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2014年扬子石化杯高中化学奥林匹克竞赛江苏赛区暑期夏令营暨选拔赛试题及答案(word)


2014 年“扬子石化杯”第 28 届中学化学奥林匹克竞赛(江苏赛区)夏令营 暨选拔赛试题
第 1 题 硅元素在地壳中的含量仅次于氧而居于第二位。硅是古老而又年轻的元素,它既是金砖汉瓦 的组成元素,又在现代信息工业中有广泛的应用,请回答以下问题: 1-1 硅原子的最外层电子排布为 ;SiF4 的几何构型为 ,其中 Si 原子的杂化轨道 为 ;SiO2 是硅最重要的化合物

,它熔点高、硬度大,是典型的 晶体。 1-2 实验表明,若略去氢原子,N(SiH3)3 分子为三角锥形结构,而 N(CH3)3 分子却为平面结构,其主要 原因是 N(SiH3)3 中存在着 N(CH3)3 中没有的 键, N(SiH3)3 和 N(CH3)3 均为路易斯碱,其中 碱性较强。 第 2 题(14 分)铬元素个增加钢铁的抗腐蚀性,适量锰元素可增加钢铁的硬度,这两种元素的含量是不 锈钢品种的重要指标。可用以下方法来分析钢材中 Cr 和 Mn 的含量。 称取 2.500g 钢材样品, 将其溶解并将其中的 Cr 和 Mn 氧化为 Cr2O72-和 MnO4-, 再通过适当的操作配制 成 100.00mL 溶液 A。移取 A 溶液 50.00mL,调节 pH,加入过量的 BaCl2 溶液,期中的铬完全沉淀为 2.910gBaCrO4。再取 A 溶液 25.00mL,在酸性条件下,用含 0.4000mol/LFe2+的溶液滴定,达到滴定终 点时,共用去 43.50mL 2-1 写出 Fe2+溶液滴定 Cr2O72-和 MnO4-的离子方程式

2-2 该钢材样品中 Cr%为 %,Mn%为 %。 2-3 含氟牙膏是目前最常见的药物牙膏,欧美国家有 80%的牙膏加有氟化物。其主要作用是利用刚牙 膏中的活性氟促进牙釉质的再矿化,增强牙齿饿抗龋力。制造含氟牙膏时,摩擦剂不能用碳酸钙或者 磷酸钙,因为期中的钙离子容易与活性氟结合,形成非溶性氟化钙,大大降低牙膏的防龋作用。 已知 CaF2 的 Ksp=3.4× 10-11, HF 的 Ka=3.4× 10-4。 25℃时将 0.31mol/LHF 溶液与 0.002mol/LCaCl2 溶液等 体积混合, (填能或者不能)产生沉淀,氟化钙在纯水中(忽略水解)的溶解度为 mol/L, 而在 0.01mol/LCaCl2 溶液中的溶解度为 mol/L。 第 3 题(10 分) 某元素 A 有不同的氧化钛,A 在配位化学发展中起过重要的作用。1798 年,法国分析 化学家塔索尔特发现将 A 的蓝色无水盐 B 放在 NH4Cl 和 NH3· H2O 的溶液中,并与空气接触可制得橘 黄色的盐 C。 1893 年, 瑞士化合价 Alfred Werner 发现往 1molC 溶液中加入足量的 AgNO3 能沉淀出 3mol 氯离子,再根据此类化合物的结构分析、电导研究等,Werner 创建了配位理论,奠定了现代配位化学 的基础。 B 在潮湿的空气中会吸湿,颜色逐步变成紫色、紫红色、粉红色,加热后又恢复到蓝色,根据这一性 质,B 常用作干燥剂的干湿指示剂。B 溶于水后加入硝酸银溶液生成白色沉淀 D 和粉红色溶液 E。D 不溶于稀硝酸,E 中加碱性 H2O2 溶液生成棕黑色沉淀 F。F 溶液 HCl 溶液生成 B,并放出黄绿色气体 G。B 与饱和 KNO3 溶液在乙酸酸化的条件下可制得难溶钾盐 H。 3-1 请写出以下各物质的化学式 B D E F H
1

3-2 写出 B 制得 C 的化学反应方程式 3-3 写出由 F 制得 B 和 G 的反应方程式 3-4 由 B 制得 H 时,乙酸酸化的作用是

第 4 题(12 分) 4-1 联胺(NH2-NH2)是一种很好的燃料,其燃烧产物为氮气和水,清洁无污染,符合绿色化学的要求, 已知 N-N,N-H,O-H,O=O,N 三 N 的键焓分别为 163.0,,88.0,463.0,497.0,946.0(kJ/mol),请写出联胺燃烧的 化学方程式,并计算这一反应的热效应(焓变)

4-2 德国应用化学报道了 KcichiroA 等研究者开发了一款高效能的以联氨为燃料的燃料电池, 有望应用 于车辆交通运输。该燃料电池使用碱性介质和 OH 离子交换膜。请写出其负极的电极反应方程式。

