中国化学会第26252423届全国高中学生化学竞赛试题汇编.docx
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中国化学会第26252423届全国高中学生化学竞赛试题汇编.docx
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中国化学会第26252423届全国高中学生化学竞赛试题汇编
中国化学会第26届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试卷
(2012年9月2日9︰00-12︰00共计3小时)
●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
第1题(7分)
1-1向硫酸锌水溶液中滴加适当浓度的氨水至过量,发生两步主要反应。
简述实验现象并写出两步主要反应的离子方程式。
无色溶液产生白色沉淀,后逐渐溶解
(1分,如只写白色沉淀溶解不扣分,未表明白色,扣0.5分)
(1)Zn2++2NH3+2H2O=Zn(OH)2↓+2NH4+(1分)
写成如下形式均给分:
Zn2++2NH3·H2O=Zn(OH)2↓+2NH4+
[Zn(H2O)6]2++2NH3·H2O=Zn(OH)2↓+2NH4++6H2O
[Zn(H2O)6]2++2NH3=Zn(OH)2↓+2NH4++2H2O
(2)Zn(OH)2+2NH4++2NH3=[Zn(NH3)4]2++2H2O
如写成Zn(OH)2+4NH3=[Zn(NH3)4]2++2OH—也对,如产物写成[Zn(NH3)6]2+扣0.5分,因主要产物是[Zn(NH3)4]2+
1-2化合物[Cu(Pydc)(amp)]·3H2O]的组成为C11H14CuN4O7,热重分析曲线表明,该化合物受热分解发生两步失重,第一个失重峰在200~250℃,失重的质量分数为15.2%。
第二个失重峰在400~500℃,失重后的固态残渣质量为原化合物质量的20.0%。
Pydc和amp是含有芳环的有机配体。
通过计算回答:
(1)第一步失重失去的组分。
水分子或H2O3个水分子或3H2OC11H14CuN4O7的式量约377.8,失去3个水分子,失重质量分数理论值为14.3%。
1分
(2)第二步失重后的固态残渣是什么,解释理由。
CuO或Cu2O的混合物(2分)
理由:
CuO、Cu2O及C11H14CuN4O7的式量分别为79.55、143.1和377.8。
若残渣为CuO,则失重质量分数为79.55/377.8=21.1%;若残渣为Cu2O,则质量分数为143.1/(377.8×2)=18.9%,实验值为20%介于两者之间,故残渣是两者的混合物。
(1分)
只答CuO或只答Cu2O,只得1分。
答CuO和Cu混合物,计算正确,理由表述清晰,也可得3分。
虽然计算正确,但物质在题设条件下不存在(如乙炔铜、氢化铜等),也可得1分(计算分)。
第2题(7分)A和X是两种常见的非金属元素,其核外电子数之和为22,价电子数之和为10。
在一定条件下可生成AX、AX3(常见的Lewis酸)、A2X4和A4X4,反应如下:
Hg,放电
A(s)+3/2X2(g)AX3(g)
AX3(g)AX(g)+2X(g)
2Hg+2X(g)Hg2X2(g)
AX(g)+AX3(g)A2X4(g)
4AX(g)A4X4(s)
2-1指出A和X各是什么元素。
A:
BX:
Cl共3分各1.5分
2-2A4X4具有4个三重旋转轴,每个A原子周围都有4个原子,画出A4X4的结构示意图。
(2分)
2-3写出AX3与CH3MgBr按计量数比为1∶3反应的方程式。
