2009年高中化学竞赛初赛模拟试卷(2)
第一题(5分)
据悉,北京奥运会上发令枪所用“火药”的主要成分是氯酸钾和红磷,撞击时发生化学反应。
1.写出该反应方程式;
2.为什么该反应可用于发令枪;
3.“火药”中的红磷能否用白磷代替?为什么。
第一题(11分)
1.金属钠不仅跟氧气、水等无机物反应,还能跟酒精、醋酸等有机物反应。要研究金
属钠跟酒精反应的性质以及它与水反应的异同点。该研究方法中使用了哪3种科学方法。
2.我国青海湖地区素有“夏天晒盐,冬天捞碱”之说。请用科学原理进行解释。
3.中秋佳节,雪月饼倍受青睐,为防止冰激凌融化,在携带的过程用干冰作制冷剂,
某市民回家后将干冰放在密封的塑料瓶中,并保存在冰箱里。请评价该市民的做法4.在含氧酸中有一种称为原某酸的,一般不稳定,易脱水;它与对应的含氧酸的区别
在于H、O原子数目的不同。例如:硅酸的化学式H2SiO3,原硅酸的化学式为H4SiO4;据此
推知原甲酸乙酯的结构简式。
5.工业上以CuO和H2SO4为原料制备CuSO4·5H2O晶体。为确保制备过程中既不补充水,也无多余的水分。试确定所用硫酸溶液溶质的质量分数。
第一题(7分)
某些含硫氮环的游离酸可通过下列串连反应制得:①氯磺酰通过氨解反应得到A;②将
A加热得B,B是一种硫酰胺的离子态物质;③B与某些重金属盐,例如银盐在盐酸溶液中反应便得含硫氮环的游离酸(代号C);④将上反应中的HCl用CH3I替代,则可制得含硫氮环的有机衍生物(代号D)。
1.请完成①~④的化学反应方程式;
2.并写出C与D的化学结构式。
第一题(7分)
在液态SO2中用叠氮酸铯与氰气反应定量生成铯的离子化合物。其阴离子中含氮量为74.47%。
1.试画出该离子化合物中阴离子的结构式;
2.说明每个原子的杂化类型和化学键型。
第一题(14分)
钛酸锶是电子工业的重要原料,与BaTO3相比,具有电损耗低,色散频率高,对温度、机械应变、直流偏场具有优良稳定性。因此可用于制备自动调节加热元件、消磁元器件、陶瓷电容器、陶瓷敏感元件等。制备高纯、超细、均匀SrTiO3的方法研究日益受到重视。我国研究者以偏钛酸为原料常压水热法合成纳米钛酸锶,粒子呈球形,粒径分布较均匀,平均22nm。已知SrTiO3立方晶胞参数a=390.5pm。
1.写出水热法合成纳米钛酸锶的反应方程式;
2.SrTiO3晶体的结构可看作由Sr2+和O2-在一起进行(面心)立方最密堆积(ccp),它们的排列有序,没有相互代换的现象(即没有平均原子或统计原子),它们构成两种八面体空隙,一种由O2-构成,另一种由Sr2+和O2-一起构成,Ti4+只填充在O2-构成的八面体空隙中。
(1)画出该SrTiO3的一个晶胞(Ti4+用小球,O2-用大○球,Sr2+用大球)
(2)容纳Ti4+的空隙占据所有八面体空隙的几分之几?
(3)解释为什么Ti4+倾向占据这种类型的八面体空隙,而不是占据其他类型的八面体空隙?
