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最全2014年全国化学竞赛---中学化学竞赛试题资源库——稀有气体


中学化学竞赛试题资源库——稀有气体
A组
1.据报道,月球上有大量 He 存在,以下关于 3He 的说法正确的是 A 是 4He 的同分异构体 B 比 4He 多一个中子 C 是 4He 的同位素 D 比 4He 少一个质子 2. 2 He 在热核反应堆中,没有中子辐射,这就意味着有 2 He 生产能源时不会污染环 境。地球上 2 He 含量很少,而在月球上却

有充足的 2 He。根据科学家介绍,月球上的 2 He 储量足够人类使用 1000 年。 2 He 和 2 He 两者是 A 同系物 B 同位素 C 同素异形体
3 4 3 3 3 3 3

3

D 同分异构体

3 3 3. 2 He 可以作为核聚变材料。下列关于 2 He 的叙述正确的是 3 3 A 2 He 和 1 He 互为同位素 3 B 2 He 原子核内中子数为 2 3 C 2 He 原子核外电子数为 2 3 D 2 He 代表原子核内有 2 个质子和 3 个中子的氦原子

4.“神舟”五号载人飞船发射成功后,我国又在启动“嫦娥工程”。人类通过对月 球的探测发现,其土壤中存在较丰富的质量数为 3 的氨,它可以作为未来核聚变的重要原 料之一。以下叙述正确的是 A 由质量数为 3 的氦原子构成的分子是双原子分子 B C D
3 4 2 He 与 2 He 的性质相同 3 4 2 He 与 2 He 互为同素异形体 3 4 2 He 的质子数与 2 He 的中子数相等

5.我国的“神舟五号”载人飞船已发射成功, “嫦娥”探月工程也已正式启动。据科 学家预测,月球的土壤中吸附着数百万吨的 2 He ,每百吨 2 He 核聚变所释放出的能量相 当于目前人类一年消耗的能量。在地球上,氮元素主要以 2 He 的形式存在。下列说法正确 的是 A D C
4 2 3 2 3 2 4 2 4 3 3

D 6.下列四图中,白球代表氢原子,黑球代表氦原子。表示等质量的氢气与氦气混合 气体的是

He 原子核内含有 4 个质子 4 He 和 2 He 互为同位素 He 原子核内含有 3 个中子 4 He 的最外层电子数为 2,所以 2 He 具有较强的金属性

A B C D 7.氡(Rn)是放射性元素,某些建筑材料中若含有氡,将对人体健康造成危害。222Rn 来自镭而称之为镭射气,220Rn 来自钍而称之为钍射气,219Rn 来自锕而称之为锕射气。下 列有关氡的说法正确的是

A 氡气是双原子分子 B 氡气因其化学性质活泼而对人体有害 C 氡元素有 222Rn、220Rn、219Rn 三种同素异形体 D 氡的原子核外有 6 个电子层,最外层有 8 个电子 8. 2001 年 4 月 28 日, 芬兰科学家合成了一种新的稀有气体化合物氟氩化氢 (HArF) , 在这以前对于 Xe、Kr 的氟化合物早已合成,但至今没有合成 Ne、He 的氟化物,你认为 主要理由是 A 最外层电子数 B 化学性质太稳定 C 原子半径 D 含量少 9.有一种稀有气体化合物六铂氟酸氙 XePtF6,研究报告指出: “关于 XePtF6 的电价 + - 2+ 2- 有 Xe [PtF6] 、Xe [PtF6] 两种可能,巴特列用不可能参加氧化还原反应的五氟化碘作溶 剂,将 XePtF6 溶解,然后在此溶液中加入 RbF 可得到 RbPtF6;加入 CsF 可得到 CsPtF6, 这些化合物都不溶于 CCl4 等非极性溶剂。 ”试回答: (1)XePtF6 中各元素的化合价分别是 、 、 。 (2)XePtF6 是 (离子、共价)化合物。 (3)写出 Xe 与 PtF6 反应生成 XePtF6 的反应式 。而且 O2 与 PtF6 可发生类似反应,其反应式是 ,上述两反应属( ) A 均为氧化还原反应 B 均为非氧化还原反应 C 前者是氧化还原反应,后者是非氧化还原反应 10.1975 年,化学家斯利温凯等在-196℃的低温下,用紫外线照射氪和氟的混和液 体成功地制得了 KrF2,KrF2 比 Xe 的氟化物具有更强的氧化性。例如,将溶于液态 HF 的 KrF2 和 Au 反应得到化合物 A,而将 A 缓慢加热到 60℃得到一种橙红色的金的氟化物 B; 经分析,A 与 B 各自的成分如下︰ 在 A 中:Kr-20.29%,Au-47.58%,F-32.13%; 在 B 中:Au-67.47%,F 32.53%。 (1)AB 的化学式分别为 和 ; (2)A 受热分解得到 B 的化学方程式 。 11.由 Xe 和 F2 在一定压强下直接合成 XeF2、XeF4、XeF6 等固体,这些固体易发生 水解反应,其中能水解生成 XeO3 的物质是 ,水解的化学方程式是 ; XeO3 是危险的炸药, 具有强氧化性, 能氧化 KI。 写出它与 KI 反应的离子方程式 ; XeF2 在碱性溶液中能使溴酸盐氧化成高溴酸盐, 试写出此反应的离子方程式 。