BCl3+3CH3MgBr——>B(CH3)3+3MgBrCl(1分)
AX3+3CH3MgBr——>B(CH3)3+3MgBrCl
写成BCl3+3CH3MgBr——>B(CH3)3+3/2MgBr2+3/2MgCl2也可
2-4写出A2X4与乙醇发生醇解反应的方程式。
B2Cl4+4C2H5OH—>B2(OC2H5)4+4HCl(1分)
A2X4+4C2H5OH—>A2(OC2H5)4+4HX
第3题(10分)CuSO4溶液与K2C2O4溶液反应,得到一种蓝色晶体。
通过下述实验确定该晶体的组成:
(a)称取0.2073g样品,放入锥形瓶,加入40mL2mol·L—1的H2SO4,微热使样品溶解,加入30mL水,加热近沸,用0.02054mol·L—1KMnO4溶液滴定至终点,消耗24.18mL。
(b)接着将溶液充分加热,使浅紫红色变为蓝色,冷却后加入2gKI固体和适量Na2CO3,溶液变为棕色并生成沉淀。
用0.04826mol·L—1的Na2S2O3溶液滴定,近终点时加入淀粉指示剂,至终点,消耗12.69mL。
3-1写出步骤a中滴定反应的方程式。
2MnO4—+5H2C2O4+6H+==2Mn2+10CO2↑+8H2O(1分)
3-2写出步骤b中溶液由淡紫色变为蓝色的过程中所发生反应的方程式。
4MnO4—+12H+==Mn2++5O2↑+6H2O(2分)
3-3用反应方程式表达KI在步骤b中的作用:
写出Na2S2O3滴定反应的方程式。
KI与Cu2+作用:
2Cu2++5I—==2CuI↓+I3—(1分)
3-4通过计算写出蓝色晶体的化学式(原子数取整数)。
根据3-1中的反应式和步骤a中的数据,得:
n(C2O42—)=0.02054mol·L—1×24.18mL×5/2==1.241mmol(1分)
根据3-3中的反应式和步骤b中的数据,可得:
n(Cu2+)==0.04826mol·L—1×12.69mL==0.6124mmol(1分)
n(Cu2+)∶n(C2O42—)==0.6124mmol∶1.2416mmol==0.4933≈0.5
配离子组成为[Cu(C2O4)2]2—。
(1分)
由电荷守恒,晶体的化学式为K2[Cu(C2O4)2]·xH2O
结晶水的质量为:
0.2073g—0.6124×10—3mol×M[K2Cu(C2O4)2]
==0.2073g—0.6124×10—3mol×317.8g·mol—1=0.0127g
n(H2O)=0.0127g/(18.02g·mol—1)=0.000705mol=0.705mmol
n(H2O)∶n(Cu2+)=0.705∶0.6124=1.15x≈1
或用n(C2O42—)和n(Cu2+)实验数据的均值0.6180mmol计算水的质量:
0.2073g—0.6180×10—3mol×M[K2Cu(C2O4)2]=0.0109g
n(H2O)=0.0109g/(18.02g·mol—1)=0.000605mol=0.605mmol
n(H2O)∶n(Cu2+)=0.605∶0.6124=0.989x≈1
其他合理的方式,均给分。
第4题(5分)1976年中子衍射实验证实:
trans-[Co(en)2Cl2]2Cl·HCl·2H2O晶体中只存在3种含钴的A+和Cl—。
X+中所有原子共面,有对称中心和3个相互垂直的镜面。
注:
en是乙二胺的缩写符号。
4-1画出A+及其立体异构体的结构简图。
4-2画出X + 的结构图。
(2分)画成实线扣1分,未写正号不扣分。
第5题(8分)从尿素和草酸的水溶液中得到一种超分子晶体。
X射线衍射实验表明,该晶体属于单斜晶系,晶胞参数a=505.8pm,b=1240pm,c=696.4pm,β=98.13°。