(4)通过计算说明和O2-进行立方密堆积的是Sr2+而不是Ti4+的理由(已知O2-半径为140pm)
3.计算22nm(直径)粒子的质量,并估算组成原子个数。
第一题(8分)
Apollo号宇宙飞船在执行空间任务时,火箭中的液体N2O4贮存于含铁的容器中,结果腐蚀物中含有Fe(NO3)3·N2O4,该物质实际上是NO[Fe(NO3)4],经X射线晶体结构表示实际为[N4O6][Fe(NO3)4]2。请回答:
1.写出合成NO[Fe(NO3)4]的反应方程式;
2.如果[N4O6]2+是平面型的离子,存在3重对称轴(旋转120°重合),但不存在对称面。试画出其可能离子结构示意图。
3.如果[N4O6]2+是非平面型的离子,不存在3重和2重对称轴,但存在对称面。试画出
其可能离子结构示意图。
第一题(10分)
某金属单质X可以与烃Y形成一种新型单核配合物Z。Y是非平面型环状,核磁共振显
示只有2中类型的H原子;配合物Z中碳元素的质量分数为69.87%,氢元素的质量分数为8.77%。
1.通过计算确定X的元素符号及外层电子排布;
2.写出Y的结构简式并命名;
3.试写出Z化学式和可能的立体结构。
第一题(7分)
用控制电位库仑分析法测定CCl4和CHCl3的含量。在-1.0V(vs.SCE)电位下,在汞阴
极上,在甲醇溶液中把四氯化碳还原成氯仿;在-1.80V,氯仿可还原成甲烷。
现将0.750g含CCl4、CHCl3及惰性杂质的试样溶解在甲醇中,在-1.0V下电解,直至电
流趋近于零,从库仑计上测得的电量数为11.63C。然后在-1.80V继续电解,完成电解需要
的电量为44.24C。
1.写出在汞阴极上2次发生的电极反应(溶液中有自由移动的H+)
2.试计算试样中CCl4和CHCl3的质量分数。
第一题(10分)
有机酸D 可通过如下合成线路合成:
(途径①)
有人提出不经过B 、C ,直接由下面的步骤合成D :
(途径②)
称取0215g D 溶于水,以0.1mol/L NaOH 中和,当加入25mL 时反应完全,且D 中含2个甲基,1个季碳原子。
1.写出A ~E 的结构简式。
2.对比以上方法,哪个更好,为什么?
第一题(10分)
BTC 是一种稳定的白色结晶体,熔点为78~82℃,沸点为203~206℃。1mol BTC 可在一定条件下分解产生3mol 光气,所以又被称为“三光气”。工业上可以利用碳酸二甲酯的氯代反应制备BTC 。BTC 的反应活性与光气类似,可以和醇、醛、胺、酰胺、羧酸、酚、羟胺等多种化合物反应,因此低毒性的BTC 在化学反应中完全可替代剧毒(被禁用)的光气合成相关的化工产品。
1.BTC 分子中所有氯原子都等价,试写出结构简式
2.除毒性外,BTC 比光气还有什么优点?
3.某研究者设计了以光气和苯甲酰氯、盐酸叔丁基肼等为主要原料合成了N 1-叔丁基苯甲酰肼(D ):
BTC A B C D (产物)+E (酯)??
→?苯甲醇????→?盐酸叔丁基肼???→?苯甲酰氯???→?-C
Pd H /2写出A ~E 各物质的结构简式。
第一一题(11分)
化合物X是制备Fe(OH)2过程(FeSO4+NaOH)中出现的绿色物质。取6.43g X,溶于酸,配成200mL溶液:①取出20.00mL,用0.0400mol/L的KMnO4溶液滴定,消耗20.00mL;②取出20.00mL,加入KI溶液,再用0.100mol/L的Na2S2O3溶液滴定,消耗20.00mL。
1.计算X中不同价态Fe的比例关系,并写出相应反应方程式;
2.通过计算和讨论确定该物质的化学式
3.写出制备X的总反应离子方程式。
参考答案
第一题(5分)
1.5KClO 3+6P =3P 2O 5+5KCl (1.5分)
2.强氧化剂和还原剂反应,反应剧烈,有暴鸣声(1分);所得产物P 2O 5、KCl 为白色固体,会产生白烟(1分)。
3.不能(0.5分) 白磷易自燃,引发爆炸。
第一题(9分)
