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2013年全国化学竞赛初赛模拟试题(4)施华


2013 年全国化学竞赛初赛模拟试题(4)
施华 命题
1.008

He 4.003 O Ne B C N F Li Be 6.9419.012 10.8112.0114.01 16.0019.00 20.18 Al Si P S Cl Ar Na Mg 26.9828.09 30.97 32.0735.45 39.95 22.99 24

.31 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 39.1040.08 44.96 47.8850.94 52.00 54.94 55.85 58.93 58.69 63.55 65.39 69.72 72.61 74.92 78.96 79.9083.80 Sn Sb Te I Xe Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh P d Ag Cd In 85.4787.62 88.9191.22 92.91 95.94 98.91101.1 102.9106.4 107.9 112.4 114.8118.7 121.8127.6 126.9 131.3 Hf Ta W Re Os Ir P t Au Hg Tl P b Bi P o At Rn Cs Ba [210] [222] -Lu 178.5180.9 183.9186.2 190.2 192.2 195.1197.0 200.6 204.4 207.2 209.0 [210][210] 132.9137.3La Fr Ra [223] [226]Ac-Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt H

相 对 原 子 质 量

第一题 1.经过一系列的α-衰变和β-衰变,238U的原子衰变成稳定的206Pb。在238U的一个原子 变成稳定的核的过程中发生了_____次α-衰变和______次β-衰变。 2.在中子诱发的热裂变过程中,235U和中子反应,开裂成碎片,通常生成2~3个新的 137 Te+X+2n。试确定碎片X______。 中子。我们考虑如下单个的裂变:235U+n 第二题 当有 H2SO4/HCl 混合酸存在时,用汞齐化的铅作电极,电解硝酸的水溶液,可得到化 合物 B。化合物 B 的生成可看作先生成化合物 A,然后 A 与盐酸反应,生成 B。其中 A、B 中部分元素的质量分数如下: 物 A B 质 氮元素质量分数 42.4% 20.1% 氧元素质量分数 48.5% 23.0%

V mL c mol/L Fe2(SO4)3 的硫酸溶液,恰好被 25.00mL 0.1mol/L B 还原成 FeSO4。再 2+ 3+ 将此溶液用 0.05000mol/L KMnO4 溶液滴到 Fe 全部转化为 Fe 离子时,消耗 30.00mL 上 述 KMnO4 溶液。 1.试计算推导出 A、B 的结构简式,指出其中心原子的杂化形态和键角的大概大小。 写出 A 的构造异构体。 2.写出电解生成 A 的电极反应和电解反应方程式。 3.试计算写出 B 与 Fe2(SO4)3 反应的化学反应方程式。 4.A 能与丙酮反应生成 C,C 能做缓蚀剂,延缓铁制容器的腐蚀。试判断 C 的酸碱性, 并用化学方程式解释 C 作缓蚀剂的原因。 5.A 能在酸性或碱性溶液中分解,在碱性溶液中分解,其质量减少 45.45%;而在酸 性溶液中分解,其质量减少 59.09%。试分别写出 A 热分解反应方程式。 2+ 6. A 显酸性, D 能与 O2 反应最终生成 N2O32-。 其电离后的阴离子记为 D。 在 Cu 催化下, 该反应过程如下: NO-(高活性离子)+…… ①D+O2 E(化合反应) ②NO +O2 。E 活性很强,能与 CO2 等摩尔化合生成 F。 N2O32-+…… ③E+D 2上述三个反应均未配平。试完成上述离子反应。确定 NO 、E、F 和 N2O3 的路易斯结 2构式,并计较 NO 和 N2O3 氮氧键的键长大小,说明原因。
1

