第25屆全國高中學生化學競賽理論試題(全)

1、第25屆全國高中學生化學競賽理論試題2022年12月3日長春?競賽時間4小時，遲到超過30分鐘者不能進考場。開始考試后 30分鐘內(nèi)不得離場。時間到，把試卷和 答卷裝入信封，放在桌面上，聽到指令前方可離開考場。?試卷已裝訂成冊，不得拆散。所有解答必須寫在答卷上指定的方框內(nèi)，寫在試卷上無效。?用黑色墨水筆或黑色圓珠筆答題，不得攜帶任何其他紙張進入考場。假設需要草稿紙，可舉手向監(jiān)考老師索取。?將營號寫在試卷首頁和每頁答卷指定位置，否那么無效。?允許使用非編程計算器以及直尺等文具。不得攜帶鉛筆盒、通訊工具入場H相對原子質(zhì)量HeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSClArKCaScTiVCrMnF

2、eCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbSrYZrNbMoTc 98RuRhPdAgCdInSnSb 'TeIXeCsBaLa LuHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPo 210At 210Rn 222第1題13分 同族金屬A，B，C具有優(yōu)良的導熱、導電性能，假設以 I表示電離能,11最低的是B， 11+ 12最低的是 A， I1+ I 2+ 13最低的是C。1- 1同族元素D，E，F(xiàn)均為非放射性副族元素基態(tài)原子的價層電子組態(tài)符合同一個通 式，在元素周期表中，位置在 A、B、C所在族之前，請給出 D、E、F的元素符號及價層電 子組態(tài)的通式。1-2元素A存在于動物的血藍

3、蛋白中，人對A元素代謝紊亂可導致 Wilson病。1A2+硫酸鹽在堿性溶液中參加縮二脲HN(CONH 2)2會得到特征的紫色物質(zhì)，該物質(zhì)為-2價的配位陰離子，具有對稱中心和不通過A的二重旋轉(zhuǎn)軸，無金屬 一金屬鍵，請畫出該陰離子的結構A必須寫元素符號，下同。2通過A2+與過量的丁二酮肟形成二聚配合物，實現(xiàn)了 A2+的平面正方形配位向 A2+的四方錐形配位轉(zhuǎn)化，請畫出該配合物的結構丁二酮肟用NN表示。1-3用B +的標準溶液滴定 KCl和KSCN的中性溶液，得到電位滴定曲線，其拐點依次位 于M、N、P處。1請分別寫出在 M、N、P處到達滴定終點的離子反響方程式。2在N處的物質(zhì)是無支鏈的聚合物，請至

4、少畫出三個單元表示其結構。1-4元素C的單質(zhì)與單一的無機酸不起作用，但可溶于王水。C與02和F2作用制得化合物X，在X中C的質(zhì)量分數(shù)為57.43%，X的結構與1962年N.Barlett開創(chuàng)性工作的產(chǎn)物極 為相似，通過推演給出 X的化學式。第2題12分 化合物A為非放射性主族元素 M與氧的化合物，將 13.712gA與過量熱 稀硝酸充分反響后，得到不溶物B和溶液C,將B洗凈后與過量草酸混合，參加過量稀硫酸并充分反響，生成的氣體全部通入過量的熟石灰溶液中，得到不溶物質(zhì)?？刂茰囟?，M的單質(zhì)與氧反響，生成具有較強氧化性的D，D含氧10.38%。2- 1通過計算給出D的化學式。2-2通過計算給出A的化

5、學式。2-3給出B在硫酸溶液中與草酸反響的離子方程式。2-4圖2示出M的一種氧化物的晶體結構，寫出該氧化物的化學式，簡述推理過程。(a)(b)(c)圖2 M的一種氧化物的晶體結構第3題10分 一容積可變的反響器，如圖 3所示，通過活塞維持其內(nèi)部壓力由于恒外壓相等。圖3容積可變的反響器示意圖 在恒溫、有催化劑條件下，反響器內(nèi)進行如下反響N2(g)+3H 2(g)2NH3(g)3-1假設平衡時，反響器的容積為，各物質(zhì)的濃度如下：物質(zhì)N2H2NH3c/(mol I-1)現(xiàn)向平衡體系中注入 4.0mol N2。試計算反響的平衡常數(shù)Kc和反響商Qc，并由此判斷反響將向什么方向進行。3- 2假設平衡時，反

