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2000年全国高中学生化学竞赛(初赛)试题与答案


2000 年全国高中学生化学竞赛(初赛)试题与答案 年全国高中学生化学竞赛(初赛)
题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 十一 十二 十三 十四 十五 总分 满分 5 6 6 6 2 5 5 10 9 5 8 6 9 8 10 100

1.1999 年是人造元素丰收年,一年间得到第 114、116 和 118 号三个新元素。按已 知的原子结

构规律,118 号元素应是第 周期第 族元素,它的单质在常温常压下 最可能呈现的状态是 (气、液、固选一填入)态。近日传闻俄国合成了第 166 号元 素,若已知原子结构规律不变,该元素应是第 周期第 族元素。 分) (5 【答案】 七;零;气;八;VIA(5 分, 每个填空得 1 分) 2.今年是勒沙特列(Le Chatelier1850-1936)诞生 150 周年。请用勒沙特列原理 解释如下生活中的常见现象:打开冰镇啤酒瓶把啤酒倒入玻璃杯,杯中立即泛起大量泡 沫。 分) (6 【答案】 (1)啤酒瓶中二氧化碳气体与啤酒中溶解的二氧化碳达到平衡: CO2(气) CO2(溶液),打开啤酒瓶,二氧化碳气体的压力下降,根据勒沙特列原理, 平衡向放出二氧化碳气体的方向移动,以减弱气体压力下降对平衡的影响。 (2)温度是保持平衡的条件,玻璃杯的温度比冰镇啤酒的温度高,根据勒沙特列 原理,平衡应向减弱温度升高的方向移动,即应向吸热方向移动,从溶液中放出二氧化 碳气体是吸热的,因而,应从溶液中放出二氧化碳气体。 注:压力和温度各 3 分,不与勒沙特列原理挂钩不给分。 3.1999 年合成了一种新化合物,本题用 X 为代号。用现代物理方法测得 X 的相对 分子质量为 64;X 含碳 93.8%,含氢 6.2%;X 分子中有 3 种化学环境不同的氢原子和 4 种化学环境不同的碳原子;X 分子中同时存在 C—C、C=C 和 C≡C 三种键,并发现其 C=C 键比寻常的 C=C 短。 1.X 的分子式是____ (2 分) 2.请画出 X 的可能结构。 分) (4 【答案】 1.C5H4 2.如右右上图 注:只有一种可能结构;重键位置必须正确,而键角和立体结构则不必要求。右上 图是用 Chemsketch 程序制作的立体结构图,图形未画出重键,仅供参考,不是答案。 4. 理想的宏观单一晶体呈规则的多面体外形。 多面体的面叫晶面。 今有一枚 MgO 单晶如附图 1 所示。 它有 6 个八角形晶面和 8 个正三角 形晶面。宏观晶体的晶面是与微观晶胞中一定取向的截面对应的。已 知 MgO 的晶体结构属 NaCl 型。它的单晶的八角形面对应于它的晶胞
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的面。 请指出排列在正三角形晶面上的原子 (用元素符号表示原子, 至少画出 6 个原子, 并用直线把这些原子连起,以显示它们的几何关系)(6 分) 。 【答案】



所有原子都是 Mg(3 分) 所有原子都是 O(3 分) 注:画更多原子者仍应有正确几何关系;右图给出了三角形与 晶胞的关系,不是答案。 5.最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子,如 右图所示,顶角和面心的原子是钛原子,棱的中心和体心的原子是 碳原子,它的化学式是______。 【答案】 Ti14C13(2 分) 说明:凡按晶胞计算原子者得零分。 6.某中学同学在一本英文杂志上发现 2 张描述结构变化的简图如下(图中“—~ —”是长链的省略符号) :
H O H H H H O H C C N C C N C CN H H O H H C C N O H NH3 COO C C NC C NH3
+ +

