高中化学竞赛全真模拟试题(一)

高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座

全真模拟试题(一)
? ? ? ? 竞赛时间 3 小时。迟到超过半小时者不能进考场。开始考试后 1 小时内不得离场。时间 到,把试卷(背面朝上)放在桌面上,立即起立撤离考场。 试卷装订成册,不得拆散。所有解答必须写在指定的方框内,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处。 允许使用非编程计算器以及直尺等文具。
1.008

He 4.003 O Ne B C N F Li Be 6.9419.012 10.8112.0114.01 16.0019.00 20.18 Al Si P S Cl Ar Na Mg 26.9828.09 30.97 32.0735.45 39.95 22.99 24.31 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 39.1040.08 44.96 47.8850.94 52.00 54.94 55.85 58.93 58.69 63.55 65.39 69.72 72.61 74.92 78.96 79.9083.80 Sn Sb Te I Xe Ru Rh P d Ag Cd In Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc 85.4787.62 88.9191.22 92.91 95.94 98.91101.1 102.9106.4 107.9 112.4 114.8118.7 121.8127.6 126.9 131.3 Hf Ta W Re Os Ir P t Au Hg Tl P b Bi P o At Rn Cs Ba [210] 132.9137.3La Lu 178.5 180.9 183.9186.2 190.2 192.2 195.1 197.0 200.6 204.4 207.2 209.0 [210][210] [222] Fr Ra [223] [226]Ac-Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt H

相 原 质 对 子 量

第 1 题(12 分)最近出版的“重大发现记实”中,Cute 教授发表了关于外星文明遗迹的 研究结果。他认为外星人与人类非常相似,他们可能在亿万年前来过地球,留下了非常奇异的 碑记。 一些碑文已经破译被证明是外星人当地大学的大学生所用的普通化学教科书的几章。 这 些内容的最初几行就相当今人, 看上去象是那个奇妙的世界里的物质定律, 与我们的星球所遵 循的规律不同。特别是原子结构也用四个量子数来描述,只有一个重大的区别: n=1,2,3?? L=0,1,2,3,?,(n-1) M=-2L,-(2L-1),?,-1,0,+1,?,+(2L-1),+2L MS=+1/2,-1/2 Cute 教授允诺要继续发表相关研究,一旦他找到了财政支持,将继续他的破译工作并描 述出 X 星球上的周期表和一些基础化学内容。然而以揭示的碑文内容就足以预见一些重要事 实。 1-1 1-2 试创造出 X 周期表的前两个周期,为简便起见,用我们的化学符号来表示与我们原 猜测在那里可用作洗涤和饮用的 X-水可能是什么?写出全部可能,并说明理由。
-1 -

子有相同电子的 X 原子;

依据你所构造的 X 周期表,写出他的化学式。 1-3 写出“甲烷(X 的氢化物)在氧气中燃烧”的反应,这是给人类提供能量和热源的 主要过程;解释你选择 X 元素的原因?

第 2 题(13 分)光气学名“碳酰氯” ,化学式 COCl2,是窒息性毒剂之一。 2-1 光气化学性质活泼,具有酰卤的典型反应,易发生水解、氨解和醇解。 ; ; ; ,异 (1)光气与足量乙醇反应所得产物的化学名称是 (2)光气与足量氨气反应的化学方程式 (3)足量苯在 AlCl3 催化剂作用下与光气反应所得产物的结构简式 (4)光气与苯胺分两步反应可得异氰酸苯酯,中间产物的结构简式是 氰酸苯酯的结构简式是 2-2 。

实验室可用四氯化碳和发烟硫酸(H2SO4·SO3)反应制备光气,写出化学方程式。

2-3

BTC 是一种稳定的白色结晶体,熔点为 78~82℃,沸点为 203~206℃。1mol BTC

可在一定条件下分解产生 3mol 光气,所以又被称为“三光气” 。工业上可以利用碳酸二甲酯 的氯代反应制备 BTC。BTC 的反应活性与光气类似,可以和醇、醛、胺、酰胺、羧酸、酚、 羟胺等多种化合物反应,因此低毒性的 BTC 在化学反应中完 全可替代剧毒(被禁用)的光气合成相关的化工产品。 (1)BTC 分子中所有氯原子都等价,试写出结构简式 (2)除毒性外,BTC 比光气还有什么优点? (2) (1)

2-4

2004 年 6 月 15 日福建省物质结构研究所(简称物构所)一下属企业,因实验操作
-2 -

260 COCl2(g) 不当造成有毒光气泄漏。 造成1人死亡, 多人送医院救治。 光气遇热按照下式分解: =CO(g)+Cl2(g),Kp=4.44×10- (668K,K 为标准平衡常数) ,在密闭容器中,当混合气体 总压力为 300kPa 时,计算该混合气体的平均分子量。
2

