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2008年全国高中化学竞赛试题


中国化学会第 22 届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题
2008 年 9 月 18 日 第 1 题(14 分) 1-1 EDTA 是乙二胺四乙酸的英文名称的缩写,市售试剂是其二水合二钠盐。 (1)画出 EDTA 二钠盐水溶液中浓度最高的阴离子的结构简式。

(2)Ca(EDTA)2?溶液可用于静脉点滴以排除体内的铅。写出这个排铅反应的化学方程式

(3)能否用 EDTA 二钠盐溶液代替 Ca(EDTA)2?溶液排铅?为什么? 1-2 氨和三氧化硫反应得到一种晶体,熔点 205oC,不含结晶水。晶体中的分子有一个三重 旋转轴,有极性。画出这种分子的结构式,标出正负极。

1-3Na2[Fe(CN)5(NO)]的磁矩为零, 给出铁原子的氧化态。 2[Fe(CN)5(NO)]是鉴定 S2?的试剂, Na 二者反应得到紫色溶液,写出鉴定反应的离子方程式。

1-4CaSO4 ? 2H2O 微溶于水,但在 HNO3 ( 1 mol L?1)、HClO4 ( 1 mol L?1)中可溶。写出能够解 释 CaSO4 在酸中溶解的反应方程式。

1-5 取质量相等的 2 份 PbSO4 (难溶物)粉末, 分别加入 HNO3 ( 3 mol L?1)和 HClO4 ( 3 mol L?1), 充分混合,PbSO4 在 HNO3 能全溶,而在 HClO4 中不能全溶。简要解释 PbSO4 在 HNO3 中 溶解的原因。

1-6 X 和 Y 在周期表中相邻。CaCO3 与 X 的单质高温反应,生成化合物 B 和一种气态氧化 物;B 与 Y 的单质反应生成化合物 C 和 X 的单质;B 水解生成 D;C 水解生成 E,E 水解 生成尿素。确定 B、C、D、E、X 和 Y。

第 2 题(5 分) 化合物 X 是产量大、应用广的二元化合物,大量用作漂白剂、饮水处理剂、消毒剂等。年 产量达 300 万吨的氯酸钠是生产 X 的原料, 92%用于生产 X—在酸性水溶液中用盐酸、 二氧 化硫或草酸还原。此外,将亚氯酸钠固体装柱,通入用空气稀释的氯气氧化,也可生产 X。 X 有极性和顺磁性,不形成二聚体,在碱性溶液里可发生歧化反应。
m 2-1 写出 X 的分子式和共轭 π 键( ? n ) 。

2-2 分别写出上述用草酸还原和用氯气氧化生产 X 的反应方程式。

2-3 写出上述 X 歧化反应的化学方程式。 第 3 题(4 分)甲醛是一种重要的化工产品,可利用甲醇脱氢制备,反应式如下: CH3OH(g) 催化剂,700oC CH2O(g) + H2(g)
-1 ? ? r H m = 84.2 kJ mol (1)

向体系中通入空气,通过以下反应提供反应(1) 所需热量: H2(g) + ?O2(g)
? H2O(g) ? r H m =–241.8 kJ mol-1(2)

要使反应温度维持在 700?C,计算进料中甲醇与空气的摩尔数之比。已知空气中氧气的体积 分数为 0.20。

第 4 题(10 分)(CN)2 被称为拟卤素,它的阴离子 CN?作为配体形成的配合物有重要用途。 4-1 HgCl2 和 Hg(CN)2 反应可制得 (CN)2, 写出反应方程式。 4-2 画出 CN?、(CN)2 的路易斯结构式。 4-3 写出(CN)2(g)在 O2(g)中燃烧的反应方程式。 4-4298K 下,(CN)2(g)的标准摩尔燃烧热为?1095 kJmol?1,C2H2(g)的标准摩尔燃烧热为?1300 kJmol?1,C2H2(g)的标准摩尔生成焓为 227kJmol?1,H2O(l)的标准摩尔生成焓为?286 kJmol?1, 计算(CN)2(g)的标准摩尔生成焓。

4-5 (CN)2 在 300~500 oC 形成具有一维双链结构的聚合物,画出该聚合物的结构。

4-6 电镀厂向含氰化物的电镀废液中加入漂白粉以消除有毒的 CN?,写出化学方程式(漂白 粉用 ClO?表示) 。

第 5 题(5 分) 1963 年在格陵兰 Ika 峡湾发现一种水合碳酸钙矿物 ikaite。它形成于冷的海水中,温度达到 8oC 即分解为方解石和水。1994 年的文献指出:该矿物晶体中的 Ca2+离子被氧原子包围, 其中 2 个氧原子来自同一个碳酸根离子, 其余 6 个氧原子来自 6 个水分子。 它的单斜晶胞的 ?3 参数为:a = 887 pm, b = 823 pm, c = 1102pm, β = 110.2° ,密度 d = 1.83 gcm ,Z = 4。 5-1 通过计算得出这种晶体的化学式。

5-2 研究了这种晶体在加压下受热膨胀体积增大的情形,并与冰及钙离子配位数也是 8 的二 水合石膏晶体(gypsum)作了对比,结果如下图所示(纵坐标为相对体积) : ice ikaite

gypsum

为什么选取冰和二水合石膏作对比?实验结果说明什么?