O C NH2

H O H H H H O H C C N C C N C C N H H O C NHCH2OH H CH2OH COOH C N C C N C

O NH CH2 C NH

C

O H H O

O H

O H H O

(填中 未读原文,他已经理解:左图是生命体内最重要的一大类有机物质 文名称)的模型化的结构简图,右图是由于左图物质与 (化学式) ,即 (中 文名称)发生反应后的模型化的结构简图。由左至右的变化的主要科学应用场合是: ______________ ;但近年来我国一些不法奸商却利用这种变化来坑害消费者,消费者 将因_______________________________________________________。 【答案】 蛋白质(或多肽) ;CH2O;甲醛;制作(动物)标本(或保存尸体) ;食物中残余 甲醛可与人体蛋白质发生同右图所示的反应而受害(5 分,每空 1 分) 7. 最近, 我国某高校一研究小组将 0.383g AgCl, 0.160g Se 和 0.21g NaOH 装入充满蒸馏水的反应釜中加热到 115℃,10 小时后冷至室温, 用水洗净可溶物后,得到难溶于水的金属色晶体 A。在显微镜下观察, 发现 A 的单晶竟是六角微型管(如右图所示) ,有望开发为特殊材料。 现代物理方法证实 A 由银和硒两种元素组成, 的质量几近原料的 2/3; Se A 的理论产量约 0.39g。
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1.写出合成 A 的化学方程式,标明 A 是什么。 分) (3 2.溶于水的物质有:______________________________________。 分) (2 答案: 1.4AgCl+3Se+6NaOH=2Ag2Se+Na2SeO3+4NaCl+H2O (2 分) A 是 Ag2Se(1 分) 2.NaCl、NaOH、Na2SeO3、Na2S(2 分,Na2Se 独得 1 分) 注:Na2Se 是由于原料中过量的 Se 歧化产生的。 8.某中学生取纯净的 Na2SO3·7H2O 50.00 g,经 600℃以上的强热至恒重,分析及 计算表明,恒重后的样品质量相当于无水亚硫酸钠的计算值,而且各元素的组成也符合 计算值,但将它溶于水,却发现溶液的碱性大大高于期望值。经过仔细思考,这位同学 解释了这种反常现象,并设计了一组实验,验证了自己的解释是正确的。 1.他对反常现象的解释是: (请用化学方程式表达) 分) (5 2.他设计的验证实验是: (请用化学方程式表达) 分) (5 【答案】 1.4Na2SO3=3Na2SO4+Na2S(5 分) 2.说明:此题给出的信息未明确第 1 题所示的歧化是否 100%地将 Na2SO3 完全转 化为 Na2SO4 和 Na2S,因此,只有全面考虑存在完全转化和不完全转化两种情形,并分 别对两种情形的实验进行设计才是完整的答案: - - (1) 设 Na2SO3 完全转化为 Na2SO4 和 Na2S, 需分别检出 SO42 离子和 S2 离子。 - - SO42 离子的检出:SO42 +Ba2+=BaSO4 ↓ 不溶于盐酸。 分) (2 2- 2- 2+ S 离子的检出:方法 1:加沉淀剂如:S +Pb =PbS↓ (黑) (或醋酸铅试纸变黑) 其他沉淀剂也可得分。 - 方法 2:加盐酸 S2 +2H+=H2S↓(可闻到硫化氢特殊气味) 以上 2 种方法取任何一种方法均可得 2 分。 分) (2 - - (2)设 Na2SO3 未完全转化为 Na2SO4 和 Na2S,检出 SO42 加盐酸时以及检出 S2 采用方法 2 时,除发生已述反应(注:已得 4 分)外,均会发生如下反应: - - SO32 +2S2 +6H+=S ↓+3H2O(注:写成 H2S 和 H2SO3 反应也得分) 分) (1 9. 最近,我国一留美化学家参与合成了一种新型炸药,它跟三硝基甘油一样抗打 击、抗震,但一经引爆就发生激烈爆炸,据信是迄今最烈性的非核爆炸品。该炸药的化 学式为 C8N8O16,同种元素的原子在分子中是毫无区别的。 1.画出它的结构式。 分) (4 2.写出它的爆炸反应方程式。(2 分) 3.该物质为何是迄今最烈性的非核爆炸品。 粉) (3 【答案】 1.如右图所示。答八硝基环辛四烯者也按正确论。 2.C8(NO2)8=8CO2+4N2 3.①八硝基立方烷分解得到的两种气体都是最稳定的化合物;②立方烷的碳架键 角只有 90o,大大小于 109°28’(或答:是张力很大的环),因而八硝基立方烷是一种高能
