中國化學(xué)會第20屆全國高中學(xué)生化學(xué)競賽決賽

1、中國化學(xué)會第20屆全國高中學(xué)生化學(xué)競賽（決賽）理論試題2007年1月17日本競賽試題共8題，總分120分，競賽時間4小時。遲到超過30分鐘者不得進(jìn)入考場，考 試開始后1小時內(nèi)不得離開考場。解答完畢，將試卷和答卷及草稿紙折好，背面朝上放于桌面，撤離考場。 試卷和答卷已分別裝訂成冊，不得拆散，所有解答必須寫在答卷的指定位置，寫于其他位置無效. 選手營號寫在答卷每頁左邊指定位置，不得寫所屬地區(qū)，學(xué)校名稱和姓名，否則按廢卷論。 使用黑色墨水鋼筆或圓珠筆答題，不得使用鉛筆（包括彳圖）。使用提供的草稿紙. 不得攜帶任何其他紙張進(jìn)入考場。 允許使用非編程計算器及直尺，橡皮、涂改液等文具，不得將文具盒以及手機(jī)

2、、小靈通、 BP機(jī)等通訊工具帶入考場，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)將嚴(yán)肅處理。原予量：H 1.008 B 10.81 C 2.01 N 14.01 O 16.00第1題（14分）鈦及其合金具有密度小、強(qiáng)度高、耐腐蝕等優(yōu)良性能，被廣泛用于航天、航空、航海、石油、 化工、醫(yī)藥等部門。我國四川省有大型引鈦磁鐵礦。 從由鈕鈦磁鐵礦經(jīng) 選礦”得到的鈦鐵礦提 取金屬鈦（海綿鈦）的主要工藝過程如下：,焦炭氯氣鎂I II-牛鐵.，鈦鐵礦-還原熔煉-'高鈦渣 一一|氯化、精制|-TiCl 4-1還原海面 鈦1-1鈦鐵礦的主要成分為FeTiO3?？刂齐姞t熔煉溫度（1500K）,用碳還原出鐵，而鈦則進(jìn)入爐渣浮于熔融鐵之上，使鈦

3、與鐵分離，鈦被富集。已知：FeTiO3+ C =:TiO 2 +Fe+ CO-Gm / J . mol ;二190900- 161TFeTiO3 + 4 C 二= TiC +Fe+ 3 CO一 rG-1 .m J . mol ;二 750000- 500TFeTiO3+ 3C 二二 Ti +Fe+ 3COGm / J . mol -1 := 913800-519T通過計算判斷在電爐熔煉中主要發(fā)生以上哪個反應(yīng)?（3分）1-2 寫出在1073 1273K下氯化反應(yīng)的化學(xué)方程式。（1分）1-3 氯化得到的TiCl4中含有的VOCl 3必須用高效精微的方法除去，為什么？實際生產(chǎn)中常在409 K下用Cu

4、還原VOCl 3,反應(yīng)物的摩爾比為1:1,生成氯化亞銅和難溶于TiCl4的還原物，寫出還原反應(yīng)方程式。（2分）1-4 精制后的TiCl 4用金屬鎂還原可得海綿鈦，寫出化學(xué)反應(yīng)方程式。（1分）1-5菱鎂礦（主要成分為MgCO 3）煨燒分解后與焦炭混合在氯化器中加熱到1373 K,通入氯氣生成MgCl 2O在1023 K電解熔融MgC12得到金屬鎂。寫出用菱鎂礦煨燒及氯化制取MgCl 2的化學(xué)反應(yīng)方程式。（2分）（2）寫出電解熔融 MgCl 2的電極反應(yīng)式和電解反應(yīng)式。（2分） （3）已知 1023K MgCl 2（1）的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成始 AfHm 為-596.32kJ mol 1 ,MgC1 2（

5、1）、Mg（1）、C12（g） 的標(biāo)準(zhǔn)摩爾嫡 Sm分別為231.02、77.30、268.20 kJ mol 1。計算 MgCl 2的理論分解電壓。（3 分）第2題（14分）自然界中許多金屬和非金屬形成的礦物微粒的粒度介于納米-微米之間，并呈現(xiàn)出不同的晶體形貌和特殊的物理化學(xué)性能，我國已發(fā)現(xiàn)多個儲量豐富的大型天然納米非金屬礦床。2-1膨潤土是一種天然納米礦物材料，主要成分為蒙脫石。蒙脫石是層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物，在一定地質(zhì)條件下可形成厚度為納米尺寸的層狀晶體。不考慮層間水和陽離子置換時，化學(xué)式為A12Si4O10（OH）2。將下面蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)圖中與中心Al原子配位的O原子和OH原子團(tuán)用短線連接