1.实验法、观察法、比较法(2分)
2.①夏天由于蒸发溶剂,会有大量的氯化钠和一些碳酸钠析出(析出的氯化钠明显比碳酸钠多);②冬天是运用了冷却热饱和溶液的原理了,碳酸钠溶解度受温度影响较大,而氯化钠受温度影响不大,析出的物质大部分是碳酸钠。(各1.5分)
3.干冰易升华,放在密封的瓶中因体积澎涨,会引发冰箱爆炸。(2分)
4.HC(OC 2H 5)3(2分)
5.57.6%(2分)
第一题(7分)
1.①SO 2Cl 2+4NH 3→SO 2(NH 2)2+2NH 4Cl (1.5分)
②3SO 2(NH 2)23NH 4++[(SO 2N)3]3-(1.5分)
③[(SO 2N)3]3-+3Ag ++3HCl →3AgCl +H 3(SO 2N)3(1分)
④[(SO 2N)3]3-+3Ag ++3CH 3I →3AgI +[SO 2N(CH 3)]3(1分)
2.C : D :(各1分)
第一题(7分)
1.(4分)
2.环中的N 原子和C 原子分别采取sp 2杂化,端连的C 、N 原子分别采取sp 杂化。键型有各原子之间的σ键和一个π键、一个π(或者一个π和二个π键)(3分)
8
765第一题(14分)
1.H 2TiO 3+SrCl 2+2KOH =SrTiO 3+2H 2O +2KCl (2分)
2.(1)
(2分)
(2)1/4(1分)(3)容纳Ti 4+的八面体空隙处于晶胞的中心,是由6个最邻近的O 2-氧负离子所构成。其
他的八面体中心均位于晶胞边棱的中心,虽然最邻近的微粒数也是6,但其中只有4
个是O2-,另外两个是Sr2+。两个正离子Sr2+和Ti4+彼此靠近,从静电学角度分析是不利的。(2分)
2
(4)Sr2+半径为(390.5×-140×2)/2=136pm;
Ti4+半径为(390.5-140×2)/2=55pm(各1分)
Sr2+半径与O2-半径相近,而Ti4+半径小得多,适合填充在八面体空隙中(1.5分)4.ρ=M/N A a3=5.12g/cm3(1分)V=πd3/6=5.57×10-18cm3(0.5分)m=ρV=2.85×10-17g(1分)N=5×V/a3=4.68×105个(1分)
第一题(8分)
1.Fe+4N2O4=NO[Fe(NO3)4]+3NO↑(2分)
2.(3分)
3.(3分)
第一题(10分)
1.C︰H=2︰3,设Y的最简式为C4H6(1分)
设Z的组成为X(C4H6)n,X的原子量为54.1n×21.36/78.64%=14.7n(1分)
n=4时,存在合理的金属X:Ni(1分)3d84s2(1分)
2.Y是非平面型环状,化学式应为C8H12(1分)
结构简式:(1分)顺-1,4-环辛二烯(1分)
3.Ni(C8H12)2(1分);(1分);(1分)
第一题(7分)
1.2CCl4+2H++2e-+2Hg(l)=2CHCl3+Hg2Cl2(s)
2CHCl3+6H++6e-+6Hg(l)=2CH4+3Hg2Cl2(s)(各1.5分)
2.CCl4:2.48% CHCl3:2.44%(各2分)
第一题(10分)
1.A:B:C:(各1.5分)
D:(2分)E:(1.5分)
2.对比可知,途径①方法好,因为A无形成六元环,再以-CH2-形成桥环,虽然存在环张力,但是因为分子内α-H位置接近,分子内成桥环几率大,转化率较大,而途径②的情况中直接由链状分子A合成E时,因为单键可以旋转,分子内α-H位置关系不定,成环几率小,多分子A通过-CH2-成链几率较小,转化率较低,所以是途径①的方法。(2分)
第一题(10分)
1.Cl3C-O--O-CCl3(2分)
2.BTC常温下为极稳定的固体物质,便于贮运,使用安全,无污染(1.5分)
3.A:ClCOOCH2-(1.5分)B:Me3CNHNHCOOCH2-(1分)
C:-CON(CMe3)NHCOOCH2-(1.5分)
D:-CON(CMe3)NH2(1.5分)E:HCOOCH2-(1分)
第一一题(11分)
