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2014年扬子石化杯第28届中学化学奥林匹克竞赛江苏赛区夏令营暨选拔赛试题


第 1 题(8 分) 硅元素在地壳中的含量仅次于氧而居于第二位。硅是古老而又年轻的元素, 它既是金砖汉瓦的组成元素,又在现代信息工业中有广泛的应用,请回答以下问题: 1-1 硅原子的最外层电子排布为 ;SiF4 的几何构型为 ,其中 Si 原子 的杂化轨道为 ; SiO2 是硅最重要的化合物, 它熔点高、 硬度大, 是典型的 晶 体。 第 2 题(14 分)铬元素能增加钢铁的抗腐

蚀性,适量锰元素可增加钢铁的硬度,这两种元素的 含量是不锈钢品种的重要指标。可用以下方法来分析钢材中 Cr 和 Mn 的含量。 称取 2.500g 钢材样品,将其溶解并将其中的 Cr 和 Mn 氧化为 Cr2O72-和 MnO4-,再通过适当 的操作配制成 100.00mL 溶液 A。移取 A 溶液 50.00mL,调节 pH,加入过量的 BaCl2 溶液, 期 中 的 铬 完 全 沉 淀 为 2.910gBaCrO4 。 再 取 A 溶 液 25.00mL , 在 酸 性 条 件 下 , 用 含 0.4000mol/LFe2+的溶液滴定,达到滴定终点时,共用去 43.50mL 2-1 写出 Fe2+溶液滴定 Cr2O72-和 MnO4-的离子方程式

2-2 该钢材样品中 Cr%为 %,Mn%为 %。 2-3 含氟牙膏是目前最常见的药物牙膏,欧美国家有 80%的牙膏加有氟化物。其主要作用是 利用刚牙膏中的活性氟促进牙釉质的再矿化,增强牙齿饿抗龋力。制造含氟牙膏时,摩擦剂 不能用碳酸钙或者磷酸钙,因为期中的钙离子容易与活性氟结合,形成非溶性氟化钙,大大 降低牙膏的防龋作用。 已 知 CaF2 的 Ksp=3.4× 10-11 , HF 的 Ka=3.4× 10-4 。 25℃ 时 将 0.31mol/LHF 溶 液 与 0.002mol/LCaCl2 溶液等体积混合, (填能或者不能)产生沉淀,氟化钙在纯水中(忽 略水解)的溶解度为 mol/L,而在 0.01mol/LCaCl2 溶液中的溶解度为 mol/L。 第 3 题(14 分) 某元素 A 有不同的氧化态,A 在配位化学发展中起过重要的作用。1798 年, 法国分析化学家塔索尔特发现将 A 的蓝色无水盐 B 放在 NH4Cl 和 NH3· H2O 的溶液中, 并与 空气接触可制得橘黄色的盐 C。1893 年,瑞士化合价 Alfred Werner 发现往 1molC 溶液中加 入足量的 AgNO3 能沉淀出 3mol 氯离子, 再根据此类化合物的结构分析、 电导研究等, Werner 创建了配位理论,奠定了现代配位化学的基础。 B 在潮湿的空气中会吸湿,颜色逐步变成紫色、紫红色、粉红色,加热后又恢复到蓝色,根 据这一性质,B 常用作干燥剂的干湿指示剂。B 溶于水后加入硝酸银溶液生成白色沉淀 D 和粉红色溶液 E。D 不溶于稀硝酸,E 中加碱性 H2O2 溶液生成棕黑色沉淀 F。F 溶于 HCl 溶液生成 B,并放出黄绿色气体 G。B 与饱和 KNO3 溶液在乙酸酸化的条件下可制得难溶钾 盐 H。 3-1 请写出以下各物质的化学式 B D E F H 3-2 写出 B 制得 C 的化学反应方程式 3-3 写出由 F 制得 B 和 G 的反应方程式

第 4 题(6 分)

4-1 联胺(NH2-NH2)是一种很好的燃料,其燃烧产物为氮气和水,清洁无污染,符合绿色化 学的要求,已知 N-N,N-H,O-H,O=O,N 三 N 的键焓分别为 163.0,388.0,463.0,497.0, 946.0(kJ/mol),请写出联胺燃烧的化学方程式,并计算这一反应的热效应(焓变)

4-2 德国应用化学报道了 KcichiroA 等研究者开发了一款高效能的以联氨为燃料的燃料电 池,有望应用于车辆交通运输。该燃料电池使用碱性介质和 OH-离子交换膜。请写出其负极 的电极反应方程式。