6、響器的容積為 V，各物質(zhì)的濃度分別為 c(N2), c(H2)和c(NH3),現(xiàn)向平 衡體系中注入體積為 xV的N2同溫同壓。設此條件下1mol氣體的體積為 Vo,試推導出 Qc的表達式，并判斷反響方向。第4題13分4- 1硅酸根根本結構單元是硅氧四面體SiO4，可以用三角形表示硅氧四面體的平面投影圖形，三角形的頂點代表一個O原子，中心是 Si和一個頂角O的重疊。假設干硅氧四面體可以連接成層型結構，如圖4-1(a)所示，兩個硅氧四面體共用一個氧原子，又可以將其簡單地表示為圖4-1(b)。每一種層型結構可以用交于一點的n元環(huán)及環(huán)的數(shù)目來描述，例如圖4-1(b)可以描述為63。2 和(2)。試將對

7、圖4-1(e)至(h)的描述分別寫答卷上。圖4-1幾種層型硅酸根結構的圖示方法4- 2分子篩骨架中存在一些特征的籠型結構，見圖4-2.籠型結構是根據(jù)構成它們的多面體的各種n元環(huán)進行描述的。例如圖 4-2(a)所示的籠可以描述為45.52；而圖4-2(b)的籠可以描述為 46.6263。試將對圖4-2(c)至圖4-2(h)的描述寫在答卷上。圖4-2分子篩骨架中存在的一些特征籠型結構4- 3分子篩骨架中的籠型結構可以采用下述方法畫出：將最上一層放在平面圖的最內(nèi)圈， 下一層放在次內(nèi)圈， 依此類推，直到最底層放在平面圖的最外圈。圖中各原子之間的連接關系、各種環(huán)及其位置當然要與籠型結構中保持一致。例如圖

8、4-3(a)所示的籠，可以表示為圖 4-3(a)。圖4-3(b)至圖4-3(d)結構不完整地圖示在圖4-3(b)至圖4-3(d ),即只給出了結構的最上層和最下層的圖示，試在答卷上畫出完整的平面圖。圖4-3幾種籠型結構及圖示或不完整圖示1000K下丙酮的熱(1)Ea(1)=351KJ mol-1Ea(2)=42KJ mol-1Ea(3)=63KJ mol-1Ea(1)=200KJ mol-1Ea(5)=21KJ mol-1第5題14分高溫條件下反響機理的研究一直是化學反響動力學的根本課題，1956年的諾貝爾化學獎獲得者在該領域做出過杰出的奉獻?？蒲泄ぷ髡哐芯苛?分解反響并提出了如下反響歷程：C

9、H3COCH3_- CH3 +CH3CO-CH 3CO k2CH 3 +COCH3+CH3COCH3_ CH4+CH3COCH2 kCH 3COCH 2 -CH 3 +CH 2COk5CH 3 +CH 3COCH 2 C2H 5COCH 35- 1上述歷程是根據(jù)兩個平行反響而提出的，請寫出反響方程式。5- 2實驗測得1000K下熱分解反響對丙酮為一級反響，試推出反響的速率方程。提示：消耗丙酮的主要基元步驟是反響(3);可忽略各基元反響指前因子的影響。5- 3根據(jù)5-2推出的速率方程，計算表觀活化能。5-4 分解產(chǎn)物中CH4可以和水蒸氣反響制備H2：CH4(g)+H 20(g) 3H2(g)+C

10、O(g)試根據(jù)下表數(shù)據(jù)計算該反響在298K時rGm和平衡常數(shù)K，并指出平衡常數(shù)隨溫度的變化趨勢。相關物質(zhì)熱力學數(shù)據(jù)298K物質(zhì)rGm / KJ mol-1Sm/J mol-1 K-1CH4(g)H2O(g)H2(g)0CO(g)H2O(l)第6題8分甲酸和乙酸都是重要的化工原料。移取甲酸和乙酸的混合溶液，以molNaOH標準溶液滴定至終點，消耗。另取上述混合溶液，參加mol l-1KMnO 4強堿性溶液，反響完全后，調(diào)節(jié)至酸性，參加000mol l-1Fe2+標準溶液，用上述 KMnO 4標準溶液滴定至終點，消耗。6- 1 計算混合溶液中甲酸和乙酸的總量。6- 2 寫出氧化復原滴定反響的化學方

11、程式。6- 3 計算混合酸溶液中甲酸和乙酸的濃度。第7題18分 2002年，Scott等人首次完成了的 C60化學全合成，該成果為今后合成更 多和更豐富的C60衍生物帶來了可能。下面是其全合成的路線無機產(chǎn)物及副產(chǎn)物已略去AMg(A)(B)(C)pbJPPh3 (E)abcEtOLidCl(F)UV(254nm)CH31)NBS(G)1)KOH/H 2O(H)AICI3(I)-H2cTJ2)KCN2)SOCl 2DCM/ AClClCl7-1寫出上述合成路線中a、b、c和d所對應的試劑或反響條件。7- 2 畫出上述合成路線中中間體AI的結構簡式。7- 3 寫出中間體J的對稱元素。7- 4 給出從

