全国化学奥林匹克竞赛(初赛)模拟试题(3).doc

湖南师大附中化学竞赛教练组命制，不得翻印
全国化学竞赛初赛模拟试卷答案（03）
（时间：3小时 满分：100分）
题 号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
满 分
2
5
7
14
7
8
16
5
14
12
10

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
47.88
V
50.94
Cr
52.00
Mn
54.94
Fe
55.85
Co
58.93
Ni
58.69
Cu
63.55
Zn
65.39
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
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
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds

第一题（3分）
1．锂同位素的氢化物6Li2H是一种潜在的核原料资源，写出核反应方程式。
2．已知下面4种原子核的质量分别为1H：1.00783u、2H：2.01410u、6Li：6.01512u、7Li：7.01600u。请比较6Li2H与7Li1H发生相似反应时何者能放出更多的能量？为什么？

第二题（5分）
端木守拙科研课题是“碱金属卤化物的分子动力学模拟”，研究了体积较大的碱金属卤化物离子簇。从NaCl晶体中可以抽取出不同形状的晶体小碎片，这些晶体小碎片可以称为NaCl离子团簇。离子晶体或离子团簇表面存在悬挂键（即表面的离子有一种没有抓住相邻原子的化学键）。
右图是立方体形状的NaCl离子团簇，其中大球代表Cl－，小球表代Na＋。请回答下列问题：
1．与等质量的NaCl离子晶体相比，NaCl离子团簇具有_______（填“较多”或“较少”）的悬挂键；
2．NaCl离子团簇的熔点比NaCl大块晶体的熔点要______（填“高”、“低”或“—样”）；
3．如果团簇中离子对数相同，则团簇的总能量与团簇的外形是否有关 。
4．(NaCl)864立方体离子簇的边长相当于 个NaCl单胞的边长。
5．但是体积小的团簇有特殊性。Na5Cl4＋无法形成面心立方结构，它的几种结构中，最稳定的是具有高对称性的平面结构，请画出其结构式 。

第三题（10分）
铝片（粗铝）加入到1mol/L盐酸中，刚开始几乎不反应，稍微加热，片刻反应即发生，且程度剧烈，有大量气泡生成，同时混有大量灰色物质产生，此时溶液浑浊。当盐酸过量，反应完毕后溶液变澄清。如果用纯铝做实验，也有相同现象。
1．铝和盐酸刚开始不反应，后反应剧烈，主要原因是什么？
2．如果用硫酸和铝反应，相应不如盐酸和铝反应剧烈，这说明什么？（2点）
3．大量难溶性灰色物质是什么？
4．如何进一步通过实验确认灰色物质的成分。
5．已知金属铝的密度为2.699g/cm3，原子半径为143pm，离子半径51pm
①计算金属铝的堆积系数（空间利用率）和堆积类型
②计算金属铝晶体中最大空隙半径和最小空隙半径
6．铝的晶体结构对产生灰色物质有什么影响。

第四题（12分）
将6.92L（ρ＝4.51g/L）的无色A气体和10.20g白色晶体B一同加入到含24.00g NaOH的溶液中，恰好完全反应，得到含41.99g C的无色溶液和18.02g白色沉淀D（已干燥）。
已知：A、B、C、D由短周期5种元素中2～3种组成，其中A、B、D是二元化合物；A是非极性分子；B和D的熔点都非常高，但属于不同的晶体类型；C晶体的晶胞参数a＝780pm，晶胞中阴离子组成立方最密堆积，阳离子占据全部八面体和四面体空隙。
1．分析计算晶体C的密度；
2．通过合理的分析，确定A、B、C、D各物质的化学式和物质的量；
3．写出反应方程式