第三题 0 化合物 X 由短周期 4 种元素组成,是一种具有极强吸水性的液体,熔点 18.5 C,沸点 0 189 C,与空气接触易发生氧化反应。取 3.9g X,在足量 O2 中燃烧,所得 2 种气体产物用 Ba(OH)2 吸收, 可得沉淀 30.6g; 另取 3.9g X, 在足量 O2 中燃烧, 所得气体产物用 1.00mol/L KI3 溶液 60.0mL 吸收,所得溶液可被 0.80mol/L 的 Na2S2O3 溶液 25.0mL 滴定。 1.通过计算确定 X 的化学式 2.写出 X 的名称; 3.分别写出 X 在空气中氧化和燃烧的反应方程式; 4.用 X 精制催化裂化柴油,是提高柴油氧化安定性的一项新技术。精制后柴油中携带 X 的多少,是生产过程控制产品质量的关键。 (1)X 在生产中的主要用途是什么? (2) 为分析柴油中混有 X 的含量, 先需用某物质从众将 X 萃取出来, 该萃取剂是什么, 说明理由。 第四题 称取 25.2g 某晶体 X,加热使其完全分解。残留固体 Y 呈绿色,质量为 15.2g,Y 是氧 化物,O 元素的含量为 31.6%;收集产生的气体,全部通入足量 FeSO4 溶液中,得到 4.8g 红褐色沉淀,同时还残留 2.016L(标准状况)气体。 1.通过计算和讨论确定 X 和 Y 的化学式; 2.写出分解反应方程式。 第五题 尿素 H2NCONH2 是一种常见有机物。氨和二氧化碳反应可生成尿素 CO(NH2)2。尿素 在一定条件下会失去氨而缩合,如两分子尿素失去一分子氨形成二聚物:
O H2N C NH2 O
O

+H N
2

O NH C NH2

C

NH2

H2N

C

(缩二脲)+NH3

同理,也能生成三聚物。 1.已知常压下 120mol CO(NH2)2 在熔融状态发生缩合反应,失去 80mol NH3,生成二 聚物(C2H5N3O2)和三聚物。测得缩合产物中二聚物的物质的量分数为 0.60,推算缩合产 物中各缩合物的物质的量之比。 2.在 NaOH 溶液中,H N
2

O C NH

O C NH2

能与 CuSO4 溶液反应得到具有特征紫色配合物 A。

A 是一种配阴离子高度对称的钠盐, 20.54% 其中碳、 氮、 氧元素的质量分数分别为 11.74%、 2 和 23.47%。红外光谱显示有—OH 吸收峰。Cu 杂化形态近似为 dsp 。试确定 A 中配阴离 子的结构简式,写出其制备 A 的离子方程式。 3.若将过量的 NaOH 溶液加到含有少量 CuSO4 粉末的未知物中,若出现紫色,则说 明该未知物可能是什么物质?为什么? 第六题 元素 M 的单质与卤代烃 CH3X 反应,可得到灰黑色固体 A。A 为 二元化合物,其常见的晶胞为正交晶系。晶胞参数为: a=1334pm , b=1673pm,c=1448pm,z=16,?=5.224g/cm3。A 能发生四聚,其结 构如右图所示: 1.试通过计算确定 M 和 A。指出 A 的分子构型和中心原子的杂 化形态。写出制备 A 的化学反应方程式。 2.在 A 的四聚物中存在几种类型的化学键?如何按键长由短到长的顺序排列?为什
2

么? 3.A 也可由浓 HX 酸与浓的 M 最高价含氧酸(记为 B)制备,但需控制好浓 HX 用量。 试写出其化学反应方程式,指明该反应需控制 HX 用量的原因。 4. 用 150mL 10%的 HClO3 溶液分次加入用少量 50% HNO3 (介质) 湿透的 M 粉末中, 充分反应后,发现溶液的 pH 值变化很大,此时溶液的酸性很弱。将产物冷却结晶,干燥后 得一纯净物。试写出其化学反应方程式。 5.化学研究表明:B 和热浓盐酸的混合液能溶解铂和金,产生的两种不溶物中有一种 是 M 的氧化物。试写出 B 和热浓盐酸反应的方程式。 第七题 往硼酸中不断通入 HF 气体,生成一种强酸 A,该酸为无色透明液体,有毒,且酸根为 对称正四面体结构。 现有一瓶 A 的水溶液,现欲测定其浓度(可能的杂质有硼酸或氢氟酸) 。首先用滴瓶称 3 取 A 溶液(质量为 m) ,将其转入锥形瓶,加入 100cm 蒸馏水,加 1~2 滴甲基橙试剂,用 -3 0.5mol· dm NaOH 溶液滴定至溶液由红转黄, 随后在溶液中加入足量 MgSO4 溶液, 于 353K -3 dm NaOH 溶液滴定至溶液再次由红转 水浴加热半小时,溶液又由黄转红,此时再 0.5mol· 黄,记录下消耗体积 V。实验重复三次,结果如下: 序号 m/g V/cm
3

