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2011年全国高中化学竞赛模拟试题(五)


2011 年全国高中化学竞赛模拟试题(五)
一.制备纯净、无水 HCN(沸点 299K)的一种方法是:混合磨细的 KCN 和 KHS 粉末,适度加热, 写出这个反应式。 1.为什么要磨细和用粉末? 2.为什么要强调适度加热?3.能否说明 HCN 的酸性比 H2S 弱? 4.实验室还有何方法制取 HCN,写出反应方程式。 5.HCN 可与丙烯醛发生 1,4 加成反应得到

A,A 与足量氢气还原得到 B,写出 A、B 的结构简式。

熔点 42℃) 3.如果在 50℃时,将 6g 苯酚与 14g 水混合,系统分为两层,计算上下两层溶液的质量。 (已知点 a、b 的横坐标分别为 12、60)

二.关于铁生锈的机理有人提出如下步骤: + + ①Fe(固)→Fe2 +2e(e 表示电子) ②H +e→H ③4H+O2(气)→2H2O + + ④4Fe2 +O2(气)+(4+2x)H2O→2(Fe2O3· 2O) +8H xH (固) 请用上述机理解释:一个柳在钢板上的铆钉,锈蚀较严重的部分不是暴露在空气中的铆钉面,而是 在铆钉头与钢板的重叠部分。

四. 2 是一奇电子分子, 413K 以下能二聚成无色的抗磁性气体 N2O4, NO 在 超过 423K 时, 2 NO 发生分解。N2O4 被用作第一艘登月飞船的液体推进系统中的氧化剂,其主要燃料是肼。N2O4 仅在 固态时是纯净物质,其熔点为 264K,沸点为 294K。X 射线衍射分析结果表明:N2O4 分子是平面状 结构,且所有的 N—O 键长都相等。当 N2O4 为液态时,能够微弱地解离生成硝酸亚硝酰盐。 1.写出 N2O4 在登月飞船的液体推进系统中所发生主要反应的方程式; 2.说明 N2O4 分子中 N 原子的杂化方式和成键情况;N2H4 分子是否与 N2O4 具有类似的空间构型, 为什么。 3.将铜溶于乙酸乙酯的 N2O4 溶液中可制得无水硝酸铜,写出这个制备反应的化学方程式。

三.右图为水-苯酚的 T-x 图,横坐标为苯酚的质量百分含量, 纵坐标为温度,曲线 ACB 表示不同温度下水与苯酚恰好达到互溶 时的组成。请回答: 1.指出点 C,曲线 AC、BC,曲线 ACB 与横坐标围成的部分分别 表示的含义。 2.50℃时,50mL 试管内盛有 2mL 的液态苯酚,现逐滴滴加蒸馏水, 并摇匀,叙述可观察到的现象。 (已知液态苯酚的密度为 1.07g/cm3,
1

五.已知碘的碘化钾水溶液里存在如下的化学平衡:I2 十 I I3 - - 其平衡常数为:Kβ=[I3 ]/[I2][I ]。式中的方括号均表示各物质的平衡浓度;而碘的总浓度 CI =[I2] - +[I3 ]。 在碘的碘化钾水溶液里加入四氯化碳,碘将分配于水和四氯化碳两种液相中,达平衡时平衡常数: KD=[I2]CCl /[I2]H O。式中的方括号分别表示碘在四氯化碳和水中的平衡浓度,而 CI (CCl )/ CI (H O)= D,则称为分配比。 1.通常测定水溶液中的碘的方法是用已知浓度的 Na2S2O3 水溶液滴定,因为下面的反应是定量进 行的,并可用淀粉作为指示剂:2Na2S2O3+I2==Na2S4O6+2NaI 请设计一个实验方案来测定碘在水和四氯化碳中的浓度(不要求写出实验的细节) 。 2.写出用你的实验测得的碘的浓度来计算 KD 值的数学关系式。
2 4 2 2 4 2 2





3.从硫酸铜溶液中提取铜,简便而经济的方法是什么?写出反应式。 4.普通生产铜的方法是在空气中燃烧硫化铜,这将产生哪些产物?比较生物工程法和普通方法, 哪种方法生产铜更好?

