2003年全国化学竞赛初赛模拟试卷19

2003 年全国化学竞赛初赛模拟试卷(19) 年全国化学竞赛初赛模拟试卷( )
第一题( 第一题(6 分)
O O O

高分子材料 PET 在航空、 机械等领域用途及其广泛。 其结构简式为:

O

n

(1)写出 PET 的单体。 (2)写出合成 PET 单体的化学反应方程式。 (3)在由单体合成 PET 的过程中,可能发生副反应,以至使 PET 合成的产率极低。 请写出该副反应。 (以上反应可以不必写出反应条件,但一定要配平) 第二题( 第二题(8 分) 气体 X 对氢气的相对密度为 22。X 可由下列步骤合成(cat 表示催化剂) : H2+N2
(1)

A

(2)

(3)

O 2 / cat

B

O2

C

(4)

O 2 + H 2O

D

(5)

A

E

(6)

X

试根据题意回答下列问题: (1)X 的化学式为____________;X 分子结构呈___________(型) 。 (2)液态时的 A 能与金属钠反应生成 F,熔融态的 F 能与 X 反应,其中生成一种固 体 G。G 在受撞击时,生成两种单质,其中一种单质能与 Li 在常温下反应。 试写出 F+X→G 的化学反应方程式。 (3)D 在较稀浓度(2mol/L)时能与 Mg 反应生成 X。试写出化学反应方程式。 (4)实验室制备少量的 X,可将 B 通入 K2SO3 溶液中制得。请写出该反应的化学方 程式。 第三题( 第三题(10 分) 当前,由于全球温室效应的影响,科学家正在致力于 CO2 一碳化学的技术研究,将 过多的 CO2 转化为人类所需要的物质,取得了一定成果。 (1)据 2002 年 6 月 17 日的《中国环境报》报道,中国科学院广州化学研究所优秀 “海归”科学家孟跃中博士成功进行了世界上首次“CO2 聚合与利用”的工业化生产,制 成了性能与聚乙烯相似,且能生物降解的塑料,不但解决了 CO2 的环境问题,也解决了 CO “白色污染” 问题。 请问: 2 在催化剂作用下生成聚合物的最本质的原因是__________。 (2)利用电化学法电解二氧化碳,使之转变成其他可溶于水的物质。在丙烯碳酸酯 和乙腈介质中,用铅做电极电解二氧化碳,其过程如下: - — — — — - — CO2+e =CO2 (慢) ;CO2 +CO2 =(CO2)2 ;(CO2)2 +e =C2O42 ①在二氧化碳的电解过程中,有机相介质与水相哪一个更好?解释其原因。 — ②在研究中发现,有 CO、CO32 生成,请用化学方程式表示其机理; — ③在水相中,二氧化碳大多被还原成甲酸根(HCOO ) ,请推导其机理。 第四题( 第四题(8 分) 在催化剂作用下, 将丙酮装到钢管中加热到 7500C 左右时可生成等物质的量的 A 和 B 两种物质。经分析,物质 B 中氢、氧元素的质量分数分别为 4.76%和 38.1%。将 B 和乙醇 反应可得到 C,C 和水反应又可生成乙醇和 D,B 和水反应也能生成 D。D 与 NaOH 反应
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生成 E,固体 E 和固体 NaOH 受热生成 A。 (1) 试确定 A~E 的化学式: A________; B_______; C_______; D______; E______。 (2)写出下列反应方程式:①B→C②C→D③B→D (3)B 能发生双分子加成反应,试写出化学反应方程式。 第五题( 第五题(18 分) 科学探索是艰辛而又漫长的, 科学家对 H2O2 的认识就经历了较为漫长的过程。 最初,
H 化学家对 H2O2 的结构提出了两种观点:① H O O ;②H O O H。式中



