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全国化学竞赛(预赛)模拟试卷10


全国化学竞赛初赛模拟试卷 10 (时间:3 小时 满分:100 分) 一. (4 分)黄绿色 ClO2 具有漂白、消毒作用,沸点 9.90℃,制备 ClO2 的方法是:将湿润的 KClO3 和草 酸(固体)混合加热到 60℃即得。 1.ClO2 的分子构型为 ; 2.制备反应方程式为 3.用此法制备获得的 ClO2 和其它生成物分离的方法是 二. (12 分)传统合成冰晶石(Na

3AlF6)的方法是使用萤石(CaF2)为原料,萤石作为一种重要的战略 物资需要加以保护,使用磷肥副产氟硅酸钠(Na2SiF6)为原料的方法成为一条合理利用资源、提高经济效 益的新方法。冰晶石的生产合成主要由晶种生成、氨解、偏铝酸钠的制备和冰晶石合成四个工段组成。工 艺流程如下图所示:

1.当今社会发展的三大支柱除能源外,还包括 和 。 2.试分析为什么“氢能”将是未来 21 世纪最理想的新能源? 3.目前世界上的氢绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取。如:用水蒸气与炽热的碳反应为 C+H2O =CO+H2。请在写出由天然气制取氢的反应方程式。并分析此类制氢是否是理想的长久方法。
2 2 ? ? 2H2 4.利用利用硫-碘热循环法制取氢也是化学家常用的一种方法,总反应方程式为 2H2O ??

SO / I

+O2,其循环过程分三步进行: ① SO2+I2+H2O→A+B ② A→?+? ③ B→?+?+? (1)完成以上三步反应,并确定哪步反应最难进行。 (2)请对硫-碘热循环法制取氢的优劣和前景作一分析。 5.目前,氢总量只有 4%左右由电解水的方法制取。 3 (1)每生产 1m 氢气需要耗电约 4 度,请估算电解水中能量的利用率。 (2)电解水法制氢一方面消耗的电能比氢能释放的能量还要高,另一方面电能本身就是高效、清洁能 源,以电能换氢能,成本很高,显然消耗电能来获得氢能的方法是得不偿失。请问用什么方法可以降低电 解法制氢的成本。 6.目前,有人提出一种最经济最理想 的获得的氢能源 的循环体系,如右图所示: 这是一种最理想的氢能源循环体系, 类 似于 (填 理科教材中一名词) ,太阳能和水是用之不 竭,而且价格低 廉。急需化学家研究的是 7. 列举两种方法简单安全地输送氢气。 四. (9 分)某晶体 X 是二价金属硫酸 盐的结晶水合 物,化学式可表示为 ASO4?nH2O(A 为金属元素,n 为自然数) 。取少量晶体 X,加强热至 1000℃以上,得 到红色氧化物 Y,总失重率为 66.51%;再取 2.137g 晶体 X,溶于水配成溶液,再加过量铁粉,充分反应后 2+ 2+ (Fe+A =Fe +A) ,固体质量增加 0.077g。确定晶体 X 和氧化物 Y,并给出推理步骤。 五. (8 分)联苯乙酸具有强消炎镇痛作用和良好的透皮性能,对治疗关节疾病和肌肉疼痛具有速效、 高效和安全性等特点。以苯乙睛为起始原料经四步反应可合成联苯乙酸,反应总收率为 33.7%。合成路线 如下:
a b / HCl / 还原硝基 -CH2CN ? A? B ?Fe ?? ?? ? ??? ?? C
6 H 6 / Cl3CCOOH / C5 H11ONO / Cu / TBAB ?C ? ????????? ??