六.微生物对人类有着各种各样的用途,现在生物工程学家已能利用微生物从矿石中提取金属。铜 是一种很有实用价值的金属,可以从铜矿中提取。这些矿石中的铜往往与其他元素结合在一起,特 别是硫。铜矿中还混有大量无用的岩石。有时,铜矿中的铜含量太低,以致于冶炼过程十分困难而 且成本很高。在此,细菌能帮助我们。某些细菌能利用空气中的氧来氧化硫化铜矿石,把不溶性的 硫化钢转化成为可溶的硫酸铜。这些细菌能忍耐钢化合物,这些铜化合物对于大多数生物来说是有 毒的。因此,有时它们被称为“吃岩石的细菌”。利用细菌提取铜的生产过程如下图:

七.质子核磁共振谱(NMR)是研究有机化合物结构的最有力手段之一。在所研究化合物的分子 中,每一种结构类型的等价(或称为等性)H 原子,在 NMR 谱中都给出相应的峰(信号) 。谱中 峰的强度是与分子中给定类型的 H 原子数成比例的。例如,乙醇的 NMR 谱中有三个信号,其强度 比为 3:2:1。 1.在常温下测得的某烃 C8H10 的 PMR 谱上,观察到两种质子给出的信号,其强度之比为 2:3,试 确定该烃的结构简式。该烃在光照下生成的一氯代物在 PMR 谱中可产生几种信号,确定强度比。 2.1,3-丁二烯在 PMR 谱上可观察到 6 个信号,请解释为何能观察到这么多信号。

在碎岩石和矿石堆里已经有细菌存在,所必需的是喷洒酸水以促进细菌的生长。在它们的生长过程 中,硫化铜矿石被氧化成为硫酸铜,低浓度的硫酸铜溶液流到矿石堆的底部。然后,再从这种溶液 中提取金属铜。水则可以循环使用,再回到矿石堆中。 在美国,百分之十的铜是用这种方法生产的,将来生物工程学家可能用遗传工程技术提高细菌的工 作效率。 1.写出细菌氧化硫化铜的化学反应式。 2.如果矿堆中的矿石被碎成小块,反应速度是否会有变化?为什么?
2

八.CaCux 合金可看作由下图所示的 a、b 两种原子层交替堆积排列而成:a 是由 Cu 和 Ca 共同组 成的层,层中 Cu-Cu 之间由实线相连;b 是完全由 Cu 原子组成的层,Cu-Cu 之间也由实线相 连。图中由虚线勾出的六角形,表示由这两种层平行堆积时垂直于层的相对位置。c 是由 a 和 b 两 种原子层交替堆积成 CaCux 的晶体结构图。在这结构中:同一层的 Ca-Cu 为 294pm;相邻两层 的 Ca-Cu 为 327pm。 1.确定该合金的化学式

2.Ca 有 个 Cu 原子配位(Ca 周围的 Cu 原子数,不一定要等距最近) ,Ca 的配位情况如何, 列式计算 Cu 的平均配位数 3.计算该合金的密度(Ca 40.1 Cu 63.5) 4.计算 Ca、Cu 原子半径。

十.当用 1mol2-甲基-1,4-二氯丁烷和含有 2mol 氢氧化钾的水溶液进行反应时,得到化合物 A,用 X 酸作用与 A 时生成易挥发的物质 B,B 不能使溴水褪色,且在一般条件下不与金属钠反应,在氧 化钠存在下,加热时物质 A 转变为物质 C,C 能够结合 1molH2 形成数种同分异构体产物,其中异 构体 X 占优势,是热力学稳定的,D 在碱性高锰酸钾溶液中转变为具有下列性质的化合物 E: 30%H2SO4 作用下脱水并重排成化合物 F;在四乙酸铅的氧化作用下,分解成两种化合物 G 和 H, 后二者都是大量生产的有机合成产品, 物质 G 能发生银镜反应, 而物质 H 不能, 但是它们都能与 E 反应,形成相应的环状化合物 I 和 J,写出各字母所代表的有机物的结构简式和所发生的反应方程 式。

a

b ○ Ca ·

c Cu

九.某烃 X 是重要化工原料,常温下 X 是无色液体,它能发生聚合反应 A。A 经臭氧化反应还原后 生成 B。B 既能被温和氧化成 C;也能与 I2 的 NaOH 溶液反应,所得产物酸化后为 D。D 极易失水 生成 E,取 0.118g D 可中和 0.1mol/L KOH 溶液 20mL。X 能与丙烯腈反应,生成具有旋光性的环 状异构体 F、G,它们分别与 HBr 加成,只有 F 的加成产物 H 的旋光性消失。 请写出 X、A、B、C、D、E、F、G、H 的结构简式。

