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中国化学会2004年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题与答案—精编学生版


中国化学会 2004 年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题
(2004 年 9 月 12 日 9︰00-12︰00 共计 3 小时) 题号 满分 得分 评卷人 ? ? ? ?
H 1.008 Li 6.941 Na 22.99 K 39.10 Rb 85.47 Cs 132.9 Fr [223]

1 4

2 4

r />
3 6

4 15

5 7

6 6

7 9

8 8

9 6

10 8

11 9

12 9

13 9

总计 100

竞赛时间 3 小时。迟到超过 30 分钟者不能进考场。开始考试后 1 小时内不得离场。时 间到,把试卷(背面前上)放在桌面上,立即起立撤离考场。 试卷装订成册,不得拆散。所有解答必须写在站定的方框内,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。 允许使用非编程计算器以及直尺等文具。

相对原子质量
Be 9.012 Mg 24.31 Ca 40.08 Sr 87.62 Ba 137.3 Ra [226] B 10.81 Al 26.98 Ga 69.72 In 114.8 Tl 204.4 C 12.01 Si 28.09 Ge 72.61 Sn 118.7 Pb 207.2 N 14.01 P 30.97 As 74.92 Sb 121.8 Bi 209.0 O 16.00 S 32.07 Se 78.96 Te 127.6 Po [210] F 19.00 Cl 35.45 Br 79.90 I 126.9 At [210]

Sc Ti V Cr Mn Fe Co 44.96 47.88 50.94 52.00 54.94 55.85 58.93 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh 88.91 91.22 92.91 95.94 [98] 101.1 102.9 La- Hf Ta W Re Os Ir Lu 178.5 180.9 183.8 186.2 190.2 192.2 Ac- Rf Db Sg Bh Hs Mt La

Ni 58.69 Pd 106.4 Pt 195.1

Cu 63.55 Ag 107.9 Au 197.0

Zn 65.39 Cd 112.4 Hg 200.6

He 4.003 Ne 20.18 Ar 39.95 Kr 83.80 Xe 131.3 Rn [222]

第 1 题(4 分) 2004 年 2 月 2 日,俄国杜布纳实验室宣布用核反应得到了两种新元素 X 和 Y。X 是用
243 48 高能 Ca 撞击 93 Am 靶得到的。经过 100 微秒,X 发生 α-衰变,得到 Y。然后 Y 连续发生 4 次 α-衰变, 转变为质量数为 268 的第 105 号元素 Db 的同位素。 以 X 和 Y 的原子序数为新

元素的代号(左上角标注该核素的质量数) ,写出上述合成新元素 X 和 Y 的核反应方程式。

第 2 题(4 分) 2004 年 7 月德俄两国化学家共同宣布,在高压下氮气会发生聚合得到高聚氮,这种高 聚 氮 的 N - N 键 的 键 能 为 160kJ/mol ( N2 的 键 能 为 942kJ/mol) ,晶体结构如图所示。在这种晶体中,每个氮原 子的配位数为 ;按键型分类时,属于 晶体。这 种固体的可能潜在应用是 ,这是因 为: 。

第 1 页 共 1 页

第 3 题(6 分) 某实验测出人类呼吸中各种气体的分压/Pa 如右表所示: 1.请将各种气体的分子式填入上表。 2.指出表中第一种和第二种呼出气体的分压小于吸入气体 分压的主要原因。

气体

吸入气体 79274 21328 40 667

呼出气体 75848 15463 3732 6265

第 4 题(15 分) 在铜的催化作用下氨和氟反应得到一种铵盐和一种三角锥体分子 A(键角 102° ,偶极 -30 -30 10 C· m;对比:氨的键角 107.3° 10 C· m) 矩 0.78× ,偶极矩 4.74× ; 1.写出 A 的分子式和它的合成反应的化学方程式。 2.A 分子质子化放出的热明显小于氨分子质子化放出的热。为什么? 3.A 与汞共热,得到一种汞盐和一对互为异构体的 B 和 C(相对分子质量 66) 。写出 化学方程式及 B 和 C 的立体结构。 4. B 与四氟化锡反应首先得到平面构型的 D 和负二价单中心阴离子 E 构成的离子化合 物;这种离子化合物受热放出 C,同时得到 D 和负一价单中心阴离子 F 构成的离子化合物。 画出 D、E、F 的立体结构;写出得到它们的化学方程式。 5.A 与 F2、BF3 反应得到一种四氟硼酸盐,它的阳离子水解能定量地生成 A 和 HF, 而同时得到的 O2 和 H2O2 的量却因反应条件不同而不同。 写出这个阳离子的化学式和它的合 成反应的化学方程式,并用化学方程式和必要的推断对它的水解反应产物作出解释。