晶体中两种分子通过氢键形成二维分子结构,晶体密度D=1.614g·cm—3。
5-1推求晶体中草酸分子和尿素分子的比例。
晶胞体积V=abcsinβ=505.8pm×1240pm×696.4pm×sin98.13°=4.324×10—22cm—31分
晶胞质量=VD=4.324×10—22cm—3×1.614g·cm—3=6.979×10—22g1分
(1)若晶胞中含1个草酸分子和1个尿素分子,则质量为2.493×10—22g,密度约为0.577g·cm—3,不符合测定结果,也不符合对称性要求。
(2)若晶胞中含1个草酸分子和2个尿素分子,则质量为3.490×10—22g,密度约为0.8071g·cm—3,也不符合测定结果,也不符合对称性要求。
(3)若晶胞中含2个草酸分子和4个尿素分子,则质量为6.980×10—22g,密度符合测定结果,对称性也满足题意。
因而晶胞中含有22个草酸分子和4个尿素分子,即二者比例1∶2。
1分
5-2画出一个化学单位的结构,示出其中的氢键。
(3分)
化学单位:
1分只画出1个草酸分子和1个尿素分子,不给分。
氢键:
2分
只画出2个草酸的羟基与尿素的羰基形成较强的O—H…O氢键,得1分。
只画出2个尿素的氨基与草酸的羧基形成较弱的N—H…O氢键,得1分。
第6题(6分)2,3—吡啶二羧酸,俗称喹啉酸,是一种中枢神经毒素,阿尔兹海默症、帕金森症等都与它有关。
常温下喹啉酸呈固态,在185~190℃下释放CO2转化为烟酸。
6-1晶体中,喹啉酸采取能量最低的构型,画出此构型(碳原子上的氢原子以及孤对电子可不画)。
3分其他答案不得分。
一个氢必须在氮原子上,氮原子必须带正电荷,另一个氢原子必须在两个氧原子之间,但不要求氢键的键角,该键是否对称也不要求,2位的取代基必须是羧酸根负离子。
6-2喹啉酸在水溶液中的pKa1=2.41,写出其一级电离的方程式(共轭酸碱用结构简式表示)。
6-3画出烟酸的结构。
2分若画成
也给2分。
第7题(10分)硼的总浓度≥0.4mol·mol—1的硼酸及其盐的水溶液中不仅存在四硼酸根离子B4还存在电荷为—1的五硼酸根离子以及电荷为—1和—2的两种三硼酸根离子。
这些多硼酸根离子和B(OH)4—缩合而成,结构中硼原子以B—O—B的方式连接成环。
7-1上述五硼酸根离子中,所有三配位硼原子的化学环境完全相同,画出其结构示意图(不画孤对电子,羟基用—OH表达)
(4分)未标负号扣1分。
7-2右图示出硼酸—硼酸盐体系在硼的总浓度为0.4mol·mol—1时,其存在形式与pH的关系。
1、2、3、4分别为4种多硼酸根离子存在的区域。
推出1、2、3、4分别对应的多硼酸根离子的化学式。
注:
以B4O5(OH)42—为范例,书写其他3种多硼酸根离子的化学式;形成这些物种的缩合反应速率几乎相同,其排列顺序不受反应速率制约;本体系中缩合反应不改变硼原子的配位数。
1:
B5O6(OH)44—1分2:
B3O3(OH)4—2分
3:
B4O5(OH)42—1分4:
B3O3(OH)52—2分
1:
五硼酸根,B5O6(OH)44—,三配位硼原子和四配位硼原子的比例4∶1
2:
三硼酸根,B3O3(OH)4—,三配位硼原子和四配位硼原子的比例2∶1
3:
四硼酸根,B4O5(OH)42—,三配位硼原子和四配位硼原子的比例2∶2
4:
三硼酸根,B3O3(OH)52—,三配位硼原子和四配位硼原子的比例1∶2
第8题(16分)右图示出在碳酸—碳酸盐体系(CO32—的分析浓度为1.0×10—2mol·L—1)中,铀的存在物种及相关电极电势随pH的变化关系(E—pH图,以标准氢电极为参比电极)。
作为比较,虚线示出H+/H2和O2/H2O两电对的E—pH关系。