1.5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O(1分)
6.43g X中n(Fe2+)=10×5×0.04×0.02=0.04mol(1分)
2Fe3++3I-=2Fe2++I3-I2+2S2O32-=S4O62-+2I-(各0.5分)
6.43g X中n(Fe3+)=10×1×0.1×0.02=0.02mol
n(Fe2+)︰n(Fe3+)=2︰1(1分)
2.如果X的式量为6.43/0.02=321.5,扣除3Fe后,余154,且阴离子共-7,即使全部为OH-也达不到154,因此有其它阴离子,只可能是SO42-,扣除96后,还余58(-5价),不难发现为2个OH-和1.5个O2-,X为Fe6(SO4)2(OH)4O3(5分)
3.12Fe2++O2+4SO42-+16OH-=2Fe6(SO4)2(OH)4O3+4H2O(1分)
2009年高中化学竞赛初赛模拟试卷(1)
第一题(4分)
元素X的单质及X与Y形成的化合物能按如右图所示
m n 的关系发生转化:
1.若X为金属,则X为;n=。
2.若X为非金属,则X为;置换反应方程式为
。
第一题(8分)
1.将尿素与钠分散液在60~110℃发生反应,然后加热(140~200℃)可制备NaCNO。该方法同氧化法相比,能够制备较纯净的氰酸盐。写出反应方程式。
2.含某化合物的较浓的溶液中加入少量的AgNO3溶液出现白色沉淀,然后滴加几滴浓NaOH溶液,振荡后沉淀立即溶解。写出反应方程式。
3.用Mn2O3/H2SO4直接氧化法将对溴甲苯氧化对溴苯甲醛是一条绿色工艺流程,写出反
应方程式。
第一题(7分)
有人建议根据“最高价阳离子”电子排布的相似性和差异性来分主副族。例如:S、Cr
规定为ⅥA族;Se规定为ⅥB族。
1.写出S、Cr、Se最高价阳离子的电子构型;
2.周期数和每周期元素个数是否发生变化;
3.新旧周期表中哪些族的元素是统一的(即完全相同)
4.不同的新的主、副族元素在原周期表的基础上做怎样的变动?
第一题(7分)
乙烯的制备可以用卤代烷脱卤化氢和乙醇脱水的方法制取。实验室制取乙烯通常采用95%的乙醇和浓硫酸(体积比为1∶3),混合后在碎瓷片的存在下迅速加热到160~180℃制得。
1.实验室为什么不采用氯乙烷脱氯化氢进行制备;
2.实验室用乙醇浓硫酸法制取乙烯中浓硫酸的作用是什么?
3.列举实验室用乙醇浓硫酸法制取乙烯的不足之处;
4.有人建议用浓磷酸代替浓硫酸与乙醇反应,结果发现按醇酸体积比为(1∶3)进行
反应时,反应混合物在110℃已经沸腾,温度升到250℃以上仍没有乙烯产生。
(1)解释实验现象;
(2)请提出进一步改进实验的方案。
第一题(6分)
吡啶-2-甲酸,是重要的有机合成中间体。电化学直接氧化2-甲基吡啶法是一条对环境友好的绿色合成路线。下表是某研究者通过实验获得的最佳合成条件。
2-甲基吡啶H2SO4阳极电位反应温度选择性电流效率一0.5mol/L 1.5mol/L 1.95V40℃95.3%45.3%
二0.6mol/L 1.5mol/L 1.85V30℃84.1%52.5% 1.写出制备吡啶-2-甲酸的电极反应方程式;
2.比较途径一、二,引起选择性、电流效率不同的原因是什么?请用电极反应表示。
第一题(11分)
以Ba(OH)2·8H2O和无水TiO2粉体为反应物,在300℃时连续反
应8h得到BaTiO3晶体。该晶体具有显著的压电性能,用于超声波
发生装置中。该晶体中每个Ba2+离子被12个O2-离子包围形成立
方八面体;BaO12十二面体在晶体中的趋向相同,根据配位多面体
生长习性法则的特例,晶体的理论习性与BaO12多面体的形状相同。
由于BaO12多面体的形状为立方八面体,因此该晶体的生长习性为
立方八面体。
1.BaTiO3晶体的晶胞如右图所示。该晶体中Ba、O联合组成
哪种类型的堆积形式;Ti的O配位数和O的Ba配位数分别是多少?