1 0.6129 16.33

2 0.6695 17.84

3 0.5693 15.17

1.A 是什么物质? 2.实验中加入的 MgSO4 溶液有什么作用? 3.试计算出 A 溶液的质量分数。 (写出具体步骤,包括反应原理) 第八题 右图所示结构为 NaTl 晶胞图,可看作 Tl 形成金刚石构型, 而 Na 填充到其空隙中。已知 NaTl 立方晶胞参数 a=748.8pm; Na 原子半径和离子半径分别为 231pm 和 133pm;Tl 原子半径 和共价半径分别为 170pm 和 148pm。 1.计算晶体 NaTl 的密度。 2.求 Tl 原子成键情况和 Tl-Tl 键长。 3.分析 NaTl 的结构讨论原子间的结构和该化合物的性质。 第九题 某饱和脂肪烃 X 只有伯、季两类碳原子组成,其个数比是 8︰5;X 分子具有很好的空 间对称性,一氯取代物只有 2 种;经测定其一氯代物的 Cl 元素含量约为 9%。 1.确定 X 的最简式和化学式; 2.画出的结构式,说明理由; 3.确定 X 的二氯取代物种数(不考虑立体异构) 。 第十题 四川汶川盛产品质优良的甜樱桃。甜樱桃中含有一种羟基酸(用 A 表示) ,A 的碳链结 构无支链,化学式为 C4H6O5。1.34g A 与足量的碳酸氢钠溶液反应,生成标准状况下的气 体 0.448L。A 在一定条件下可发生如下转化: A
催 化 剂 加 热

B

Br 2

C

足 量 NaOH溶 液

D

稀 盐 酸

E

3

其中:B、C、D、E 分别代表一种直链有机物,且碳原子数相等。E 的化学式为 C4H6O6 (转化过程中生成的其它产物略去) 。 A 的合成方法如下: ①F+Br-CH2-COOCH2CH3 Zn H2O G+Zn(OH)Br ②G+2H2O 催化剂 A+2M 其中,F、G、M 分别代表一种有机物。 请回答下列问题: 1.A 的结构简式是_____________________。 2.C 生成 D 的化学方程式是___________________。 3.A 与乙醇之间发生分子间脱水后,可能生成的有机物共有_________种。 4.F 的结构简式是____________________。 5.写出 G 与水反应生成 A 和 M 的化学方程式:___________________。 第十一题 对硝基苯甲酸乙酯中滴加水合肼可得对硝基苯甲酰肼固体粉末 A;将水杨醛滴加到 A 中可得水杨醛缩对硝基苯甲酰腙固体粉末 B。将 B 溶解于甲醇溶剂中,加入 VO(Ac)2 甲醇 溶液,一定条件下反应可得晶体 C,C 是一种单核 6 配位的配合物分子,V、O 元素的质量 分数是 12.30%、27.04%;核磁共振显示 X 分子中与 N、O 相连的 H 原子分别只有 1 个。 1.写出 A、B 的结构简式; 2.推理确定 C 的化学式和结构简式; 3.X 有_____对对映体; 4.圈出 C 分子中分子中最易参与形成氢键的 2 个原子。 0 5. b=1.882nm, c=1.290nm, 配合物 C 属单斜晶系, 晶胞参数 a=0.733nm, ?=91.7 , Z=4,计算该晶体密度。

4

2013 年全国化学竞赛初赛模拟试题(4) 参考答案
第一题:解答 1.8次α与6次β 2.X:97Zr 第二题:解答 1.A:NH2OH;B:[NH3OH]Cl;A:不等性 sp3 杂化;B:等性 sp3 杂化
H H
H H

H H
O H

顺式:

N O

H

;反式:

N

;扭曲式:

N O H

2.阳极:3Pb-6e 3Pb2+;阴极:7H++NO3-+6e NH2OH+2H2O NH2OH+2H2O+3PbSO4↓ 电解反应:3Pb+HNO3+3H2SO4 3.2Fe2(SO4)3+2[NH3OH]Cl 4FeSO4+N2O↑+2HCl+2H2SO4+H2O 4 . C : CH3COCH3+H2N-OH (CH3)2C=N-OH+H2O ;羟基氧原子的孤对电子与 C=N 的π电子形成 p-π共轭, 造成羟基中的 O-H 键削弱, 故羟基氢原子显示出一定的酸性。 5.3NH2OH NH3+N2+3H2O 4NH2OH 2NH3+N2O+3H2O 6.E:ONOO-; H2O2+NO①NH2O +O2 ONOOONOO-+CO2 ONO2CO2②NO +O2 N2O32-+H2O ③ONOO +NH2O NO-与 O2 是等电子体: N O ;键级为 2。 ONOO-:
O N O O