3

十一.醚(ROR’,其中 R、R’代表脂烃基或芳烃基)是一类较为稳定的化合物,在通常条件下遇氧化剂 还原剂、碱等醚链一般都无变化,但在加热条件下与浓氢卤酸反应使醚链断裂生成(或酚)和卤化 烃,化合物 A、B、C 分子式都为 C8H9OBr 均属卤代烃,它们都不与冷的烯 KMnO4 溶液作用,与 用热的碱性 KMnO4 溶液氧化,在用酸酸化:

用热的浓 HBr 处理:

A→F(C7H7OBr) ;B→E(C7H7OBr);C→H(C6H5OBr,经鉴定为邻溴苯酚);E→I( 试写出 A、B、C、E、F、G 的结构简式。 A: ,B: ,C: ,

) 。

E: ,F: ,G: , 十二.2001 年专家从德国一家化肥厂生产出的硫酸铵只检出一种组成为 N4H4(SO4)2 的物质,经测 定,该物质易容于水,在水溶液中以 SO42-和 N4H44+两种空间构型为正四面体的离子存在。N4H44+ 离子植物根系易吸收,但他遇到碱时会生成一种形似白磷的 N4 分子,N4 不能被植物吸收。 ⑴请画出 N4H44+的结构 ⑵N4H4(SO4)2 能不能与草木灰混合使用? ⑶N4 与 N2 的关系是 A.不同的单质 B.同位素 C.同分异构体 D.同素异构体 + ⑷液氨中存在着 2NH3 NH2 +NH4 的平衡,科学界已成功地在液氨中加入强碱(CsOH)和特殊 的吸水剂,使液氨中的 N4H44+合成了 N4 分子,请写出该反应方程式

4

参考答案
一.制备 HCN 的反应:KCN+KHS==K2S+HCN↑ 1.因为是固体与固体反应,增大表面接触率,加快反应速率; 2.避免副反应发生:2KHS==K2S+H2S 3.不能说明,因 HCN 是易挥发物。 4.KCN+H2SO4==KHSO4+HCN↑ 5.A:NC-CH2-CH2-CHO;B:NH2-CH2-CH2-CH2-OH 二.铆钉表面供氧充足,反应④迅速发生,生成的 Fe2O3· 2O 聚集在表面,使反应①停止, xH 铁不再被腐蚀; 铆钉与钢板重叠部分供氧不足,反应④很少发生,保证了①的不断进行而持续被腐蚀。 三.1.C 点表示水与苯酚能以任意比互溶的最低温度; AC 表示苯酚在水中的溶解度曲线; BC 表示水在苯酚中的溶解度曲线; ABC 内部分表示水与苯酚不能互溶,溶液分为两层。 (其它合理答案也可以) 2.试管内先不出现浑浊;然后出现浑浊,溶液分为两层;上层溶液体积不断增大,下层溶液 体积不断减小;最后溶液又变澄清。 3.上层浓度 12%,质量 12.5g 下层浓度 60%,质量 7.5g。 四.1.N2O4+2N2H4===3N2+4H2O 2.N2O4 中 N 采取 sp2 杂化,5 个 σ 键(一个 N—N 键,4 个 N—H 键) ,一个 ? 8 键。N2H4 分 6 子中 N 原子 sp 杂化,6 个原子不可能共平面。 3.Cu+2N2O4===Cu(NO3)2+2NO↑ + - + N2O4 自偶电离 N2O4 NO +NO3 , 与 N2O4 反应失电子给 NO , Cu 放生成 NO 和 Cu(NO3)2。 五. 取 V 体积的 I2-KI 水溶液用 Na2S2O3 水溶液滴定, 1. 测得 C1=CI (H O)。 再取 V 体积的 I2—KI 水溶液,加入 V 体积的 CCl4,达分配平衡后用分液漏斗将 CCl4 相分开,然后用 Na2S2O3 水溶液滴 定,得 C2,因此,CI (CCl )=C1-C2,该值应是几轮结果的平均值。 - - 2.KD=(1+Kβ[I ])D=(1+Kβ[I ])(C1-C2)/C2 六.1.细菌氧化硫化铜的反应式为:
2 2 2 4

