2003年全国化学竞赛初赛模拟试卷17

2003 年全国化学竞赛初赛模拟试卷(17)
第一题(10 分)某无色透明固体 A 由两种常见元素构成。夏天时全部升华为无色 透明的气体。 拉曼光谱显示, 气体分子为近平面型分子结构, 分子中存在两个 固体 A 为离子晶体,正离子具有直线型结构,具有两个 形结构,具有
6 4
4 3 4 3



键。



键,负离子为平面三角



键。1.写出 A 的分子式。2.写出 A 在固态时两种离子的形式。

3.写出 A 的制备方法。4.A 能与 Na、NaF 发生化学反应。请分别写出化学反应方程 式。第二题(10 分)物质 M 能发生下列反应:
CH3OH + M Al2O3 / N (CH 3)2NH C

某学生为研究镁在 M 中的燃烧产物,设计了如下实验:

实验步骤是:用小刀在橡胶塞上切一深口,并把一弯成“几”字形的光亮的镁条插 入深口中。用橡胶管连接 A、B 两瓶,打开止水夹 C。在 A、B 两瓶中充满 M 气体(B 瓶瓶塞上的另一根长玻璃管和大气连通) ,将插在橡胶塞上的镁条点燃并迅速插入 A 瓶 中,塞紧瓶塞,发现镁条能继续燃烧,瓶内充满棕色烟,并率先落下橙色固态物质。火 焰熄灭后,关闭止水夹 C,从 A 瓶中取出固体物质(保持瓶口朝下) ,经分析发现,固 体物质中只有橙色和黄色两种颜色的残渣,并未发现浅绿色二元化物 D。 1.写出 M、N、C 和 D 的结构简式:M_______;N_______;C_______;D______。 2.固体残渣中橙色物质是_________,黄色物质是_______。首先生成橙色固态物 质而最终没有生 D 的原因是_________。3.若将生成的橙色物质投入到水中。你将观察 到的现象是___________________;化学反应方程式为____________。4.反应装置中的 B 瓶起的作用是__________________________。 第三题 分) (4 水的热分解: 2O H H2 -3 +1/2O2。在 1700K 以上仍十分困难(电离度 =10 ) 。然而若在一个化学循环中通过 一系列的化学反应, 100~500℃就可使它发生, 在 试提出以下面的化学反应为基础的上 述循环:①3FeCl2+4H2O
5000 C