8-1计算在pH分别为4.0和6.0的条件下碳酸—碳酸盐体系中主要物种的浓度。
H2CO3:
Ka1=4.5×10—7,Ka2=4.7×10—11
溶液中存在如下平衡:
H2CO3==H++HCO3—
Ka1=c(H+)c(HCO3—)/c(H2CO3)=4.5×10—70.5分
HCO3—==H++CO32—Ka2=c(H+)c(CO32—)/c(HCO3—)=4.7×10—110.5分
pH=4.4,c(H+)=1.0×10—4mol·L—1
c(H2CO3)=c(H+)c(HCO3—)/4.5×10—7=2.2×10—7c(HCO3—)
c(CO32—)=c(HCO3—)×4.7×10—11/c(H+)=4.7×10—7c(HCO3—)
溶液中以H2CO3为主,c(H2CO3)=1.0×10—2mol·L—11分
pH=4.4,c(H+)=1.0×10—6mol·L—1
c(H2CO3)=c(H+)c(HCO3—)/4.5×10—7=2.2c(HCO3—)
c(CO32—)=c(HCO3—)×4.7×10—11/c(H+)=4.7×10—5c(HCO3—)1分
溶液中以H2CO3和HCO3—形成缓冲溶液。
c(HCO3—)=1.0×10—2mol·L—1/3.2=3.1×10—5mol·L—10.5分
c(H2CO3)=2.2c(HCO3—)=6.8×10—3mol·L—10.5分
其他计算方法合理,答案正确,也得满分。
8-2图中a和b分别是pH=4.4和6.1的两条直线,分别写出与a和b相对应的轴的物种发生转化的方程式。
a:
UO22—+H2CO3—>UO2CO3+2H+1分
b:
UO2CO3+2HCO3——>UO2(CO3)22—+H2CO31分
8-3分别写出与直线c和d相对应的电极反应,说明其斜率为正或负的原因。
c:
4UO22—+H2O+6e——>U4O9+2H+1分
该半反应消耗H+,pH增大,H+浓度减小,不利于反应进行,故电极电势随pH增大而降低,即E—pH线的斜率为负。
8-4在pH=4.0的缓冲体系中加入UCl3,写出反应方程式。
d:
U3++2H2O—>UO2+1/2H2+3H+2分
由图左下部分的E(UO2/U3+)—pH关系推出,在pH=4.0时,E(UO2/U3+)远小于E(H+/H2),故UCl3加入水中,会发生上述氧化还原反应。
8-5在pH=8.0~12之间,体系中UO2(CO3)34—和U4O9(s)能否共存?
说明理由;UO2(CO3)34—和UO2(s)能否共存?
说明理由。
UO2(CO3)34—和U4O9能共存1分
理由:
E(UO2(CO3)34—/U4O9)低于E(O2/H2O)而高于E(H+/H2),因此,其氧化形态UO2(CO3)34—不能氧化水而生成O2,其还原形态U4O9(s)也不能还原水产生H2。
1分
若只答UO2(CO3)34—和U4O9(s)二者不反应,只得0.5分
UO2(CO3)34—和UO2(s)不能共存1分
理由:
E(UO2(CO3)34—/U4O9)高于E(U4O9/UO2),当UO2(CO3)34—和UO2(s)相遇时,会发生反应:
UO2(CO3)34—+3UO2+H2O==U4O9+2HCO3—+CO32—1分
第9题(12分)Knoevenagel反应是一类有用的缩合反应。
如下图所示,丙二酸二乙酯与苯甲醛在六氢吡啶催化下生成2-苯亚甲基丙二酸二乙酯。
9-1指出该反应中的亲核试剂。
9-2简述催化剂六氢吡啶在反应中的具体作用。
六氢吡啶与苯甲醛反应生成亚胺正离子,增加其亲电性。
或:
与丙二酸二乙酯的α-氢反应生成碳负离子(1分)或烯醇负离子,增强其亲核性(1分)。
2分
写出以上两种作用的,也得满分。
丙二酸二乙酯(写结构简式也可以)
