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第30届中国化学奥林匹克(省级赛区)模拟试题(三)


第 30 届中国化学奥林匹克(省级赛区)模拟试题(三)
第 1 题(13 分) 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: 物质 A 氮元素质量分数 42.4% 氧元素质量分数 48.5%
<

br />B 20.1% 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。再将此 2+ 3+ 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。 1-1 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。 (3 分) 1-2 写出电解生成 A 的电极反应和电解反应方程式。 (1 分) 1-3 试计算写出 B 与 Fe2(SO4)3 反应的化学反应方程式。 (1 分) 1-4 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。 (3 分) 1-5 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 分) 2+ 2A D Cu D 1-6 显酸性,其电离后的阴离子记为 。在 催化下, 能与 O2 反应最终生成 N2O3 。 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。 2N2O3 +…… ③E+D 2F 化学式后完成上述离子反应方程式。 上述三个反应均未配平。 试确定 E、 画出 F 和 N2O3 的路易斯结构式。 (3 分) 第 2 题(12 分) 下列所举六个化合物(记为 A~F)均为短周期 X、Y、Z 三种元素组成,其研究数据如下: 特征 A W(X),% W(Y),% 性质 29.08 40.56 还原性 B 26.41 36.83 还原性 C 20.70 28.87 酸性 化合物 D 19.31 26.93 氧化性 E 36.48 24.44 碱性、 还原性 F 32.37 22.57 中性

2-1 试根据上表确定 X、Y、Z 的元素符号和化合物 A~F 的化学式,并写出分析和计算过 程。 (6 分) 2-2 在水溶液中, 化合物 4 的水溶液能与淀粉-KI 溶液发生反应, 溶液变蓝色。 从理论上讲, 在较高温度时,该反应速率很快。但实验结果很快。但实验结果表明:在较高温度下上述实 验现象不明显。 2-2-1 试写出上述化学反应的离子方程式。 (1 分) 2-2-2 简要叙述实验现象不明显的原因。 (2 分) 2-2-3 为了加快化学反应, 有人在化合物 4 与淀粉-KI 溶液的混合溶液中加入了盐 A 后, 反 应能瞬间完成。 请问 A 为 ; 其离子方程式为 ; 判断上述反应已经完成的方法是 。 (3 分)
1

第 3 题(7 分) 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

+H N
2

O C NH2
H2N

O C NH

O C NH2

(缩二脲)+NH3

同理,也能生成三聚物。 3-1 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。 (3 分) 3-2 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,其中碳、氮、氧元素的质量分数分别为 11.74%、20.54%和 23.47%。红外光谱显示有—OH 吸收峰。Cu 杂化形态近似为 dsp2。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。 (2 分) 3-3 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?(2 分) 第 4 题(11 分) 将 I2S2 与 BeCl2 按物质的量比 1:1 溶于环己烷(溶剂)中得一白色沉淀 A,现对 A 进行分 析: ①将 39.2g 纯净 CaC2O4 溶于稀酸,用未知浓度的 KMnO4 溶液滴定至终点消耗 76.28cm3; ②将沉淀 A 溶于水,立即解离出 I2S2 分离至 250cm3 的锥形瓶中; ③加入过量上述 KMnO4 标准溶液 30.00cm3; ④用 2.325mol/dm3 的 H2O2 回滴消耗 25.21cm3. 4-1 画出 I2S2 路易斯结构式。 (1 分) 4-2 BeCl2 是共价分子,可以以单体、二聚体和多聚体形式存在。 分别画出他们的结构简式, 并指出 Be 的杂化轨道类型。 (3 分) 4-3 若从酸碱反应的角度看,I2S2 与 BeCl2 的反应中, 是酸, 是碱。 (1 分) 4-4 若第③步溶液中存在三种具有相同构型的阴离子,求沉淀 A 的质量。 (2 分) 4-5 若 A 的物质的量恰好是 I2S2 的一半,A 中各元素化学环境相同,试画出 A 的立体结构; (2 分) 4-6 为何 A 溶于水便立即解离出 I2S2,解释原因。 (2 分) 第 5 题(11 分) 无色结晶A(熔点478K)是一元固体强酸(含有两种基团),溶于水和液氨,不溶于乙 醇。在工业上用作酸性清洗剂、阻燃剂、磺化剂。A在室温下较稳定,但在干燥的空气中受 热到533K时,能产生SO3、SO2、N2和H2O。A晶体属正交晶系,晶胞中含有n个A分子,晶
3 胞参数a=806.6pm,b=811.5pm,c=925.5pm,密度为2.13g/cm 。