示配位键。已知在化学反应中 O—O 键遇到还原剂时易断裂。 化学家 Baeyer 和 Villiger 为研究 H2O2 的结构,设计并完成了下列实验: a:制取(C2H5)2SO4:将 C2H5OH 与浓 H2SO4 反应,同时还生成水。 b:将制得的(C2H5)2SO4 与 H2O2 发生反应,生成化合物 A 和 B。其中,B 呈酸性,且 与酸化的 BaCl2 溶液作用,产生白色沉淀。 c:将生成的 A 与 H2 反应。已知该反应中 H2 作还原剂。 试根据上述信息回答下列问题: (1)试用电子式表示①、②两种结构式: ①的电子式为_________;②的电子式为_________; (2)根据所学知识,a 步实验的化学反应为___________________________,属于 _______反应;(C2H5)2SO4 属于______类物质。 ( 3 ) a 步 实 验 的 操 作 中 , C2H5OH 与 浓 H2SO4 相 混 和 的 操 作 步 骤 是 ______________________,原因是______________________________________________; (4)b 步实验的化学反应方程式为_________________________________________, 该反应属于_______________反应类型。A 物质的结构简式为_______________。 ( 5 ) 如 果 H 2O 2 的 结 构 如 ① 所 示 , 则 c 步 实 验 的 化 学 方 程 式 为 _________________________;假如 H2O2 的结构如②所示,则 c 步实验的化学方程式为 _________________________________。 (6)为了进一步确定 H2O2 的结构,还需在 c 步实验后,添加一步实验 d,则 d 步实 验的方案是__________________________________________________。 (7)H2O2 的结构如右图所示。若 H2O2 分子的两面角为α,两个∠ OOH 均为β,O—H 键长为 r1 pm,O—O 键长为 r2 pm。则两个氢原子之
H O

间的距离为___________pm。 (8)近年来,化学家通过研究发现,H2O2 能与许多盐结合,形成 过氧化氢合物,如 Na2CO3·xH2O2,它可消毒、漂白或作 O2 源……,国外的洗衣粉中一 Na xH xH (Na2CO4 般都添加上述过氧化氢合物。 有人认为: 2CO3· 2O2 其实应该是 Na2CO4· 2O 叫做过氧碳酸钠) 。请你设计一个实验证明该结论的正确性(只要求简述实验方案) 。 第六题( 第六题(10 分) A 是最高价氧化物的水合物, 其成酸元素 X 位于 VI A 族, A 中的质量分数为 54.5%。 在 A 的浓溶液与金属 B 反应,可得 C 和 X 的氧化物 D。已知金属 B 在 C 中呈+3 价,87.0g A 与足量的 B 反应, 最终可生成 82.3g C。 若将 A 和 B 在盐酸介质中反应, 可生成 D 和 E。
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已知 E 中阴离子呈平面正方形,B 位于正方形中心。 (1) 写出 A~E 的化学式: A_________; B________; C_______; D_______; E_______; A+B→C+D;A+B+HCl→D+E 的化学反应方程式。 (2)写出 (3)A+B+HCl→D+E 反应中,可能会有一种气体单质产生。该单质是什么?为 什么? 第七题( 第七题(10 分) A 是卤化物,可写为 YClx,在 NaOH 溶液中加热可得到化合物 B。若将 1.29g A 加到 足量水中,再加入足量的 CaCO3 悬浊液,可得到 224mL 气体 C,该气体对空气的相对密 度为 1.52。 (1)试确定 A~C 的化学式:A__________;B__________;C_____________。 (2)写出 A 与 CaCO3 悬浊液反应的化学方程式。 (3)简述 A 能够与 CaCO3 悬浊液发生反应的原因。 第八题( 第八题(10 分) -3 将标准状况下 11.2L NH3 气体溶于 100mL 水中,得到密度为 0.868g·cm 的氨水。 -1 取上述氨水 30mL 与 70mL 2mol·L 的 AlCl3 溶液相混合,生成 a g 沉淀,则 a 数值为 ___________;往上述反应后未过滤的浊液中加入 V mL 5mol·L-1 的 NaOH 溶液后,沉 淀物的质量仍为 a g。则 V 的取值范围(或某一确定值)为___________________。 第九题( 第九题(6 分) 已知 CO2 的水溶液,H2CO3 能发生电离: H2CO3 H++HCO3- pKa1=6.35 2- - + HCO3 H +CO3 pKa2=10.33。 CO2 的水溶液中,[H2CO3]+[HCO3-]+[CO32-]=K(常数) 在 。为方便计算,假定 K =1mol/L。 (1)试计算当 pH=3~13 时,HCO3-的浓度; (2)试计算当 pH 值等于多少时,HCO3-浓度最大?其值为多少? - - (3)画出 pH 与[HCO3 ]物质的量分数 x([HCO3 ])关系曲线。 第十题( 第十题(10 分) 标准生成热是指某温度下, 由处于标准状态的各种元素的最稳定状态的单质生成标准 状态下单位物质的量(1mol)某纯物质的热效应。放热用“-”表示,吸热用“+”表 示。已知某含碳、氢、氧三元素的有机物 X 3.00g 燃烧放出热量 46.32kJ。已知 X 中没有 O—O 和 O—H 键。 又知 X 的摩尔燃烧热为-926.4kJ/mol, 2 和 H2O 的标准生成热分别 CO 为-393.5kJ/mol、-241.8kJ/mol;X 的标准生成热为-344.2kJ/mol。 (1)确定 X 的分子式。 (2)写出 X 可能的同分异构体。 (3)确定 X 的结构。 (4)写出分子中各种元素的物质的量与能量的关系式,并用能量关系验算其结果的 正确性。 第十一题( 第十一题(4 分)
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1962 年英国青年化学家巴特列第一次制得了 XePtF6 化合物,突破了“惰性元素”的 禁区。此后人们相继合成了氙的系列化合物,以及原子序数较大的稀有气体氪、氡的化合 物。对于原子序数较小的氦、氖尚未制得化合物。有人从理论上预言了它们的化合物是可 以制得的。不久澳洲国立大学的拉多姆宣布了化学上一奇闻,氦能够与碳结合形成分子。 + + + 像 CHexx 不仅存在,而且能够用实验手段观察到,并借助计算机算出了 CHe33 、CHe44 + + 的键长分别为:0.1209 nm,0.1213 nm。如果 CHe33 、CHe44 果真存在的话,请你写出它 们的立体结构式,并完成下列化学方程式: + (1)CHe44 +H2O→ + (2)CHe44 +HCI→