2.我们在研究该晶体时,溶液中存在的生长基元为2种阴离
子,其O配位数与晶体中相同。请写出这2种生长基元和形成生长
基元的反应方程式。
3.右图所示CeO
2结构,O2-离子位于各小立方体的角顶,而Ce4+离子
位于小立方体的中心。判断CeO
2晶体的生长习性为什么,
说明判断理由。
4.判断NaCl晶体的生长习性,画出NaCl晶胞中体现
其生长习性的单元。
第一题(4分)
如图所示,甲、乙之间的隔板K可以左右移动,
甲中充入2 mol A和1 mol B,乙中充入2 mol C和1
mol He,此时K停在0处。在一定条件下发生可逆反
应:2A(g)+B(g)2C(g),反应达到平衡
后,恢复到反应发生前时的温度。是否可以根据活塞
滑动与否可判断左右两边的反应是否达到平衡?如果能,说明理由;如果不能,计算活塞还在6处时隔板K最终停留在何处(不能解出答案,列方程也可)?
第一题(8分)
有机物X属于芳香族混合物,化学式为C10H7NO2;是目前树脂生产中常用的一种耐热改性剂。已知X是平面型分子,且呈现镜面对称。
1.写出X的结构简式;
2.系统命名法命名X;
3.选用2种常见的有机物,分2步合成X。已知反应过程中仅生成水分子。
(1)写出反应物及中间产物
(2)上述合成中需用乙酸乙酯、醋酸酐和无水醋酸钠。其中无水醋酸钠作催化剂,那么乙酸乙酯、醋酸酐的作用分别是什么?
第一题(8分)
研究发现,氯化钴与6-甲基吡啶-2-甲醇反应形成电中性分子的单核配合物分子,实验测得其钴的质量分数为17.4%。
1.确定该配合物的化学式;
2.画出它的立体结构,指出构型。
3.实际测得该配合物分子以二聚体形式存在,且呈现双螺旋结构。
(1)二聚体分子间的作用力是什么?
(2)画出该配合物的双螺旋结构。
第一题(11分)
写出下面有机反应产物的结构简式:
1.CH 3CHO +HCHO (足量)????→?O
H OH Ca 22/)(2
.
3
.
4.N
N
H
H O
O S
??→?NaOH ???????→?相转移催化剂/)(223SO O CH ??→?NaClO 第一一题(10分)
将由短周期4种元素(不含氢)组成的物质X 4.83g 溶解于1L 水中。用碱滴定所得溶液的等分试样(V =10.0mL ),消耗0.028mol/L NaOH 溶液23.8mL 。经过一段时间,重新从溶液中取等分试样(V =10.0mL ),滴定消耗0.028mol/L NaOH 溶液47.5mL 。将第二次滴定之后所
得的溶液分为二等份,向一份溶液中加入MgSO4溶液,生成沉淀5.2mg;向第二份溶液中加入BaCl2溶液,生沉淀的质量为53.5mg。
1.确定X的化学式;
2.试写X与水反应的化学方程式。
3.以pH-V(X)︰V(NaOH)为坐标画出第二个等分试样的pH滴定简图。
第一一题(16分)
某离子化合物X由一种有机阳离子和一种无机阴离子组成;元素分析得到
H:5.33%、C:21.17%、N:6.17%、S:35.33%、Ge:32.00%;该阳离子和阴离子都具有正四面体型的空间对称性。
1.确定X的组成式(阴阳离子分开写);
2.画出阴离子的空间构型;
一定条件下X能与HgI2反应,通过自组装合成了微孔硫化物Y;Y的阴离子是通过X的阴离子和HgS4变形四面体共用S形成的无限网状结构。
3.写出合成Y的反应方程式;
4.2,3-二巯基丙醇在合成Y中是不可缺少的,其可能作用是什么?
5.Y的阴离子是通过1个X中的阴离子和几个(2、3、4)Hg相连的,说明理由;
衍射法测得该晶体Y属于四方晶系,晶胞参数
a=0.9269nm,c=1.4374nm,Z=2。
6.计算晶体Y的密度。
对样品进行了DSC-TG研究,在320℃附近有
一个强的吸热峰,详见右图。
7.试确定残留物中的主要成分是什么?