12、中間體I到J的反響機理。第8題12分 最近的研究說明，某種新型的胍鹽離子液體 有很好的催化活性，進一步的研究說明 GIL還具有一定的堿性。 為催化劑，合成多官能團化合物 H的路線：GIL丨對Michael加成反響以下是某研究小組利用GIL+AGIL-H2OA+C+C-H 2OgilJDIpLGILKOH-HCN(F)_8- 1 畫出A和C的結構簡式。8- 2 畫出B、D、F和G的結構簡式。8- 3 給出從中間體E到F的反響機理。8-4從周環(huán)反響的角度看，反響中間體G轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物需經(jīng)過一次 遷移，其驅(qū)動力為。第25屆全國高中學生化學競賽理論試題參考答案及評分標準第1題131-1 Ik H HL

13、葉1分?Sc. Y. La, n-ld1 1分 兀多嗚中作“坊HH2u> <2 分)(2) (2 分)1-3(1) M 處：Ag+ + 2 SCN- = Ag(SCN)2_( 1 分N 處：Ag+ Ag(SCN = 2 AgSCNl( 1 分)P 處：Ag+ CP = AgClj( 1 分)1-4 2 分X 為O2AuF6或O2AuF61分推理：從元素C的性質(zhì)及a ,B結果可知C為Au。的開創(chuàng)工作與 X極相似，即與O2PrF6結構相似。產(chǎn)物 X由三種單質(zhì)化合而成，那么應為O2Au mFnm,n正整數(shù)，那么Au%=m t A/ (Au)肚(0的謁) 16.00x 2197.0m+19

14、f00w x 100% =57143197.0m賦值：令m = l,那么n=6合理tn = 2,那么滬=13.68舍去心、均無合理正整數(shù)解。 故乂為 IQj AuF6 也可號驗證法：1分由題意知C為Au元素，與N.Bartlett的產(chǎn)物O2PtF6結構相似，且 X由三種單質(zhì)合成,那么不妨假設X為O2AuF 6校驗：Au%197.016?00x 2+ 197?0+19.00x6x 100% =5743%那么假設正確，X為0 2AuF 6。其它合理計算和推導，且結果正確均得2分。第2題12分2-1 4 分設D的化學式為MOx,其摩爾質(zhì)量為y，那么16.00X10.38%y 16.00x假設X =

15、1/2y = 69.1M為Ga氧化物無氧化性，不合題意假設X = 1y = 138.1M為La非主族金屬，不合題意假設X = 4/3y = 184.2M為W非主族金屬，不合題意假設X = 3/2y = 207.2M為Pb主族金屬所以，D為Pb2O34.004g CaCO3沉淀的物質(zhì)的量為4.004/100.1 二 0.04000(mo1)那么H2C2O4的物質(zhì)的量為0.02000mol由反響式可知PbO2的物質(zhì)的量為0.02000molPb02 質(zhì)量為 (207.2+32) E2000: 4.784g 化合物 A中PbO的質(zhì)量為13.712 4.784 : 8.928gPbO 的物質(zhì)的量為8.

16、928/223.2: 0.04000mol所以 n (PbO) / n (PbO2)= 2即化合物 A為 2PbO'Pb02或Pb304 2-3 1 分Pb3O4由PbO和PbO2組成，可以寫成 2PbO PbO2,在硫酸介質(zhì)中與草酸反 應的離子方程式為PbO + H2C2O4 *6H+ +3 SOF = 3 PbSO4 + 2 CO： + 4 H20 或 PbOi + H2C;O4 + 2H* + SOj = PbSO4 + 2CO： + 2H：02-4 4 分1由圖a可見，晶體中有兩種不同配位數(shù)的金屬原子：六配位和三配位;2由圖c可見，六配位和三配位的金屬個數(shù)比為1 : 2;3由圖

17、b可見，每個氧原子被三個金屬原子共用：4因此有：花咲匯列廠九兀汁心-洽口:或者：Pb呈現(xiàn)+4和+2兩種氧化態(tài)，八面體的Pb為+4,三角錐體的 Pb為+2，根據(jù)電中性原理，PbO'ZPb1因此為P場0化第3題10分3- 1 ( 3 分N2(g) + 3H： (g) = 2 NHj (g)r -(叮血小丄一卞_,丿zC_N2H23 一 (0J1 mol*L_1 )(034mobL-1)3 一 * (m°)參加4.0 mol Ni后，體積變化到原休積的5衛(wèi)倍N：(g)+ 3 H2 (g)=2 NHs (g)rt/mol4.110440.75c4noldm_J4 J1/50.14/5

