守恒法应用在金属的计算上.doc

1、用守恒法解有关镁、铝和铁的计算题有关金属的计算题，解题方法有多种，其中最重要的一种是守恒法，这种方法常常能快速，准确地解出较难的计算题！一、得失电子守恒与终态法结合例 1：将 5.1 g 镁和铝投入 500 ml 2 mol/L 的盐酸中，生成氢气 0.5 g，金属完全溶解：再加入 4 mol/L 的 NaOH 溶液，(1)若要使生成的沉淀最多，则应加入 NaOH 溶液的体积是（ ）A. 200 ml B. 250 ml C. 425 ml D. 560 ml 解析：要使生成的沉淀最多，Mg2+和 Al3+全部生成 Mg(OH)2 和 Al(OH)3 沉淀，溶液中溶质只含 NaCl，据 Na+

2、与 Cl-守恒有 5002=4V（NaOH） ，所以 V（NaOH）=250 ml 。(2) 生成沉淀的质量最多是（ ） A. 22.1 g B. 8.5 g C. 10.2 g D. 13.6 g解析：从始态（金属镁和铝）到终态（Mg(OH)2 和 Al(OH)3）沉淀，固体增加的质量为OH-的质量，只要计算出 OH-的物质的量即可，而 OH-的物质的量等于反应中转移的电子的物质的量，因反应中生成氢气 0.5 g，所以转移的电子的物质的量为氢气物质的量的 2 倍，即 0.5 mol e，答案为 D。例 2：向 100 ml 水中投入 K 和 Al 共 15 g，充分反应后，剩余金属为 1.8

3、 g（1）计算放出 H2 多少升（标准状况下）解析：剩余金属 1.8 g 只可能是 Al（因钾要与水反应） ，钾与水反应生成 KOH 和 H2 ，KOH 再与 Al 反应（因金属 Al 有剩余，所以生成的 KOH 完全反应） ，2K +2H2O = 2KOH + H2 2KOH + 2H2O + 2Al = 2NaAlO2 + 3 H2 + 得：2K + 2Al+ 4H2O = 2NaAlO2 + 4H2有关系式 金属质量氢气体积（标准状况下）66 g 44.8 LV(H2) V(H2)=8.96L（2）过滤出未反应的金属，向滤液中逐滴加入 4 mol/L 的 H2SO4 溶液，生成沉淀的最大

4、值是多少，此时消耗 H2SO4 溶液的体积是多少？解析：据 Al 守恒有关系式：AlAl(OH)3 可计算生成沉淀的质量。要使生成的沉淀最多，Al3+全部生成 Al(OH)3 沉淀，溶液中溶质只含 K2SO4 溶质，据K+与 SO42-守恒有关系式2 KH2SO4 2 mol 1 mol0.2 mol 4V（H2SO4） V（H2SO4）=25 ml（3）生成沉淀后，再加入 H2SO4 溶液，使沉淀刚好完全溶解，此时消耗 H2SO4 溶液的体积是多少？解析：沉淀刚好完全溶解时，溶液中只有 K2SO4 和 Al2(SO4)3。由电荷守恒有：2n(SO42- )=3n(Al3+)+n(K+)，所以

5、有 n(H2SO4)=3/2n(Al)+1/2n(K) 答案为 100 ml。二、电荷守恒的运用例 3：将 K2SO4 和 Al2(SO4)3 和 KAl(SO4)2 三种混合溶液加 H2SO4 酸化。测得C(SO42- )=0.105 mol/L，C(Al3+)=0.055 mol，pH=2.0( 假设 H2SO4 完全电离为 H+和 SO42- )则 C（K+）为：A. 0.045 mol/L B. 0.035 mol/L C. 0.055 mol/L D. 0.040 mol/L解析：因 pH=2.0 所以 C（H+）= 0.01 mol/L，C（OH-）很小，忽略不计。根据电荷守恒有：

6、C(K+ ）+ 3C(Al3+)+ C（H+）= 2C(SO42- ) 解之：C(K+）=0.035 mol/L例 4：现有 K2SO4 和 Al2(SO4)3 和 KAl(SO4)2 的混合溶液，其中 n(SO42- )=2 mol 向混合溶液逐滴加入 KOH，使生成的沉淀刚好完全溶解时，消耗 2 mol KOH 溶液，求原溶液中的 K+的物质的量？解析：生成的沉淀刚好完全溶解时，消耗 2 mol KOH 溶液，由反应Al3+ + 4OH- = AlO2- + 2H2O n(Al3+)=n(OH-)/4=0.5 mol 设原溶液中的 K+的物质的量为 n(K+原） ，由电荷守恒，对原溶液有n