B组
222 12.氡( 86 Rn)能进行α

衰变,半衰期 3.825 天。从岩石、地下水、天然气及建筑材

料中可源源不断地放出氡。它可经呼吸进入人体,停留在呼吸道中,放射出α 射线,其衰 变产物还能放出β γ 射线,这些射线可诱发肺癌。关于氡的下列叙述正确的是 A Rn 的化学性质活泼,因此对人体有害 B Rn 的沸点低于氪(Kr)的沸点 C Rn 原子核内有 222 个中子 D 居室内常通风以及少喝新鲜的矿泉水,可以减少氡对人体的伤害 13.二氟化氙(XeF2)是稀有气体的一种重要化合物,由于它的合成成功使得高溴酸

盐的制备变为现实,1968 年人们用二氟化氙跟溴酸钠溶液在一定条件下反应,制得高溴酸 钠和氙气等物质,它的化学方程式是 。 14.1975 年,化学家斯利温凯等在-196℃的低温下,用紫外线照射氪和氟的混和液 体成功地制得了 KrF2,KrF2 比 Xe 的氟化物具有更强的氧化性,例如,将溶于液态 HF 的 KrF2 和 Au 反应可以得到化合物 A, 而将 A 缓慢加热到 60℃得到一种橙红色的金的氟化物 B;经分析,A 与 B 各自的成分如下: Au—47.58% F—32.13%; 在 A 中:Kr-20.29% F—32.53% 在 B 中:Au—67.47% (1)A、B 的化学式分别为 、 ; (2)A 受热分解得到 B 的化学方程式 。 15. 3 和 Ba(OH)2 液反应得一白色物.分析知其中含 BaO 71.8%、 20.6%、 7.4%。 XeO Xe O 求白色物的化学式(原子量:O 16.0,Xe 131.3,Ba 137.0)。 16.去年报道,在-55℃令 XeF4(A)和 C6F5BF2(B)化合,得一离子化合物(C) , 测得 Xe 的质量分数为 31%,阴离子为四氟硼酸根离子,阳离子结构中有 B 的苯环。C 是 首例有机氙(IV)化合物,-20℃以下稳定。C 为强氟化剂和强氧化剂,如与碘反应得到 五氟化碘,放出氙,同时得到 B。 (1)写出 C 的化学式,正负离子应分开写。答: (2)根据什么结构特征把 C 归为有机氙比合物?答: (3)写出 C 的合成反应方程式。答: (4)写出 C 和碘的反应。答: (5)画出五氟化碘分子的立体结构: 17. (1)XeF2 具有强氧化性,NH3 极易被氧化为 N2,写出反应方程式。 (2)XeF6 加入 NaOH 溶液发生剧烈反应,其中有 1/4 的 Xe 元素以气体逸出,写出反 应方程式。 (3) 267K 时, Ba2XeO6 慢慢加到浓 H2SO4 中, 把 生成一种四面体型稳定性差的气体。 写出反应方程式。 - (4)高氙酸盐(XeO64 )溶液能与 XeF6 等物质的量反应,收集到的气体在标准状况 下测得其密度为 3.20g/L,同时还得到一种 Xe(Ⅷ)的氟氧化合物的晶体。写出反应方程 - - 式并给出 XeO64 中 Xe 的杂化类型与 XeO64 离子的空间构型。 18. 有一种化合物 XeO3, Xe 极不稳定, 易转化为其单质而呈强氧化性, 将适量的 XeO3 2+ 投入到 60mL0?1mol/L 的 Mn 的水溶液中刚好完全反应,放出唯一的气体 Xe 在标况下的 体积为 112mL, 求反应后的溶液中, 在化合物中的价态。 Mn 若反应后的溶液稀释到 180mL, 求其 pH 值。 19.氙和氟气反应,生成含有 XeF2 和 XeF4 的一种固体混合物。现用两份等质量的此 种固体混合物,用于下面的化学分析: (1)用水处理此固体,获得 60.2mL 气体(在 17℃和 1.00×105Pa 条件下) ,其中有 24.1mL 是氧气,其余的是氙气。水溶液中的 XeO3 可以氧化 30.0mL 浓度为 0.100mol/L 的 + Fe2 离子; (2) KI 溶液处理此固体, 用 获得单质碘。 此碘需要 35.0mL 浓度为 0.200mol/L 的 S2O32 - 与之完全反应。