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参考答案
O O O OH O O O HO

第一题(1) 第一题
O

(2)
HO

O OH

+
O

HO

OH

HO

+H2O
OH

O

O OH O

O O

(3)

HO

O

+ H 2O

第二题

N NaNH2+N2O=NaN3+H2O; 10HNO3(稀)+4Mg=4Mg(NO3)2 (1) 2O; 直线型; (2) (3) K CO (4) 2SO3+2NO=K2SO4+N2O 第三题 (1) 2 分子有 C=O 双键。 +N2O↑+5H2O; CO2-,甚至(CO2)2-会很容易夺去 (2)①有机相介质更好。因为在水相中,生成的 水中的活泼氢(H+) ,生成 HCO2 或 H(CO2)2,从而无法将反应进行下去,故不宜用水相 - - CO+CO32-;③CO2 电解 CO2,用有机相作为介质是较好的选择。②CO2 +CO2 +e→CO2-,CO2-+e→CO2 -;CO2 -+H+→HCOO-。 第四题 (1)A:CH4;B:CH2=C=O;C:CH3COO2H5;D:CH3COOH;E:CH3COONa; CH3COOC2H5 ; ② CH3COOC2H5 + ( 2 ) ① CH2 = C = O + C2H5OH H2O C2H5OH+CH3COOH;③CH2 =C=O+H2O=CH3COOH; (3)2CH2=C= H H2C C CH2 O 第五题(1)H O O ;H O O H; 第五题 O C O
O
2 2

O C2H5 O S O C2H5 [(C2H5)2SO4];酯化反应(或取 O

(2)2C2H5OH+HO S OH
O

代反应) ;酯类; (3)将浓硫酸慢慢加到乙醇中,并搅拌;因为浓硫酸的密度比乙醇大, 且反应放热, 搅拌可使温度降低, 防止副反应和乙醇被浓硫酸氧化; (C2H5)2SO4+H2O2 (4) →(C2H5)2O2+H2SO4;取代反应;(C2H5)2O2; (5)(C2H5)2O→O+2H2→C2H5OC2H5+H2O; C2H5—O—O—C2H5+H2→2C2H5OH; (6)将产物分别加入到水中,若能够分层的为乙醚, H2O2 结构应为①式;若不能分层的为乙醇,H2O2 的结构应为②式;其他答案,如比较沸 点等均视为正确答案。 (7)