7、(K+原）+ 3n(Al3+) = 2n(SO42- ) 加入 2 mol KOH 溶液后，由电荷守恒有： n(K+原）+ n(K+加入）= n(AlO2-) + 2n(SO42- ) 由 Al 元素守恒有：n(Al3+) = n(AlO2-) 联立解得：n(K+原）=2.5 mol例 5：某些化学试剂可用于净水。水处理中使用一种无机高分子，化学式为Al2(OH)nCl myH2Ox，式中 m 等于 A. 3-n B. 6-n C. 6+n D. 3+n解析：由电荷守恒有：3 n(Al3+)=n（OH-）+ m（Cl-） 即 32 = n + m m = 6-n例 6：非整数比化合物 Fe0.

8、95O 具有 NaCl 晶体结构，由于 n(Fe):n(O)1，所以晶体结构存在缺陷，在 Fe0.95O 中，+3 价的 Fe 占总铁量的 A. 10.0% B. 85.0% C. 10.5% D. 89.50%解析：设+3 价铁为 x mol，依电荷守恒有：3n(Fe3+) + 2n(Fe2+) = 2n(O2-)，即：3x + 2（0.95-x）= 21 x=0.1 +3 价的 Fe 占总铁量的 0.1/0.95100% = 10.5% 三、质量守恒或电荷守恒与电解质溶液的相关知识结合例 7：常温下由 HCl、MgCl2 、AlCl3 组成的混合溶液 1.0 L，其物质的量浓度分别为 0.

9、1 mol/L、0.1 mol/L、1.2 mol/L(1)已知溶液中的 C（Mg2+）与溶液 pH 的关系为：lg C（ Mg2+）=17-2pH向混合溶液中加入 NaOH 溶液至 pH=9 能否析出 Mg(OH)2 沉淀?解析：将 pH=9 代入 lg C（Mg2+）=17-2pH 计算出 C（Mg2+）=0.1 mol/L所以不能析出 Mg(OH) 2 沉淀。（2）向混合溶液中加入 NaOH 容液，溶液中 AlO2- 随 pH 变化如下表： 试写出碱性条件下 AlO2- 与 pH 的关系式：解析：常温下 pH=8 时，C （H+）=10-8 mol/L C（OH- ）=10-6 mol/

10、LC(AlO2-)=10-3 mol/L pH=9 时， C（H+）=10-9 mol/L C（OH- ）=10-5 mol/L C(AlO2-)=10-2 mol/L pH=10 时，C（H+）=10-10 mol/L C（OH- ）=10-4 mol/L C(AlO2-)=10-1 mol/LpH=11 时，C（H+）=10-11 mol/L C（OH- ）=10-3 mol/L C(AlO2-)=100 =1 mol/L不难发现 C（OH-）=10-3 C(AlO2-) 因为 C（OH-）=Kw/ C（H+）=10-14/ C（H+） 由 pH= -lg C（ H+）有 C（H+）= 1

11、0-pH 联立有：C(AlO2-) = 10pH-11（提示：关系式是否正确，可带入检验）（3）向混合溶液中加入 NaOH 容液，使溶液的 pH=11，需要加入 NaOH_ g（忽略溶液的体积变化）解析：(方法一) 中和盐酸消耗 NaOH 的物质的量为 0.1 mol，因 pH=11，沉淀 Mg2+消耗NaOH 的物质的量为 0.2 molpH=11 时， C(AlO2-) = 1 mol/L， n(AlO2-)=1 mol 因为溶液呈碱性，所以 Al3+不能大量共存，由 Al 元素质量守恒有：nAl(OH)3 = n(Al) - n(AlO2-)nAl(OH)3 =0.2 mol 1mol