写
给1分
答丙二酸二乙酯和六氢吡啶也得2分;
只答六氢吡啶而未答出丙二酸二乙酯不得分。
若笼统答丙二酸二乙酯负离子不得分。
9-3化合物A是合成抗痉挛药物D(gabapentin)的前体。
根据上述反应式,写出合成A的2个起始原料的结构简式。
:
和
9-4画出由A制备D过程中中间体B、C和产物D的结构简式。
第10题(6分)辣椒的味道主要来自辣椒素类化合物。
辣椒素F的合成路线如下:
画出化合物A、B、C、D、E和F的结构简式。
第11题(12分)
11-1烯烃羟汞化反应的过程与烯烃的溴化相似。
现有如下两个反应:
4-戊烯-1-醇在相同条件下反应的主要产物为B。
画出化合物A和B的结构简式。
11-2下列有机化合物中具有芳香性的是2和5。
共2分;各1分有错误选项不给分
化合物A经过如下两步反应后生成化合物D,回答如下问题:
11-3写出化合物B的名称臭氧,O3。
1分答臭氧化物也可以的1分,其他答案不给分
11-4圈出C中来自原料A中的氧原子。
11-5画出化合物D的结构简式。
1分其他答案不得分
其他答案不给分
中国化学会第25届全国高中学生化学竞赛
(省级赛区)试题及答案
(2011年9月11日9∶00–12∶00共计3小时)
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
总分
满分
15
11
8
9
10
10
9
10
10
8
100
得分
评卷人
竞赛时间3小时。
迟到超过半小时者不能进考场。
开始考试后1小时内不得离场。
时间到,把试卷(背面朝上)放在桌面上,立即起立撤离考场。
试卷装订成册,不得拆散。
所有解答必须写在指定的方框内,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处。
允许使用非编程计算器以及直尺等文具。
评分通则:
1.凡要求计算的,没有计算过程,即使结果正确也不得分。
2.有效数字错误,扣0.5分,但每大题只扣1次。
3.单位不写或表达错误,扣0.5分,但每大题只扣1次。
4.只要求1个答案、而给出多个答案,其中有错误的,不得分。
5.方程式不配平不得分。
6.不包括在此标准答案的0.5分的题,可由评分组讨论决定是否给分。
第1题(15分)
1-12011年是国际化学年,是居里夫人获得诺贝尔化学奖100周年。
居里夫人发现的两种化学元素的元素符号和中文名称分别是和。
1-2向TiOSO4水溶液中加入锌粒,反应后溶液变为紫色。
在清夜中滴加适量的CuCl2水溶液,产生白色沉淀。
生成白色沉淀的离子方程式是;继续滴加CuCl2水溶液,白色沉淀消失,其离子方程式是。
1-320世纪60年代维也纳大学V.Gutmann研究小组报道,三原子分子A可由SF4和NH3反应合成;A被AgF2氧化得到沸点为为27℃的三元化合物B。
A和B分子中的中心原子与同种端位原子的核间距几乎相等;B分子有一根三种轴和3个镜面。
画出A和B的结构式(明确示出单键和重键,不在纸面上的键用楔形键表示,非键合电子不必标出)。
1-4画出Al2(n-C4H9)4H2和Mg[Al(CH3)4]2的结构简式。
1-5已知EӨ(FeO42—/Fe3+)=2.20V,EӨ(FeO42—/Fe(OH)3)=0.72V。
①写出氯气和三氯化铁反应形成高铁酸根的离子方程式。
。
②写出高铁酸钾在酸性水溶液中分解的离子方程式。
。
③用高铁酸钾与镁等组成碱性电池,写出该电池的电极反应。
第2题(11分)
2-1画出2,4-戊二酮的钠盐与Mn3+形成的电中性配合物的结构式(配体用
表示)。
2-2已知该配合物的磁矩为4.9玻尔磁子,配合物中Mn的未成对电子数为。
2-3回答:
该化合物有无手性?