试求此固体混合物中 XeF2 和 XeF4 的摩尔百分比各为多少? (提示:XeF2 与 H2O 仅发生氧化一还原反应,XeF2 与 H2O 反应时,有一半摩尔的 XeF2 与 H2O 发生氧化一还原反应,另一半摩尔的 XeF2 则发生歧化反应。 ) 20.用 2 份等质量的 XeF2 和 XeF4 混合物进行如下实验: (1)一份用水处理,得到气体 A 和溶液 B,A 的体积为 56.7 mL(标准状况,下同) , 其中含 O2 22.7 mL,余为 Xe。B 中的 XeO3 能氧化 30.0mL 浓度为 0.100mol/L 的 (NH4)2Fe(SO4)2。 (2)另一份用 KI 溶液处理,生成的 I2 被 0.200mol/L Na2S2O3 滴定,用去 Na2S2O3 35.0mL。 求混合物中 XeF2 和 XeF4 各自的物质的量。 C组 + - 21.试从热力学角度说明用过氙酸钠氧化 Mn2 制备 MnO4 的可能性。 22.虽然 XeF2 的还原电势约为+2.2V,却能在稀 HF 水溶液中比较稳定地存在。 (1)由下面的电地反应设计出一个原电池: XeF2+2OH-→Xe+1/2O3+2F-+H2O 0 (2)求此电池的 E (3)画出电池的草图并说明电极,电解槽,盐桥分别要用什么材料。 0 + (4)定量地说明 HF 在水溶液中离解产生的 H3O 离子是否会使 E 增加? 23.在门捷列夫所著的第六版《基础化学》中,向读者只报导了发现具有反常性质的 气体,书中写到: “我们还是从早已熟悉的空气入手,因为 1894 年夏季对空气作了深入研 究??,在测定空气成分中不活泼气体(氮)的密度时,发现了一种气体,这种气体一定 是空气的成分。该气体和氨一样,它既不能和量气管中的氢,也不能与重量法测定空气组 成时的铜发生化合反应而剩余在氮中。加热情况下用镁吸收氮可分离出这种气体,其密度 几乎比氮大 1.5 倍(是否为聚合物如 N3)??,该气体是什么?其组成和性质怎样?在怎 样的情况下能发生化合反应?它的名字叫什么?任何人都不知道,因此,只能论述它本身 发现的过程。 ” 问上述气体叫什么?何人用什么方法证实这种气体中含新元素?写出它相似的气体 的名称,并写出能表明它们性质的化学方程关。 24.最近化学家对氙化学的研究表明:XeF2 蒸气能与 CF3·自由基反应,生成一种具 有挥发性的蜡状白色固体 A,同时释放出 F·自由基。已知在等离子体中,C2F6 能解离成 CF3·自由基。 (1)写出在等离子体中,XeF2+C2F6→A 的化学反应方程式。 (2)在 20℃时,A 能够发生分解,重新生成 XeF2 和碳原子数不固定的全氟代烃(以 CnFm 表示) 。试写出化学反应方程式,说明 m 和 n 的关系。