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化合物, 分解时将释放大量能量;③八硝基立方烷分解产物完全是气体,体积膨胀将引 起激烈爆炸。 说明:以上是参考答案,只要能答出类似以上要点者均可得满分 10.据统计,40%的飞机失事时机舱内壁和座椅的塑料会着火冒烟,导致舱内人员 窒息致死。为此,寻找装修机舱的阻燃聚合物是化学研究的热点之一。最近,有人合成 了一种叫 PHA 的聚酰胺类高分子, 即主链 N O 内有“酰胺键” (—CO—NH—) 。温度达 180~200℃时, PHA 就会释放水变成 PBO O N (结构式如右图所示) ,后者着火点高达 n 600℃,使舱内人员逃离机舱的时间比通常增大 10 倍。该发明创造的巧妙之处还在于, PHA 是热塑性的(加热后可任意成型) ,而 PBO 却十分坚硬,是热固性的(加热不能改 变形状) 。 1.写出 PHA 的结构式。 分) (3 2.根据高分子结构来解释,为什么 PHA 有热塑性而 PBO 却是热固性的。 分) (2 【答案】 1. 2.PHA 高分子键的共轭较差,加热容易发生键的旋转,是柔性骨架,所以 PHA 具 有热塑性,而 PBO 高分子键的共轭程度高,加热不容易发生键的旋转,所以 PBO 是热 固性的。 分) (2 注:只要能对高分子骨架的键的性质能作正确的描述,均可得分,上述表述只是参 考答案。 11.已经探明,我国南海跟世界上许多海域一样,海底有极其丰富的甲烷资源。其 总量超过已知蕴藏在我国陆地下的天然气总量的一半。据报导,这些蕴藏在海底的甲烷 是高压下形成的固体,是外观像冰的甲烷水合物。 1.试设想,若把它从海底取出,拿到地面上,它将有什么变化?为什么?它的晶 体是分子晶体、离子晶体还是原子晶体?你作出判断的根据是什么?(2 分) 2.已知每 1 立方米这种晶体能释放出 164 立方米的甲烷气体,试估算晶体中水与 甲烷的分子比(不足的数据由自己假设,只要假设得合理均按正确论)(6 分) 。 【答案】 1.从海底取出的甲烷水合物将融化并放出甲烷气体,因为该晶体是分子晶体,甲 烷分子和水分子都是由有限数目的原子以共价键结合的小分子, 水分子和甲烷分子之间 范德华力,而水分子之间是范德华力和氢键。 分) (2 2.假设甲烷气体体积是折合成标准状况下的数据,则 1m3 水合物中有甲烷 164m3 ÷22.4m3/kmol=7.32kmol;假设甲烷水合物固体中的水的密度为 1g/cm3,则其中有水 1m3×1000kg/m3÷18 kg/mol=55.56kmol;因此有:CH4︰H2O=7.32kmol︰55.6kmol=1 ︰7.6。
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甲烷水合物的组成可能是 6CH4·46H2O(6 分) 【说明】 以上是最简单的参考答案,设密度为 1g/cm3 也可包含甲烷,只要答案为 CH4·6~ 9H2O,均可按满分计。但设密度为 0.9g/cm3 又包含甲烷则不能认为是合理的(岂不会漂 到海面上来?另外,必须给出解题时的假设,否则不能得满分。 ) 12.氯化亚砜(SOCl2) ,一种无色液体,沸点 79℃,重要有机试剂,用于将 ROH 转化为 RCl。氯化亚砜遇水分解,需在无水条件下使用。 1.试写出它与水完全反应的化学方程式:__________________________(2 分) ; 2.设计一些简单的实验来验证你写的化学方程式是正确的。 (只需给出实验原理, 无须描述实验仪器和操作。评分标准:设计的合理性—简捷、可靠、可操作及表述。4 分) 【答案】 1.SOCl2+H2O=SO2+2HCl(说明:写成 H2SO3 也按正确答案论) 说明:水多时 SO2 溶于水得到亚硫酸和盐酸的混合溶液,但因盐酸对亚硫酸电离的 抑制,水溶液中仍大量存在 SO2,故写 SO2 是正确的答案。 2.向水解产物的水溶液加入硫化氢应得到硫磺沉淀。向另一份水解产物的水溶液 加入硝酸银应得到白色沉淀。检出 1 种水解产物得 1 分。 说明:以上仅为参考答案。只要是合理设计均应得分。 13.某烃 A,分子式为 C7H10,经催化氢化生成化合物 B(C7H14) 。A 在 HgSO4 催 化下与水反应生成醇,但不能生成烯醇式结构(该结构可 HOOCCH2CH2CCH2COOH 进一步转化为酮) 与 KMnO4 剧烈反应生成化合物 C, 。A O 结构式如右图所示。试画出 A 的可能结构的简式。 分) (9 【答案】

