中国化学会第20届全国高中学生化学竞赛级赛区试题.DOC

1、智浪教育 -普惠英才文库 中国化学会第 20 届全国高中学生化学竞赛（省级赛区）试题 及答案和评分标准 （ 2006 年 9 月 10 日 9： 00 - 12： 00 共 3 小时） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 总分 满分 4 5 8 7 6 9 11 9 10 10 11 10 100 得分 评卷人 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、

2、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 . 0 0 8Z r Nb Mo T c R u Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I H f Ta W R e Os Ir P t Au Hg T l Pb Bi Po AtA c - L rHLi Be B C N O FNa Mg Al Si P ClSK Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se BrRbCsFrSrBaRaYLa Lu-6 . 9 4 1 9 . 0 1 22 2 . 9 9 2 4 . 3 13

3、9 . 1 0 4 0 . 0 88 5 . 4 7 8 7 . 6 21 3 2 . 9 1 3 7 . 3 2 2 3 2 2 6 4 4 . 9 6 4 7 . 8 8 5 0 . 9 4 5 2 . 0 0 5 4 . 9 4 5 5 . 8 5 5 8 . 9 3 6 3 . 5 55 8 . 6 9 6 5 . 3 91 0 . 8 12 6 . 9 86 9 . 7 21 2 . 0 12 8 . 0 97 2 . 6 11 1 4 . 82 0 4 . 41 1 8 . 72 0 7 . 21 1 2 . 42 0 0 . 61 0 7 . 91 9 7 . 01 0 6 .

4、41 9 5 . 11 0 2 . 91 9 2 . 21 0 1 . 11 9 0 . 29 8 . 9 11 8 6 . 29 5 . 9 41 8 3 . 99 2 . 9 11 8 0 . 99 1 . 2 21 7 8 . 58 8 . 9 11 4 . 0 1 1 6 . 0 0 1 9 . 0 03 0 . 9 77 4 . 9 21 2 1 . 82 0 9 . 03 2 . 0 77 8 . 9 61 2 7 . 6 2 1 0 2 1 0 1 2 6 . 97 9 . 9 03 5 . 4 54 . 0 0 32 0 . 1 83 9 . 9 58 3 . 8 01 3 1

5、 . 3 2 2 2 HeNeArKrXeRn相对原子质量Rf Db Sg Bh Hs Mt第 1 题 （ 4 分） 2006 年 3 月有人预言，未知超重元素第 126 号元素有可能与氟形成稳定的化合物。按元素周期系的已知规律，该元素应位于第 八 周期，它未填满电子的能级应是 5g ，在该能级上有 6 个电子，而这个能级总共可填充 18 个电子。（各 1 分） 第 2 题 （ 5 分） 下列反应在 100oC 时能顺利进行： DHM eHHM e E tH1 0 0 o CM e E tHHHHD M e+E t M eHHHDH M eI II 2-1 给出两种产物的系统命名。（ 4 分）

6、 2-2 这两种产物互为下列哪一种异构体？（ 1 分） A 旋光异构体 B 立体异构体 C 非对映异构体 D 几何异构体 2-1 I （ 7R， 3E， 5Z)-3-甲基 -7-氘代 -3,5-辛二烯 或 （ 7R， 3E， 5Z)-3-甲基 -3,5-辛二烯 -7-d 或 （ 7R， 3E， 5Z)-3-甲基 -7-2H-3,5-辛二烯 （注：只要标出氘的位置即可） 智浪教育 -普惠英才文库 用 cis- 、 trans- 代替 Z-、 E-得分相同（下同） （ 2 分） II （ 7S， 3Z， 5Z)-3-甲基 -7-氘代 -3,5-辛二烯 或 （ 7S， 3Z， 5Z)-3-甲基 -3

7、,5-辛二烯 -7-d 或 （ 7S， 3Z， 5Z)-3-甲基 -7-2H-3,5-辛二烯 （注：只要标出氘的位置即可） （ 2 分） 2-2 B （立体异构体） （ 1 分） 第 3 题 （ 8 分） 下面四张图是用计算机制作的在密闭容器里，在不同条件下进行的异构化反应 XY 的进程图解。图中的“ ”是 X，“ ”是 Y。 A B C D 3-1 图中的纵坐标表示 （填入物理量，下同）；横坐标表示 。 3-2 平衡常数 K 最小的图是 。 3-3 平衡常数 K 最大的图是 。 3-4 平衡常数 K=1 的图是 。 答案： 3-1 A 和 B 的摩尔百分数（或答：物质的量的分数或物质的量的百