12、Al3+转化为 AlO2-需要 4 mol OH-，0.2 mol Al3+转化为 Al(OH)3 需要 0.6 mol OH-，所以需要加入 NaOH 的物质的量为n(NaOH)=0.1+0.2+4+0.6=4.9 mol m(NaOH)=196 g 。（方法二）pH=11 时，溶液中溶质为 NaCl 和 NaAlO2 溶液，由质量和电荷守恒有：n(Na+) = n(AlO2-) + n(Cl-) 而 n(Cl-) = 0.1+0.12+1.23=3.9 moln(AlO2-) = 1 mol 所以 n(NaOH)= n(Na+)=4.9 mol m(NaOH)=196 g练习题:（1）将

13、10.2 g 的镁和铝投入 1000 ml 2 mol/L 的盐酸中，金属完全溶解：再加入 4 mol/L的 NaOH 溶液，若要使生成的沉淀最多，则应加入 NaOH 溶液的体积是（ ）A 100 ml B 700 ml C 600 ml D 500 ml （2）一定量的 Fe 和 Fe2O3 的混合物投入 250 ml 2 mol/L 的硝酸溶液，反应完全后，生成1.12L NO 气体(标准状况下)，再加入 1 mol/L 的 NaOH 溶液，要使铁元素完全沉淀下来，所加 NaOH 溶液的体积最少为 A 450 ml B 500 ml C 400 ml D 不能确定 （3）向一定量的 Fe、

14、FeO 和 Fe2O3 的混合物投入 100 ml 1 mol/L 的盐酸，恰好使混合物完全溶解，放出 224 ml（标准状况）的气体，所得溶液中，加入 KSCN 溶液无血红色出现，若用过量的 CO 在高温下还原相同质量的混合物，能得铁的质量为（ ）A 11.2 g B 5.6 g C 2.8 g D 无法计算（4）向一定量的 Fe、Fe2O3 和 CuO 混合物投入 100 ml 2.2 mol/L 的硫酸溶液中，充分反应后生成 896 ml 标准状况下的气体，得不溶物 1.28 g，过滤后，溶液中阳离子只有 Fe2+。向滤液中加入 2 mol/L 的 NaOH 溶液，加至 40 ml 时开

15、始出现沉淀，则滤液中 FeSO4 的物质的量浓度为（设滤液体积为 100 ml） ( )A 2 mol/L B 1.8 mol/L C 1.9 mol/L D 无法计算(5) 将 4.6 g Cu 和 Mg 完全溶于浓硝酸溶液中，反应中硝酸的还愿产物为 4480 ml NO2 气体和 336 ml N2O4 气体( 标准状况下)，反应后的溶液中，加入过量 NaOH 溶液，生成沉淀的质量为 A 9.02 g B 8.51 g C 8.26 g D 7.04 g参考答案：（1）提示：Mg2+和 Al3+全部沉淀， ，溶液中只含 NaCl 溶质，选 D。（2）提示：铁元素完全沉淀下来，溶液中溶质为

16、NaNO3，依据氮元素守恒计算，选 A。（3）提示：反应后的溶液溶质只有 FeCl2，所以 n(Fe)= n(Fe2+)=1/2(Cl-) 选 C。(4) 加至 40 ml 时开始出现沉淀时，溶液中溶质只有 FeSO4 和 Na2SO4 时，依据 S 元素守恒有 n(FeSO4)=n(H2SO4)-n(Na2SO4) 选 B。(5) 提示：从始态（金属镁和铜）到终态（Mg(OH)2 和 Cu(OH)2）沉淀，固体增加的质量为 OH-的质量，只要计算出 OH-的物质的量即可，而 OH-的物质的量等于反应中转移的电子的物质的量。 转移的电子的物质的量等于氮元素得电子的物质的量，选 B。-有关硝酸与

17、金属反应的计算硝酸与金属反应的计算是一个难点,本文从思维角度加以阐述,供大家参考。 一、从反应的本质看:金属与硝酸反应的实质是金属与 H+和 NO3- 共同作用.例如:铜与稀硝酸反应的实质是 : 3Cu +8H+ +2NO3- =3Cu2+ +4H2O +2NOFe2+与稀硝酸反应的实质是: 3Fe2+ + 4H+ + NO3- = 3Fe3+ + 2H2O + NO例 1.铜粉放入稀硫酸溶液后,加热后无明显现象发生,当加入下列一种物质后,铜粉质量减少,溶液呈蓝色,同时有气体产生,该物质可能是( ) 。A. Fe2 (SO4) 3 B. Na2CO3 C. KNO3 D.FeSO4 解析: 铜