第 3 题(9 分)在真空下,在 230℃时分解,CsB3H8 可产生下列化学反应: □CsB3H8 3-1 3-2 □Cs2B9H9+□Cs2B10H10+□Cs2B12H12+□CsBH4+□H2

配平上述反应。单线桥标明电子的转移方向和数目。 不用硼氢化物的钠盐进行实验的原因是

3-3

B9H92-离子可通过 B10H102-离子的热分解得到。已知 B9H92-为三角棱柱的三个面上
2- 2- 2-

带三个“帽子” ,而 B10H10 的结构为上下两个四边形在上下各带一个“帽子” 。两种离子围成 的封闭多面体均只有三角形面。则 B9H9 离子较 B10H10 离子 “不稳定”。 ) 3-4 B12H122-是一个完整的封闭二十面体,可用 NaBH4 与 B2H6 反应制备其钠盐。已知产 物中化合物只有一种。试写出制备 Na2B12H12 的化学反应方程式。 (填“稳定”或

第 4 题(9 分)化合物

(A)是我国蟾蜍皮中的一种物质,由

(B)合成该化合物的路线如下: B ?a C ?? D ?LiAlH4 ? E ?2CH?/? ? F ?b A ?? ?? ?? ?? ? 3Cl 吡啶 ? 4-1 写出 C~F 各物质的结构简式;

-3 -

4-2

写出 a、b 的反应条件或使用的无机试剂;

4-3

E→F 中吡啶(

)的作用是什么?

第 5 题(10 分)疏水作用是决定生物分子的结构和性质的重要因素,特别是在蛋白质的 折叠,药物分子与受体(蛋白质、DNA 等)的相互作用中扮演着重要的角色。非极性化合物 例如苯、环己烷在水中的溶解度非常小,与水混合时会形成互不相溶的两相,即非极性分子有 离开水相进入非极性相的趋势,即所谓的疏水性(Hydrophobicity) ,非极性溶质与水溶剂的相 互作用则称为疏水效应。 5-1 有关相似相溶原则可以用热力学自由能的降低来理解。 △G<0; G=△H-T△S, ( △ 式中Δ H是焓变,代表降低体系的能量因素;Δ S是体系熵增的因素。在常温下(25°C) ,非 极性溶质溶于水焓的变化(△H)通常较小,有时甚至是负的,似乎是有利于溶解的;但实际 上溶解度不大!请分析原因。

5-2

疏水基团之间的相互作用通常被认为是没有方向性的,但是最近对剑桥晶体结构数

据库(CSD)和蛋白质晶体结构数据库(PDB)的研究发现,疏水作用是有方向倾向性的。请 分析富电子的吲哚芳环与苯环、缺电子的恶唑环与苯环的可能接触方式,画出示意图。

5-3
+ +

下面的研究有助于进一步揭示疏水效应和疏水作用的本质。芳香化合物在水中的溶 。

解度其实也不是很小,这取决于相互间的氢键作用,该氢键是因为什么而产生?_________; Na ,K 等阳离子能与有些芳香化合物很好的互溶取决于

第 6 题(10 分)今有一金属卤化物 A,在水溶液中完全电离,生成一种阴离子和一种阳 离子,个数比为 4∶1。取 4.004g A 溶于水,加入过量 AgNO3 溶液,生成 2.294g 白色沉淀。
-4 -

经测定,阳离子由 X 和 Y 两种元素构成,结构呈正方体状,十分对称。任意两个相离最远的 X 原子的连线为此离子的三重轴,任意两个相离最远的 Y 原子的连线为此离子的四重轴(n 重轴表示某物质绕此轴旋转 360°/n 的角度,不能察觉其是否旋转过) 。 6-1 6-2 6-3 6-4 写出 A 的化学式 写出 X 和 Y 的元素符号 (阴阳离子分开写) 、

在右框中画出 A 溶液中阳离子的结构: 小明把一种常见含 X 的二元化合物的晶胞去掉所 。

有的 X 原子,发现剩余部分与 A 溶液中阳离子的结 构竟十分相似。这种常见二元化合物是 6-5 么样的作用力,并简略说明你的依据: 你认为 A 溶液中阳离子中,同种原子间存在着什

第 7 题(6 分)科学家预言,燃料电池将成为 20 世纪获得电力的重要途径。因为燃料电 池有很多的优点。它的能量转化率比火力发电高一倍多,环境污染少,节能。按燃料电池化学 成分的不同,有氢、一氧化碳、联氨、醇和烃等类型;按电解液的性质不同,可分为碱性、酸 性、熔盐和固体电解质、高聚物电解质、离子交换膜等类型。 以渗透于多孔基质惰性导电物材料为电极,用 35%~50%KOH 为电解液,天然气和空气 为原料,构成的电池为碱性燃料电池。请写出: 阳极反应: 电池总反应式: ;阴极反应: 。 ;