Fe3O4+6HCl+H2。

要求满足如下条件: (1)在整个过程中只有水被消耗。
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(2)最终产物只有氧气和氢气。 (3)除上面一个反应的物质外,构成循环尚需使用一 种气体 A。已知该潮湿气体 A 和潮湿气体 B 均具有漂白性,但 A、B 两种潮湿气体等体积 混合,则没有漂白性。请按照反应的先后顺序,用序号②、③??把后续的化学反应方 程式写出来。第四题(5 分) 某橙红色晶体 A 是由 N、H、O 三种元素组成的盐。撞击 A 会发生爆炸,并全部气 化,无固体残留。A 与 NaOH 小心加热时,将此气体通过红色的石蕊试纸,红色石蕊试 纸变蓝,一段时间后,试纸颜色变浅。把 A 溶于水滴加浓盐酸,立即产生黄绿色气体, 得到的气体用过量的 NaOH 浓溶液吸收,气体体积减少 1/3,用带火星的木条检验剩余 气体,能使其复燃。试回答下列问题:1.盐 A 的化学式为________;盐 A 发生爆炸的 化学方程式为_______________;2.A 与 NaOH 反应的化学方程式是______________, NaOH 的作用是_______;3.A 溶液与浓盐酸反应的化学方程式是_______。第五题(10 气体 A 和气体 B 在水中可以发生反应,A 和 B 的用量不同,可以产生 C 或 D。其 中,D 只能以水溶液形式存在。将 A 和 B 混合(物质的量之比为 2︰1) ,可以生成固体 E。 事实上 D 溶液的配制就是利用 C 和 E 的混合物, 配成水溶液, 再微热, 即可生成 D。 E 微热条件下脱水,可生成固体 F。将 6.00g F 溶于 100g 水中,测定其溶液的凝固点降 低 1.86℃。据测定:F 中碳、氧、氮、氢原子个数之比为 1︰1︰2︰4。已知:水的摩尔 - 凝固点降低常数 Kf(H2O)=1.86K·kg·mol 1,Δ T=Cm·Kf。其中,Cm 是质量摩尔浓 度,它表示在 1000g 水中所含的溶质的物质的量。试根据题意回答:1.试计算确定固 体 F: 2. 确定 A~F 的结构简式: A_______; B______; C______; D______; E______。3.写出下列反应方程式:①A+B→E: ②E→F: 4.研究表明:C 和 D 均能够受热分解。分解的难易取决于阳离子中质子转移的难 易。问:C 和 D 最易发生分解的是________(填写代号) 。 5.F 有一种异构体 G。请写出 G 的结构简式_________。第六题(8 分) 科学家于 1978 年制得一物质 A,A 可看作是烃 B 的所有氢原子被烃 C 的一价基 (即失去一个氢原子后剩余的部分)取代而得。A 遇 Br2 的 CCI4 溶液不褪色;A 中氢原 .............. 子被一个氯原子取代只得一种物质。一定量的 C 完全燃烧所得的 H2O 和 CO2 的物质的 量之比为 1.25︰1,C 的异构体不超过 3 种,而 C 的二溴代物为 3 种。一定量的 B 完全 燃烧生成的 CO2 和 H2O 的物质的量之比为 2︰1,B 的相对分子质量大于 26,小于 78。 试回答下列问题:1.B 的化学式为________________。2.写出 C 的三种二溴代物的结 构简式:________、________、_______;3.A 的化学式为_______。A 的结构简式为 _______。第七题(13 分) HI 是一种较为常见的物质,试就 HI 的有关内容回答下列问题: 1.将金属银投到 HI 的水溶液中,会观察到有气泡产生,经研究发现该气体为 H2。 该反应能够发生的原因是__________________________________________________。 2.HI 分子时刻都在运动,氢、碘原子各自 H+ I在平衡位置附近振动。小明将结构简单的 HI 分 子想象为键两端有两个离子, 如同将两个不同质 量的物体在弹簧两端振动的情况一样(如图所 m( H + ) m( I- ) 示) ,并忽略了 I-的运动。请你判断:
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① 在此模型中,小明忽略 I-的运动_____(填“是”或“不是” )合理的,原因是 ___________________________________________________(要求有简洁的计算过程) 。 ② 如果运用小明提出的模型,还需要添加一条假设。试问:该假设是__________。 3.对于可逆反应 2HI(g) H2(g)+I2(g),若将反应体系降温至室温,反应将向 ______(填“正反应”或“逆反应” )移动,原因是_______________________________。 4.分子间的碰撞是化学反应的前提。小明试着研究 2HI(g) H2(g)+I2(g)的化学 反应速率与 HI 浓度之间的关系。他通过思考,根据碰撞理论,提出如下假设: ① 设现在有 n 个 HI 分子(n 是一个很大的值) ,第一个 HI 和其他 HI 分子碰撞(n -1)次,第二个 HI 和其余 HI 分子碰撞(n-2)次??依此类推。 ② 单位体积内 n 个 HI 分子可用浓度 CHI 表示; 分子碰撞的次数与反应速率成正比。 请你预测:小明推算出的该化学反应速率 v 与 CHI 的关系式为________________。 5.按上面得出的关系式计算知,773K、常压下,1 升 HI 分子在 1 秒内互相碰撞的 28 28 4 总几率是 3.5×10 次。如若每次碰撞都发生反应的话,则 3.5×10 次相当于 5.8×10 1 1 8 1 1 mol·L- ·s- ,反应将于瞬间完成,然而实际反应速度是 1.2×10- mol·L- ·s- ,两 12 者相差 10 倍,这表明小明的假设需要改进。小明提出的假设的最大缺陷是_________ _______________________________。 第八题(10 分) 化学工业特别注重化学工艺的探索,电解法是科学家不懈探索的课题。下面列举两 例:
H2 N2 NH 3 H2 1. 氨是最重要的氮肥, 是产量最大的化工厂产品之一。 目前, 世界上采用的合成氨技术是德国人哈伯在 1905 年发明的。 他因此 获得了 1918 年度诺贝尔化学奖。哈伯法合成氨需要 20~50MPa 的高压和 500℃的高温下,并用铁催化剂,且氨转化率仅 10%~ + 15%。然而,2001 年有两位希腊化学家在美国《科学》杂志上发 表文章, 在常压下把氢气和用氦稀释的氮气分别通入一个加热到 570℃的电解池 (如图) , 氢气和氮气在电极上合成了氨,而且转化率可高达 78%!试问: ① 新法合成氨的电解池中_______(填“能” “不能” 、 )用水溶液作电解质,原因 是_____________________________; + ② 新法合成氨中所用的电解质 (图中涂黑处) 能传导 H , 则阳极反应为__________ _________,阴极反应为___________________,总反应式为_______________________。 2. 葡萄糖酸钠是一种重要的物质, 工业上通常用 NaClO 氧化法或空气氧化法制备。 据 2002 年的《化学世界》杂志报道:最近,我国化学家摸索出在碱性介质中电解葡萄 糖法制备葡萄糖酸钠,其过程是:将葡萄糖水溶液(可表示为 C6H12O6 H2O)进行电解, 并同时滴加 NaOH 溶液。电解过程中需维持较稳定的 pH 值。试问: ③ 在电解过程中,电解质溶液的 pH 值降低,其原因是______________________。 ④ 制备葡萄糖酸钠的电解方程式为_______________________________________。

