1、第 - 1 - 页 共 7 页 - 1 - 全国化学竞赛初赛模拟试卷 10 （时间： 3 小时 满分： 100 分） 题 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 满 分 4 12 20 9 8 9 12 18 8 H 1.008 相对原子质量 He 4.003 Li 6.941 Be 9.012 B 10.81 C 12.01 N 14.01 O 16.00 F 19.00 Ne 20.18 Na 22.99 Mg 24.31 Al 26.98 Si 28.09 P 30.97 S 32.07 Cl 35.45 Ar 39.95 K 39.10 Ca 40.08 Sc 44.96 Ti 47.
2、88 V 50.94 Cr 52.00 Mn 54.94 Fe 55.85 Co 58.93 Ni 58.69 Cu 63.55 Zn 63.39 Ga 69.72 Ge 72.61 As 74.92 Se 78.96 Br 79.90 Kr 83.80 Rb 85.47 Sr 87.62 Y 88.91 Zr 91.22 Nb 92.91 Mo 95.94 Tc 98 Ru 101.1 Rh 102.9 Pd 106.4 Ag 107.9 Cd 112.4 In 114.8 Sn 118.7 Sb 121.8 Te 127.6 I 126.9 Xe 131.3 Cs 132.9 Ba 137
3、.3 La-Lu Hf 178.5 Ta 180.9 W 183.8 Re 186.2 Os 190.2 Ir 192.2 Pt 195.1 Au 197.0 Hg 200.6 Tl 204.4 Pb 207.2 Bi 209.0 Po 210 At 210 Rn 222 Fr 223 Ra 226 Ac-La 一（ 4 分）黄绿色 ClO2 具有漂白、消毒作用，沸点 9.90 ，制备 ClO2 的方法是：将湿润的 KClO3和草酸（固体）混合加热到 60 即得。 1 ClO2的分子构型为 ； 2制备反应方程式为 3用此法制备获得的 ClO2和其它生成物分离的方法是 二（ 12 分）传统合成冰
4、晶石（ Na3 AlF6）的方法是使用萤石（ CaF2）为原料，萤 石作为一种重要的战略物资需要加以保护，使用磷肥副产氟硅酸钠（ Na2SiF6）为原料的方法成为一条合理利用资源、提高经济效益的新方法。冰晶石的生产合成主要由晶种生成、氨解、偏铝酸钠的制备和冰晶石合成四个工段组成。工艺流程如下图所示： 使用这种方法可以得到大量副产品白炭黑。为了提高副产品白炭黑的质量，可以采用外加晶种法，得到的白炭黑用于丁苯橡胶中，拉伸强度可以达到 21Mpa，而外加晶种法对冰晶石质量也有影响。 1冰晶石的化学名称为 ，主要用途是 。 2副产品白碳黑的化学成分是 ，丁苯橡胶的结构简式是 3氨解反应方程式是 4偏铝
5、酸钠的制备反应是 5冰晶石合成反应方程式是 6晶种制 备的原料为硫酸或氢氟酸、水玻璃、水。分别使用 HF 和 H2SO4合成晶种，生成的冰晶石检验结果如下： 制备晶种用酸对冰晶石质量的影响 第 - 2 - 页 共 7 页 - 2 - 酸 F/% Al% Na/% Na Al SiO2 Fe2O3 SO42 HF 53.00 13.26 31.00 2.74 0.564 0.010 0.11 H2SO4 52.58 12.68 31.82 2.95 0.247 0.006 1.49 从实验结果看，使用 制晶种，合成的冰晶石质量较好，简述你的理由。 三（ 20 分）能源是当今社会发展的三大支柱之一