过氧亚硝酸根;
O O N O O O
2 , 因 此 N 、 N 都 采 取 sp 杂 化 , 存 在

F:ONO2CO2-:
O

O N O

C

O

C O

N2O32- :
6? 2 ?5

O N N

O O

O N N

O O

8 2?5 。N2O3 是平面离子,所以 N—O 键键级在 1~1 3 之间。

1

2氮氧键长:NO <N2O3

第三题:解答 1.I2+2S2O32S4O62-+2I与气体反应 I2 的物质的量为 1.00×0.0600-0.80×0.0250/2=0.0500mol 与 I2 反应气体物质的量为 0.1000/nmol,X 的式量则为 39.0nmol 短周期元素燃烧的常见气体产物且能与碱反应或与 I2 反应的有 CO2、SO2 等

5

不妨设与 I2 反应的是 SO2,其物质的量是 0.050mol,产生 BaSO3 10.9g 剩余沉淀如果为 BaCO3,质量为 19.7g,物质的量为 0.100mol; X 的式量为 78.0g/mol,化学式为 C2H6SO 2.二甲亚砜 3.2(CH3)2SO+O2 (CH3)2SO2 (CH3)2SO+4O2 2CO2+3H2O+SO2 4. (1) (极性)溶剂 (2)蒸馏水 相似相溶原理,极性萃取极性 第四题:解答 1.设 Y 的化学式为 AOn/2,讨论 n=1、2、3…… n=3 时存在合理元素 Cr,Y 为 Cr2O3 设 X 的化学式为 BxCr2O3+m,摩尔质量为 252g/mol,讨论 m=1、2、3…… m=4,存在合理的 B:NH4+,X:(NH4)2Cr2O7 2.(NH4)2Cr2O7 N2+Cr2O3+4H2O 残留气体应该为 N2,0.09mol,还有 0.01mol (NH4)2Cr2O7 发生副反应 2+ 能氧化 Fe 的是 O2,物质的量是 0.015mol 4NH3+2Cr2O3+2H2O+3O2↑ 副反应:2(NH4)2Cr2O7 4Fe2++O2+8OH-+2H2O 4Fe(OH)3 第五题:解答 1.120CO(NH2)2 mC2H5N3O2+n(三聚产物)+80NH3 mC2H5N3O2+n(三聚产物) 因此:C120H240N160O120 设三聚产物为 A, 又因为二聚产物占缩合产物的物质的量分数为 0.60, 即 m/(m+n)=0.6, 3xC2H5N3O2+2xA。 即 m/n=3/2。 设公比为 x, 即 C120H240N160O120 此时最大公比 x=10, 3C2H5N3O2+2A 因此,C12H24N16O12 所以 2A=C6H9N7O6。
O

根据题意,正常的三聚产物为H N
2

O NH C NH

O C

C

NH2

,分子式为 C3H6N4O3,其 2 倍关
O NH C NH O C

O

系的分子式与 2A 分子式不符。因此可以考虑 A 应为H N
2

C

NH2

和另一种三聚产

物的混合物。当缩三脲分子数为 1 时,另一种三聚产物为 C3H3N3O3,即(CHNO)3,因此该
O C

物 质 应 为 异 氰 酸 HN=C=O 三 聚 产 物 :
O

HN C N H

NH C O

, 即 三 聚 异 氰 酸 。

O C HN O C N H NH C O

OH C N HO C N N C

(异构化)
OH

O
O C NH O C

O

因此所聚产物中 H N
2

O NH C NH

O C NH2

C

: NH H N
2

C

:
O

HN C N H

NH C O

的物质的量之比为

2

3:1:1。

6

O

2.A:

C HN C O

H N N H Cu

H O Cu O H

H N N H

O C NH C O

2


O H N N H Cu O H O C NH N H C O 2

O

2

O NH C

H2N

C

NH2

+6OH-+2Cu2+

C HN C O

H O Cu

H N

+4H2O

3.说明该未知物可能是蛋白质或含有肽键类化合物。因为这是与缩二脲结构类似的化 合物。 第六题:答案 1.由四聚体得到分子式为 M4X16,得到 A 为 MX4;又因为 ? ? N ? V 得: A M=
V ? NA ? ? 1 .334 ? 10?7 ? 1 .673 ? 10?7 ? 1 .448 ? 10?7 ? 6.02 ? 1023 ? 5.224 = =635.2(g/mol)。 Z 16
Z ?M