第 5 题(7 分) 研究发现,钒与吡啶-2-甲酸根形成的单核配合物可增强胰岛素降糖作用,它是电中 性分子,实验测得其氧的质量分数为 25.7%,画出它的立体结构,指出中心原子的氧化态。 要给出推理过程。

第 2 页 共 2 页

第 6 题(6 分) 最近发现,只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。鉴于这三种元素都是常 见元素,从而引起广泛关注。该晶体的结构可看作由镁原子和镍原子在一起进行(面心)立 方最密堆积(ccp) ,它们的排列有序,没有相互代换的现象(即没有平均原子或统计原子) , 它们构成两种八面体空隙,一种由镍原子构成,另一种由镍原子和镁原子一起构成,两种八 面体的数量比是 1︰3,碳原子只填充在镍原子构成的八面体空隙中。 1.画出该新型超导材料的一个晶胞(碳原子用小 球,镍原子用大○球,镁原子用大 球) 。 2.写出该新型超导材料的化学式。

第 7 题(7 分) 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。

第 8 题(8 分) 今有化学式为 Co(NH3)4BrCO3 的配合物。 1.画出全部异构体的立体结构。

2.指出区分它们的实验方法。

第 9 题(6 分) 下图摘自一篇新近发表的钒生物化学的论文。回答如下问题:

第 3 页 共 3 页

1.此图钒化合物的每一次循环使无机物发生的净反应(的化学方程式)是: 2.在上面的无机反应中,被氧化的元素是 ;被还原的元素是 。 3.次氯酸的生成被认为是自然界的海藻制造 C—Cl 键的原料。请举一有机反应来说明。 4.试分析图中钒的氧化态有没有发生变化,简述理由。

第 10 题(8 分) 有一种测定多肽、蛋白质、DNA、RNA 等生物大分子的相对分子质量的新实验技术称 为 ESI/FTICR-MS,精度很高。用该实验技术测得蛋白质肌红朊的图谱如下,图谱中的峰 是质子化肌红朊的信号,纵坐标是质子化肌红朊的相对丰度,横坐标是质荷比 m/Z,m 是质 子化肌红朊的相对分子质量,Z 是质子化肌红朊的电荷(源自质子化,取正整数) ,图谱中 的相邻峰的电荷数相差 1,右起第 4 峰和第 3 峰的 m/Z 分别为 1542 和 1696。求肌红朊的相 对分子质量(M)。

第 11 题(9 分) 家蝇的雌性信息素可用芥酸(来自菜籽油)与羧酸 X(摩尔比 1︰1)在浓 NaOH 溶液 中进行阳极氧化得到。

家蝇雌性信息素 芥 酸 1.写出羧酸 X 的名称和结构式以及生成上述信息素的电解反应的化学方程式。 2.该合成反应的理论产率(摩尔分数)多大?说明理由。

第 4 页 共 4 页

第 12 题(9 分)2004 年是俄国化学家马科尼可夫(V. V. Markovnikov,1838-1904)逝世 100 周年。马科尼可夫因提出 C=C 双键的加成规则(Markovnikov Rule)而著称于世。本 题就涉及该规则。给出下列有机反应序列中的 A、B、C、D、E、F 和 G 的结构式,并给出 D 和 G 的系统命名。

第 13 题(9 分) 88.1 克某过渡金属元素 M 同 134.4 升(已换算成标准状况)一氧化碳完全反应生成反 磁性四配位络合物。该配合物在一定条件下跟氧反应生成与 NaCl 属同一晶型的氧化物。 1.推断该金属是什么; 2.在一定温度下 MO 可在三氧化二铝表面自发地分散并形成“单分子层”。理论上可以 计算单层分散量,实验上亦能测定。(a)说明 MO 在三氧化二铝表面能自发分散的主要原因。 (b)三氧化二铝表面上铝离子的配位是不饱和的。 MO 中的氧离子在三氧化二铝表面上形成密 2 置单层。画出此模型的图形;计算 MO 在三氧化二铝(比表面为 178 m /g)表面上的最大单 2 层分散量(g/m ) (氧离子的半径为 140 pm) 。

第 5 页 共 5 页

【参考答案】
第 1 题(4 分)
243 95

48 Am + 20 Ca=288115+3n(2 分,不写 3n 不得分。答 291115 不得分。 )

288

115=284113+4He(2 分,质量数错误不得分。4He 也可用符号α 。 (答下式不计分:284113-44He=268105 或 268 105 Db)

第 2 题(4 分) 3 原子

炸药(或高能材料) 高聚氮分解成 N2 释放大量能量(各 1 分)