18、不能与稀硫酸反应,但稀硫酸提供 H+, 盐提供 NO3-，构成强氧化条件，能溶解铜并产生气体。答案选 C。例 2.铁铜混合物加入不足量的硝酸,反应后,剩余金属 m1 g,再向其中加入一定量稀硫酸.充分振荡后, 剩余金属 m2 g, 则 m1 与 m2 的关系是( )。A. m1 一定大于 m2 B. m1 一定等于 m2 C. m1 可能等于 m2 D. m1 可能大于 m2解析: 铁铜混合物与不足量的硝酸反应后生成硝酸盐,即溶液中的盐含有 NO3-,再加稀硫酸提供 H+,发生氧化还原反应,会再溶解一部分金属。答案 选 A。例 3.已知 Fe2+可以水解: Fe2+ +2H2OFe(OH) 2

19、+2H+，现向 Fe(NO3) 2 溶液中加入足量的稀硫酸,则溶液的颜色( ) 。A. 浅绿色加深 B.颜色变浅 C.溶液变黄 D.无法判断解析: 原 Fe (NO3) 2 溶液中含有 NO3-,再加入稀硫酸提供 H+,发生氧化还原反应3Fe2+ + 4H+ + NO3- = 3Fe3+ + 2H2O + NO 溶液变黄 ,答案 选 C例 4.在 100 mL 混合溶液中, HNO3 和 H2SO4 的物质的量浓度分别是 0.4 mol/L, 0.1 mol/L 向该混合液中加入 1.92 g 铜粉,加热待充分反应后,所得溶液中 Cu2+ 的物质的量浓度是 A. 0.15 B. 0.225 C

20、. 0.35 D. 0.45 解析: 题中告诉了 HNO3 和 H2SO4 的物质的量浓度,可以求出 H+ 和 NO3- 的物质的量分别是 0.06 mol, 0.04 mol, 0.03 mol Cu,显然要判断过量, NO3- 和 Cu 过量.按照 H+ 的量代入离子方程式计算.答案 选 B。二、从硝酸在反应中的作用:参加反应的硝酸一部分显酸性,生成硝酸盐,另一部分作氧化剂,一般转化为氮的氧化物(NO 或 NO2),根据氮元素守恒解题。例 5.将 25.6 mg Cu 与 1.410-3 mol 的浓硝酸恰好完全反应 ,反应后收集到的气体在标准状况下的体积为 ml。(假设反应中只产生 NO

21、 或 NO 2)解析: 因为 1 mol Cu 参加反应生成 Cu (NO3)2 对应 2 mol HNO3 显酸性,所以 25.6 mg Cu 完全反应,必然有 0.810-3 mol 的硝酸显酸性,其余的硝酸中的氮全转移到 NO 或 NO2 中,即有 1 mol HNO3 作氧化剂就有 1 mol 氮的氧化物(NO 或 NO2)。答案 13.44 mL.。例 6.将 1.92 g 铜粉与一定量浓硝酸恰好完全反应,反应后收集到的气体在标准状况下的体积为 1120 mL。(假设反应中只产生 NO 或 NO 2)则消耗硝酸的物质的量为 mol。A. 0.12 B. 0.11 C.0.09 D.0

22、.08解析: 因为 0.03 mol Cu 参加反应生成 Cu(NO3)2 对应 0.06 mol HNO3 显酸性,0.05 mol 氮的氧化物(NO 或 NO2)对应 0.05 mol HNO3 作氧化剂,所以共消耗硝酸 0.11 mol。答案选B。例 7.为测定某铜银合金的成分,将 30 g 合金完全溶解于 80 mol、浓度为 13.5 mol/L 的浓硝酸中,合金完全溶解后,收集到 6.72 L(标准状况下) 的气体 (假设反应中只产生 NO 或 NO2),并测得溶液的 pH=0，假设反应后溶液的体积仍 80 mL。(1)被还原的硝酸的物质的量. (2)合金中各金属成分.解析:(1)