6、起來（Al的配位多面體共邊）,指出配位多面體的空間構(gòu)型。（4分）O _ O ° O C。O O O °o °®o °oc 陰®O° ©°C° OO c'。° O n9°O °。 o O ° OOO0 Al Si OHO O2-2非金屬納米礦物開采出來后，需經(jīng)選礦、化學(xué)提純才能應(yīng)用。（ 1 ）當(dāng)?shù)V物中含有CuS、 ZnS 雜質(zhì)時，將適量濃硫酸拌入礦粉，加熱，充分?jǐn)嚢?，待反?yīng)完全后用水稀釋、過濾、清洗，可將這些雜質(zhì)分離除去。從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的角度，應(yīng)盡量減

7、少硫酸的用量，寫出化學(xué)反應(yīng)方程式。加水稀釋的目的是什么？（2.5 分 ）（ 2）當(dāng)?shù)V物中含有As2S3、 SnS2 雜質(zhì)時，加入硫化鈉和少量氫氧化鈉的混合溶液，加熱攪拌，待反應(yīng)完全后經(jīng)過濾、消洗，可將雜質(zhì)分離除去，寫出主要化學(xué)反應(yīng)方程式。為什么需加氫氧化鈉溶液?（2.5 分 ）2-3 若膨潤土中含F(xiàn)e2O3 時，白度就會受到影響，須進(jìn)行漂白處理：在硫酸介質(zhì)中用連二亞硫酸鈉作漂白劑進(jìn)行漂白；加水漂洗后加入氨基三乙酸鈉（Na3A）,結(jié)合殘留的亞鐵離子，以維持產(chǎn)品的白度。（1） 寫出漂白過程的離子反應(yīng)方程式。（2 分 ）（2） 寫出氨基三乙酸鈉與亞鐵離子結(jié)合生成的2： 1 型單核配合物的化學(xué)式及陰離

8、子的結(jié)構(gòu)式。（3 分 ）第 3 題 （10 分 ）無機(jī)高分子絮凝刑具有效能高、價格低廉的優(yōu)點，廣泛用于給水排水、工業(yè)廢水及城市污水處理。3-1大多數(shù)金屬離子都能生成多核水解產(chǎn)物。鐵鹽溶于水后生成水合鐵（出）離子，當(dāng)溶液pH升高時發(fā)生水解，首先生成黃色的水解產(chǎn)物FeOH（H2O5）2+,寫出水解反應(yīng)方程式。（1分）3-2 水解時發(fā)生聚合，寫出FeOH（H 2O5） 2+聚合為二聚體（用結(jié)構(gòu)式表示）的化學(xué)反應(yīng)方程式。寫出當(dāng)溶液堿化度（OH/ Fe ）為 2.0 時形成的鏈狀多聚物的結(jié)構(gòu)式。（3 分 ）3-3 聚合氯化鋁（PAC）通式為（Al2（OH）nCl6-n m,是無機(jī)高分子絮凝劑，它可用軟鋁

9、礦（主要成分A1203 H2O）為原料通過酸溶法制備。其主要制備過程是：將經(jīng)過焙燒的礦粉移入反應(yīng)釜，加入適量鹽酸溶解；用堿調(diào)高 pH,得到Al（OH） 2（H2O）4 Cl；分成兩份，將其中一份用氨水中和得到凝膠；將此凝膠溶于另一份溶液，pH調(diào)高至4,充分反應(yīng)，即可制得 PAC。寫出制備過程的化學(xué)反應(yīng)方程式。（4 分 ）3-4 聚合氯化鋁（PAC）中存在一種三聚體，由二個鋁氧八面體構(gòu)成，其中三個八面體共用的頂點數(shù)為1，每兩個八面體共用的頂點數(shù)為2。不標(biāo)原子，用短線為八面體的棱，畫出這種三聚體的空間構(gòu)型圖。（2 分 ）第4題（22分）硼氫化鈉是一種重要的還原劑， 可用于紙張漂白、醛酮的還原及含汞