8、分数）； 时间，分（或答：以分为单位的反应进程） (2 分 ) 3-2 A (2 分 ) 3-3 B (2 分 ) 3-4 C (2 分 ) 第 4 题 （ 7 分） 已探明我国锰矿储量占世界第三位，但富矿仅占 6.4%，每年尚需进口大量锰矿石。有人设计了把我国的菱锰矿（贫矿）转化为高品位“菱锰矿 砂”的绿色工艺。该工艺首先将矿砂与硫酸铵一起焙烧，较佳条件是：投料比 m(NH4)2SO4/mMnCO3 1.5；焙烧温度 450oC；焙烧时间 1.5 小时。 4-1 写出焙烧反应方程式： (NH4)2SO4 MnCO3 MnSO4 2NH3 CO2 H2O （分） 4-2 其次，将焙烧产物转化为

9、高品位的“菱锰矿砂”， 写出反应方程式： MnSO4 2NH3 CO2 H2O (NH4)2SO4 MnCO3 （ 2 分） 4-3 若焙烧温度过高或时间过长，将导致什么结果？ MnSO4， MnCO3 分解生成高价锰的氧化物而导致锰浸出率下降。 （ 2 分） 4-4 从物料平衡角度看，生产过程中是否需要添加 (NH4)2SO4？说明理由。 不需加。开始投料时 (NH4)2SO4（ 132g mol-1）过量（ MnCO3,115 g mol-1） ,反应生成的 NH3、 CO2 以及 (NH4)2SO4 可循环利用。 （ 2 分） 第 5 题 （ 6 分）配制 KI(0.100molL-1)

10、I2 的水溶液，用 0.100molL-1 Na2S2O3 标准溶液测得 c(I2) 4.85 10-3 molL-1。量取 50.0mL KI-I2 溶液和 50.0mL CCl4 置于分液漏斗中振荡达平衡，分液后测知 CCl4 相中 c(I2)2.60 10-3 molL-1。已知实验温度下 CCl4 从水溶液中萃取 I2 的分配比为 85 : 1。求水溶液中 I2 I I3 的平衡常数。 设萃取平衡时，水溶液中 c(I2)为 x c(I2,CCl4) c(I2,H2O) 2.60x10-3 molL-1 x 85 x 2.60x10-3 molL-1 85 3.06 10-5 molL-

11、1 (2 分 ) 水溶液中 I2 I I3 平衡浓度（ molL-1） : I2： 3.06 10-5 ； I : 0.100 3.06 10-5 0. 100 (1 分 ) （ 1 分） I3: (4.85 2.60) 10-3 3.06 10-5 2.22 10-3 (1 分 ) K 2.22 10-3 molL-1 0. 100 molL-1 3.06 10-5 molL-1 7.3 102 Lmol-1（不写单位不扣分） (1 分 ) 第 6 题 （ 9 分） 潜在储氢材料 化合物 A 是第二周期两种氢化物形成的路易斯酸碱对，是乙烷的智浪教育 -普惠英才文库 等电子体，相对分子质量 3

12、0.87，常温下为白色晶体， 稳定而无毒。刚刚融化的 A 缓慢释放氢气，转变为化合物 B（乙烯的等电子体）。 B 不稳定，易聚合成聚合物 C（聚乙烯的等电子体）。 C 在 155oC 释放氢气转变为聚乙炔的等电子体，其中 聚合度为 3 的化合物 D 是苯的等电子体。高于 500oC 时 D 释放氢气，转变为化合物 E， E 有多种晶型。 6-1 写出 A、 B、 C、 D、 E 的化学式。 A H3B:NH3（或 BNH6） B H2B=NH2（或 BNH4） C H2B-NH2 n D B3N3H6 E BN （ 5 分 ） 6-2 化合物 A 转变为 E 各步释放的氢所占的质量分数以及总共

13、释放的氢气所占的质量分数多大？ A B 2.016/30.87 = 6.531 %（或 0.06531) B D 2.016/28.85 = 6.988 % (或 0.06988） D E 6.048/26.84 = 7.511 %（或 0.07511） A E 6.048/30.87 = 19.59 % (或 0.1959) （ 2 分） 6-3 为使 A 再生，有人设计了化合物 D 在水蒸气存在下与甲烷反应，写出化学方程式。 3 CH4 + 2(HBNH)3 + 6 H2O = 3 CO2 + 6 H3BNH3 （ 2 分） 第 7 题 （ 11 分） 化合物 A 是近十年开始采用的锅炉水