6、，是制约国家经济发展的瓶颈。目前，我国的能源结构主要是煤，还有石油、天然气、核能等，这些能源都是一次不可再生且污染环境的能源，研究和开发清洁而又用之不竭的能源是未来发展的首要任务。科学家预测 “氢能 ”将是未来 21 世纪最理想的新能源。氢能是利用氢气的燃烧反应放热提供能量，即 H2 1/2O2 H2O 284 kJ。 1当今社会发展的三大支柱除能源外，还包括 和 。 2试分析为什么 “氢能 ”将是未来 21 世纪最理想的新能源？ 3目前世界上的氢绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取。如：用水蒸气与炽热的碳反应为 C H2O CO H2。请在写出由天然气制取氢的反应方程式。并分析此类制氢是否是
7、理想的长久方法。 4利用利用硫碘热循环法制取氢也是化学家常用的一种方法，总反应方程式为2H2O 22 /ISO 2H2 O2，其循环过程分三步进行： SO2 I2 H2OA B A？ B？ （ 1）完成 以上三步反应，并确定哪步反应最难进行。 （ 2）请对硫碘热循环法制取氢的优劣和前景作一分析。 5目前，氢总量只有 4%左右由电解水的方法制取。 （ 1）每生产 1m3氢气需要耗电约 4 度，请估算电解水中能量的利用率。 （ 2）电解水法制氢一方面消耗的电能比氢能释放的能量还要高，另一方面电能本身就是高效、清洁能源，以电能换氢能，成本很高，显然消耗电能来获得氢能的方法是得不偿失。请问用什么方法可
8、以降低电解法制氢的成本。 6目前，有人提出一种最经济最理想的获得的氢能源的循环体系，如右图所示： 这是一种最理想的氢能源循 环体系，类似于 （填理科教材中一名词），太阳能和水是用之不竭，而且价格低廉。急需化学家研究的是 7列举两种方法简单安全地输送氢气。 四（ 9 分）某晶体 X 是二价金属硫酸盐的结晶水合物，化学式可表示为 ASO4nH2O（ A为金属元素， n 为自然数）。取少量晶体 X，加强热至 1000 以上，得到红色氧化物 Y，总失重率为 66.51%；再取 2.137g 晶体 X，溶于水配成溶液，再加过量铁粉，充分反应后（ Fe A2 Fe2 A），固体质量增加 0.077g。确
9、定晶体 X 和氧化物 Y，并给出推理步骤。 五（ 8 分）联苯乙酸具有强消炎镇痛作用和良好的透皮性能，对治疗关节疾病和肌肉疼痛具有速效、高效和安全性等特点。以苯乙睛为起始原料经四步反应可合成联苯乙酸，反应总收率为 33.7%。合成路线如下： CH2CN a A b B 还原硝基/ HClFe C 第 - 3 - 页 共 7 页 - 3 - T B A BCuO N OHCC C O O HClHC / 115366 CH2COOH （ 1）确定合理的无机试剂 a、 b （ 2）写出中间产物 A、 B、 C 的结构简式 六（ 9 分）目前，包括我国在内的许多国家都已经暂停销售 和使用含苯丙醇胺的
10、药品制剂。苯丙醇胺的英文名称是Phenylpropanolamine，缩写为 PPA，化学结构如右图所示： 1系统命名法命名苯丙醇胺： 2右图上用 *标出苯丙醇胺中的手性碳原子，并确定光学异构体数目。 3苯丙醇胺容易和盐酸成盐，生成盐酸苯丙醇胺，而被广泛入药。写出盐酸苯丙醇胺的结构简式。 4以常见有机物 A为原料，与硝基乙烷作用，所 得产物经还原可以很方便地得到苯丙醇胺。合成路线如下： A CH3CH2NO2 B 2H 苯丙醇胺 写出 A、 B的结构简式。 七（ 12 分）化学式为 C5H4的烃，理论上同分异构体的数目可能有 30 多种。如： CH2 C C C CH2 CHC CH C CH
11、2 CCH CH CH2 请不要顾忌这些结构能否稳定存在，完成下面各小题： 1异构体 、 是链状分子，请再写出 2 种链状分子的结构简式： 2若核磁共振表明氢原子的化学环境没有区别，则满足条件的异构体除 、 外还有 （只需答出一例） 3有人认为异构体 中四个氢原子是共平面的，也有人认为不共平面，请分别写出这两种观点中碳原子的杂化类型和碳原子间 键成键情况； 4异构体 和 中四个碳原子是否共平面，方便说明理由； 5比较异构体 和 ，何者相对更稳定些，为什么？ 6除题干和以 上小题涉及到的异构体外，请至少再写出 5 种异构体，要求每种异构体都有对称性（存在一条对称轴）。 八（ 18 分）碳化硅（