10、污水的處理等等。 近年 來，科學(xué)家十分關(guān)注硼氫化鈉用作儲氫介質(zhì)的研究。2005年GJ.Gainsford和T. Kemmitt考查了硼氫化鈉的醇解反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)它與乙醇反應(yīng)的產(chǎn)物A是由互相平行的一維鏈組成的晶體。4-1寫出硼氫化鈉與乙醇反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式。（2分）4-2 根據(jù)A中存在的作用力類型說明A屬于何種晶體。（2分）4-3 畫出A的一維結(jié)構(gòu)示意圖，確定A的結(jié)構(gòu)基元，抽出一維點陣。（6分）4-4 A中Na的配位數(shù)為多少？硼原子采取什么雜化？（2分）4-5硼的一種同素異構(gòu)體是由B12 （以B為頂點的二十面體）單位和單個B原子組成的晶體，其晶胞參數(shù)為 a=b=875.6pm, c=517.8pm

11、,晶體密度（=2.310 g cm-3。晶胞沿a、b、c軸的投影圖如下：0OO沿a或b軸的投影QB. 單個B未畫出沿c軸的投影（4分）（2分）（4分）（1）計算晶胞中的原子數(shù)。（2）畫出晶胞示意圖。（3）確定晶體的結(jié)構(gòu)基元、點陣型式及特征對稱元素。第5題（16分）用氨水與硝酸反應(yīng)得硝酸俊水溶液，經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶得硝酸俊晶體。硝酸錢有多種晶型，其中晶型I、II和出的密度分別為1.73、1.66和1.70g - cm-3。在標(biāo)準(zhǔn)壓力、室溫下，加熱固體硝酸1錢到305 K,晶型I轉(zhuǎn)變?yōu)榫虸I,晶變熱為1.68 kJ mol ；加熱到357 K時，晶型II轉(zhuǎn)變?yōu)榫统?，晶變熱?.75kJ mol 1。

12、單組分體系兩相平衡的溫度和壓力滿足克拉貝龍方程（可向監(jiān)考員索要克拉貝龍方程，但要在本題得分中扣除4分）。5-1若兩種晶型平衡共存的溫度T和壓力P呈線性關(guān)系，計算三種晶型同時平衡共存的溫度和壓力。（7分）5-2求在三相點由晶型I直接轉(zhuǎn)化為晶型出過程的摩爾始變和摩爾嫡變。（4分）5-3 根據(jù)計算，在P-T坐標(biāo)圖（P用P表示，T用K表示）上粗略繪出硝酸俊體系的相圖，（5 分 ）并標(biāo)明各相區(qū)的相態(tài)。第 6 題 （14 分 ）有人用酸堿滴定法測定二元弱酸的分子量，實驗過程如下：步驟一：用鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)定氫氧化鈉，測得氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為0.1055mol L。氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液在未密閉的情況放置兩天

13、后（溶劑揮發(fā)忽略不計）， 按照下列方法測定了氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶?吸收的 CO2的量：移取25.00mL該標(biāo)準(zhǔn)堿液用0.1152mol/L的HCI滴定至酚酬:變色為終點，消耗HCI 標(biāo)準(zhǔn)溶液22.78mL。步驟二：稱取純的有機(jī)弱酸 （H2B）樣品0.1963g。將樣品定量溶解在50.00mL純水中，選擇甲基橙為指示劑進(jìn)行滴定。當(dāng)加入新標(biāo)定的0.0950mol L 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液9.21mL 時，發(fā)現(xiàn)該法不當(dāng)，遂停止滴定，用酸度計測定了停止滴定時溶液的pH=2 .87。 已知H2B 的 pKal=2 86， pKa2=5.706-1 按步驟一計算放置兩天后的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液每升吸收了多少克CO2。（

14、2 分 ）6-2 按步驟二估算該二元弱酸H 2B 的分子量。（6 分 ）6-3 試設(shè)計一個正確的測定該弱酸分子量的滴定分析方法，指明滴定劑，指示劑，并計算化學(xué)計量點的pH。（3 分 ）6-4 若使用步驟一放置兩天后的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液用設(shè)計的正確方法測定該二元弱酸的分子量，計算由此引起的相對誤差。（3 分 ）第 7 題 （15 分 ）只有大共軻 兀電子體系的聚乙快導(dǎo)電聚合物的合成使高分子材料進(jìn)入含成金屬”和塑料電子學(xué)時代。用碘蒸氣摻雜后的聚乙炔高分子的導(dǎo)電性與金屬銅相當(dāng)，在光導(dǎo)材料、非線性光學(xué)材料、 電致發(fā)光材料、光電池材料等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。但聚乙炔難溶于有機(jī)溶劑，加熱不熔化，在空氣中不穩(wěn)