第 3 题(6 分)N2 O2 CO2 H2O(每空 1 分,共 4 分) 呼出气中的 N2 的分压小于吸入气中的分压的主要原因是呼出气中的 CO2 和水蒸气有较 大分压,总压不变,因而 N2 的摩尔分数下降(1 分) ;呼出气中的 O2 的分压小于吸入气中 的分压的主要原因是吸入的 O2 被人体消耗了。 (1 分) (共 2 分) 第 4 题(15 分) 1.NF3(1 分) 4NH3+3F2=NF3+3NH4F(1 分) (共 2 分) 2.N-F 键的偶极方向与氮原子孤对电子的偶极方向相反,导致分子偶极矩很小,因此质子 化能力远比氨质子化能力小。画图说明也可

(如:

) (1 分)

3.2NF3+2Hg=N2F2+2HgF2(1 分) (14+19)×2=66(每式 1 分) (共 3 分)

4.D:

E:
+ -

F:
+ -

(每式 1 分)
+ -

2N2F2+SnF4=[N2F ]2[SnF6]2 (1 分)[N2F ]2[SnF6]2 =[N2F] [SnF5] +N2F2(1 分) 5.阳离子的化学式为 NF4 。 (1 分)
+ +

NF3+F2+BF3=NF4 BF4 (1 分)






NF4 水解反应首先得到 HOF(否则写不出配平的 NF4 水解反应): NF4 +H2O=NF3+HOF+H
+ +

定量生成 NF3。 (1 分)

而反应 2HOF=2HF+O2 和反应 HOF+H2O=HF+H2O2 哪一反应为主与反应条件有 关,但无论哪一反应为主却总是定量生成 HF。 (1 分) (共 4 分) 第 5 题(7 分) 吡啶甲酸根的相对分子质量为 122。设钒与 2 个吡啶甲酸根络合,50.9+

244=295,氧的质量分数为 21.7%;设钒与 3 个吡啶甲酸根络合,50.9+366=417,氧的质 量分数为 23.0%;设钒与 4 个吡啶甲酸根结合,50.9+488=539,氧的质量分数为 23.7%; 设钒与 5 个吡啶甲酸根结合,50.9+610=661,氧的质量分数为 24.2%;钒与更多吡啶甲酸 根络合将使钒的氧化态超过+5 而不可能, 因而应假设该配合物的配体除吡啶甲酸根外还有
第 6 页 共 6 页

氧,设配合物为 VO(吡啶甲酸根)2,相对分子质量为 50.9+16.0+244=311,氧的质量分数 为 25.7%,符合题设。(3 分) 结论:该配合物的结构如下:(其他合理推论也可) 和/或


(得分相同,2 分)

钒的氧化态为+Ⅳ(或答+4 或 V 4) (1 分) 钒与吡啶甲酸根形成的五元环呈平面结构,因此,该配合物的配位结构为四角锥体(或 四方锥体),氧原子位于锥顶。(1 分)(共 7 分) (通过计算得出 VO(C6H4NO2)2,但将配位结构画成三角双锥,尽管无此配位结构,却 也符合题意,建议总共得 4 分,以资鼓励。用有效数字较多的原子量数据通过计算得出 V(C6H4NO2)3· H2O,氧含量为 25.7%,钒+3,五角双锥,尽管由于环太大而不可能,却也符 合题意,建议总共得 4 分,以资鼓励。 ) 第 6 题(6 分) 1. (5 分) (在(面心)立方最密堆积-填隙模型中,八面体空隙与堆积球

的比例为 1︰1,在如图晶胞中,八面体空隙位于体心位置和所有棱的中心位置,它们的比 例是 1︰3,体心位置的八面体由镍原子构成,可填入碳原子,而棱心位置的八面体由 2 个 镁原子和 4 个镍原子一起构成,不填碳原子。 ) 2.MgCNi3(化学式中元素的顺序可不同,但原子数目不能错) 。 (1 分) 第 7 题(7 分) 由(1)求 Xe 的总量: Xe 56.7mL-22.7mL=34.0mL 34.0mL/2.24×104mL/mol=1.52×10 3mol(1 分)


XeO3+6Fe2 +6H =Xe+6Fe3 +3H2O
+ + +

1 x

6 0.100mol/L×0.0300mL


(1 分)

x=5.0x10 4mol
- -

(1 分)


Xe 的总量 1.52×10 3mol+5.0×10 4mol=2.02×10 3mol(1 分) 由(2) XeF2+2I →I2~2S2O32
- -

1 y


2 z

(1 分) z=2 y(1 分)