使用这种方法可以得到大量副产品白炭黑。为了提高副产品白炭黑的质量,可以采用外加晶种法,得 到的白炭黑用于丁苯橡胶中,拉伸强度可以达到 21Mpa,而外加晶种法对冰晶石质量也有影响。 1.冰晶石的化学名称为 ,主要用途是 。 2.副产品白碳黑的化学成分是 ,丁苯橡胶的结构简式是 3.氨解反应方程式是 4.偏铝酸钠的制备反应是 5.冰晶石合成反应方程式是 6.晶种制备的原料为硫酸或氢氟酸、水玻璃、水。分别使用 HF 和 H2SO4 合成晶种,生成的冰晶石检验 结果如下: 制备晶种用酸对冰晶石质量的影响 酸 HF H2SO4 从实验结果看,使用 F/% 53.00 52.58 Al% 13.26 12.68 Na/% 31.00 31.82 Na︰Al 2.74 2.95 SiO2 0.564 0.247 Fe2O3 0.010 0.006 SO42- 0.11 1.49



-CH2COOH

制晶种,合成的冰晶石质量较好,简述你的理由。

(1)确定合理的无机试剂 a、b (2)写出中间产物 A、B、C 的结构简式 六. (9 分)目前,包括我国在内的许多国家都已经暂停销售 和使用含苯丙醇 胺的药品制剂。苯丙醇胺的英文名称是 Phenylpropanolamine, 缩写为 PPA, 化学 结构如右图所示: 1.系统命名法命名苯丙醇胺: 2.右图上用*标出苯丙醇胺中的手性碳原子,并确定光学异构体数目。 3.苯丙醇胺容易和盐酸成盐,生成盐酸苯丙醇胺,而被广泛入药。写出盐酸苯丙醇胺的结构简式。
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三. (20 分)能源是当今社会发展的三大支柱之一,是制约国家经济发展的瓶颈。目前,我国的能源 结构主要是煤,还有石油、天然气、核能等,这些能源都是一次不可再生且污染环境的能源,研究和开发 清洁而又用之不竭的能源是未来发展的首要任务。科学家预测“氢能”将是未来 21 世纪最理想的新能源。 氢能是利用氢气的燃烧反应放热提供能量,即 H2+1/2O2=H2O+284 kJ。

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4.以常见有机物 A 为原料,与硝基乙烷作用,所得产物经还原可以很方便地得到苯丙醇胺。合成路线 如下:
H2 A+CH3CH2NO2 ? 苯丙醇胺 ?? B ???