第五题（9分）
1．用Cu制取硫酸铜的实验有多种方案，写出其中设计能体现“经济、高效、环保”精神的实验方案，并写出方程式
2．希尔实验是将分离出的叶绿素加到铁（Ⅲ）盐溶液中，经光照后产生气体。写出反应方程式；该实验可说明什么？
3．二氯化硫与三氧化硫作用可生成重要化工试剂A，A极易水解，也能与乙醇等有机实际反应。写出上述反应方程式。
4．我国是最早记载丹砂的药用价值和炼制方法的，为了使人们重视丹砂，1982年我国发行面值为10分的丹砂邮票。汞单质和化合物在工业生产和科学研究上有其广泛用途。丹砂炼汞的反应包括以下两个反应：①HgS与O2反应；②HgS与CuO反应。反应①有气体生成；反应②无气体生成。分别写出这2步反应方程式。

第六题（5分）
向FeI2溶液中不断通入Cl2，溶液中部分粒子的物质的量随X [n(Cl2)∶n(FeI2)] 的变化可用右图简单表示（未画完全）：
1．指出细线2、粗线5、细线3分别代表什么离子；
2．写出当n(Cl2)∶n(FeI2)分别等于①1.2、②3.5时的离子反应方程式。

第七题（12分）
各地电视台的天气预报中都要预报城市的空气质量。根据国家环保局的统一规定，目前进行常规大气监测的项目是：二氧化硫、氮氧化合物、悬浮颗粒物等三种大气污染物。
1．解放日报2004年10月14日报道：德国科学家日前利用卫星数据和一种先进的仪器，绘制了一幅地球上空二氧化氮的分布图，从科学家绘制的二氧化氮分布图看，欧洲和北美洲的一些大城市上空二氧化氮密度很高，其原因是什么？
2．与氮氧化合物有关的全球或区域性大气环境问题主要有哪些？
3．若要测定空气中悬浮颗粒物的含量，需要测出的哪些数据？
4．静电除尘是治理悬浮颗粒污染的方法之一，右图为静电除尘器的示意图。已知空气分子能被强电场电离为电子和正离子。请结合图具体说明静电除尘原理。
5．用KIO3－淀粉溶液可定性检验空气中的SO2，写出反应方程式。
6．高锰酸钾法可定量测定空气中的SO2含量：反应器中有25.00mL 0.0200mol/L的KMnO4（H＋）溶液，往其中持续缓缓通入5.00m3空气，结束后，用0.1000mol/L标准 (NH4)2Fe(SO4)2溶液滴定过量KMnO4溶液至无色，消耗22.48mL。计算空气中SO2的含量（mg/m3）
7．在SO2定量分析中，也可以用Br2与SO2气体的定量反应来测定。反应中的Br2是由一个装有酸性溴化钾溶液的电解槽提供，当将空气以1.20×10－4m3/min的流速通入电解槽产生Br2的极室中，此时电流计显示为7.50×10－6A时，此极室中Br2浓度保持不变。计算该空气中SO2的含量（mg/m3）（F＝96500C/mol）
第八题（6分）
在导电高分子聚合物中，聚苯胺是最有实用前途的功能高分子材料之一，受到广泛的重视。在一定催化剂和氧化剂的作用下，苯胺可直接聚合为聚苯胺（阳离子），核磁共振显示有1种H原子连接在聚合链的N上，有2种非常接近的H连接在聚合链的C上。
1．写出聚苯胺（阳离子）的结构简式；
2．若把聚苯胺（阳离子）看成一维晶体，指出该晶体的结构基元；
3．简述聚苯胺的分子结构特点（导电）。

第九题（11分）
取代的酰胺是一类具有高生物活性的化合物。N－对甲基苄基苯甲酰胺（A）的合成路线如图式所示：聚苯乙烯磺酰氯树脂（R－－SO2Cl）在吡啶的存在下B反应得到树脂C，用D酰化后得到树脂E。树脂E在TiCl4/Zn/THF自由基体系条件下解脱，得到结晶性的N－对甲基苄基苯甲酰胺（A）。
CEA
1．写出A～E各物质的结构简式；
2．系统命名法命名E；
3．聚苯乙烯磺酰氯树脂在合成A的作用是什么？
4．A的晶体属于正交晶系，晶胞参数：a＝0.955nm，b＝1.117nm，c＝1.177nm，ρ＝1.192g/cm3，计算在一个晶胞中有几个原子。
5．A的晶体结构中N原子的sp2杂化趋势非常大，主要受到哪2个因素的影响？