4-3 由电极电势和电动势可确定电对的氧化还原性能和电池反应的方向。同时,相关物质的浓度又会 影响电极电势和电动势。请从电极电势和电动势的角度解答以下问题 [已知标准电极电势: φθ(Fe3+/Fe2+)=0.77V, φθ(I2/I-)=0.54V] 在装有 CCl4 的试管中,加入 FeSO4 溶液和 Fe2(SO4)3 溶液,再加入 KI 溶液。若溶液中 Fe2+、Fe3+、I的浓度均为 1mol/L,则发生还原反应的电对是 ,CCl4 层的颜色将变为 色,若 Fe3+的浓度变 为 10-3mol/L,其余条件不变,φθ(Fe3+/Fe2+)的值将变为 V 第 5 题(12 分)价电子排布为 5s25p2 的金属元素 M 的二元化合物 A 为白色固体, A 与水作用生成沉淀 B, B 缓慢溶于浓盐酸,可得到无色溶液 C,若将固体 A 溶于稀硝酸后,再加入硝酸银溶液,有白色沉淀 D 析出,D 溶于氨水得到溶液 E,酸化溶液 E 又析出沉淀 D。将 H2S 通入溶液 C,有棕色沉淀 F 析出,F 溶于(NH4)2S 的溶液 G,酸化溶液 G,有气体产生和黄色沉淀 H 析出,少量溶液 C 加入到 HgCl2 溶液 中有白色沉淀 I 析出,继续滴加 C 则白色沉淀转化为灰黑色沉淀 J。 5-1 写出下列物质的化学式 D E F G H J 5-2 写出 A 与水作用生成 B 的化学方程式

5-3 写出 C 与 HgCl2 反应生成 I 的化学方程式

5-4M 的硫代酸盐(含 MaSb2-的盐)在微孔性材料、无氧分子筛、半导体、光电导体、化学传感剂、催化、 离子交换等方面具有嵌在的应用价值,其典型的阴离子结构为[M2S6]4-二聚离子,请画出其结构(该结构
2

有对称中心,有两种不同的硫原子)

第 6 题 2013 年我国研究人员利用先进原子力显微镜技术在国际上首次实现了 8-羟基喹啉分子间氢键 的实空间成像(图 1),成果发表在国际著名期刊《Science》上,这是科学领域第一次直接看见氢键,被 《Nature》评述为 2013 年科学领域三幅最震撼的图片之一。氢键是一种重要的分子间作用力,广泛存 在并对物质的性质影响很大,因此,该研究成果意义重大。

根据提议完成如下问题 6-1 8-羟基喹啉晶体属于正交晶系,晶胞参数:a=24.9?,b=28.5 ?,c=3.8 ?;两相邻分子中 O 和 N 的原子 坐标分别为(O、N 下标是原子编号):O1(0.067,0.032,0.097)、N1(0.033、-0.050,-0.207) 和 O2(-0.067,-0.032,0.097)、N2(-0.033、0.050,-0.207),据此可计算其氢键键长为 ; 6-2 异氰尿酸也是通过氢键结构的典型代表之一,在其晶体中异氰尿酸分子通过分子间氢键形成层状 结构(图 2),请在图中画出一个结构基元,该结构基元包含的内容是

6-3 氢键还是产品改良的重要途径,氟硅酸脲就是典型的例子。氟硅酸 H2SiF6 具有很好的防治小麦锈 病的药效,但它易分解而失效,氟硅酸与尿素反应制得的氟硅酸脲晶体,易溶于水,和含量相同的氟 硅酸具有相同的防锈药效, 并有许多优越性能而成为氟硅酸的替代产品。 晶体由[(NH2)2CO]2H+和 SiF62两种离子组成,其中[(NH2)2CO]2H+是由两个尿素分子俘获一个质子形成的脲合质子,请画出脲合质子 [(NH2)2CO]2H+的结构式:

3

6-4 与氟硅酸相比,氟硅酸脲保持了药性并减小了腐蚀性,减小腐蚀性的主要原因是 6-5 晶体结构测试表明, 氟硅酸脲属于四方晶系, 晶胞参数 a=926.3pm,c=1789.8pm,晶体密度 1.66g/cm3, 计算说明一个氟硅酸脲晶胞中包含多少个这样的脲合质子。 第 7 题 瑞替加滨,化学名为 N-[2-氨基-4-(4-付苄氨基)苯基]氨基甲酸乙酯,它是一种神经元钾通道开 放剂和 GABA 增强剂类抗癫痫药物,其合成路线如下:

根据所列条件,写出 A、B、C、D 的结构简式

A

B

C

D

第 8 题(12 分)弯曲型液晶化合物被证实为双轴向列相,具有独特的性质和潜在的快速响应,据报道, 我国研究人员近来合成了一系列熔点低、稳定性好的弯曲型液晶化合物,期中一个目标化合物的合成 路线如下:

根据上述反应完成下列题目: 8-1 写出同时满足下列条件的化合物 4 的所有同分异构体①为一取代芳烃衍生物;②苯侧链不含有环 状物且只有一个官能团;③含有一个手性碳

4

8-2 写出化合物 A、B、C、D 的结构简式

A

B

C

D

8-3 化合物 1 的系统命名为 8-4 最后一步化合物 D 与化合物 3 反应所属具体反应类型为 第 9 题(10 分)化合物 H 可由化合物 A 为起始原料经下图所示合成路线制备。

回答下列问题 9-1 请写出 CDEFG 的结构简式 C D E

F

G

9-2 将 C 转化为化合物 D 的反应目的是 9-3 作为反应中间体的阴离子 B 可以为 B1 或 B2,且 B1 和 B2 可互变,请写出 B1 和 B2 离子的结构简 式。

5

6

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