XeF4+4I →2I2~4S2O32 1 4

(1 分)
第 7 页 共 7 页

2.02x10 3-y
- -4

0.200mol/L×0.0350L-z (1 分)
-4 -3

y=5.4x10 mol (XeF2) XeF4

2.02×10 mol-5.4×10 mol=1.48×10-3mol(1 分)

第 8 题(8 分) 1.三种。立体结构如下:

I



Ⅲ(各 2 分,共 6 分)

(结构式中的碳酸根离子也可用路易斯结构式表示, 但须表明是单齿还是双齿配位 (可 不标 2-) ;编号任意,但须与下题的分析对应;CO32 不能用 π 电子配位(受限于 Co 的配


位数及 NH3 必为配体) 。画其他配位数的配合物不计分。 ) 2.配合物 III 可通过其离子特性与另两个配合物区分开:滴加 AgNO3 溶液,Br 立即被沉淀 下来(而直接与钴配位的溴相当缓慢地沉淀) 。也可通过测定电导将 III 与 I、II 区分(用红 外光谱法区分也可) (1 分) 。I 的偶极矩比 II 的偶极矩小,因此测定极性可将两者区分开(1 分) 。 (共 2 分) 第 9 题(6 分)1.H2O2+Cl +H =H2O+HOCl(1 分)
- + -

2.氯 氧(共 1 分)

3.H2C=CH2+HOCl=HOH2C—CH2Cl(举其他含 C=C 双键的有机物也可) (2 分) 4.没有变化。理由: (1)过氧化氢把过氧团转移到钒原子上形成钒与过氧团配合的配合物 并没有改变钒的氧化态,所以从三角双锥到四方锥体钒的氧化态并没有发生变化; (2)其后 添加的水和氢离子都不是氧化剂或还原剂, 因此, 过氧团变成次氯酸的反应也没有涉及钒的 氧化态的变化,结论:在整个循环过程中钒的氧化态不变。 (2 分) 第 10 题(8 分) 1542=(M+Z)/Z 1696=[M+(Z-1)]/(Z-1) 解联立方程: Z=11 M=16951 或 1696=(M+Z)/Z 1542=(M+Z+1)/(Z+1) 解联立方程: Z=10 M=16950

肌红朊的相对分子质量为 16951(或 16950) ,答任一皆可。 (联立方程正确,计算错误, 得 6 分。方程错为 1542=M/Z 等,求得 Z=11 或 10,相对分子质量误为 16960 等,只得 4 分。 (8 分) 第 11 题(分) 1.丙酸(1 分) (1 分)

第 8 页 共 8 页

(5 分;芥酸或性信息素结构中的碳数错误扣 2 分,试题要求写电解反应的方程式,因此, 未写 H2 扣 2 分,将 H2 写成 2H 扣 1 分,将 Na2CO3 写成 CO2 扣 2 分;总分最低为零分,不 得负分) 2.芥酸和丙酸氧化脱羧形成摩尔分数相等的 2 种烃基,同种烃基偶联的摩尔分数各占 25% (或 1/4 或 0.25) ,异种烃基偶联形成家蝇性信息素的摩尔分数占 50%(或 1/2 或 0.5) 。 (2 分) 第 12 题(9 分) (每式 1 分,每个命名 1 分,共 9 分)


D:2-溴-2-甲基丙酸 第 12 题(分)

G:2,2-二甲基丙二酸二乙酯(共 9 分)

1. (88.1g/MM)︰(134.4L/22.4L· mol 1)=1︰4(1 分)


MM=58.7g· mol

-1

M 是 Ni (1 分)

(共 2 分)

2.(a)主要原因是混乱度(熵)增加了(从表面化学键角度讨论焓变、熵变和自由能变 化也可) 。 (1 分) (b)氧离子在氧化铝表面作密置单层排列,镍离子有规律地填入三角形空隙(图) 。

(密置层 1 分,填隙 1 分,共 2 分)

1 个“NiO”截面:(2rO2 )2sin120° =(2× 140× 10


-12

m)2sin120° =6.79× 10

-20

m2(2 分)

1m2Al2O3 表面可铺 NiO 数:1m2/6.79× 10
- -

-20

m2=1.47× 1019(1 分)
- -

相当于:74.7g· mol 1× 1.47× 1019m 2÷6.022× 1023 mol 1=1.82× 10 3g(NiO)/m2(Al2O3) (1 分) (共 4 分)

(将 1 个“NiO”截面算成 6.78×10 为 1.48×10 ,不扣分。 )
19

- 20

m ,相应的 1m Al2O3 表面可铺 NiO 数

2

2

第 9 页 共 9 页


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