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中国化学会2013 年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)模拟试题


中国化学会 2013 年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)模拟试题
(2013 年 9 月 8 日 09:00 – 12:00 共计 3 小时)

题号 满分 得分

一 5

二 2

三 8

四 25

五 5

六 14

/>
七 10

八 10

九 10

十 11

总分 100

姓名

? ? ? ?

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。
He 4.003 O Ne B C N F Li Be 6.9419.012 10.81 12.01 14.01 16.00 19.00 20.18 Al Si P S Cl Ar Na Mg 26.98 28.09 30.97 32.07 35.45 39.95 22.99 24.31 Ge As Se K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Br Kr 39.10 40.08 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 79.90 83.80 Sn Sb Te I Xe Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In 85.47 87.62 88.91 91.22 92.91 95.94 98.91 101.1 102.9 106.4 107.9 112.4 114.8 118.7 121.8 127.6 126.9 131.3 Rn Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Cs Ba 132.9137.3 La-Lu 178.5 180.9 183.9 186.2 190.2 192.2 195.1 197.0 200.6 204.4 207.2 209.0 [210] [210] [222] Fr Ra [223] [226] Ac-Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt H

省 市 自治区 报 名 号

赛场

学校

1.008

相对原子质量

第一题: (本大题满分 5 分) 在括号中写出正确的选项: ( )1.1. 下列哪种元素的单质不是汉弗莱?戴维爵士首次制备的: A.钾 B.钙 C.镁 D.氯 ( )1.2. 苯是哪位科学家发现的: A.迈克尔?法拉第 B.弗里德里希?凯库勒 C.尤斯图斯?冯?李比希 D.詹姆斯?杜瓦 ( )1.3. 《怀疑派的化学家》是化学史上的里程碑,其作者是: A.安托万?拉瓦锡 B.约瑟夫?普利斯特里 C.罗伯特?波义尔 D.卡尔?威廉?舍勒 ( )1.4. 地核的主要化学成分是: A.铁和镍 B.硅酸盐 C.碳酸盐 D.氧化铁 ( )1.5. 木星大气外层的主要化学成分是: A.氦 B.氢 C.甲烷 D.氮气 第二题: (本大题满分 2 分) 比太阳重的恒星中,将氢转化为氦的一种主要过程是贝斯-魏茨泽克循环。 2.1. 这个循环的第一步是一个 12C 和一个质子发生融合, 仅产生一种氮元素的核素和一个高 能光子。写出这个核反应的方程式。
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赛区

__________________________________________________ 2.2. 接下来的一步是一个 13N 衰变为一个 13C,同时放出一个电中性的电子中微子 νe 和正电 子 e+。写出这个核反应的方程式。 ___________________________________________________ 第三题: (本大题满分 8 分) 下图是砷化镍 NiAs 的晶胞在三个平面内的投影图, 白色球为砷原子。 它属于六方晶系, 晶胞参数 a=3.602?,c=5.009 ?,NiAs 的相对分子量为 133.6150。

3.1. 计算这个物质的密度给出推理过程。

3.2. 在 bc 平面投影图中以左下角为坐标原点,向右和向上为坐标轴正方向,写出此投影方 向上所有砷原子的坐标(所有坐标值不大于 1)____________________________ 第四题: (本大题满分 25 分) 问题 4.1.1-4.1.2 基于甲烷、氨、水和氟化氢四种物质: 4.1.1. 请把它们的沸点从高到低排列。 ___________________________________________ 4.1.2. 这四种物质中,哪一种分子之间是没有氢键作用的? __________________ 4.2 地球大气中按照体积比来看,占有量为前三位的气体是什么? _____________________________________________ 问题 4.3.1-4.3.2 基于最常见的富勒烯 C60 的分子,它的结构为三十二面体,是由六十个 碳原子通过二十个六元环和十二个五元环拼接而成的高度对称的球型分子。 4.3.1. 请问 C60 中碳-碳键数量有多少(单键和双键都算作 1 个碳碳键)? ___________个 4.3.2. 写出碳元素的另外两种同素异形体。 _____________________________ 问题 4.4.1-4.4.2 基于对一氧化碳进行放电得到一种无色刺激性纯净物气体 A, 的分子 A 量为 68.0309。 4.4.1. 写出 A 的分子式。 _______________ 4.4.2. 这个分子有极性吗(回答有或无即可)? _______________
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问题 4.5.1-4.5.3 基于铁的某种分子量介于 300 和 400 之间的羰基化合物 A, 含铁量为 A 30.7025%。 4.5.1. 写出 A 的分子式。 _________________ 4.5.2. 写出基态铁原子的电子排布式。 ______________________________ 4.5.3. 画出某价电子数符合有效原子序数规则的物种 Fe(CO)xCly 的结构(包括了两个立体异 构体,请都画出来)。已知这两个分子都是八面体型的。