15、定，限制了它的實際應(yīng)用。對聚乙炔分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造成為該領(lǐng)域一項重要工作。7-1 以下是帶有液晶結(jié)構(gòu)單元的聚乙炔高分子材料的合成路線，請寫出A I 代表的化學(xué)試劑。 （9 分 ）MeOBrOMeHC=CH(CH2)8一7-2當(dāng)聚乙快分子帶上藥物、氨基酸、糖基等分子片后，就具有一定的生物活性。以下是我國化學(xué)家近年來合成的一些聚乙快衍生物分子的結(jié)構(gòu)式:ABC（1）寫出A中手性藥物小分子竣酸的結(jié)構(gòu)式并命名。（2分）（2）寫出B中氨基酸的結(jié)構(gòu)式式并命名。（2分）（3）寫出C中糖分子的費(fèi)歇爾投影式，并給出該糖的名稱。（2分）第8題（15分）8-1化合物A（CioHi2O3）具有旋光性，能溶于 NaHCO3

16、水溶液，并可起碘仿反應(yīng)。將 A加熱 的化合物B, B無旋光性，也能溶于 NaHCO3水溶液。B經(jīng)臭氧化，并在 Zn粉和醋酸存在下 分解得化合物 C和D, C可進(jìn)行碘仿反應(yīng)。D加強(qiáng)熱放出 CO2,并得化合物 E （C7H6O）, E 可進(jìn)行銀鏡反應(yīng)，試寫出A、B、C、D、E的結(jié)構(gòu)式。（10分）8-2根據(jù)以下反應(yīng)路線推導(dǎo)F、G、H、I的結(jié)構(gòu)式。（5分）"H叼sOkH99+ I v乙 H'O/PdH H100sO9H8OHs00中國化學(xué)會第20屆全國高中學(xué)生化學(xué)競賽（決賽）理論試題參考答案及評分細(xì)則第1題（14分）1-1當(dāng)AgGm<0時，反應(yīng)可正向進(jìn)行，由此解得T1>1

17、186K, T2>1500 K,T 3>1761K,故只有反應(yīng)在1500K以下可自動正向進(jìn)行。（計算2分，結(jié)果1分，共3分）1-2 TiO2+2Cl2 = TiCl4+2CO （方程式未配平不得分）（1分）1-3 VOCl 3與TiCl4沸點相近（1分）Cu+ VOCl 3= VOCl 2+CuCl（ 1 分）1-4 TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl 2（ 1 分）1-5（1） MgCO3= MgO +CO2（1 分）MgO + Cl2 + C = MgCl2 + CO（1 分）（2） 陰極反應(yīng)：Mg 2+2e- = Mg（0.5 分）陽極反應(yīng)：2Cl-= Cl 2+2e-（0

18、.5 分）電解反應(yīng)：MgCl 2= Mg +Cl 2（1 分）1（3） ArHm = EvBAfHm = 596.32 kJ mol（0.5 分）ASm = Evb Sm = 77.30+268.20-231.02=114.48 （J K-1 mol-1）（0.5 分）AGm = AHmTArSm =596.32 1023 >114.48 10-3=479.21 （kJ mol-1）（1 分）E= - ArGm /ZF= - 479210/ （2X96500） = -2.48（V）E 理=2.48 V（ 1 分）第2題2-1（3分）空間構(gòu)型：八面體2-2 （1） ZnS + 2H 2SO

19、4=ZnSO4+SO2+S+2H 2OCuS + 2H2SO4=CuSO4+SO2+S+2H2O 加水的目的是浸取反應(yīng)生成的可溶性硫酸鹽。（2） As2s3 +3Na2s=2Na3AsS3SnS2 +Na2S=NaSnS3加入氫氧化鈉的目的是防止硫化鈉水解2-3（1） S2O42-+Fe2O3+2H+=2SO32-+2Fe2+H 2O（2） Na4FeA2只要求畫出招的配位方面體（1分）（1分）（1分）（0.5 分）（1分）（1分）（2分）化學(xué)式】分,結(jié)構(gòu)式2分，共3分）第3題（10分）Fe （ H2 C） 6+ + H2O =Fe OH （ H 2O） 2+H+O 3-1（1分）3-24+2