第十题（7分）
回答下列问题：
1．在绝大多数化合物中镧系元素是以＋3价态存在的，但有时在少数几种离子型化合物中也能发现Ce4＋和Eu2＋，试用价电子构型解释这些离子的变价行为？
2．近十几年来，磷酸铝被广泛应用为催化剂的载体，指出磷酸铝中Al和P的O配位数，并说明判断理由。
3．溴与一些烯烃加成的反应速率如下：
烯烃
H2C＝CH2
CH3CH＝CH2
(CH3)2C＝CH2
(CH3)2C＝C(CH3)2
PhCH＝CH2
BrCH＝CH2
相对速率
1
2
10.4
14
3.4
＜0.04
怎样解释这些数据？

第十一题（11分）
在过去一个半世纪的时间内，一直试图合成粒子A离子。1968年利用核化学方法经多步合成首次得到了这种粒子，用于制备A离子的元素X的天然同位素组成如下：
核素的质量数
74
76
77
78
80
82
核素的摩尔分数，%
0.87
9.02
7.58
23.52
49.82
9.19
富集82X的核素的制剂，以中子流照射得到核素83X，将其单质溶于稀硝酸中，向所得溶液中加入过量的氢氧化铷，之后，将臭氧通入溶液，得到B溶液。由于得到的B中含核素83X的β－蜕变（t1/2＝22.5min），形成了A离子（83X→nY）；A中所含核素nY继续发生β－蜕变（t1/2＝2.39h），同时从溶液中释放出的气体中一种是惰性的（C）。
1．写出制备83X和nY的核反应方程式；
2．自然界中元素的核组成与元素的任一个稳定核素的丰度之间有什么联系？
3．写出离子A、溶液B、气体C的化学式；
4．试写出制取A时进行的反应方程式；
5．在1971年，以XeF2为氧化剂，在碱性条件下通过化学反应制得了A离子，写出反应方程式。

第十二题（9分）
一些锑的有机配合物可以应用于医药研究，A是其中一种，合成方法如下：将2.3g三氯化锑与3.0g巯基乙酸溶于20mL无水甲醇中，溶解后加入60mL蒸馏水，搅拌并加热至80℃左右，反应约2h，然后逐滴加入4mol/L NaOH溶液至大量白色固体物质析出。过滤，蒸馏水洗涤数次，固体物再用蒸馏水重结晶，室温下于P2O5真空干燥箱中干燥，得白色晶体A 2.6g。进一步检测得A的晶胞参数为：a＝1.40nm，b＝1.20nm，c＝1.24nm，β＝126°；由比重瓶法测得A物的密度为D＝2.44g/cm3；元素分析得A中含有Sb 40.2%。
1．确定配合物A的化学式和结构简式；
2．计算A晶胞中有几个原子；
3．写出合成A的反应方程式；
4．滴加NaOH溶液的体积是否越多越好，为什么？
5．直接碘量法可分析A中Sb的含量，写出滴定反应方程式。
6．计算合成A的产率；

全国化学竞赛初赛模拟试卷（3）参考答案

第一题：
1．6Li＋2H→24He（1分）
2．6Li2H：8.02922；7Li1H：8.02383。反应产物都是2个4He（4.00260u），反应前后质量亏损，原来质量大的6Li2H释放能量多。（2分，(8.02922－8.00520)︰(8.02383－8.00520)＝2402︰1863≈1.3倍）