可以被 3.20mL l.000mol/L 的 KMnO4 溶液在酸性介质中滴定。 试求原来样品中含 Fe3O4 与 Fe2O3 的质量百分数。

写出 A、B 的结构简式。 七. (12 分)化学式为 C5H4 的烃,理论上同分异构体的数目可能有 30 多种。如: ① CH2=C=C=C=CH2 ② CH≡C-CH=C=CH2 ③ ④ -C≡CH ⑤ -CH=CH2?? 请不要顾忌这些结构能否稳定存在,完成下面各小题: 1.异构体①、②是链状分子,请再写出 2 种链状分子的结构简式: 2.若核磁共振表明氢原子的化学环境没有区别,则满足条件的异构体除①、③外还有 (只 需答出一例) 3.有人认为异构体①中四个氢原子是共平面的,也有人认为不共平面,请分别写出这两种观点中碳原 子的杂化类型和碳原子间 π 键成键情况; 4.异构体②和③中四个碳原子是否共平面,方便说明理由; 5.比较异构体④和⑤,何者相对更稳定些,为什么? 6.除题干和以上小题涉及到的异构体外,请至少再写出 5 种异构体,要求每种异构体都有对称性(存 在一条对称轴) 。 八. (18 分)碳化硅(SiC)俗名“金刚砂”,有类似金刚石的结构和 性质。其空间结构中碳硅原子相间排列,右图所示为碳化硅的晶胞(其中 -11 ●为碳原子,○为硅原子) 。已知:碳原子半径为 7.7?10 m,硅原子半 -10 3 径为 1.17?10 m,SiC 晶体密度为 3.217g/cm ) 1 . SiC 是 晶体,碳、硅原子杂化类型都是 ,键角都 是 ,三个碳原子和三个硅原子相间构成一个 式(船、椅) 六元环。 2.如右图所示碳化硅晶胞,从立方体对角线的视角观察,画出一维 空间上碳、硅原子的分布规律(注意原子的比例大小和相对位置,至少画两个周期) 3.从与对角线垂直的平面上观察一层碳原子的分布,请在二维平面是画出碳原子的分布规律(用●表 示,至少画 15 个原子,假设片层碳原子间分别相切) ; 计算二维空间上原子数、切点数和空隙数的比例关系 再考虑该片层结构的上下各与其相邻的两个碳原子片层。这两个碳原子的片层将投影在所画片层的 (原子、切点、空隙)上,且这两个片层的碳原子 (相对、相错) 4.如果我们以一个硅原子为中心考虑,设 SiC 晶体中硅原子与其最近的碳原子的最近距离为 d,则与 硅原子次近的第二层有 个原子,离中心原子的距离是 ,它们都是 原子。 5.如果我们假设碳、硅原子是刚性小球,在晶体中彼此相切,请根据碳、硅原子半径计算 SiC 的密度, 再根据理论值计算偏差,并对产生偏差的原因作一合理解释。 6.估算 SiC 晶体的原子占据整个空间的百分数,只需给出一个在 5%以内的区间。 九. (8 分)已知 5.000g 样品内含 Fe3O4、Fe2O3 与惰性物质,此样品用过量的 KI 溶液处理后,能使所有 2+ 的铁还原成 Fe 。 然后把溶液稀释到 50.00mL, 从 50.00mL 此溶液中取出 10.00mL 溶液, 其中的碘要用 5.50mL 2+ 1.000mol/L 的 Na2S2O3 溶液滴定(即完全反应) 。另取 25.00mL 上述溶液,先除去碘,然后,溶液中的 Fe
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全国化学竞赛初赛模拟试卷 10 参 考 答 案 一.1.V 型(1 分) ;2.KClO3+H2C2O4=K2CO3+2ClO2+CO2↑+H2O(2 分) ;3.冷凝(1 分) ; 二.1.氟铝酸钠 电解炼铝的助熔剂(各 1 分) 2.SiO2 CHPh-CH2-CH2-CH=CH-CH2 (各 1 分) 3.Na2SiF6+4NH3?H2O=4NH4F+2NaF+SiO2+H2O(2 分) 4.NaOH+Al(OH)3=NaAlO2+2H2O(写 Al2O3 也可以) (1 分) 5.4NH4F+2NaF+NaAlO2=Na3AlF6+4NH3+2H2O(2 分) 6.HF(1 分) 理论 Na︰Al=2.56,使用 HF 制晶种,Na︰Al 比较接近理论值。 (2 分,其它合理答案 也可以) 三.1.材料 信息(1 分) 2.①氢能是最理想的清洁能源之一。氢气燃烧的唯一产物是水,无环境污染问题。 ②氢能是一种二次能源。自然界不存在纯氢,必须从含氢的物质中制得氢作为水的组成,可以说资源 丰富。而且氢能是可以利用其它能源(如热能、电能、太阳能和核能等)来制取的二次可再生能源。 ③氢作为能源放出的能量远远大于煤、石油、天然气等能源。 ④另外,氢气是一种理想的能源载体。氢气具有可储、可输的性质,可作为一种能源储存和运输。储 能可以达到合理利用能源的目的。氢能也可进行大规模运输。 (3 分,基本答对其中三点大意给满分) 3.CH4+H2O=CO+3H2(1 分) 碳、天然气、石油资源面临枯竭,该反应尚需消耗很高的能量(该反应为吸热反应) ,因此,此法不是 理想的长久的方法。 (2 分) 4.① SO2+I2+H2O=2HI+H2SO4 ② 2HI=H2+I2 ③ 2H2SO4=2SO2+O2+2H2O 反应③最难进行(各 1 分) 该循环过程需要很高的热能,也就是说在较高温度下才能进行,生成的 SO2 和 I2 可以循环使用,其它 产物对环境无污染,但耗能太大,所以此法也不可取,若把太阳能用到上述循环中,该工艺将是合理的。 (优点、缺点、前景各 1 分) 3 5. (1)电解 1mol 水消耗能量 284kJ(根据氢气燃烧释放热量确定) ,1m H2 约 45mol(标准状态估算) , 能量利用率约 88%(±4%) 。 (2 分)通过太阳能发电或风能、海洋能、生物能、地热能电站产生的电能来制 氢,可以降低氢的成本。 (1 分)6.光合作用(1 分)寻找合适的光分解催化剂,它能在光照下促使水的分 解速度加快。 (1 分) 7.管道运输(可以把现有的天然气和城市煤气管道输送系统改造为氢气输送系统) ;金属储氢材料储 存后再运输。 (1 分) 四.X:CuSO4?3H2O;Y:Cu2O(各 2 分)