(r2 ? 2r1 cos β ) 2 + 2r1 sin 2 β (1 ? cos α )
2

(8)将物质加热

分解,若物质能够脱水而又不失去氧化能力,则必是 Na2CO4·xH2O;也有可能两种形式 Na2CO4·xH2O; 的化合物之间发生重排:Na2CO3·xH2O2 用乙醚可以从过氧化氢合物的水溶液中萃取出 H2O2,而从过氧化合物中是萃取不出 H2O2 的,借此即可加以鉴别。第六题 第六题 (1)A:H2SeO4;B:Au;C:Au2(SeO4)3;D:SeO2;E:H[AuCl4]; (2)6H2SeO4+2Au→Au2(SeO4)2+3SeO2+6H2O 3H2SeO4+8HCl+2Au→2HAuCl4+6H2O+3SeO2 (3)Cl2;因为 H2SeO4 是一种氧化性酸。同时 HAuCl4 生成后,增强了 Au 的还原性,
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氧化还原反应增强, 此时 H2SeO4 会把 Cl 氧化成 Cl2。 (1) C2H5Cl; C2H5OH; A: B: 第七题 C:CO2; (2)2C2H5Cl+2H2O+CaCO3=2C2H5OH+CaCl2+CO2↑+H2O C C2H5OH+HCl。 C 当加入 CaCO3, (3) 2H5Cl 与水发生可逆反应: 2H5Cl+H2O HCl 与之反应: CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O。 随着 HCl 不断减少, 促进了 C2H5Cl 的不断水解。第八题 a=3.12g;V=104mL。 第八题 第九题 Ka1=
?



? [CO 3 ][ H + ] [ HCO3 ][ H + ] ,Ka2= , ? [ H 2 CO3 ] [ HCO 3 ]
?

2?

[ HCO 3 ][ H + ] [ HCO 3 ] ? + [ HCO 3 ] + Ka 2 则 =1, Ka1 [H + ]
将等式变形为: [ HCO3 ](
?

1 ) = 1, [ H ] / Ka1 + 1 + Ka 2 /[ H + ]
+

[HCO3-]=

1 。 ([ H ] / Ka1 + 1 + Ka 2 /[ H + ])
+

(1)当 pH=3~13 时,HCO3-的浓度为

(2)由于

Ka 2 Ka 2 [H + ] [ H + ] Ka 2 [H + ] +1+ ≥1+2 × ,即当 = 时,有最 + + Ka1 Ka1 [ H ] Ka1 [H ] [H + ]


小值,此时[HCO3 ]有最大值。 即:当[H+]=

Ka1 ? Ka 2

时,也就是 pH=1/2(pKa1+pKa2)=1/2(6.35+10.33)=8.34

时 , [HCO3 - ] 有 最 大 值 , 最 大 值 为 : [HCO3 - ]max =

1 = ([ H ] / Ka1 + 1 + Ka 2 /[ H + ])
+

1 1 + 2 Ka 2 / Ka1
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,代入数据得:
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[HCO3-]max≈0.98(mol/L) 。 (3)画图为:

第十题 (1)C2H4O2; (2)HO—CH=CHOH;CH3COOH;HCOOCH3;C(OH)2=CH2;HO—CH2CHO; (3)HCOOCH3; (4)-926.4kJ/mol×1mol=-393.5kJ/mol×n(C)+(-241.8kJ/mol×

n(H ) -(- 2

344.2kJ/mol)×1mol=-393.5kJ/mol×2mol-241.8kJ/mol×2mol-(-344.2kJ/mol)×1mol =-926.4kJ。结论正确。 第十一题 + + 本题实际考查等电子体知识。由于 CHe33 、CHe44 分别与 CH3 和 CH4 为等电子体, + 而 CH3 一般为平面三角形,CH4 为正四面体。因此参赛者应该很容易画出 CHe33 、CHe44 + 的结构:
He C He
+ +

4+
He He
He

He C He

3+

(1)由于 CHe33 、CHe44 很难合成,因此这类微粒的内能一定很高,表现出很强的 氧化性, 生成内能很低的 He 等物质。 对于这类微粒, 参赛者应该首先写出 “复分解反应” : + + 4+ CHe4 + 4H—OH→C(OH)4+4[HHe] 。C(OH)4 分解为 CO2 和 H2O;[HHe] 分解成 + H 和 He。 + + CHe44 +2H2O→CO2+4He+4H ; + + + (2)对于 CHe44 与 HCl 反应依此类推:CHe44 + 4HCl→CCl4+4He+4H

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