12、SiC）俗名 “金刚砂 ”，有类似金 刚石的结构和性质。其空间结构中碳硅原子相间排列，右图所 示为碳化硅的晶胞（其中 为碳原子， 为硅原子）。已知：碳原 子半径为 7.710 11m，硅原子半径为 1.1710 10m， SiC 晶体密 度为3.217g/cm3） 1 SiC 是 晶体，碳、硅原子杂化类型都是 ， 键角都是 ，三个碳原子和三个硅原子相间构成一个 式（船、 椅）六元环。 2如右图所示碳化硅晶胞，从立方体对角线的视角观察，画出一维空间上碳、硅原子的分布规律（注意原子的比例大小和相对位置，至少画两个周期） 3从与对角线垂直的平面上观察一层碳原子的分布，请在二维平面是画出碳原子的分布规
13、律（用 表示，至少画 15 个原子，假设片层碳原子间分别相切）； 计算二维空间上原子数、切点数和空隙数的比例关系 再考虑该片层结构的上下各与其相邻的两个碳原子片层。这两个碳原子的片层将投影在第 - 4 - 页 共 7 页 - 4 - 所画片层的 （原子、切点、空隙）上，且这两个片层的碳原子 （相对、相错） 4如果我们以一个硅原子为中心考虑，设 SiC 晶体中硅原子与其最近的碳原子的最近距离为 d，则与硅原子次近的第二层有 个原子，离中心原子的距离是 ，它们都是 原子。 5如果我们假设碳、硅原子是刚性小球，在晶体中彼此相切，请根据碳、硅原子半径计算 SiC 的密度，再根据理论值计算偏差，并对产生
14、偏差的原因作一合理解释。 6估算 SiC 晶体的原子占据整个空间的百分数，只需给出一个在 5%以内的区间。 九（ 8 分）已知 5.000g 样品内含 Fe3O4、 Fe2O3与 惰性物质，此样品用过量的 KI 溶液处理后，能使所有的铁还原成 Fe2 。然后把溶液稀释到 50.00mL，从 50.00mL 此溶液中取出10.00mL 溶液，其中的碘要用 5.50mL 1.000mol/L 的 Na2S2O3 溶液滴定（即完全反应）。另取25.00mL 上述溶液，先除去碘，然后，溶液中的 Fe2 可以被 3.20mL l.000mol/L 的 KMnO4溶液在酸性介质中滴定。试求原来样品中含 F
15、e3O4与 Fe2O3的质量百分数。 第 - 5 - 页 共 7 页 - 5 - 参 考 答 案 一 1 V型（ 1 分）； 2 KClO3 H2C2O4 K2CO3 2ClO2 CO2 H2O（ 2 分）； 3冷凝（ 1 分）； 二 1氟铝酸钠 电解炼铝的助熔剂（各 1 分） 2 SiO2 CHPh CH2 CH2 CH CH CH2 （各 1 分） 3 Na2SiF6 4NH3H 2O 4NH4F 2NaF SiO2 H2O（ 2 分） 4 NaOH Al(OH)3 NaAlO2 2H2O（写 Al2O3也可以）（ 1 分） 5 4NH4F 2NaF NaAlO2 Na3AlF6 4NH3
16、 2H2O（ 2 分） 6 HF（ 1 分） 理论 Na Al 2.56，使用 HF 制晶种， Na Al 比较接近理论值。（ 2 分，其它合理答案也可以） 三 1材料 信息（ 1 分） 2 氢能是最理想的清洁能源之一。氢气燃烧的唯一产物是水，无环境污染问题。 氢能是一种二次能源。自然界不存在纯氢，必须从含氢的物质中制得氢作为水的组成，可以说资源丰富。而且氢能是可以利用其它能源（如热能、电能、太阳能和核能等）来制取的二次可再生能源。 氢作为能源放出的能量远远大于煤、石油、天然气等能源。 另外，氢气是一种理想的能源载体。氢气具有可储、可输的性质，可作为一种能源储存和运输。储能可以达到合理利用能源
17、的目的 。氢能也可进行大规模运输。 （ 3 分，基本答对其中三点大意给满分） 3 CH4 H2O CO 3H2（ 1 分） 碳、天然气、石油资源面临枯竭，该反应尚需消耗很高的能量（该反应为吸热反应），因此，此法不是理想的长久的方法。（ 2 分） 4 SO2 I2 H2O 2HI H2SO4 2HI H2 I2 2H2SO4 2SO2 O2 2H2O 反应 最难进行（各 1 分） 该循环过程需要很高的热能，也就是说在较高温度下才能进行，生成的 SO2 和 I2 可以循环使用，其它产物对环境无污染，但耗能太大，所以此法也不 可取，若把太阳能用到上述循环中，该工艺将是合理的。（优点、缺点、前景各 1