14、添加剂。 A 的 相对分子质量 90.10，可形成无色晶体，能除去锅炉水中溶解氧，并可使锅炉壁钝化。 7-1 A 是用碳酸 二甲酯和一水合肼在 70oC 下合成的，收率 80%。画出 A 的结构式。 OCNH 2 N N N H 2H H 注： C-N-N 角必须不是直线。 （ 2 分） 7-2 写出合成 A 的反应方程式。 O=C(OCH3)2 + 2H2NNH2 H2O = O=C(NHNH2)2 + 2CH3OH + 2H2O （ 1 分 ) 7-3 低于 135oC 时， A 直接与溶解氧反应，生成三种产物。写出化学方程式。 (N2H3)2CO + 2O2 = 2N2 + CO2 +3

15、H2O (1 分） 7-4 高于 135oC 时， A 先发生水解，水解产物再与氧反应。写出化学方程式。 (N2H3)2CO + H2O = 2N2H4 + CO2 N2H4 + O2 = N2 + 2H2O （ 1 分） 7-5 化合物 A 能使锅炉壁钝化是基于它能将氧化铁转化为致密的四氧化三铁。写出化学方程式。 (N2H3)2CO + 12Fe2O3 = 8Fe3O4 + 2N2 + CO2 + 3H2O （ 2 分） 7-6 化合物 A 与许多金属离子形成八面体配合物，例如 Mn(A)32+。结构分析证实该配合物中的 A 和游离态的 A 相比，分子中原本等长的两个键不再等长。画出这种配合

16、物的结构简图（氢原子不需画出），讨论异构现象。 M nONNON ONCNNNC NNCNNN（ 2 分） 有一对经式、面式异构体（几何异构体） (1 分） 它们分别有一对对映异构体（手性异构体）（ 1 分） （画不画异构体的结构不影响得分。） 第 8 题 （ 9 分） 超硬材料氮化铂是近年来的一个研究热点。它是在高温、超高压条件下合成的（ 50GPa、2000K）。由于相对于铂，氮原子的电子太少，衍射强度太弱，单靠 X-射线衍射实验难以确定氮化铂晶体中氮原子数和原子坐标， 2004 年以来，先后提出过氮化铂的晶体结构有闪锌矿型、岩盐型（ NaCl）和萤石型， 2006 年 4 月 11 日又

17、有人认为氮化铂的晶胞如下图所示（图中的白球表示氮原子，为便于观察，该图省略了一些氮原子）。结构分析证实，氮是四配位的，而铂是六配位的； Pt N 键长均为 209.6pm， N N键长均 为 142.0 pm（对比： N2 分子的键长为 110.0pm）。 智浪教育 -普惠英才文库 备用图 8-1 氮化铂的上述四种立方晶体在结构上有什么共同点？ 铂原子面心立方最密堆积。 （ 2 分） 8-2 分别给出上述四种氮化铂结构的化学式。 依次为 PtN、 PtN、 PtN2、 PtN2 （ 2 分） 8-3 试在图上挑选一个氮原子，不添加原子，用粗线画出所选氮原子的配位多面体。 （ 3 分） 8-4

18、请在本题的附图上添加六 个氮原子（添加的氮请尽可能靠前）。 （ 2 分） 第 9 题 （ 10 分） 环磷酰胺是目前临床上常用的抗肿瘤药物，国内学者近年打破常规，合成了类似化合物，其毒性比环磷酰胺小，若形成新药，可改善病人的生活质量，其中有一个化合物的合成路线如下，请完成反应，写出试剂或中间体的结构。 智浪教育 -普惠英才文库 C H 3O 2 N N H 2A c 2 OAN B Sh BH 2 OC a C O 3CH 2 OH C l中和DEO 2 N NPOON C H 2 C H 2 C l 2HN C H 3H NFH C l G注 ： NBS 即 N-溴代丁二酰亚胺 答案： A

19、B C O 2 NC H 3N H A c（ 1 分） O 2 NC H 2 B rN H A c（ 1 分） O 2 NC H 2 O HN H A c（ 1 分） D E O 2 NC H 2 O HN H 2（ 1 分） POC lC lN C H 2C H 2C l 2(二氯改为二溴也可）（ 2 分） F G F HCl （ 1 分） （ 3 分） 第 10 题 （ 10 分） 以氯苯为起始原料，用最佳方法合成 1-溴 -3-氯 苯 (限用具有高产率的各反应，标明合成的各个步骤 )。 C l C lN O 2C lN H 2C lN H A cC lN H A cB rC lN H 2