20、FeOH( H 2O) 52+HO(心0代>Fe (心0)40HH2OH H2OH2OHH20H2Oh2oF<0K：X<H2OHH2OH2OH2O3-3A1 2O3+6HCI+9H 2O=2Al(H 2O)6Cl 3Al(H 2O)6Cl3= Al(OH) 2(H2O)4Cl+2HClAl(OH) 2(H2O)4Cl+NH 3 H2O=Al(OH) 3+NH 4Cl+4H 2O+ 2 H2Om+ oh 2OH2(nm-4m)Al(OH) 3+(6m-nm)Al(OH) 2(H2O)4C1=A1 2(OH) nCl6-nm+(24m-4nm)H 2O3-4第4題（22分）(1分

21、)(2分)(1分)(1分)(1分)(1分)(2)(2分)4-1 n NaBH4 +4n CH3CH2OH =NaB(OC 2H5)4n +4n H2 f（分子式錯誤，方程式未配平不得分；未寫 n不扣分）4-2 A屬于混合晶體4-3 NaB（OC 2H5）4n的一維結(jié)構(gòu)示意圖及一維點陣如下:（結(jié)構(gòu)示意圖4分，結(jié)構(gòu)基元I分.一維點陣i分，共6分）4-4 Na的配位數(shù)為4, B原子采取SP3雜化(2分)（各1分，共2分）4-5 (1) = Mn / (VNa) = Mn/(a2C Na)或 n = pVNA/ M(1分)n =2.310 875.62X507.8 10-30 >6.023 10

22、23/10.81=50Bl2單個口隙子來畫出）（3）點陣型式：四方 P(1分)結(jié)構(gòu)單元：4Bi2和2B （或答素晶胞）(2分)（將結(jié)構(gòu)單元回答為 50B可得1分）特征對稱元素:(1分)第5題（16分）5-1八n 川 I Vm =M (-I1 Pn1,一)=80.0(Pi1.66)=1.95 (cm >mor) 1.73(1分)P n1)=80.0(1.701.66)=-1.13(cm；.mo1)（1分）5-2(1分)1.68 >103TT:Vm305M.95 M0-6=2.825 Z06 (Pa. K-1)=27.88(P* .K-1)1.75X03 0 =1Hm='TTV

23、m357XT.13M0 )=-4.438M06(Pa. K-1)= 42.81(P* .K-1) (1 分)故i "二n的直線方程為：p =A+ BT = A+ 27.88 P- .K-1T. 一一一 一一,a . . .當(dāng)T = 305K時，P = P 代入上式 可 確定出A=-8502 P. P =A+ BT =-8502 +27.88 T （1分）故n - in的直線方程為：-1 _p = A + B T= A _42.81 P .K T當(dāng)T = 375K時，P = P一代入上式 可確定出A'= 15284 P .P =A'+B'T = 15284 42

24、.81 T 兩式聯(lián)立解得：T = 336.5 K 10P = 879.3 P（或正 確的確定出兩 條直 線方程各3分，聯(lián)立 求解1分，共7分）（1分）（1分）（1分）（1分）由晶型i m八 W, A/ , 一 W.c, -1 Hm = Hm " Hm = 3.43 kJ . mol : Vm = : Vm + ： Vm= 0.82 cm 3 . m°l ,m 1Hm3430336.5= 10.2 （J.K,mol-1 ）（2分）5-3由晶型ia n3AP/At = Ah/（TAV） =3.43 X 10 =1.24 兇07（Pa. K-1 ）336.5 X0.82 X10

25、-6= 122.4 P*. K-1（1 分）故晶型i =田直線斜率為正，且大于 晶型i = n 直線斜率.根據(jù) 以 上結(jié)果做圖如下:品2伏群9Be滑）300350400T/K（范期標(biāo)出A、B,。點的作工毒。.5分t正辨標(biāo)出晶型】， U、0,5分，共3分,正刎展出CO級1分。由于計鼻得而使。點位五錯，若不方嘀AC、BO的什率皆學(xué)改變, 可黨不扣分；俚若引起ACB。的睇率并號及蜜，應(yīng)由武 變的具體情況扣分.若CO戰(zhàn)的出率小于A。殘妁斜車， 刺C。機(jī)不端分.）（4分）第6題（14分）6-1吸收CO2（0.1055 X25.00 0.1152 X22.78 ） M00025.00 X1000-1X 44.0 =0.023 g -L（2分）6-2HB =0.0950 X9.2150.00 + 9.21+10-2.87=0.0161mol .L（1分）§HB- =H+Ka1H + f +H + Ka1+Ka1Ka210 -2