问题 4.6.1-4.6.4 基于某短周期元素 X, 其次外层电子数恰等于最内层电子数和最外层电 子数之和。 一价金属元素 Y 的单质和 X 的单质可以化合成一种 2:1 型(阳离子比阴离子)的含 X 为 12.9398%的化合物 A。X 和氢元素可以构成一系列化合物,其中的一种化合物 B 含氢 3.0476%。 4.6.1. 写出 X 在周期表中的位置。 ______________________ 4.6.2. 写出 Y 的英文名称。 ______________________ 4.6.3. 画出 B 的立体结构。

4.6.4. 写出 B 在足量氧气中点燃时发生反应的化学方程式。 _______________________________________________________________ 问题 4.7.1-4.7.2 基于元素 X。X 的四氯化物 A 中 X 的质量分数为 25.2360%。A 在足量 水中迅速分解产生白色沉淀 B。A 溶于浓盐酸,可以得到一种黄色的 C 溶液,往 C 中加入 适量锌粉然后适当稀释溶液,则 C 会逐渐变成紫色的 D 溶液。 4.7.1. 写出 A、B、C 和 D 的化学式。 A:_______________; B:______________; C:_____________; D:______________ 4.7.2. 预测 D 溶液中水合金属离子物种的磁矩。 __________________B.M. 第五题: (本大题满分 5 分) 仅含有一个九元环的烃 A 含氢 11.5469 %, 中仅有四种化学环境不同的氢和五种化学 A 环境不同的碳,在戊烷溶液中 A 光照下反应产生包括 B、C 和 E 三种不含烷基或芳基取代 基的烃。B、C、E 和 A 是同分异构体,已知 B 被酸性高锰酸钾氧化成 D(分子式 C9H16O4); C 中有八种化学环境不同的氢, 双键在反应前后不发生迁移, 它被二亚胺氢化得到二环[6.1.0] 壬烷;E 被酸性高锰酸钾氧化仅得到庚二酸和二氧化碳。画出 A、B、C、D 和 E 的结构。
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第六题: (本大题满分 14 分) 近年来, 人们发展了大量的方法对目标超分子进行合成, 以及通过修改分子结构来实现 更高的分子识别能力,金属阳离子配位则是一个重要分支。根据这些信息,结合题目要求, 请回答下列问题 6.1. 近年来, 穴醚被广泛运用在金属离子螯合的用途中, 这部分是因为穴醚对金属离子往往 具有更强的结合力, 一般要高于其冠醚衍生物。 下列路线展示了两种穴醚衍生物的合成 (n=1, n=2) ,请预测出穴醚的结构以及中间体 A 的结构。

6.2. 第一问中我们说过穴醚的螯合特定金属阳离子的能力同比都要高于其冠醚衍生物的, 另 外一方面,同样是钾金属离子的螯合剂,球苑(下半图)的结合系数更是远远高于18-冠-6 的(上半图)

请根据各自下图中螯合前后的分子结构变化对此给出热力学角度的解释 (穴醚也比冠醚 具有更强的螯合能力的原因也是一样的) :

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6.3. 一种针对 Li+进行螯合的球苑的合成可以参考下图的合成路线:

6.3.1. 写出第二步使用 Fe3+的原因: 6.3.2. 最后一步加入盐酸可能的用途: 6.3.3. 在方框中写出目标产物球苑的完整结构 6.4. 超分子中广泛涉及的理论就是主客体化学。主客体的结合往往是一个可逆反应,其形 式上的表达通式如下:

其中 H (Host)表示主体,G (Guest)表示客体,H· 表示结合体。 G 下面为简化讨论首先假定[G]0=[G] (即客体的初始浓度=客体的平衡浓度) 。在此假定 下,下式 eq.2用实验可测的物理量近似地描述出了结合体平衡浓度([H· : G])

其中 Ka 为结合反应的结合平衡常数,[H]0和[G]0分别为主体和客体的初始浓度。 6.4.1.首先在[G]=[G]0假设成立的前提下,根据 eq.1推导出 eq.2,并定性地说明在什么情况下 [G]0=[G]的假设是合理的。 推导过程:

[G]0=[G]假设成立条件: 6.4.2. 当[G]0=[G]假设不再成立的时候,eq.2不能直接使用,必须要使用下列关系由[G]0和先 行得到平衡浓度[G]再进行计算: 请根据 eq.1推导出这个式子,并说明接下来的计算过程。 推导过程:

后续计算过程:

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第七题: (本大题满分 10 分) 由汽车尾气排放的 NO 是一种大气污染物,在空气流中通入水里会发生如下反应: 反应 7.1. 写出这个反应的两个电池半反应: __________________________________;________________________________ 7.2. 事实上反应 1 的产物亚硝酸并不能完全解离, 有人构造了如下电池来测定亚硝酸的电离 常数,其中 A 代表的负极电极材料为含有单质 Ag 的二元混合物: 7.2.1. 写出 A 所代表的电极材料使得这个电池有测定电离常数的意义________________ 7.2.2. 写出电池反应:______________________________________________ 7.2.3. 在 298oC 下有电池的电极电势 E = 0.683 V。计算 HNO2 的电离常数。 (已知电池反应 θ θ 转移 2mol 电子的 ΔrHm = -80.182 kJ/mol, ΔrSm = -125.29 J/mol*T, 法拉第常数取 96485C/mol)

7.2.4. 另一种测定 HNO2 电离常数的方法是以 0.1000 mol/L NaOH 滴定 20.00 mL 0.1000 mol/L 的 HNO2,加入 19.98 mL NaOH 时 pH 计读数为 6.26,假设电化学测定的电离常数 Ka 值是近似准确的,计算滴定法测的 Ka 的相对误差 Err(%),说明误差产生原因。

误差原因: 7.3. 反应 1 的动力学研究给出了如下的机理(NO3*是活性中间体) :

7.3.1. 通过计算写出下表中 a 的值,其中 vi 表示初始速率 加料序号 1 2 [NO] (mol/L) 1.0*10-5 2.0*10-5 [O2] (mol/L) 2.5*10-4 1.25*10-3 vi (-Δ[NO]/ Δt) (mol/L*s) T=23oC 0.21*10-6 a T=37oC 0.24*10-6 无需考虑

7.3.2. 计算反应 1 的活化能 Ea

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第八题: (本大题满分 10 分) Suzuki 反应是一种经典的有机金属反应。带有硼酸/硼酸酯的底物和带有卤素的底物在 过渡金属 Pd 的催化下经历如下循环:

8.1. 填空:三个中间体的金属外围电子构型为 M1_____;M2_____;M3_____。反应 1 可能 是_________反应(填“氧化”或“还原”;反应 2 可能是________反应(填“氧化”或“还 ) 原”。反应 2 得到的产物将会是______________。 ) 8.2. 如过下面这个反应能以 1:1 的化学计量发生和上面催化循环类似的反应

写出下面各反应的最终产物,不需要给出中间过程

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第九题: (本大题满分 10 分) 含有 α 位卤素的酮在碱溶液中能发生各种反应,发生的反应类型和碱的强弱有关。 有人将 3.5 eq 的氯酮 1 和 1.0 eq 苯甲醛在 14% KOH 乙醇溶液中在室温下搅拌 3 小时, 企图获得分子式为 C12H14O2 的化合物 A, 并且预测了 A 的 1H NMR 谱图 1.50 ppm 6H; 6.50 (δ ppm 2H; 7.30 ppm 5H; 10.0 ppm 1H) ,但是实际上主产物是 A 的同分异构体 B,而 A 仅为副 产物,B 无法让溴水褪色。 9.1. 下图中完成 α-氯酮 1 分别在 40% NaOH 水溶液中和 20% Na2CO3 水溶液中的反应:

9.2. 写出 A 和 B 的结构,并通过描述反应机理说明为什么无法高产率得到预测的 A:

9.3. 写出化合物 B 的系统命名:_____________________________________________,并且 化合物 B 有_________种磁不等性的氢。 .... 9.4. 预测下面这个反应的产物:

第十题: (本大题满分 11 分) 盐酸赛庚啶是常用的 H1 受体拮抗剂,可以用于治疗支气管哮喘等过敏性疾病,它的一 种制取路线如下图所示:

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路线中 A 的分子量不大于 150,B 具有并环结构和环外碳碳双键,化学当量的苯酐和 A 反应得到 B 的反应前后有机物的质量损失了 22%。反应 3 经历了自由基过程。 10.1. 写出 A 至 H 的中间产物或反应物的化学结构

10.2. 对于反应 2 来说在不改变 E 和 F 的前提下, 对底物 D 进行某些官能团修饰后无法得到 对应反应产物。在下面的几个产物中哪些不可以通过这个反应得到? ...

10.3. 氯雷他定商品名为开瑞坦,它和盐酸赛庚啶有类似的化学结构。它的结构式如下左图 所示,基于本题给出的合成路线,写出合成氯雷他定时所用的有机原料,催化剂除外。 ...........

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