用两种或多种碳酸盐的低熔点混合物为电解质,例如 Li2CO3 52%、Na2CO3 48%,采用吸 渗锦粉作阴极,多孔性氧化镁作阳极,以含一氧化碳为主要成分的阳极燃料气,混有 CO2 的 空气为阴极燃气,在 650℃电池中发生电极反应,这种电池在国外已经问世。请写出有关的反 应式。 阳极反应: 电池总反应式: ;阴极反应: 。 ;

第 8 题(9 分)有强烈气味的无色液体 A 在 100℃蒸馏时,其组成不变。此液体的蒸气密 度(相对于空气)随温度而改变,100℃时为 1.335,20℃时为 1.50。若将液体加到新制的氢氧 化铜(取化学计量的碱)中,沉淀溶解,形成淡蓝色溶液。将 1g 液体 A 与过量浓硫酸在一起 加热时,放出密度(相对于空气)为 0.966 的气体 360mL,若将 1g 液体 A 加到含过量 MnO2
-5 -

的硫酸溶液中,则放出同样体积的、比前一种气体重 1.57 倍的另一种气体(体积均以标准状 态计) 。 8-1 确定液体 A 的组成,并以必要的计算和反应的化学方程式证明答案。

8-2 化?

为什么蒸馏时此液体的组成不变?为什么它的蒸气的相对密度随温度的变化而变

第 9 题(14 分)日本的白川英树等于 1977 年首先合成出带有金属光泽的聚乙炔薄膜,发 现它具有导电性。这是世界上第一个导电高分子聚合物。研究者为此获得了 2000 年诺贝尔化 学奖。 9-1 9-2 9-3 9-4 9-5 写出聚乙炔分子的顺式和反式两种构型。再另举一例常见高分子化合物,它也有顺 若把聚乙炔分子看成一维晶体,指出该晶体的结构基元。 简述该聚乙炔塑料的分子结构特点。 假设有一种聚乙炔由 9 个乙炔分子聚合而成, 聚乙炔分子中碳–碳平均键长为 140pm。 如果 3 个乙炔分子聚合,可得到什么物质。并比较与由 9 个乙炔分子聚合而成的大 反两种构型(但不具有导电性) 。

若将上述线型聚乙炔分子头尾连接起来,形成一个大环轮烯分子,请画出该分子的结构。 环轮烯分子在结构上有什么共同之处。

-6 -

第 10 题(8 分)称取含铅试样 0.500g,用 HNO3 溶解,然后用 1mol/LNaOH 溶液将试液 调至中性。①加入足量 K2CrO4 溶液,铅完全生成铬酸铅沉淀;②将沉淀过滤洗净,用酸溶解, 调节溶液为酸性;③再加入足量的 KI 溶液,释放出 I2;④用 0.100mol/LNa2S2O3 溶液滴定至 终点时,消耗 30.0mL。 10-1 10-2 写出上述①、②、③、④步主要离子反应方程式; 写出该含铅试样中 Pb 的质量分数计算式和结果。

参考答案: 1-1 n=1,L=0,M=0 n=2,L=0,M=0 n=2,L=1,M=0,+1,-1,+2,-2 第一周期:H、He(2 分) 第二周期:Li、Be、B、C、N、O、F、Ne、Na、Mg、Al、Si(2 分) 1-2 氢在两种情况下都一样,但是哪一个 X 元素可以作氧的替代物?至少有三种元素与 “我们的氧”具有相同的性质:Mg(其核外层少 2 个电子) ,Ne(只有一个充满 p 轨道) ,还 有 Na,因为它位于上述二者之间,其性质一定与二者有相同之处。因此,有三个明显的“侯 选者”去作为“X—水” 分) 2Mg、H3Na、H4Ne(1 分) (3 ;H 。目前,至少在 Cute 教授的进一 步研究之前,我们还不能确定哪一个是最好的选择。 1-3 现在,我们必须去寻找与生命相关的元素 X-碳,选择是唯一的。因为我们需要当 外层所有电子均为未成对电子对而形成杂化态时具有最大成键可能的元素,只有 O 能满足这 样的条件,它以 sp5 杂化形成 X-甲烷(1 分) ;化学式为 OH6(1 分) 。所以 Mg 代替 X-氧
-7 -

为例,可得如下的反应: X-甲烷在镁中燃烧:OH6+3Mg2=OMg3+3H2Mg(2 分) 2-1 (1)碳酸二乙酯(1 分) (2)COCl2+4NH3 → NH2CONH2+2NH4Cl(1 分) (3) (4) 2-2 2-3 -CO- -NHCOCl (1 分) -N=C=O(2 分)