20、B rC lN 2 C l-B rC lB rH N O3/ H2S O4F e + H C l A c2OB r2/ F e B r3 浓 H C l O H-N a N O2/ H C l 5oCH3P O26 个中间物每个 1 分，共 6 分；每步的试剂 0.5 分，共 4 分（用 C2H5OH 代替 H3PO2 得分相同） （ C16H25N5O4PCl） +C l-P N N N C H 3ONO 2 N OH智浪教育 -普惠英才文库 第 11 题 （ 11 分） 磷化硼是一种受到高度关注的耐磨涂料，它可用作金属的表面保护层。磷化硼可由三溴化硼和三溴化磷在氢气中高温反应合成。 11-

21、1.写出合成磷化硼的化学反应方程式。 BBr3 PBr3 3H2 BP 6HBr （ 1 分） 11-2.分别画出三溴化硼分子和三溴化磷分子的结 构。 BrBBr BrPBr BrBr (画不画磷上的孤对电子不影响得分） 平面三角形 三角锥 （ 2 分） 11-3 磷化硼晶体中磷原子作立方最密堆积，硼原子填入四面体空隙中。画出磷化硼的正当晶胞示意图。 ( 注：填入另外四个四面体空隙也可，但不能一层空一层填） （ 2 分） 11-4 已知磷化硼的晶胞参数 a = 478 pm，计算晶体中硼原子和磷原子的核间距（ dB-P）。 dB-P 2 0 7 p mpm478341341 a 或 dB-P

22、( 2 分 ) 11-5 画出磷化硼正当晶胞沿着体对角线方向的投影（用实线圆圈表示 P 原子的投影，用虚线圆圈表示B 原子的投影）。 ( 4 分 ) 第 12 题 （ 10 分 ) 有人设计了如下甲醇 (methanol) 合成工艺： 其中， 为甲烷气源，压强 250.0kPa，温度 25oC，流速 55.0 m3 s-1。 为水蒸气源，压强 200.0kPa,温度150oC，流速 150.0 m3 s-1。合成气 和剩余反应物的混合物经管路 进入 25oC 的冷凝器 (condenser)，冷凝物由管路 流出。在 B 中合成的甲醇和剩余反应物的混合物经 进入 25oC 的冷凝器，甲醇冷凝后经

23、管路智浪教育 -普惠英才文库 流出，其密度为 0.791g mL-1。 12-1. 分别写出在步骤 A 和步骤 B 中所发生的化学反应的方程式。 CH4(g) H2O(g) CO(g) 3H2(g) (1 分 ) CO(g) 2H2(g) CH3OH(g) (1 分 ) 12-2. 假定：所有气体皆为理想气体，在步骤 A 和 B 中完 全转化，气液在冷凝器中完全分离，计算经步骤A 和步骤 B 后，在一秒钟内剩余物的量。 n(CH4) (250.010355.0) (8.314298) 5.55103(mol) n H2O(g) (200.0103150.0) (8.314423) 8.5310

24、3(mol) 经步骤 A 后在 中过量的 H2O(g) (8.53103 5.55103) mol 2.98103 mol (1 分 ) 在 步骤 A 中生成的 CO 和 H2 的摩尔比为 1:3，而 在步骤 B 中消耗的 CO 和 H2 的摩尔比为 1:2，故经步骤 B后剩余的 H2 为 5.55103mol (1 分 ) 12-3. 实际上，在步骤 B 中 CO 的转化率只有三分之二。 计算在管路中 CO、 H2 和 CH3OH 的分压（ 总压强为 10.0 MPa）。 nT n(CO) n(H2) n(CH3OH) 5.55 103 1/3 (16.65 103 5.55 103 2/3

25、 2) 5.55 103 2/3 mol 14.8 103mol (1 分 ) p(i) pT ni nT 总 p(CO) 10.0 MPa (5.55 103 1/3 14.8 103) 1.25 MPa (1 分 ) p(H2) 10.0 MPa (9.25 103 14.8 103) 6.25 MPa ( 1 分 ) p(CH3OH) 10.0 MPa (5.55 103 2/3 14.8 103) 2.50 MPa ( 1 分 ) 12-4. 当甲醇反应器足够大，反应达到平衡，管路 中的各气体的分压服从方程 22203HCO CH pp ppK 式中 p0=0.100 MPa, 计算平衡常数 Kp。 Kp 2.50 (0.100)2 (1.25 6.252) 5.12 10-4 ( 2 分 )