第九题(12 分) 6.70g 二元化合物 A 与足量的 Ba(OH)2 溶液发生反应,其中生成一种不溶于水的钡
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盐。将溶液过滤,在隔绝空气的情况下小心蒸发滤液,得一种淡黄色晶体(一种碱) 。 将该碱灼烧至质量不再变化时,得 6.37g 固体 B。将 B 溶于足量的稀硝酸,将得到的硝 酸盐加热到 3000C 左右,反应完全后,最后得到 0.48g 气体 C。已知上述反应中盐 A 的 金属阳离子的化合价未发生改变。 试回答下列问题: 1.确定 A、B、C 的分子式:A___________;B_________;C_____________。 2.写出上述化学反应方程式。 3.若将 Cl2 通入上面的硝酸盐溶液中,再滴加 NaOH 溶液,将生成的沉淀过滤, 干燥,得一棕黑色固体 D(D 中金属呈最高价态) 。经研究发现,其物质所含元素与 B 相同。试确定 D 的化学式,写出该反应的离子方程式。 4.若在上面的硝酸盐溶液中,滴加少量的草酸溶液,在一定条件下电解此混合溶 液,可制得棕紫色固体 E。与 B、D 相比,除了组成元素相同外,E 分子中金属的质量 分数为 86.5%。E 不溶于水,若滴加热的盐酸,则放出气体 C。试确定 E 的化学式。 第十题(10 分) 富勒烯是一系列碳原子簇合物的总称。它的应用十分广泛,涉及光学、声学、信息 学、药物学、催化、储氢、超导等。就其结构而言也很特殊。18 世纪俄罗斯数学家莱昂 哈德·欧拉通过理论论证,明确指出任何一个这样的多面体都必须恰好具有 12 个五边 形方能闭合形成多面体。试回答: 1.由 12 个五边形构成的最小碳笼分子式为___________,计算过程为______。 2.除碳原子能形成笼形球状分子外,实验上还发现以金属原子部分取代碳原子的 金属-碳原子团簇分子,即:金属碳烯。你认为能代替碳原子化合物的金属有哪几种? 。 3.在最小的金属碳烯原子簇化合物中,金属与碳原子个数比为 2︰3,这种最小金 属碳烯团簇的分子式为____________________(用 M 代金属) 。 4.美国研究人员通过理论计算证明,可以用 24 个 X 原子和 24 个 Y 原子代替 48 个碳原子形成 C12X24Y24 新的团簇分子, 在这种全非金属团簇分子球, 12 个五边形中, 在 每个五边形中有_____个 X 原子,有_______个 Y 原子,X 是____元素,Y 是____元素。 C12X24Y24 与 C60 相比,热稳定性如何? 第十一题(8 分) 科学家维里纽斯发现化合物 I(质量组成:C-47.26%,H-2.38%,O-50.36%) 可用于增加某些酶的热稳定性。化合物 I 是在化合物 II 热分解时产生的。而 II 是在酸性 介质中通过水解 III 或 IV 物质得到的。已知 III 和氨反应生成 IV。此外,氨或水可与 III 以相同的物质的量比相互反应。III 的分子量比 IV 的分子量大 3,而 II 的分子量比 III 大 18.75%。已知化合物 I 的结构对称,化合物 III 只由碳和氧组成(质量比为 1︰1) 。 试确定 I、II、III、IV 各物质的结构。