置换出来。 Fe+CuSO4==FeSO4+Cu 4.普通生产铜的方法是在空气中燃烧硫化铜,这将产生铜和 SO2,一部分 SO2 必然会进入空 气中,并进一步导致酸雨等。这种“微生物采矿法”同普通的冶炼法相比,具有以下几个优点:①即 使含量较少的矿也可以被利用,这种方法适意于被废弃的损坏矿堆;②与治炼法不同,没有 SO2 排 放到大气中,减少了对环境的污染,实际上,硫细菌为我们提供了一条在燃烧前就把硫从矿中移去 的途径;③能量成本费用远远低于冶炼法。 七.1.
CH 3 CH 3



CH 3

CH 2 Cl

:4 种信号,3:2:2:2

2.1,3-丁二烯存在 π 4 大 π 键,是个平面分子,有顺式和反式两种构型:
4



每个分子各存在 3 种不同的 H 原子。

八.1.CaCu5 Ca 位于六棱柱的顶点(1/6)和底心(1/2) ,各有 12 个和 2 个,即属于这个六 棱柱的 Ca 为 3 个;Cu 有两种情况,在底面上,各有 6 个(1/2) ,在中间一层,内部 6 个,边 上有 6 个(1/2) ,共有 15 个,x=5。 2.Ca 18;Cu 4 配位 9 个,3 配位 6 个,平均 3.6 对 1 个 Ca 来说,同一层上周围有 6 个 Cu,还应包括上下两层各 6 个 Cu,共 18 个;Cu 在图 a、b 中所处的环境是不一样的,图 a 中的 Cu 周围是 3 个 Ca,图 b 中的 Cu 周围是 4 个 Ca, 平均 1 个 Cu 的 Ca 配位数是[3× 6+4× (6+6× 1/2)]/(6+6+6× 1/2) =3.6。 3.6.45g/cm3 看图 a,Cu 位于 3 个 Ca 构成正三角形的重心,已知 Ca-Cu 为 294pm,可求出 Ca-Ca 距离 为 509pm,对比图 a、b 可知,图 b 中的 Cu 位于图 a 中相邻两个 Cu 的中点的垂直位置上,垂 直距离为: 327
2

3

? 294 ?

?

3/2
-21

?

2

=205pm, 即六棱柱高为 410pm, 六棱柱体积为 2.76× 10

-22

cm3,

该六棱柱质量为 1.78× 10

g。

4.Cu 126pm;Ca 168pm 计算原子半径时,我们应尽可能考虑各原子接触相切。从题给数据看,在图 a 中,Cu 与 Ca 应是相切的,而 Ca 与图 b 中的 Cu 不应是相切的,那么图 b 中的 Cu 只能与图 a 中的 Cu 相切,在 刚才求垂直距离时,在图 a 中两个 Cu 与其中点垂直位置上的 Cu 是相切的,可求出 Cu 的半径为
1 2 205
2

CuS(固态)+2O2 ? 细菌 ? CuSO4 ? ? 硫化铜矿石 空气中的氧 硫酸铜溶液 在大多数情况下, 硫化铜矿石的化学式比 CuS 复杂得多 (其反应过程也十分复杂并包括许多步 骤,但它们的基本结果是相同的,即把不溶性的铜矿转化为可溶性的硫酸铜) 。 2.如果矿石被碎成小块,反应会进行得更快,因为碎石块与氧气的接触面积增大,促进了氧 化反应的进行。 3.从硫酸铜溶液中提取铜,通常的做法是,把废铁加进溶液中,化学性质较活泼的铁就把铜
5

? ? 294 / 2 ?

2

=126pm,Ca 的半径可以根据键长求得。

九.X:CH2==CH—C(CH3)==CH2;A: ; B:CH3—CO—CH2—CH2—CHO;C:CH3—CO—CH2—CH2—COOH; D:HOOC—CH2—CH2—COOH;

O

CN
O

CN

CN H

E:

O ;F:

;G:

;H:Br

十.A.

B.

C.

D.

E.

F.

G.

H.

I

J

十一..A.

B.

C.

E.

F.

G.

十二.⑴ ⑶D
6
4+

⑵不能混合使用,N4H4 +2CO3 =N4+2CO2+2H2O
4+ 2-

⑷ 8NH3+N4H4 +4CsOH=4CsNH2+N4+4H2O+4NH4

+


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