为什么?
2-4画出2,4戊二酮负离子的结构简式(必须明确其共轭部分),写出其中离域π键的表示符号。
2-5橙黄色固体配合物A的名称是三氯化六氨合钴(Ⅲ),是将二氯化钴、浓氨水、氯化铵和过氧化氢混合,以活性炭为催化剂合成的。
机理研究发现,反应过程中首先得到Co(NH3)62+离子,随后发生配体取代反应,得到以新配体为桥键的双核离子B4+,接着发生桥键断裂,同时2个中心原子分别将1个电子传递到均裂后的新配体上,得到2个C2+离子,最后C2+离子在活性炭表面上发生配体取代反应,并与氯离子结合形成固体配合物A。
写出合成配合物A的总反应方程式;画出B4+和C2+离子的结构式。
总反应方程式:
B4+和C2+离子的结构式:
第3题(8分)近年来,某些轻元素的含氢化合物及其复合体系作为氢源受到广泛关注。
化合物A(XYH2)和B(XH)都是具有潜在应用价值的释氢材料。
A受热分解生成固体化合物C并放出刺激性气体D,D可使湿润的pH试纸变蓝。
A和B混合可优化放氢性能。
研究发现,该混合体系的放氢反应分三步进行:
2A=C+D⑴
D+B=A+H2⑵
C+B=E+H2⑶
将A和B按1∶2的摩尔(物质的量)比混合,在催化剂作用下,所含的氢全部以氢气放出,失重10.4%。
A、C、E均能水解生成F和D。
G是由X和Y组成的二元化合物,其阴离子是二氧化碳的等电子体,G分解生成E和一种无色无味的气体I。
写出A、B、C、D、E、F、G和I的化学式。
第4题(9分)固溶体BaInxCo1-xO3-δ是兼具电子导电性与离子导电性的功能材料,Co的氧化数随组成和制备条件而变化,In则保持+3价不变。
为测定化合物BaIn0.55Co0.45O3-δ中Co的氧化数,确定化合物中的氧含量,进行了如下分析:
称取0.2034g样品,加入足量KI溶液和适量HCl溶液,与样品反应使其溶解。
以淀粉为指示剂,用0.05000mol/LNa2S2O3标准溶液滴定,消耗10.85mL。
4-1写出BaIn0.55Co0.45O3-δ与KI和HCl反应的离子方程式。
4-2写出滴定反应的离子方程式。
4-3计算BaIn0.55Co0.45O3-δ样品中Co的氧化数SCo和氧缺陷的量δ(保留到小数点后两位)。
第5题(10分)1965年合成了催化剂A,实现了温和条件下的烯烃加氢。
5-1A是紫红色晶体,分子量925.23,抗磁性。
它通过RhCl3·3H2O和过量三苯膦(PPh3)的乙醇溶液回流制得。
画出A的立体结构。
5-2A可能的催化机理如下图所示(图中16e表示中心原子周围总共有16个电子):
画出D的结构式。
5-3确定图中所有配合物的中心原子的氧化态。
5-4确定A、C、D和E的中心离子的杂化轨道类型。
5-5用配合物的价键理论推测C和E显顺磁性还是抗磁性,说明理由。
第6题(10分)NO2和N2O4混合气体的针管实验是高中化学的经典素材。
理论估算和实测发现,混合气体体积由V压缩为V/2,温度由298K升至311K。
已知这两个温度下N2O4(g)
2NO2(g)的压力平衡常数Kp分别为0.141和0.363。
6-1通过计算回答,混合气体经上述压缩后,NO2的浓度比压缩前增加了多少倍。
6-2动力学实验证明,上述混合气体几微秒内即可达成化学平衡。
压缩后的混合气体在室温下放置,颜色如何变化?
为什么?
第7题(9分)12000年
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