第 5 题(18 分)价电子排布为 5s25p2 的金属元素 M 的二元化合物 A 为白色固体,A 与水作用 生成沉淀 B,B 缓慢溶于浓盐酸,可得到无色溶液 C,若将固体 A 溶于稀硝酸后,再加入硝 酸银溶液,有白色沉淀 D 析出,D 溶于氨水得到溶液 E,酸化溶液 E 又析出沉淀 D。将 H2S 通入溶液 C,有棕色沉淀 F 析出,F 溶于(NH4)2S x 的溶液 G,酸化溶液 G,有气体产生和黄 色沉淀 H 析出,少量溶液 C 加入到 HgCl2 溶液中有白色沉淀 I 析出,继续滴加 C 则白色沉 淀转化为灰黑色沉淀 J。 5-1 写出下列物质的化学式 D E F G H J 5-2 写出 A 与水作用生成 B 的化学方程式 5-3 写出 C 与 HgCl2 反应生成 I 的化学方程式 5-4M 的硫代酸盐(含 MaSb2-的盐)在微孔性材料、无氧分子筛、半导体、光电导体、化学传感 剂、催化、离子交换等方面具有嵌在的应用价值,其典型的阴离子结构为[M2S6]4-二聚离子, 请画出其结构(该结构有对称中心,有两种不同的硫原子)

第 6 题(10 分) 2013 年我国研究人员利用先进原子力显微镜技术在国际上首次实现了 8-羟基 喹啉分子间氢键的实空间成像(图 1),成果发表在国际著名期刊《Science》上,这是科学领 域第一次直接看见氢键,被《Nature》评述为 2013 年科学领域三幅最震撼的图片之一。氢 键是一种重要的分子间作用力,广泛存在并对物质的性质影响很大,因此,该研究成果意义 重大。

根据提议完成如下问题 6-1 8-羟基喹啉晶体属于正交晶系,晶胞参数:a=24.9?,b=28.5 ?,c=3.8 ?;两相邻分子中 O 和 N 的原子坐标分别为(O、 N 下标是原子编号): O1(0.067,0.032,0.097)、 N1(0.033、 -0.050, -0.207) 和 O2(-0.067,-0.032,0.097)、N2(-0.033、0.050,-0.207),据此可计算其氢键键长为 ; 6-2 异氰尿酸也是通过氢键结构的典型代表之一, 在其晶体中异氰尿酸分子通过分子间氢键 形成层状结构(图 2),请在图中画出一个结构基元,该结构基元包含的内容是

6-3 氢键还是产品改良的重要途径, 氟硅酸脲就是典型的例子。 氟硅酸 H2SiF6 具有很好的防 治小麦锈病的药效, 但它易分解而失效, 氟硅酸与尿素反应制得的氟硅酸脲晶体, 易溶于水, 和含量相同的氟硅酸具有相同的防锈药效, 并有许多优越性能而成为氟硅酸的替代产品。 晶 + 2+ 体由[(NH2)2CO]2H 和 SiF6 两种离子组成,其中[(NH2)2CO]2H 是由两个尿素分子俘获一个 质子形成的脲合质子,请画出脲合质子[(NH2)2CO]2H+的结构式:

6-4 与氟硅酸相比,氟硅酸脲保持了药性并减小了腐蚀性,减小腐蚀性的主要原因是

6-5 晶体结构测试表明,氟硅酸脲属于四方晶系,晶胞参数 a=926.3pm,c=1789.8pm,晶体密 度 1.66g/cm3,计算说明一个氟硅酸脲晶胞中包含多少个这样的脲合质子。

第 7 题(8 分) 瑞替加滨,化学名为 N-[2-氨基-4-(4-付苄氨基)苯基]氨基甲酸乙酯,它是一种 神经元钾通道开放剂和 GABA 增强剂类抗癫痫药物,其合成路线如下:

根据所列条件,写出 A、B、C、D 的结构简式

A

B

C

D

第 8 题(20 分)弯曲型液晶化合物被证实为双轴向列相,具有独特的性质和潜在的快速响应, 据报道,我国研究人员近来合成了一系列熔点低、稳定性好的弯曲型液晶化合物,期中一个 目标化合物的合成路线如下:

根据上述反应完成下列题目: 8-1 写出同时满足下列条件的化合物 4 的所有同分异构体①为一取代芳烃衍生物; ②苯侧链 不含有环状物且只有一个官能团;③含有一个手性碳

8-2 写出化合物 A、B、C、D 的结构简式

A

B

C

D

8-3 化合物 1 的系统命名为 8-4 最后一步化合物 D 与化合物 3 反应所属具体反应类型为


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