5-1 试通过计算确定A的分子式。(2分) 5-2 写出A在水溶液中电离方程式并解释A是强酸的原因(1分) 5-3 最近,有化工厂用尿素[CO(NH2)2]和发烟硫酸(溶有SO3的硫酸)为原料合成A的化学工 艺:

2

5-3-1 重结晶用10%~12%的硫酸作溶剂而不用水作溶剂的原因是什么?(1分) 尿素和发烟硫酸的反应步骤是: ①CO(NH2)2(s)与SO3(g) 1:1(摩尔比)发生化合反应生成B。 ②B与H2SO4 1:1(摩尔比)反应生成A。 5-3-2试分别写出反应①和反应②的化学反应方程式。并判断反应①是放热反应还是吸热 反应(1.5分)
0 0 5-3-3上述反应过程应控制反应温度为75~80 C,若温度高于80 C,A的产率会降低,其原因

是什么?(1.5分) 5-4测定产品中A纯度的方法如下:称取7.920g产品配成1000mL待测液,量取25.00mL待测 液 于 锥 形 瓶 中 , 加 入 2mL 0.2mol/L 稀 盐 酸 , 用 淀 粉 碘 化 钾 试 剂 作 指 示 剂 , 逐 滴 加 入 0.08000mol/L NaNO2溶液,当溶液恰好变蓝时,消耗NaNO2溶液25.00mL,此时反应中的氧 化产物和还原产物均相同。 5-4-1试写出测定产品中A的纯度的化学反应方程式,并计算产品中A的质量分数(要求写 出计算过程)。(3分) 5-4-2 以酚酞为指示剂,用 NaOH 溶液进行酸碱中和滴定也能测定产品中 A 的纯度,但测 定结果通常比 NaNO2 法偏高,原因是 A 中混有某种杂质。请问该杂质是什么?为什么?(1 分) 第 6 题 (6 分) 6-1 CH3SiCl3 和金属钠在液氨中反应,得到组成为 Si6C6N9H27 的分子,此分子有一条三重 旋转轴,所有 Si 原子不可区分,画出该分子结构图(必须标明原子各类,H 原子可不标) , 并写出化学反应方程式。 (2 分) 6-2 金属钠和(C6H5)3CNH2 在液氨中反应, 生成物中有一种红色钠盐, 写出化学反应方程式, 解释红色产生的原因。 (2 分) 6-3 最新研究发现,高压下金属 Cs 可以形成单中心的 CsF5 分子,试根据价层电子对互斥 理论画出 CsF5 的中心原子价电子对分布,并说明分子形状。 (2 分) 第 7 题(14 分) CuO 和 Ba(NO3)2 以摩尔比 1:1 混合,加热溶解于稀硝酸中,将获得溶液进行喷雾冷冻 成小颗粒,并低温干燥。干燥后物质移入铂坩埚中,在 1.0× 105 Pa 的氧气中加热至 620℃, 并保温 18 小时。获得固体物质 A 和 B 的混合物,分离得到物质 A 和 B。 元素和结构分析表明,物质 A 由 Ba、Cu、O 三种元素组成,Cu 原子位于由 O 原子构 成的四边形的中心,四边形通过共棱组成一维的铜氧链,Ba 位于链之间。将 1.00 g A 与足 量 KI 混合,在氩气气氛下滴入 3 mol/L 盐酸,直至固体完全溶解,得到溶液 S(反应式 1) 。 溶液 S 加水稀释,得到白色固体沉淀 C(反应式 2) 。溶液 S 加入少量淀粉,得到蓝色溶液, 用 0.100 mol/L 硫代硫酸钠溶液滴定,消耗 44.54 mL(反应式 3) 。若 A 先用盐酸溶解(反 应式 4) , 再滴入碘化钾溶液 (反应式 5) , 直接得到含有沉淀 C 的溶液, 该溶液用 0.100 mol/L 硫代硫酸钠溶液滴定,消耗 26.72 mL。
3

