，LiCl和KCl可形成固溶体（并画出了“固溶体的晶胞”）。但实验表明，液相LiCl和KCl能以任意比例混溶而它们的固相完全不混溶（即不能生成固溶体！）。请解释在固相中完全不混溶的主要原因。3．写出计算LiCl和KCl两种晶体密度之比的表达式（须包含离子半径的符号）；4．在KCl晶体中，K＋离子占据由Cl－离子围成的八面体空隙，计算相距最近的八面体空隙中心之间的距离。5．实验证明，即使产生了阳离子空位，KCl晶体在室温下也不导电。请通过计算加以说明。第九题（12分）一种鲜花保存剂（preservativeofcutflowers）B可按以下方法制备：把丙酮肟、溴乙酸、氢氧化钾混合在1，4－二氧六环（溶剂）中反应，酸化后用乙醚提取，蒸去乙醚后经减压蒸馏析离出中间产物A，A用1︰1盐酸水溶液水解，水解液浓缩后加入异丙醇（降低溶解度），冷却，即得到晶态目标产物B，B的熔点152～153℃（分解），可溶於水，与AgNO3溶液形成AgCl沉淀。用银定量法以回滴方式（用NH4SCN回滴过量的AgNO3)测定目标产物B的相对分子质量，实验过程及实验数据如下：①用250毫升容量瓶配制约0.05mol/L的AgNO3溶液，同时配置250mL浓度相近的NH4SCN溶液。②准确称量烘干的NaCl207.9mg，用100毫升容量瓶定容。③用10毫升移液管移取上述AgNO3溶液到50毫升锥瓶中，加入4mL4mol/LHNO3和1mL饱和铁铵矾溶液，用NH4SCN溶液滴定，粉红色保持不褪色时为滴定终点，三次实验的平均值为6.30mL。④用10毫升移液管移取NaCl溶液到50毫升锥瓶中，加入10mLAgNO3溶液、4mL4mol/LHNO3和1mL饱和铁铵矾溶液，用NH4SCN溶液回滴过量的AgNO3，三次实验结果平均为1.95mL。⑤准确称量84.0mg产品B，转移到50毫升锥瓶中，加适量水使其溶解，加入10mLAgNO3溶液、4mL4mol/LHNO3和1mL饱和铁铵矾溶液，用NH4SCN溶液回滴，消耗了1.65mL。⑥重复操作步骤⑤，称量的B为81.6mg，消耗的NH4SCN溶液为1.77mL；称量的B为76.8mg，消耗的NH4SCN溶液为2.02mL。1．按以上实验数据计算出产物B的平均相对分子质量。用质谱方法测得液相中B的最大正离子的相对式量为183。2．试写出中间产物A和目标产物B的结构式。第十题（10分）据世界卫生组织统计，全球约有8000万妇女使用避孕环。常用避孕环都是含金属铜的。据认为，金属铜的避孕机理之一是，铜与子宫分泌物中的盐酸以及子宫内的空气反应，生成两种产物，一种是白色难溶物S，另一种是酸A。酸A含未成对电子，是一种自由基，具有极高的活性，能杀死精子。1．写出铜环产生A的化学方程式。2．画出A分子的立体结构。3．给出难溶物S和酸A的化学名称。4．A是一种弱酸，pK＝4.8。问：在pH＝6.8时，A主要以什么形态存在？参考答案第一题（9分）1．n102118542209832AtHeBi（2分）2．＜AtI是极性分子（1.5分）3．＞形成X3－离子的能力I3－＞Br3－＞Cl3－（1.5分）4．AtI＋2I2＋5Ag＋＋3H2O＝5AgI＋AtO3－＋6H＋（2分，把I2改为I3－也可，但仍应配平）AtO3－与Pb(IO3)2共沉淀（1分）。5．＞AtCH2COOH分子中的砹的吸电子效应比ICH2COOH中的碘小（1分）第二题（12分）1．input：输入hot：热（端）cold：冷（端）heatflow：热流I：电流强度n：n型半导体p：p型半导体i＋：正电流（各0.25分）向热电材料构成的半导体的n－p结的远端输入外电流，半导体发生空穴导电，电流流经n－p结时发生复合，外电流输入的能量转化为热流，使n－p结的温度越来越低，而其远端的温度越来越高，即有类似冰箱制冷的效应。（4分）2．化学式：LaFe4Sb12（2分）（写La2Fe8Sb24扣1分）铁的氧化态：9/4＝2.25（1分）晶胞里有2个La原子（处于晶胞的顶角和体心）；有8个Fe原子（处于锑形成的八面体的中心）；锑八面体是共顶角相连的，平均每个八面体有6/2＝3个锑原子，晶胞中共有8个八面体，8×3＝24个锑原子；即：La2Fe8Sb24。（3分，其他合理过程也可）第三题（10分）1．COOOOCCOO（4分，，分子中C－O－O－C不在一个平面上）2．C9H18O6＝3CH3COCH3＋O3（2分，或3/2O2）3．爆炸反应不是燃烧反应，能量改变不大，是由于生成大量气态小分子导致的熵增加效应，因而称为“熵炸弹”。4．OOOO（）B是双聚分子，分子的六元环不能满足过氧团的正常键角（C－O－O－C面间角和C－O－O键角）的需要，导致分子张力太大而不稳定。（3分）第四题（6分）1．2H2[PtCl4(OH)2]＋2NH3＝(NH4)2[PtCl6]＋H2[PtCl2(OH)4]或H2[PtCl6]＋(NH4)2[PtCl2(OH)4]或NH4H[PtCl6]＋NH4H[PtCl2(OH)4]（3分）2．2Ba[PtCl6]＋5Ba(OH)2＝2Ba[PtCl(OH)5]＋5BaCl2（3分）第五题（8分）阳极反应：[Fe(CN)6]4－－e－＝[Fe(CN)6]3－（2分）阴极反应：2HCO3－＋2e－＝2CO32－＋H2（2分）涉及硫化氢转化为硫的总反应：2Fe(CN)63－＋2CO32－＋H2S＝2Fe(CN)64－＋2HCO3－＋S（4分）第六题（13分）A：OOOB：OOO（E－）和OOO（Z－）C：OOOHHCH3Br1R