参考答案(68)
1 C 2 B 3 C 4 D 5 B 6 B 7 D 8 C 9 (1)+1、+5、-1 (2)离子 (3)Xe+PtF6=XePtF6 O2+PtF6=O2PtF6 A 10 A KrAuF7;B AuF5; (2)KrAuF7 AuF5+F2+Kr - + 11 XeF6 XeF6+3H2O=XeO3+6HF XeO3+6I +6H =Xe+3H2O+3I2 - - - - XeF2+BrO3 +2OH =BrO4 +Xe↑+2F +H2O 12 D 13 NaBrO3+XeF2+H2O=NaBrO4+Xe+2HF 14 (1)KrAuF7;AuF5; (2)KrAuF7=AuF5+Kr↑+F2↑ 15 BaO︰Xe︰O=3︰1︰3 故白色物的最简式为(BaO)3XeO3,即化学式为(BaO)3XeO3 或 Ba3XeO6。 16 (1)C6F5XeF2+BF4– (2)分子中有 C—Xe 键。 (3)XeF4+C6F5BF2=C6F5XeF2+BF4– - (4)5C6F5XeF2+BF4 +2I2=4IF5+5Xe+5C6F5BF2
F

(5)
F

F I F

F

17 (1)3XeF2+8NH3=3Xe+6NH4F+N2 - - - (2)2XeF6+36OH =Xe+3XeO64 +24F +18H2O (3)Ba2XeO6+4H2SO4=2BaSO4+2H2SO4·H2O+XeO4(Ba(SO4)2 也可以,但不要有 游离态的水) - - (4)2XeO64 +2XeF6=2XeO3F2+2Xe+3O2+8F sp3d2 正八面体 18 0.92 19 (1)XeF2 (mol)%=25% (2)XeF4 (mol)%=75% - - 20 XeF2:5.4x10 4mol XeF4:1.48×10 3mol + 21 在酸性溶液中 Mn2 的氧化电势为-1.51V,而过氙酸钠的标准还原电势为+2.1V,所 + - - 以在各物质均处于标准态时其能够氧化 Mn2 。在没有 MnO4 和还原产物 XeO64 时, 电池的实际电势会更高。在反应基本上完成前不论产物的浓度如何,电池电势的符号 都不会改变。 - 22 (1)此电池的构造可为:C|OH |O2||XeF2|Xe|C。 (2)XeF2 的标准还原电势约为+2.2V。查表数据可算出下面的半电地反应的电势。 - - + 2OH →1/2O2+H2O+2e 已知在[H ]=1mol/L 的溶液中其标准电势为-1.23V, 此溶 + -14 液中的[H ]为 1×10 mol/L,则电极电势为-0.40V。则总的电池电动势为+1.8V。

(3) ,槽中盛有 HF 溶液,且用盐桥相连,其均不 能用玻璃材料,因为 HF 能腐蚀玻璃,可用聚四氟乙烯(一种碳氯化合物)作材料。 又因为 XeF2 是很强的氯化剂,能溶解普通的材料,所以可选用碳作电极。 - - + + (4)XeF2+2e →Xe+2F 。在此半反应中没有 H 参与,所以 H 的浓度对其电极电 - 势没有影响,因此可以采用 HF(1mol/L)和 F (1mol/L)的混合溶液(加入过量的 强酸能够降低氟离子的浓度,从而影响电极电势) 。 23 所谈的气体是氩。雷利(Rayleigh,J.W.S)和拉姆赛(Bamsay W. )用光谱法发现了惰 性(稀有)气体氦、氖、氩、氪、氙。20 世纪 60 年代初制得了这些元素中氙的稳定 化合物。如氟化氙 XeF2、XeF4、XeF6;氧化物 XeO3、XeO4 及其衍生物 XeOF4。可表 示它们性质的反应式为:3XeF4=2XeF6+Xe;2XeF2+2H2O=2Xe+O2+4HF;XeO3 +6KI+HCl=Xe+3I2+6KCl+3H2O;XeO4+2Ba(OH)2=Ba2XeO6+2H2O 24 (1)XeF2+C2F6→Xe(CF3)2+F2;

? (2)Xe(CF3)2 ?? ? XeF2+2/nCnFm; (3)m=2n。CnFm 为全氟烯烃或环烷烃。
200 C


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