第二题：
1．较多
2．低
3．有关
4．6
5．

第三题：
1．铝表面有氧化膜，刚开始氧化膜阻碍了铝与酸的反应，氧化膜破坏后加速了反应（1分）
2．阴离子对氧化膜的破坏也有作用，Cl－的氧化膜的破坏作用比SO42－离子强（2分）
3．铝粉（1分）
4．分离得到灰色物质，分别加入酸或碱中，都能溶解并产生大量气体，所得溶液中可以用铝试剂检验到铝离子的存在。（1分）
5．①[(4/3)×π×(143×10－10)3]/[26.98/(NA×ρ)]＝0.738（1分）
（立方或六方）最密堆积（0.7405）（1分）
②最大八面体空隙：59pm；最小三角形空隙：22pm（2分）
6．铝晶体结构中空隙较大，而且铝密度小，原子半径较大，离子半径很小，化学性质比较活泼，当反应速率较快时，随氢气带出的纯铝粉来不及反应而溶液中析出。（1分）

第四题：
1．参加反应NaOH物质的量为0.60mol，产物C为钠盐，且由晶体结构知C的组成为Na3X，即0.20mol，C的摩尔质量为210g/mol；（1分）
ρ＝＝2.95g/cm3（1分）
2．A的质量为31.21g，反应前后质量差为5.4g，即0.30mol水，说明A、B、C、D各物质中无氢元素； B、D熔点很高，可能是原子晶体和离子晶体，其中原子晶体最可能是SiO2，其物质的量为0.30mol，而另一种则另一种为金属氧化物（B、D中必有一种元素相同）；A是气体，由2种非金属元素组成；即A是硅的非金属化合物、B是金属氧化物、D是SiO2；A是非极性分子，只能是卤化物，从物质的量角度考虑SiF4比较合理（0.30mol）；最后一种金属元素在C中呈现＋3价，即为Al，B为Al2O3（0.10mol）
A：SiF4 0.30mol B：Al2O3 0.10mol C：Na3AlF6 0.20mol D：SiO2 0.30mol（各1分）
3．3SiF4＋Al2O3＋6NaOH＝2Na3AlF6＋3SiO2＋3H2O（1分）

第五题：
1．适当温度下，使铜片在持续通入空气的稀硫酸中溶解（1分）
2Cu＋O2＋2H2SO4＝2CuSO4＋2H2O（1分）
2．4Fe3＋＋2H2O4Fe2＋＋4H＋＋O2↑（1分）
光合作用产生的氧气来源于水（1分）
3．SCl2＋SO3＝SOCl2＋SO2 SOCl2＋H2O＝SO2＋2HCl C2H5OH＋SOCl2＝C2H5Cl＋SO2＋HCl（各1分）
4．①HgS＋O2Hg＋SO2（1分） ②4HgS＋4CuO4Hg＋3CuS＋CaSO4（1分）

第六题：
1．I2 Fe3＋ IO3－（各1分）
2．①2Fe2＋＋10I－＋6Cl2＝5I2＋2Fe3＋＋12Cl－
②10Fe2＋＋20I－＋35Cl2＋24H2O＝10Fe3＋＋6I2＋8IO3－＋70Cl－＋48H＋（各1分）

第七题：
1．这些地区的机动车辆过多 寻找催化剂，发生反应2CO＋2NO＝N2＋CO2（各1分）
2．酸雨、臭氧层空洞、光化学烟雾（2分，少1个扣1分）
3．吸收前和吸收后固体吸附剂和盛放仪器的质量（1分）
4．除尘器由金属A和悬在管中的金属丝B组成，A接高压电源正极，B接在高压电源负极。A、B之间有很强的电场，而且距B越近电场越强。B附近的空气分子被强电场电离为电子和正离子。正离子跑到B上得到电子又变成空气分子，电子在奔向A的过程中，遇到烟气中的悬浮颗粒，使悬浮颗粒带负电，吸附到A上，排出的气体就较为清洁了。（2分）
5．2KIO3＋5SO2＋4H2O→I2＋3H2SO4＋2KHSO4（1分）
6．MnO4－～5Fe2＋，与SO2反应的MnO4－的物质的量：
0.0200×25.00－0.1000×22.48/5＝0.0504mmol
5SO2～2MnO4－，n(SO2)＝2.5×0.0504＝0.1260mmol＝8.07mg
计算空气中SO2的含量为1.61mg/m3（2分）
7．SO2＋Br2＋2H2O＝H2SO4＋2HBr（1分）
7.50×10－6×60×64070/2×96500×1.20×10－4＝1.24mg/m3（1分）