5-3 这种晶体属于哪种类型的晶体?简述理由。

第 6 题(11 分) 在 900oC 的空气中合成出一种含镧、 钙和锰(摩尔比 2:2:1) 的复合氧化物, 其中锰可能以+2、 +3、+4 或者混合价态存在。为确定该复合氧化物的化学式,进行如下分析: 6-1 准确移取 25.00 mL 0.05301 mol L?1 的草酸钠水溶液,放入锥形瓶中,加入 25 mL 蒸馏水 和 5 mL6 mol L?1 的 HNO3 溶液,微热至 60~70oC,用 KMnO4 溶液滴定,消耗 27.75 mL。写 出滴定过程发生的反应的方程式;计算 KMnO4 溶液的浓度。

6-2 准确称取 0.4460 g 复合氧化物样品,放入锥形瓶中,加 25.00 mL 上述草酸钠溶液和 30 mL6 mol L?1 的 HNO3 溶液,在 60~70oC 下充分摇动,约半小时后得到无色透明溶液。用上 述 KMnO4 溶液滴定,消耗 10.02 mL。根据实验结果推算复合氧化物中锰的价态,给出该复 合氧化物的化学式,写出样品溶解过程的反应方程式。已知 La 的原子量为 138.9。

第 7 题(14 分) AX4 四面体(A 为中心原子,如硅、锗;X 为配位原子,如氧、硫)在无机

化合物中很常见。四面体 T1 按下图所示方式相连可形成一系列―超四面体‖(T2、T3·) ·: ·

T1

T2

T3

7-1 上图中 T1、 2 和 T3 的化学式分别为 AX4、 4X10 和 A10X20, T A 推出超四面体 T4 的化学式。

7-2 分别指出超四面体 T3、T4 中各有几种环境不同的 X 原子,每种 X 原子各连接几个 A 原 子?在上述两种超四面体中每种 X 原子的数目各是多少?

7-3 若分别以 T1、T2、T3、T4 为结构单元共顶点相连(顶点 X 原子只连接两个 A 原子) ,形 成无限三维结构,分别写出所得三维骨架的化学式。 7-4 欲使上述 T3 超四面体连接所得三维骨架的化学式所带电荷分别为+4、 和?4, 选 Zn2+、 0 A 3+ 4+ 2In 或 Ge ,X 取 S ,给出带三种不同电荷的骨架的化学式(各给出一种,结构单元中的离 子数成简单整数比) 。

第 8 题 分) (9 由烷基镁热分解制得镁的氢化物。 实验测定, 该氢化物中氢的质量分数为 7.6%, ?3 氢的密度为 0.101gcm ,镁和氢的核间距为 194.8pm。已知氢原子的共价半径为 37pm,Mg2+ 的离子半径为 72pm。 8-1 写出该氢化物中氢的存在形式,并简述理由。

8-2 将上述氢化物与金属镍在一定条件下用球磨机研磨, 可制得化学式为 Mg2NiH4 的化合物。 X-射线衍射分析表明,该化合物的立方晶胞的面心和顶点均被镍原子占据,所有镁原子的 配位数都相等。推断镁原子在 Mg2NiH4 晶胞中的位置(写出推理过程)。

8-3 实验测定,上述 Mg2NiH4 晶体的晶胞参数为 646.5pm,计算该晶体中镁和镍的核间距。 已知镁和镍的原子半径分别为 159.9 pm 和 124.6 pm。

8-4 若以材料中氢的密度与液态氢密度之比定义储氢材料的储氢能力, 计算 Mg2NiH4 的储氢 ?3 能力(假定氢可全部放出;液氢的密度为 0.0708 gcm ) 。

第 9 题(7 分) 化合物 A、B 和 C 互为同分异构体。它们的元素分析数据为:碳 92.3%, 氢 7.7%。1 mol A 在氧气中充分燃烧产生 179.2 L 二氧化碳(标准状况) 。A 是芳香化合物,分子中所有的原 子共平面;B 是具有两个支链的链状化合物,分子中只有两种不同化学环境的氢原子,偶极 矩等于零;C 是烷烃,分子中碳原子的化学环境完全相同。 9-1 写出 A、B 和 C 的分子式。

9-2 画出 A、B 和 C 的结构简式。

第 10 题(11 分) 化合物 A、B、C 和 D 互为同分异构体,分子量为 136,分子中只含碳、氢、氧,其中氧的 含量为 23.5%。实验表明:化合物 A、B、C 和 D 均是一取代芳香化合物,其中 A、C 和 D 的芳环侧链上只含一个官能团。4 个化合物在碱性条件下可以进行如下反应:
A B C D NaOH 溶液 NaOH 溶液 酸化 I (芳香化合物) + J K + H2O NaOH 溶液 NaOH 溶液 酸化 酸化 E (C7H6O2) + F G (C7H8O) + H

10-1 写出 A、B、C 和 D 的分子式。 10-2 画出 A、B、C 和 D 的结构简式。

10-3A 和 D 分别与 NaOH 溶液发生了哪类反应?

10-4 写出 H 分子中官能团的名称: 10-5 现有如下溶液: HCl、 HNO3、 3 ?H2O、 NH NaOH、 NaHCO3、 饱和 Br2 水、 FeCl3 和 NH4Cl。 从中选择合适试剂,设计一种实验方案,鉴别 E、G 和 I。

第 11 题(10 分)1941 年从猫薄荷植物中分离出来的荆芥内酯可用作安眠药、抗痉挛药、退 热药等。通过荆芥内酯的氢化反应可以得到二氢荆芥内酯,后者是有效的驱虫剂。为研究二 氢荆芥内酯的合成和性质,进行如下反应:

CHO

CrO3
o

H2SO4, 丙酮,0 C

A

CH3OH, H+

B

HBr 过氧化物

C

1. LiOH, CH3OH 2. H+,

D

LiAlH4 无水四氢呋喃

E

写出 A、B、C、D 和 E 的结构简式(不考虑立体异构体) 。


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