18、0.75/50.8220.0280.15=1246.9 ( mobf1 )2(OJjmobL"1)2(0J22mob LXOSmobf1)3Qc<Kc反響右移3- 2 ( 7 分)2# 2, b b 1加X卩的N后體積參加N?的物質(zhì)的K+xFxV=2 NH (g)n (Nj)齊Ni(g) +3 H: (g)=濃度/molc(N：)c(HQc(NH3)物質(zhì)的 g/inol-L1Fc(N3)jtF呦2)MNH3)參加N?后的濃度Xo冷比)VxVVxVVxV約掉卩卜0c(H3)1 + x1 + x1 + x他)+肓祖比川1+ AC (1 + X)5Ic(nhjF1iFye(HJ)fx

19、c(NJ) + 泌nhF(“x)2何 Hjqc(M)|l +歳(1 + JC)1>1X , F1(Hx)2>1 + c(N3)r0"'A莎而 第4題13分x>7-2平髭左移平衡右移平徒態(tài)4- 1 ( 4 分)(e) (4. 6. 10)(6 10)(f) (4. 6. 12)(g) (4.6. 8)(4.亂 12)Ch) (4.5. 8)(4.5 12)(5< 12)(5. 8. 12)4- 2 ( 6 分)(c) 456(d) 4<44.64Ce) 512.62(f) 46n(g) 4fi.62.66fiJ'JM514 分5- 1 2

20、分丙酮的分解反響實際上是包含兩個平行反響的分解方式：每個配平的方程式1 分方式CH3COCH3 CH4 + CH1CO方式二：2 CH3COCH3 鄲哼T C2H5COCH3 + CH4 斗 CO彳5*2 8 分利用穩(wěn)態(tài)近鎖：dHCH?=門十尸2 _ %+ "一馮=。1分dz跡嚇0)dt1分迴匹邊円 Cl分 dr1分以上三式聯(lián)立* 可得 M3CH31-iMCH3-kli4 = 0所以他土卜螢【叫片一缶廠亠假設忽略指前因子影響，根據(jù)阿侖尼烏茲公式可得： 卑魁 exp££4£1M * 4312 pi 勾為 LRT 因此，上式可以近似得叫葆傘將滾宓2分以丙酮的

21、消耗來表示總反響速率，得 尸=-d吃魚9。9切=尸廠巾二島CHjCOCH* bEHjCOCH? CHy因為 £*(1)» £i(3)» 所以島? k3l r=feCH3COCHj CH3*J(1 分)丨爲居嗆那么 r=t3ICH3COCH3 fCH3=廠CH5COCH3=MCH3COCHJ (1 分) 可見丙團熱分解反響為一級反響j5- 3 1分根據(jù)阿侖尼烏斯公式可得;£.= 4耳+ 5G)+心】I、?= + (351 kJbmor'+ 63 kJmo'+ 200 kJol"1- 21 kJ*mo)=297 kJ-mo

22、r15-4 (3 分)=-110,5 kJmor1 (-74.4 kJ mo】")(-241.8 kJ*mol_l)= 205.7 kJ-mof1(65 分)心=(197.7+3x130.7-1863-188.8)K_1=214.7 rmof11(0.5 分)ArG：=釧盅 一 =205.7 kJmof-298 Kx214,710-3 kJ*morL K_1=141.7 kJ-mof1(0.5 分)右皿=-町也廣141.7kJ mol= 1.450x10*-moFK_lx298K(0*5 分)將隨溫度的上升而培犬(1分第6題(8分)6- 1( 2 分)由酸堿滴定求兩種酸總物質(zhì)的拿n

23、*=w(HC OOH) + n(HAc)=c(NaOH)XPaOH)=0.1000 mol-L'1 X 25.00X 10_1 L=2.500X1 O'3 mol6- 2 ( 2 分)5 Fe2+ MnOf + 8= 5 fe3+ Mn24 + 4 HzO6-3 ( 4分)在強堿條件下反響為C勢粛隔，僉63 iHCOO* + 2 MnOf + 3OIT CO產(chǎn) + 2 MnO?' + 2 HjO 酸化后反響為3MnO? + 4IT= 2MnO4 +MdOj+2H3O3mol HCOOH 與 6mo) MnOf 作用生成 6 mol MnO/-, 6mol MnO?-酸化后歧化 為4mol Mud和2mol MnO2此時與3mol HCOOH作用而消耗的Mn(V應 為2moL即從第一個反響的反響物MnO/扣除掉第二個反響的歧化產(chǎn)物 MnO/ *3 mol HCOOH2 molMnO/ re(HCOOH)=3Z2 n(MnOD用Fea+回滴剩余的MnO