23、被还原的硝酸就是作氧化剂的硝酸,即生成的 1 mol 氮的氧化物就对应 1 mol 被还原的硝酸:所以:n=6.72/22.4=0.3 mol(2)设合金中铜银的物质的量分别为 x、y 则显酸性的硝酸的物质的量为 2x + y因为 PH=0 则反应后溶液的氢离子浓度为 1 64x+108y=30 2x+y+6.72/22.4=0.0813.50.081 (氮元素守恒) 解得 x=0.3 y=0.1例 8.将 6.4 g Cu 与 80 mol/L 60 mL 的硝酸充分反应,铜完全溶解 ,反应后溶液中的 H+ 的物质的量为 a mol.(假设反应中只产生 NO 或 NO2),此时溶液中所含 N

24、O3-的物质的量为 mol。 A. 0.28 B. 0.31 C. a+0.2 D. a+0.4解析: 6.4 g Cu 反应后生成 0.1 mol Cu (NO3)2,再加上 HNO3 中的 NO3- 。即得答案 C 。三、从得失电子守恒的角度.一般情况下:金属失去的电子被 +5 价的氮得到,转化为 NO 或 NO2 ,根据得失电子解题。例 9.在 Cu 与稀硝酸反应中,如果有 1 mol 硝酸被还原,则被氧化的铜的物质的量为 mol。A . 3/8 B. 8/3 C . 3/2 D. 2/3解析: 设被氧化的铜的物质的量为 x mol.则根据得失电子守恒有:1(5-2)=2x 选 C例 1

25、0.题见例 7 (3) 求生成的气体的成分。解析: (2)已解出铜银的物质的量分别为 0.3、0.1,则 NO 和 NO2 的物质的量的关系式为：0.32+0.11=3n(NO)+ n(NO2) ( 得失电子守恒) n(NO)+ n(NO2)=6.72/22.4 解得 n(NO)=0.2 n(NO2)=0.1四、从反应始态和最终状态看。终态法的运用使许多复杂问题简单化,在化学计算中具有非常重要的地位。例 11.铜镁合金 4.6 g 完全溶于浓硝酸中,若反应中硝酸被还原,只产生 4480 mL NO2 气体和 336 mL N2O4 气体(标准状况下).反应后的溶液中加足量 NaOH 溶液,生成

26、沉淀的质量为解析: 反应中铜镁合金失去电子,最终转化为 Cu(OH)2 和 Mg(OH)2 沉淀,比较始态和终态,固体增加的质量为 OH-的质量,而 OH-的物质的量等于转移的电子的物质的量,再根据气体计算转移的电子的物质的量:n=4480 mL /22400 mLmol-1+(336 mL/22400 mLmol-)2=0.23 mol。所以沉淀的质量为: 4.6+0.2317=8.51 g 例 12.1.92 g Cu 投入到一定量的浓硝酸中,铜完全溶解,生成的气体的颜色越来越浅,共收集到 672 mL 的气体(标准状况下 ).将盛有此气体的容器倒扣在水槽中,通入标准状况下一定体积的氧气,

27、恰好使气体完全溶于水,则通入的氧气的体积为 mL。A . 168 B. 224 C . 336 D. 504解析: 从反应的始态和最终状态看,铜在反应中失去电子,氧气在反应中得电子,设通入的氧气的体积为 x mL,则: (1.92/64)2=(x/22400) 4 解得:x=336， 答案选 C。例 13.将 32.64 g 铜粉与 140 mL 一定量浓硝酸恰好完全反应,铜完全溶解,反应后收集到的气体在标准状况下的体积为 11.2 L.(假设反应中只产生 NO 或 NO2 )请回答:(1)NO 的体积为 mL； NO2 的体积为 mL。(2)待产生的气体全部释放后,向溶液中加入 v mL a

28、 mol/L 的 NaOH 溶液,恰好使溶液中的 Cu2+ 全部沉淀,则原硝酸的浓度为 a mol/L(3)欲使铜与硝酸反应生成的气体在溶液中完全转化为 NaNO3,至少需要 30%的双氧水解析:(1)设反应中产生 NO 和 NO2 的体积分别为 x、y(据得失电子守恒有)x+y=11.2 (x/22.4)3+(y/22.4) 1=(32.64/64)2 解得 x=5.824 L y=5.376 L(2)根据反应后的溶液中只有一种溶质 NaNO3 ,设原硝酸的物质的量浓度为 C（由氮元素守恒）则 0.14C= 10-3 va + 11.2/22.4得原硝酸的浓度为: C= (10-3 va +