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参考答案
第一题 1. 2O5; 分) NO2 、 3 ; 分) 4HNO3+P4O10=4HPO3+2N2O5; N (3 2. NO (2 3. (2 分)4.N2O5+Na=NO2+NaNO3;NaF+N2O5=NaNO3+NO2F; 分) (3 第二题 1.M:NH3;N:CH3NH2;C:(CH3)3N;D:Mg3N2; (各 1 分)2.橙色: Mg(NH2)2;黄色:MgNH。 (1 分)开始时 NH3 浓度大(可由方程式系数知道) ;或从 + + - NH3 电离难易程度解释:NH3 电离出 H 将会越来越困难,即电离出一个 H 变成 NH2 - + - 较 电 离 出 2 个 变 成 NH 2 或 3 个 H 变 成 N3 容 易 得 多 。 2 分 ) Mg + ( 2NH3
点燃
+ -

Mg(NH2)2+H2;Mg+NH3

点燃

MgNH+H2; 3.有刺鼻的氨味气体

氨气和白色沉淀 Mg(OH)2 生成。 分)Mg(NH2)2+H2O=Mg(OH)2↓+2NH3↑; 分) (1 (1 4.缓冲作用。 (1 分)第三题②Fe3O4+3/2Cl2+6HCl (2 分)③3FeCl3
3000 C 1000 C

3FeCl3+3H2O+1/2O2;

3FeCl2+3/2Cl2; 分)第四题 (2

1.NH4O3(1 分) ;2NH4O3=N2↑+O2↑+4H2O(1 分) ; 2.4NH4O3=4NH3↑+5O2↑+2H2O(1 分) ;催化剂(1 分) ; 3.2NH4O3+4HCl=2NH4Cl+Cl2↑+2O2↑+2H2O(1 分) ; 第五题 6.00 g 1 6.00 g 1.∵Δ T=Cm·Kf ,∴Cm = × ,∴1.86= ×1.86 M ( F ) 0.100kg M ( F ) 0.100kg K·kg·mol-1,M(F)=60.0g/mol。再根据 F 中碳、氧、氮、氢原子个数之比为 1︰1︰2 ︰4 知:F 为 CO(NH2)2。 分) (1 2.A:NH3;B:CO2;C:NH4HCO3;D:(NH4)2CO3;E:H2N—COO—NH4(各 1 分) ①2NH3+CO2→H2N—COO—NH4;1 分) 2N—COO—NH4 3. ( ②H CO(NH2)2

+H2O; 分)4.D; 分)5.NH4CNO(1 分)第六题 1.C4H4; 分) (1 (1 (2
CH2 CH 2.Br CH 3

Br CH CH2 Br ; Br

CH CH3

CH3

Br

; CH2 C CH3; (各 1 分)
Br CH3

C(CH 3)3

(3)C20H36(1 分) (H3C) 3C ;

C(CH 3)3 C(CH 3)3

(2 分)

第七题 1.因生成难溶于水的 AgI 沉淀,使化学平衡向生成 H2 的方向移动; 分) (2 2.① 合理(1 分) ,因为由质量比


Ar ( H ) m( H ) 1 -3 = = =7.87×10 知,在 m(H Ar ( I ) 127 m( I )

)<<m(I-)时,可认为 I-静止不动; 分) (2 + ② 假设 H 的振动为简谐振动; 分) (1
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3.正反应(1 分) ;因为常温下 I2 由气态变为固态,相当于体系的压强减少,向生 成物方向移动;或从该反应是放热反应的角度加以解释。 分) (1 4. 碰撞总次数按等差数列加和: 碰撞总数=项数(首项+末项)/2=(n-1+1)(n-1)/2 =