物质 B 在 20 vol%氧气 + 80 vol%氨气混合气氛保护下缓慢加热至 820℃,失重 9.45% (反应式 6) ,得到物质 D,而缓慢降温至 400℃后,又恢复至原重量。 原子量:Ba-137.33,Cu-63.55,O-16.00 7-1 写出 A、B、C 和 D 的化学式。 (4 分) 7-2 写出反应 1~6 的反应方程式(溶液中反应必须用离子方程式表示) 。 (3 分) 7-3 在上述滴定实验中,用硫代硫酸钠溶液滴定到接近终点时,常加入少量 KSCN,以提 高测定精确度,阐明原理及必须在接近终点时才加入 KSCN 的理由。 (2 分) 第 8 题 ( 10 分) MAX(M 代表过渡金属元素,A 代表主族元素,X 代表碳或氮)相是一类备受关注的 新型陶瓷材料。由于独特的层状晶体结构,其具有自润滑、高韧性、可导电等性能,可作为 高温结构材料、电极材料和化学防腐材料。某 MAX 相材料含有钛、铝、氮 3 种原子,属六 方晶系, 钛原子的堆积方式为…BACBBCABBACBBCAB…, 其中 A、 B、 C 都是密置单层。 氮原子占据所有的正八面体空隙, 而铝原子占据一半的三棱柱空隙。 如果钛原子层上下同时 接触氮和铝原子,则沿着晶胞 c 轴方向,铝和氮原子的投影重合。 8-1 写出该化合物的化学式,及每个正当晶胞中的原子种类和个数。 (3 分) 8-2 沿着晶胞 c 轴方向,画一条同时含有 Al 和 N 原子的直线,标出直线上的原子排列(无 需考虑原子间距离,直线上总原子数不少于 10 个,Al、Ti、N 分别用○、△、□表示) 。 (3 分) 8-3 已知 Ti、 N 原子之间的平均键长为 210.0 pm, Ti、 Al 原子之间的平均键长为 281.8 pm, 估算晶体的理论密度(原子量: Ti-47.87,Al-26.98, N-14.01, NA = 6.02× 1023 mol-1) 。 (4 分) 第 9 题(12 分)如图所示,无摩擦、无质量的活塞 1,2,3 和 4 将反应器隔成甲、乙、丙和丁 4 部分,分别进行反应 A(g) + B(g) C(g) 起始时物质的量已标在图中。某温度和 100kPa 下实现平衡时,各部分的体积分别为 V 甲、 V 乙、V 丙和 V 丁。这时若去掉活塞 1 或 3,均不会引起其他活塞移动。 1 x mol B 3 mol C 1 mol A 3 mol B 2 1 mol A 8 mol B 3 a mol A B mol B y mol C 丁 4

甲 甲





9-1 已知平衡常数 K 和反应商 Q,如何判断反应进行的方向?(3 分) 9-2 求算 V 甲、V 乙之比; (3 分) 9-3 求算 y 值; (3 分) 9-4 去掉活塞 2 后再次达到平衡时,活塞 3 向哪个方向发生了移动?试通过计算加以解释, Θ 可以假定反应的 K 等于 1。 (3 分) 第 10 题(4 分) 写出下列反应(a)中 A、反应(b)中主要产物 B、(c)中主要产物 C 的结构简式。

4

(a)

OH N NH2 + N

Cl N Cl Et3N CH2Cl2 A
N O N N

-(CH3)2NH
(b)
OH N NH2 + N Cl N Cl Et3N CH2Cl2 B

(c)
OH N NH2 + N Cl N Cl Et3N CH2Cl2

c
第 11 题(10 分) A 通过下列反应转化为 F。F 是一种无旋光性的化合物,用 NaBH4 还原或与 CH3MgI 反应均 得到无旋光性的产物。 (10 分)
HNO3 H2SO4(浓) KMnO4 H+ KMnO4 H
+

C7H8 (A) Na

Fe + HCl

C7H7NO2 (B)

NaNO2 HCl

O (C) K2CO3

- CO

C10H8 (D)

C2H5OH H+

C2H5OH

C14H18O4 (E)

NaOC2H5 1) OH- / H2O C2H5OH 2) H+ /

C9H8O (F)

11-1 试推断 A、B、C、D、E、F 的结构: (6 分) 11-2 (B)在与 NaNO2 + HCl 作用后,所得产物在弱碱性条件下形成活性中间体 G。中间 体G被
O

俘获生成 C,该反应名称为

反应。 (1 分)

11-3 试解释活性中间体 G 具有高反应活性的原因(3 分)

5


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