29、0.5)/0.14(3) 从反应的始态和最终状态看,铜在反应中失去电子,双氧水在反应中得到电子,需要30%的双氧水的质量为 m 则(据得失电子守恒有):(32.64/64)2=(30%m)/34 2 解得:m=57.8 g五、 从极限的角度.硝酸与铁反应,随用量的不同,产物可能是 Fe(NO3)2 或 Fe(NO3)3 这时可用极限法解。如果产生的气体产物不单一,可能也要用极限法解。例 14.把 22.4 g 铁完全溶解于某浓度的硝酸中,反应只收集到 0.3 mol NO2 和 0.2 mol NO。下列说法正确的是( )。A.反应后生成的盐只有 Fe(NO3)3 B.反应后生成的盐只有 Fe

30、(NO3)2C.产物中 Fe(NO3)2 和 Fe(NO3)3 的物质的量之比为 1:3 D.产物中 Fe(NO3)2 和 Fe(NO3)3 的物质的量之比为 3:1解析:用极限法判断:22.4 g 铁如完全转化为 Fe(NO3)3 转移 1.2 mol 电子; 如完全转化为Fe(NO3)2 转移 0.8 mol 电子,反应中实际转移 0.31+0.23=0.9 mol 电子,所以产物中既有Fe(NO3)2 又有 Fe(NO3)3 这,分别设 Fe(NO3)2 和 Fe(NO3)3 的物质的量分别 x、y，则(据得失电子守恒有) :x+y=0.4 2x+3y=0.9 解之:x=0.3 y=0.

31、1，答案 选 D。例 15. 0.03 mol 的铜完全溶于硝酸,产生氮的氧化物 NO、NO2 、N2O4 混合气体共 0.05 mol,该混合气体的平均相对分子量可能是( )。A . 30 B . 46 C. 50 D. 66解析:假设 0.05 mol 气体全是 NO 则转移 0.15 mol 电子;假设 0.05 mol 气体全是 NO2 则转0.05 mol 电子；假设 0.05 mol 气体全是 N2O4 则转移 0.1 mol 电子，而实际 0.03 mol 的铜在反应中转移 0.06 mol 的电子 ,因为 0.06 介于 0.05 和 0.15 之间；0.05 和 0.1 之间

32、；所以用极限法判断组成可能有两种极限。(1) 气体为 NO2 和 NO 的混合气体.解:设 NO2 和 NO 的物质的量分别为 x、y 则( 据得失电子守恒) : x+y=0.05 x+3y=0.06 解之:x=0.045 y=0.005所以平均相对分子量为:(469+301)/10=44.4(2)气体为 NO2 和 N2O4 的混合气体:解:设 NO2 和 N2O4 的物质的量分别为 x、y 则( 据得失电子守恒) : x+y=0.05 x+2y=0.06 解之:x=0.04 y=0.01所以平均相对分子量为:(464+921)/5=55.2实际分子量应介于 44.4 与 55.2 之间，答

33、案 选 BC。-1.用 2.32g 某金属氧化物与氢气在加热的条件下完全反应，生成 1.68g 的该金属若该金属的相对分子质量为 56问 该金属化合物的化学式？ 2.有一种碘和氧的化合物，可以称为碘酸碘，其中碘元素呈3，5 两种价态，问 这种化合物的化学式？ 3 某元素 R 的化合价无变价，已制其氧化物的式量为 M，某氯化物的式量为 N 问 若 R的化合价为奇数时，R 为？ 若 R 的化合价为偶数时 R 为？ 4测得 Na2S(2 为 Na 的原子个数） ，Na2SO3(2 为 Na 的原子个数.3 为 SO 的原子个数，Na2SO4(雷同上述） ，三种物质组成的混合物中氧元素质量分数为 22

34、，求 S 的质量分数？1.金属是铁，n(Fe)=0.03mol m(O)=2.32g-1.68g=0.64g n(O)=0.04mol 所以是 Fe3O4 2.根据同族卤素，氯酸钾 KClO3 ,碘酸钾 KIO3 碘酸碘 I(IO3)3 3.需要讨论一下 R 为 1，2，3. 4.吧这三种化合物看成 Na2S(O)x 因为氧元素质量分数为 22，所以 Na2S 质量分数为78% w(s)=(32/78)*78%=32%-中国化学会 2001 年全国高中学生化学竞赛（省级赛区）试题第 1 题（4 分）今年 5 月底 6 月初，各地报刊纷纷转载了不要将不同品牌洁污剂混合使用的警告。据报道，在全国各