n(n 1) n 2 ≈ (因为 n 很大,n-1≈n) ,又因为,单位体积内 n 个分子可用浓度 CHI 2 2
2

来代替,因此,将 1/2 并入常数,得到 v=kCHI 。 分) (3 5. 未考虑分子的碰撞方向 (如是正碰还是侧碰等) 未考虑分子间的相互作用力 ; (实 际上每一个分子运动要受到其他分子的制约)等。 分) (2 第八题 ① 不能(1 分) ;因为水的沸点只有 100℃,而该反应要在 570℃; 分) (1 + + ② 阳极:3H2-6e=6H (生成的 H 通过电解质传导到阴极) 分) (1 ; + 阴极:N2+6H +6e=2NH3(1 分) N2+3H2=2NH3(1 分) - ③水电解得到 H2 和 O2,但由于还原性物质葡萄糖的存在,其醛基在 4OH -4e→ 2H2O+2[O]后获得氧原子,阻碍了 2[O]→O2 过程,并使自身转化为羧基,羧基在水中 + 可部分电离, 使水中 H 增多, 导致 pH 值降低。 葡萄糖结合的氧来自体系内的水分子氧。 (3 分) ④ C6H12O6·H2O+NaOH C6H11O7Na+H2+H2O(2 分) 第九题 设 A 的分子式为 EaXb,则碱的分子式为 E(OH)b,化学反应过程如下: EaXb→a E(OH)b→1/2aE2Ob,E2Ob+2bHNO3→2E(NO3)b+bH2O。 nA=
电解

6.70 g 6.37 g ,nB= 。 a[ E ] b[ X ] 2[ E ] 16.0b 6.70a 2 6.37 = -------① a[ E ] b[ X ] 2[ E ] 16.0b

∵anA=n(E(OH)b)=2nB,∴

E(NO3)2 加热分解有两种可能情况: (1)E(NO3)b→E(NO2)b+1/2bO2; (2)2E(NO3)b→E2Ob+2bNO2+1/2bO2 下面分别进行讨论: (1)若按情况(1)分解,则得:0.48=(32.0×1/2)×2nB,即 0.48=(32.0×1/2)×2 ×

6.37 ,[E]=204.3b,当 b=1 时,[E]=204.4,E 为 Tl。 2[ E ] 16.0b
(2)若按情况(2)分解,则:0.48=(32.0×1/2×b+46.0×2b)nB=108bnB,即

0.48=108b×
6

6.37 ,[E]=708.7b,没有原子量如此大的元素。 2[ E ] 16.0b
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因此 E(NO3)b 只按情况(1)分解。

6.70a 2 6.37 = ,[X]=19.0a。 424.8 204.4a [ X ] 当 a=1 时,[X]=19.0,是氟元素;当 a=2 时,[X]=38.0,没有此元素;当 a=3 时,[X]=57.0,也没有此元素·· · 综上所述: 1.A:TlF;B:Tl2O;C:O2; (各 1 分) 2.化学方程式为:
将 b=1,[E]=204.3 代入①式,得: Ba(OH)2+2TlF=2TlOH+BaF2↓;2TlOH Tl2O+2HNO3=2TlNO3+H2O;2TlNO3
+ -

Tl2O+H2O; 2TlNO2+O2↑(各 1 分)


(3)Tl2O3(2 分) ;2Tl +2Cl2+6OH =Tl2O3+4Cl +3H2O; 分) (1 (4)TlO2; 分) (2 第十题 1.20;12×5÷3=20。 (各 1 分) 2.IV A 族或 IV B 族; 分) (2 3.M8C12; 分) (2 4.每个五边形中,必然是 1 个 C 原子、2 个 B 原子、2 个 N 原子;由于 C12B24N24 中 C—N、B—N 键能大,因此,C12B24N24 比 C60 应该更稳定。 分) (4 第十一题 可从 III 入手, CxOy, 设 1/12.1︰1/16.00=x︰y, x︰y=4︰3, 所以, III 应为(C4O3)n, 则 最简式式量为 96。II 的式量应为 96n(1+18.75%)=114n,且 III+H2O→II,III+NH3→ IV,故 III 是酸酐,而 IV 是二酰胺,II 是多元羧酸,由于式量差 3,可能是 3 个氧原子 被 3 个亚氨基取代。 可见 n=3, (即有 3 个羧酸酐单元) 故 MIII=288, , 化学式为 C12O9。 对于 I: C︰H︰O=10︰6︰8=5︰3︰4,由于 n=3,故 I 应为 C10H6O8。各物质的结构如 下:
HOOC HOOC COOH COOH

I:

;II:

HOOC HOOC
H N

COOH COOH COOH COOH

O O

III:O

C O (各 O ;IV: HN C C O C C C O C N O O O O H

C

O C O
O

O C

C

C

2 分)

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