说明:必须给出 3 种结构式,每个结构式 3 分。共计 9 分。双键的位置划错不给分。 此题未给出催化氢化的温度, 未涉及开环反应。若学生在应答时指出可能有开环反应而 不会有四元环和三元环的结构式存在也应按正确论。 14.铂系金属是最重要的工业催化剂。但其储藏已几近枯竭,上小行星去开采还纯 属科学幻想。 研究证实, 有一类共价化合物可代替铂系金属催化剂。 它们是坚硬的固体, 熔点极高,高温下不分解,被称为“千禧催化剂” (millennium catalysts) 。下面 3 种方 法都可以合成它们: ① 在高温下将烃类气体通过钨或钼的氧化物的表面。 ② 高温分解钨或钼的有机金属化合物(即:钨或钼与烃或烃的卤代物形成的配合 物) 。
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③ 在高度分散的碳表面上通过高温气态钨或钼的氧化物。 1.合成的化合物的中文名称是______和__________。 (共 4 分,各 2 分) 2.为解释这类化合物为什么能代替铂系金属,提出了一种电子理论,认为这些化 合物是金属原子与非金属原子结合的原子晶体, 金属原子周围的价电子数等于同周期的 铂原子或钌原子的价电子数。这类化合物的化学式(即最简式或实验式)是_______和 _______。 分,各 2 分) (4 【答案】 1.碳化钼;碳化钨 2.Mo2C;WC 说明:每个钨原子的 d 轨道上平均多了 4 个电子,相当于 Pt 的电子结构,每个钼 原子的 d 轨道上多了 2 个电子,相当于 Ru 原子的电子构型。 15.2.00 升(标准状况测定值)氢气和 5.00 克氯气混合经光照后直至检不出氯气剩 余,加入 9.00% NaOH 溶液 80.0 mL (密度 d=1.10g/mL)。问:需要加入多少毫升 0.100 mol/L 的 H2SO4 才能使溶液呈中性?(10 分) 【答案】 设氢气的体积已折合为标准状况,则: 氢气:2.00L/22.4L=0.0893mol 氯气:5.00g/(35.45×2)g/mol=0.0705mol 氢气是过量的: H2+Cl2=2HCl 0.0705mol 0.141mol HCl+NaOH=NaCl+H2O 0.141mol 0.141mol 80.0 mL 9.00% NaOH 溶液的质量为: 80.0mL×1.10g/mL=88.0g 其中含 NaOH 质量: 7.92g/40.0g/mol=0.198mol 吸收 HCl 气体后尚剩余 NaOH 为: 0.198mol-0.141mol=0.057mol 中和 NaOH 需要的 H2SO4: 2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O 0.057mol 0.0285mol(保留 1 位有效数字) 需要 0.100mol/L 的 H2SO4 溶液的体积为: 0.100mol/L·V=0.0285mol V=0.285L=285mL 说明:计算步骤不同时,有效数字可能有差别,答 280~290 均可按正确答案论, 此题主要目的的是心理测试。

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