参考答案
第一题(4分)
1.Fe 3
2.C C+H2O CO+H2↑(各1分)
第一题(8分)
1.2Na+2NH2CONH22NaNHCONH2+H2↑
NaNHCONH2NaCNO+NH3↑(各1.5分)
2.NH4Cl+AgNO3=AgCl↓+NH4NO3
AgCl+2NH4++2OH-=[Ag(NH3)2]++Cl-+2H2O(各1.5分)
3.Br--CH3+2Mn2O3+4H2SO4=Br--CHO+4MnSO4+5H2O(2分)
第一题(7分)
1.S6+:1s22s22p6;Cr6+:[Ne]3s23p6;Se6+:[Ne]3s23p63d10。(0.5分)
2.不变(1分)
3.ⅠA,ⅡA,ⅠB,ⅡB族是统一的,即ⅢA~ⅦA族为不完全相同的族,ⅢB~VIIIB族为完全不同的族。(2分)
4.其变化情况如下:原周期表中第四、五、六周期的ⅢA~VIIIA族元素,依次为新周期表中ⅢB~ⅦB族元素,原周期表中第一、二、三周期的ⅢA~ⅦA族元素,依次和ⅢB~ⅦB族元素合并成为新周期表中的ⅢA~ⅦA族元素。(2.5分)
第一题(7分)
1.氯乙烷沸点低,蒸气有毒,应尽量防止吸入(1分)
2.催化剂、干燥剂(各0.5分)
3.产生乙烯的温度难控制;副反应多,产生的乙烯纯度低,产率低;验耗时长,且实验效果不够理想。(2分)
4.(1)磷酸中含水较多,乙醇沸点较低,整个反应混合物挥发性较强有关。(1.5分)
(2)加入适量P2O5固体(1.5分)
第一题(6分)
1.阳极:C5H4N-CH3+2H2O→C5H4N-COOH+6H++6e-(2分)
阴极:2H++2e-=H2(1分)
2.选择性低由于发生副反应:C5H4N-CH3+H2O→C5H4N-CHO+4H++4e-(1.5分)电流效率低由于发生副反应:2H2O=O2↑+4H++4e-(1.5分)
第一题(11分)
1.立方密堆积 6 4(各1分)
2.Ba(OH)1210-Ti(OH)62-(各1分)
Ba2++2OH-+10H2O=Ba(OH)1210-+10H+
Ti4++4OH-+4H2O=Ti(OH)62-+4H+(或TiO32-+3H2O=Ti(OH)62-)(各0.5分)3.立方体(1.5分)Ce4+离子的配位数为8(1分)
4.八面体(1.5分)(1分)
第一题(4分)
不能判断(1分)K所在位置的数值x满足:[x/(2-x)]5=(3+0.5x)/(3-0.5x)(3分)
第一题(8分)
1.(3分)
2.N-苯基丁烯二酰亚胺(N-苯基马来酰亚胺)(1分)
3.(1)
+(3分)
(2)乙酸乙酯作溶剂、醋酸酐作脱水剂(各0.5分)第一题(8分)
1.CoC14H17N2O2Cl(2分)
2.(2分)四方锥(1分)3.(1)氢键(1分)
(2)(2分)
第一题(11分)
1.(2.5分)
2.(2.5分)
3.(2.5分)
4.
N
N
CH3O
SO2CH3
CH3O(3.5分)
第一一题(10分)
1.NO2SO3F(5分)
NaOH+HNO3=NaNO3+H2O NaOH+HSO3F=Na2SO4+H2O;
NaOH+HF=NaF+H2O 2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O;
Mg2++2F-=MgF2↓SO42-+Ba2+=BaSO4↓Ba2++2F-=BaF2↓
2.NO2SO3F+H2O=HNO3+HSO3F HSO3F+H2O=H2SO4+HF(缓慢进行)(各1.5分)
3.(2分)
第一一题(16分)
1.[(CH3)4N]4Ge4S10(3分,最简式给1分)
2.(2分)
3.[(CH3)4N]4Ge4S10+HgI2=[(CH3)4N]2HgGe4S10+2(CH3)4NI(1分)
4.与Hg2+形成稳定的可溶性螯合物(起矿化剂作用,同时也阻止了难溶HgS沉淀的生成)(1分)
5.每个Ge4S10与3个HgS4相连,每个HgS4与3个Ge4S10相连(1.5分)
4个相连时为正四面体结构;2个相连时为无限线型结构(各1分)
参考图形:
6.V=a2c=1.2349nm3(1分)ρ=ZM/N A V=2.58g/cm3(2分)
7.GeS2(GeS2、GeS)(2.5分)