35、地发生了多起混合洁污剂发生氯气中毒的事件。根据你的化学知识作出如下判断（这一判断的正确性有待证明）： 当事人使用的液态洁污剂之一必定含氯，最可能的存在形式是 和 。当另一种具有 （性质）的液态洁污剂与之混合，可能发生如下反应而产生氯气： 第 2 题（2 分）自然界中，碳除了有 2 种稳定同位素 12C 和 13C 外，还有一种半衰期很长的放射性同位素 14C，丰度也十分稳定，如下表所示（注：数据后括号里的数字是最后一位或两位的精确度，14C 只提供了大气丰度，地壳中的含量小于表中数据）： 同位素 相对原子质量 地壳丰度（原子分数）12C 12（整数） 0.9893（8）13C 13.00335

36、4826（17） 0.0107（8）14C 14.003241982（27） 1.21016（大气中）试问：为什么通常碳的相对原子质量只是其稳定同位素的加权平均值而不将 14C 也加入取平均值？ 第 3 题（4 分） 最近报道在100 的低温下合成了化合物 X，元素分析得出其分子式为C5H4，红外光谱和核磁共振表明其分子中的氢原子的化学环境没有区别，而碳的化学环境却有 2 种，而且，分子中既有 CC 单键，又有 CC 双键。温度升高将迅速分解。 X 的结构式是：第 6 题（8 分）Mn2+ 离子是 KMnO4 溶液氧化 H2C2O4 的催化剂。该反应的历程为： 请设计 2 个实验方案来验证这个

37、历程是可信的（无须给出实验装置，无须指出选用的具体试剂，只需给出设计思想） 。 第 7 题（10 分）某不活泼金属 X 在氯气中燃烧的产物 Y 溶于盐酸得黄色溶液，蒸发结晶，得到黄色晶体 Z，其中 X 的质量分数为 50。在 500 mL 浓度为 0.10 mol/L 的 Y 水溶液中投入锌片，反应结束时固体的质量比反应前增加 4.95 g。 X 是_；Y 是_；Z 是_。 推理过程如下：第 11 题（10 分）研究离子晶体，常考察以一个离子为中心时，其周围不同距离的离子对它的吸引或排斥的静电作用力。设氯化钠晶体中钠离子跟离它最近的氯离子之间的距离为d，以钠离子为中心，则： 111 第二层离子

38、有_个，离中心离子的距离为_d，它们是_离子。 112 已知在晶体中 Na+离子的半径为 116 pm，Cl- 离子的半径为 167 pm，它们在晶体中是紧密接触的。求离子占据整个晶体空间的百分数。 113 纳米材料的表面原子占总原子数的比例极大，这是它的许多特殊性质的原因，假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰等于氯化钠晶胞的大小和形状，求这种纳米颗粒的表面原子占总原子数的百分比。 114 假设某氯化钠颗粒形状为立方体，边长为氯化钠晶胞边长的 10 倍，试估算表面原子占总原子数的百分比。 第 12 题（11 分）设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是对世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一

39、种燃料电池，一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气，电池的电解质是掺杂了 YO3 的 ZrO2 晶体，它在高温下能传导 O2-离子。回答如下问题： 121 以丁烷代表汽油，这个电池放电时发生的化学反应的化学方程式是： 122 这个电池的正极发生的反应是： 负极发生的反应是： 固体电解质里的 O2-的移动方向是： 向外电路释放电子的电极是： 123 人们追求燃料电池氧化汽油而不在内燃机里燃烧汽油产生动力的主要原因是： 124 你认为在 ZrO2 晶体里掺杂 Y2O3 用 Y3+代替晶体里部分的 Zr4+对提高固体电解质的导电能力会起什么作用？其可能的原因是什么？ 125 汽油燃料电池最大的障碍是