CCl4+H2SO4·SO3 →COCl2+2ClSO3H(或 HCl+SO3) 分) (2 (1)Cl3C-O- -O-CCl3(1 分)

(2)BTC 常温下为极稳定的固体物质,便于贮运(1 分) ,使用安全,无污染。 2-4 COCl2(g) 起始 平衡 1mol 1-x CO(g)+Cl2(g) 0 x 0 x

平衡时总的物质的量 n(总)=1+x(1 分)

p x 2 ? ) ? p x 2 (1 分) p 1? x Kp ? ? ? p 1? x p 1? x2 ? p? 1 ? x (
x=0.121mol(1 分)

M r ? 88 (1 分)
3-1 20CsB3H8
70e

2Cs2B9H9+2Cs2B10H10+Cs2B12H12+10CsBH4+35H2(2 分) ;

20 CsB3H8

(1 分)

最小系数分别为:16、2、1、1、8、28;电子转移数为 56e。 3-2 3-3 3-4 (根据阴阳离子大小匹配原则)铯盐较钠盐稳定(2 分) 不稳定(2 分) 2NaBH4+5B2H6 Na2B12H12+13H2(2 分)

4-1

C:

D:

-8 -

E:

F:

(各 1 分)

4-2 4-3 5-1 5-2

a:Fe+HCl(还原-NO2) b:浓 H2SO4(各 1 分) 吡啶用于吸收反应中产生的 HCl(1 分) 非极性分子进入水中会导致周围水分子呈有序化排列使熵大量降低(△S<0=,自 边对面的 T 型方式 面对面地平行接触(4 分)

由能的变化(△G)最终是正值(3 分)

5-3 (1 分) 6-1 6-2

非极性基团芳环的π 电子可以与水分子形成弱的氢键,从而增加了芳香化合物在水
+ +

中的溶解度(2 分) ;芳环的π 电子还可以与 Na ,K 等阳离子形成较强的非共价键相互作用 [Mo6Cl8]Cl4(2 分) (阴阳离子分开写) Cl、Mo(各 1 分)

6-3 6-4 NaCl(2 分) 。

(2 分)

6-5 Mo 之间存在着金属-金属键,否则不能形成上述阳离子,静电作用将使它们分开。 Cl 之间只有普通的静电排斥作用,不成键。相比 Mo-Mo 和 Mo-Cl,Cl 之间的距离太大了, 不可能形成化学键。 分) (2 7 阳极反应:CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O;阴极反应:O2+2H2O+4e-=4OH-; 电池总反应式:CH4+2O2+2OH-=CO3 -+3H2O。 阳极反应:CO+CO3 --2e-=2CO2;阴极反应:O2+2CO2+4e-=2CO3 -; 电池总反应式:2CO+O2=2CO2。 (各 1 分) 8-1 A 溶液是含 HCOOH 74%的恒沸溶液(3 分) HCOOH ?浓硫酸? CO↑+H2O(1 分) ? ? 2HCOOH+Cu(OH)2=(HCOO)2Cu+2H2O(1 分)
-9 2 2 2

HCOOH+MnO2+H2SO4=MnSO4+CO2↑+2H2O(1 分) 8-2 (3 分) 9-1
C C C C C C C C

一定压力下,恒沸溶液有恒定的组成,不能用蒸馏法分离。在溶液或蒸气中存在二

聚甲酸(HCOOH)2,随着温度的升高,二聚甲酸不断解离成 HCOOH,故蒸气密度逐渐减小。

(顺式)

C C C

C C C

C

C

(反式) (各 1 分) (各 1 分)

(顺式)天然橡胶 9-2 9-3 -CH=CH-CH=CH-(2 分)

(反式)杜仲胶

聚乙炔的结构单元是 CH,每个碳原子轨道都是 sp2 杂化,形成了三个共平面的,夹角

约 120° 的杂化轨道,这些轨道与相邻的碳氢原子轨道键合构成了平面型的结构框架。其余未成 键的 pz 轨道与这一分子平面垂直,它们互相重叠,形成长程的π 电子共轭体。 分) (3

9-4

(3 分)

9-5

苯(1 分)

具有相同的对称要素(六重轴) ;都有 3 个顺式双键(苯看作单双键,轮烯还有六个反式 双键) 分,答出一点,其它合理答案也可以) (1 10-1 10-2 ①Pb +CrO4 =PbCrO4↓ ②2PbCrO4+2H =2Pb +Cr2O7 +H2O
2- 3+ 2- 2- + - - ③Cr2O7 +14H +6I =2Cr +3I2+7H2O ④2S2O3 +I2=S2O4 +2I (各 1 分) 2+ 2-


2+

2-

Pb~3S2O32



207.2×[0.100×0.0300/3]/0.500(2 分) w(Pb)=41.4%(2 分)

- 10


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