18、 分） 5（ 1）电解 1mol 水消耗能量 284kJ（根据氢气燃烧释放热量确定）， 1m3 H2约 45mol（标准状态估算），能量利用率约 88%（ 4%）。（ 2 分） 通过太阳能发电或风能、海洋能、生物能、地热能电站产生的电能来制氢，可以降低氢的成本。（ 1 分） 6光合作用（ 1 分） 寻找合适的光分解催化剂，它能在光照下促使水的分解速度加快。（ 1 分） 7管道运输（可以把现有的天然气和城市煤气管道输送系统改造为氢气输送系统）；金属储氢材料储存后再 运输。（ 1 分） 四 X： CuSO43H2O； Y： Cu2O（各 2 分） 推理一：由置换反应所给数值可列式： 85.5507
19、7.0A (A 96.07 18.02n) 2.137 第 - 6 - 页 共 7 页 - 6 - 设氧化物为 AOm/2（ m 为自然数），可列式： nA mA 02.1807.96 00.8 0.3349 由 得 85.5500.8A mA 9.295，根据 m 1， 2 讨论，只有 m 1 时才有合理金属；再求出 A、 n。（共 5 分） 推理二：先列式 ，根据 n 1， 2 讨论，只有 n 3 时才 有合理金属，确定 X；再根据 X 的相对分子质量和 Y的含量可确定 Y。 五（ 1） a： HNO3/H2SO4； b： H2SO4/Hac（各 1 分） （ 2） A： O2N CH2C
20、N； B： O2N CH2COOH； C： H2N CH2COOH（各 2 分） 六 1 1苯基 1羟基 2丙胺（ 2 分） 2 4 种（各 1 分） 3 （ 1 分） 4 A： CHO； B： （各 2 分） 七 1 CHC CC CH3 CHC CH2 CCH（ 1 分） 2 或 （ 1 分） 3中间三个碳原子 sp 杂化，两端两个碳原子 sp2杂化（ 1 分） 共平面 键是 55 和 33 （互相垂直）；不共平面 键是两个 44 （互相垂直）（各 1 分） 4 不共平面， 4 位碳原子 sp 杂化，两端两个 键只能垂直（ 1 分） 也不共平面，中间碳原子 sp 杂化，两个三 角形面垂直（
21、 1 分） 5 相对更稳定些，三元环的张力比 小（ sp2对 sp）（ 1 分） 6 、 、 、 、 、 、 、 、 （答出其中任意五个给满分，共 4 分，少一个扣一分） 第 - 7 - 页 共 7 页 - 7 - 八、 1原 子 sp3 10928 椅（各 0.5 分） 2 （空隙长度等于碳、硅原子 直径和）（ 2 分） 3如右图所示，一个碳原子周围是六个碳原子 （ 2分） 1 3 2（ 1 分） 空隙 相错（ 1 分） 4 12 2 6 d/3 硅（各 1 分） 5晶胞质量为 4(12.01 28.09)/NA g， 晶胞体积为 (1.17 0.77)10 84/ 3 3cm3， 密度为
22、2.96（ 2 分） 偏 差： (2.96 3.217)/3.217 7.94%（数据可以有偏离，但应给出负号）（ 1 分） 密度偏小，说明实际晶胞体积比计算值小，即碳、硅原子间的距离应比两个半径小，实际上碳、硅原子间有共价键作用，而不能假设成相切（是相交）。（ 2 分） 6 38.3% 41.7%（利用原子体积与晶胞体积之比） 九、 求下限：同 5 中求密度的方法，求得 38.3%； 求上限：根据密度理论值求出晶胞体积，求得 41.7% 九、 Fe3 0.5I2 Na2S2O3； Fe2 0.2MnO4 n（ Fe3 ） 1.0005.505 27.5mmol； n（ Fe2 ） 1.0003.2052 32.0mmol n（ Fe3O4） 4.50mmol； n（ Fe2O3） 9.25mmol Fe3O4% 20.84% Fe2O3% 29.54%（ 各 1 分 ， 共 8 分 ）