五. (1)a:HNO3/H2SO4;b:H2SO4/Hac(各 1 分) (2)A:O2N- C:H2N- -CH2COOH(各 2 分)

-CH2CN;B:O2N-

-CH2COOH;

六.1.1-苯基-1-羟基-2-丙胺(2 分)2. 3. (1 分)4.A: -CHO;B:

4 种(各 1 分) (各 2 分)

七.1.CH≡C-C≡C-CH3 CH≡C-CH2-C≡CH(1 分)2. 3.中间三个碳原子 sp 杂化,两端两个碳原子 sp 杂化(1 分)
2



(1 分)

4 共平面 π 键是 ? 5 和 ? 3 (互相垂直) ;不共平面 π 键是两个 ? 4 (互相垂直) (各 1 分)

5

3

4.②不共平面,4 位碳原子 sp 杂化,两端两个 π 键只能垂直(1 分) ③也不共平面,中间碳原子 sp 杂化,两个三角形面垂直(1 分) 5.④相对更稳定些,三元环的张力比⑤小(sp2 对 sp) (1 分) 6. 、 、 、 、 、 、 、 、 (答出其中任意五个给满分,共 4 分,少一个扣一分) 八、1.原子 sp 109°28’ 椅(各 0.5 分) 2. (空隙长度等于碳、硅原子直径和) (2 分) 3.如右图所示,一个碳原子周围是六个碳原子(2 分) 1︰3︰2(1 分) 空 隙 相错(1 分) 4.12 2 6 d/3 硅(各 1 分) 5.晶胞质量为 4?(12.01+28.09)/NA g, 晶胞体积为[(1.17+0.77)?10-8?4/ 3 ]3cm3, 密度为 2.96(2 分) 偏差:(2.96-3.217)/3.217=-7.94%(数据可以有偏离,但应给出负号) (1 分) 密度偏小,说明实际晶胞体积比计算值小,即碳、硅原子间的距离应比两个半径小,实际上碳、硅原 子间有共价键作用,而不能假设成相切(是相交) 。 (2 分) 6. 38.3%~41.7%(利用原子体积与晶胞体积之比) 九、 求下限:同 5 中求密度的方法,求得 38.3%; ②求上限:根据密度理论值求出晶胞体积,求得 41.7% 九、Fe ~0.5I2~Na2S2O3;Fe ~0.2MnO4 n(Fe3+)=1.000?5.50?5=27.5mmol;n(Fe2+)=1.000?3.20?5?2=32.0mmol n(Fe3O4)=4.50mmol;n(Fe2O3)=9.25mmol Fe3O4%=20.84% Fe2O3%=29.54%(各 1 分,共 8 分)
3+ 2+ - 3

0.077 ?(A+96.07+18.02n)=2.137 ① A ? 55 .85 A ? 8.00 m 设氧化物为 AOm/2(m 为自然数) ,可列式: =0.3349 ② A ? 96 .07 ? 18 .02 n A ? 8.00 m 由①②得 =9.295,根据 m=1,2??讨论,只有 m=1 时才有合理金属;再求出 A、n。 (共 A ? 55.85
推理一:由置换反应所给数值可列式: 5 分) 推理二:先列式①,根据 n=1,2??讨论,只有 n=3 时才有合理金属,确定 X;再根据 X 的相对分 子质量和 Y 的含量可确定 Y。

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