40、氧化反应不完全产生堵塞电极的气体通道，有人估计，完全避免这种副反应至少还需 10 年时间，正是新一代化学家的历史使命。-第 1 题（4 分） ClO-和 Cl-。 （各 1 分） 酸性（1 分） ClO-Cl- 2H+Cl2H2O。 （1分） （注：不写离子方程式或不配平不得分。 ） 第 2 题（2 分） 14C 不加权不会影响计算结果的有效数字，因其丰度太低了。 （2 分） （注：涉及有效数字的任何表述均得满分，未涉及有效数字的不得分，如答：放射性元素不应加权求取相对原子质量之类。 ） 第 3 题（4 分） （注：平面投影图也按满分计。 ）参考图形： 第 6 题（8 分） 6-1 对比实验：

41、其一的草酸溶液中加 Mn2+离子，另一不加。在滴加KMnO4 溶液时，加 Mn2+者反应速率快。 （4 分） 6-2 寻找一种试剂能与 Mn(VI)、Mn(IV)或 Mn(III)生成配合物或难溶物；加入这种试剂，反应速率变慢。 （4 分） （注：表述形式不限。其他设计思想也可以，只要有道理都可得分。 ） 第 7 题（10 分） X 是 Au（2 分） ；Y 是 AuCl3（2 分） ；Z 是 HAuCl43H2O（2 分） 要点 1：X 为不活泼金属,设为一种重金属 ,但熟悉的金属或者其氯化物与锌的置换反应得到的产物的质量太小,或者其水溶液颜色不合题意,均不合适,经诸如此类的排他法假设 X

42、为金，由此 Y=AuCl3，则置换反应的计算结果为：2AuCl3 3Zn3ZnCl2 2Au 反应得到 Au 的质量0.100 mol/L0.500 L197 g/mol9.85 g 反应消耗 Zn 的质量0.100 mol/L0.500 L65.39 g/mol3/24.90 g 反应后得到的固体质量增重：9.85 g4.90 g4.95 g (2 分) 要点 2：由 AuCl3 溶于盐酸得到的黄色晶体中 Au 的含量占 50%,而 AuCl3 中 Au 的含量达65%,可见 Z 不是 AuCl3,假设为配合物 HAuCl4,含 Au 58%,仍大于 50%,故假设它是水合物,则可求得：HA

43、uCl43H2O 的摩尔质量为 393.8 其中 Au 的含量为 197/39450%。(2 分)其他推理过程，只要合理，也得满分。第 11 题（10 分） 11-1 12， ，钠( 各 1 分，总 3 分) 11-2 晶胞体积 V2(116 pm 167 pm)3181106 pm3 离子体积 v4x (4/3)(116 pm)34x (4/3)(167 pm)3104106 pm3v/V57.5% （1 分） （有效数字错误扣 1 分,V 和 v 的计算结果可取 4 位，其中最后 1 位为保留数字，不扣分。 ）11-3 表面原子为 8(顶角)6( 面心) 12(棱中心) 26总原子数为 8

44、(顶角)6( 面心) 12(棱中心)+1(体心) 27表面原子占总原子数 26/27100%96 %（1 分）注：26 和 27 均为整数值，比值 26/27 是循环小数 0.962, 取多少位小数需根据实际应用而定, 本题未明确应用场合，无论应试者给出多少位数字都应按正确结果论。11-4 计算分两个步骤：步骤一：计算表面原子数。可用 n2、3 的晶胞聚合体建立模型，得出计算公式，用以计算 n10。例如，计算公式为：8(n1)12n12(n1)26n2x6(n 1)n26顶角 棱上棱交点 棱上棱心 面上棱交点 面上面心 面上棱心n10，表面原子总数为 2402 （2 分）步骤二：计算晶胞聚合体

45、总原子数：n388 7/8(n 1)123/4n123/4(n1)26/2 n26/2(n1)n26/2 80007 81 90 243 300 5409261 （2 分）表面原子占总原子数的百分数： (2402/9261)100%26% （1 分） （总 5 分）（注：本题计算较复杂，若应试者用其他方法估算得出的数值在 26% 左右 2 个百分点以内可得 3 分，3 个百分点以内可得 2 分，其估算公式可不同于标准答案，但其运算应无误。本题要求作估算，故标准答案仅取整数，取更多位数不扣分。 ）第 12 题（11 分）12-1 2C4H1013O28 CO210H2O (1 分)(必须配平; 所有系数除 2 等方程式均应按正确论。)12-2 O24e 2 O2 (2 分)(O2 取其他系数且方程式配平也