第八题：
1．－＋NH＝＝N＋H（3分，－NH＋给1分）
2．－－＋NH＝＝N＋H－－＋NH＝＝N＋H－（1分，空间折线型）
3．聚苯胺中每个碳原子都是sp2杂化，形成了三个共平面的，夹角约120°的杂化轨道，这些轨道与相邻的碳氢原子轨道键合构成了平面型的结构框架。其余未成键的PZ轨道与这一分子平面垂直，它们互相重叠，形成长程的π电子共轭体。（2分）

第九题：
1．A：－CO－NH－CH2－ B：CH3－－CH2NH2
C：R－－SO2－NH－CH2－－CH3 D：－COCl
E：R－－SO2－（各1分）
2．N－对甲基苄基－N－苯甲酰基聚苯乙烯磺酰胺树脂（1分）
3．作为B与D反应合成A的载体，实现固相合成（1分）
4．V＝1.256nm3，M（C15H15NO）＝225.29g/mol Z＝ρVNA/M＝4.00
一个晶胞中的原子数：4×32＝128 （2分）
5．N与C＝O形成共轭π键；N上氢与另一分子C＝O形成氢键，促进sp2（各1分）

第十题：
1．Ce4＋具有稀有气体Xe的稳定电子构型；Eu2＋含有61个电子，电子构型为[Xe]4f7，具有稳定的半充满结构。（各1分）
2．配位数都是4（1分） AlPO4和SiO2互为等电子体（1分）
3．从这些数据可以看出，双键碳原子上烷基增加，反应速率加快，因此反应速率与空间效应关系不大，与电子效应有关，烷基有给电子的诱导效应和超共轭效应，使双键上电子云密度增大，烷基取代基越多，反应速率越快（1分）。当双键与苯环相连时，苯环通过共轭体系起了推电子效应，因此加成速率比乙烯快（1分）。当双键与溴相连时，溴的拉电子诱导效应超过给电子效应，总的结果起了拉电子作用，因此加成速率大大降低（1分）。

第十一题：
1．Se＋n→Se Se→Br＋e－（各1分）
2．有偶数中子的核素一般比有奇数中子的核素的丰度大（1分）
3．BrO4－ Rb2SeO4 Kr（各1分）
4．3Se＋4HNO3＋H2O＝3H2SeO3＋4NO↑（1分）
H2SeO3＋2RbOH＝Rb2SeO3＋2H2O（1分）
Rb2SeO3＋O3＝Rb2SeO4＋O2（1分）
SeO42－→BrO4－＋e－（1分）
5．XeF2＋2OH－＋BrO3－＝Xe↑＋BrO4－＋2F－＋H2O（1分）

第十二题：
1．H[Sb(SCH2COO)2]（2分） H＋[]－（1分）
2．V＝1.40×1.20×1.24×sin127°＝1.66nm3
Z＝NADV/Mr＝6.022×1023×2.44×1.65×10－22/302.95＝8
1个晶胞中有8×16＝128个原子（2分）
3．SbCl3＋2HSCH2COOH＋3NaOH＝H[Sb(SCH2COO)2]↓＋3NaCl＋3H2O（1分）
4．不宜过多，否则会将A溶解（实际5mL）（1分）
5．I2＋SbO2－＋2OH－＝2I－＋SbO3－＋H2O（1分）
6．85%（1分）

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