3 因分子量很大,因此 X 可能是 I;所以经讨论得 M=Te;A:TeI4:变形四面体;Te:sp d 杂化; 2.三种类型的键。它们是:与一个 Te 相连的 I(a);与两个 Te 相连的 I(b);与三个 Te 相连的 I(c),它们是 a<b<c。可由几何学得知。 3.6HI+H6TeO6 TeI4+6H2O+I2。 8HI+2H 2TeI4+10H2O+O2,因为 I-还原性较 O2-强。 说明:不能写: 6TeO6 2H2TeI6。所以需控制 HI 用量。 因 TeI4 与 HI 反应,可得到 TeI6 :TeI4+2HI 4.5Te+6HClO3+12H2O 5H6TeO6+3Cl2 5.8HCl+2H6TeO6 TeO2+Te+4Cl2+10H2O

第七题:解答 1.A 为 HBF4(氟硼酸) + 分析原理:①用 NaOH 中和掉溶液中所有 H (包括 HF、HBF4) ;②加热使 BF4 水解: BF4-+3H2O H3BO3+3H++4F-(F-与 Mg2+结合) ;③用 NaOH 中和掉 HF,3mol NaOH~ 1mol BF4 2.加 MgSO4 为了与水解生成的 F-生成沉淀,使平衡右移。 3.39.0% 第八题:解答 1.7.20g/cm3 2.Na…Tl 间距离为 a/2=374pm,相隔较远。 Tl-Tl 间距离(d)为:d=324pm 比 Tl 的共价半径和 296pm 长,比 Tl 的金属原子半径之和 340pm 短。 Tl 原子按正四面体形成键。 同样 Na—Na 间的距离也为 324pm,比 Na 的金属原子半径之和 462pm 短。 3.根据金属间化合物 NaTl 的晶体结构,通常认为 Tl 原子采用 sp3 杂化轨道形成共价 单键,由于 Tl 原子只有 3 个价电子,在合金晶体形成时,要发生电荷转移,从 Na 原子处 获得一个电子,形成 Na+Tl-,由 Tl 组成带负电的金刚石型骨架结构,每个 Tl-Tl 键为正常 的共价单键。从 Na 原子间距离分析,由于它电荷转移,半径变小,Na…Na 间除形成金属 + 键外,还有 Na …Tl 的离子键。所以这一结构同时含有共价键,金属键和离子键。

7

这类结构的化合物(如 LiZn,LiCd,LiAI,LiGa,LiIn,NaIn,NaTi)具有明显金属性: 有金属光泽,能导电,电阻随温度增高而加大,组成可变。它也具有共价键和离子键形成的 化合物的性质:磁性测量结果显著偏离纯金属的顺磁性,NMR 谱中ⅢA 族元素显示的化学 位移比纯金属低。已发现 LiAI 是一种优良的快离子导体。这些性质都和这类化合物的结构 和键型有关。 第九题:解答 1.X 的最简式为 C13H24,其中 C︰H=(5+8)︰(8×3)=13︰24 由 C13nH24n-1Cl 中 Cl 含量可计算得 n≈2,X 的化学式 C26H48 2.X 分子中有 16 个-CH3,连在 10 个叔碳原子上,10 个叔碳分类,分别为 6 个(连 2 个-CH3) 和4个 (连 1 个-CH3) ; 因为他们分别等价, 即分别组成正八面体和正四面体, 即组成金刚烷型结构(且由不饱和度得有 4 个空间环)

3.8(2+4+2) 第十题:解答

COOH CHOH
1.

CH2 COOH
COOH
COONa CHOH CHOH

2.

CHBr CHBr

+4NaOH

+2NaBr+2H2O

COOH

COONa

3.7 4.
O C COOC2H5 H

COOC2H5

COOH

5.

CHOH CH2 COOC2H5

+2H2O

催 化 剂

CHOH CH2 COOH

+2C2H5OH

第十一题:解答

8

H

H

1.A:O N 2

N C O

NH2

B:O2N
-

N C O

N

C

HO

2.V︰O=1︰7;C 中有 1 个 B 配体(B ,-OH 的 H 电离) C 的相对分子质量为 414.2,扣除 V、B-后为 79.0,还应有 CH3OH、O 等配位 配合物中 V 为+4,应有 1 个配位 O,还应有 CH3OH 和 CH3O
H O2N N CCH3O N O O V C

C:C16H17N3O7V

O

HOCH3

3.3

H O2N N CH C 3O N O O V C

4.

O

HOCH3

5.V=abcsinβ=1.779nm3,ρ=ZM/NAV=1.55g/cm3

9


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