29屆化學(xué)初賽試題及答案

第1題（8分）寫出下列各化學(xué)反應(yīng)的方程式。1-1將熱的硝酸鉛溶液滴入熱的鉻酸鉀溶液產(chǎn)生堿式鉻酸鉛沉淀[Pb2(OH)2CrO4]。1-2向含氰化氫的廢水中加入鐵粉和K2CO3制備黃血鹽[K4Fe(CN)6·3H2O]。1-3酸性溶液中，黃血鹽用KMnO4處理，被徹底氧化，產(chǎn)生NO3－和CO2。1-4在水中，Ag2SO4與單質(zhì)S作用，沉淀變?yōu)锳g2S，分離，所得溶液中加碘水不褪色。第2題(12分)2-1實驗室現(xiàn)有試劑：鹽酸，硝酸，乙酸，氫氧化鈉，氨水。從中選擇一種試劑，分別分離以下各組固體混合物（不要求復(fù)原，括號內(nèi)數(shù)據(jù)是溶度積），指出溶解的固體。(1)CaCO3(3.4×10-9)和CaC2O4(2.3×10-9)(2)BaSO4(1.1×10-10)和BaCrO4(1.1×10-10)(3)Zn(OH)2(3.0×10-17)和Ni(OH)2(5.5×10-16)(4)AgCl(1.8×10-10)和Agl(8.5×10-17)(5)ZnS(2.5×10-22)和HgS(1.6×10-52)2-2在酸化的KI溶液中通入SO2，觀察到溶液變黃并出現(xiàn)混油(a)，繼續(xù)通SO2，溶液變?yōu)闊o色(b)，寫出與現(xiàn)象a和b相對應(yīng)所發(fā)生反應(yīng)的方程式。寫出總反應(yīng)方程式(c)，指出KI在反應(yīng)中的作用。2-3分子量為4000的聚乙二醇有良好的水溶性，是一種緩瀉劑，它不會被消化道吸收，也不會在體內(nèi)轉(zhuǎn)化，卻能使腸道保持水分。2-3-1以下哪個結(jié)構(gòu)簡式代表聚乙二醇？2-3-2聚乙二醇為何能保持腸道里的水分？2-3-3聚乙二醇可由環(huán)氧乙烷在酸性條件下聚合而成，寫出反應(yīng)式。第3題(10分)3-1早在19世紀(jì)初期，法國科學(xué)家Dulong和Petit測定比熱時，發(fā)現(xiàn)金屬的比熱(cm)與其原子量的乘積近似為常數(shù)6cal·g-1·℃-1(1cal=4.18J)。當(dāng)時已知的原子量數(shù)據(jù)很少，因此，可利用比熱推算原子量，進(jìn)而采用其他方法分析得到更精確的原子量。3-1-1將40.Og金屬M塊狀樣品加熱到100℃,投入50.0g溫度為15.2℃的水中，體系的溫度為17.2℃。推算該金屬的摩爾質(zhì)量。3-1-2取金屬M的粉末樣品l.000g，加熱與氧氣充分反應(yīng)，得氧化物1.336g。計算該金屬的摩爾質(zhì)量，推測其氧化物的化學(xué)式（金屬與氧的比例為簡單整數(shù)比）。3-1-3M是哪種金屬?3-2電解法生產(chǎn)鋁須用純凈的氧化鋁。鋁礦中常含石英、硅酸鹽等雜質(zhì)，需預(yù)先除去。在拜耳法處理過程中，硅常以硅鋁酸鹽(Na6A16Si5O22·5H2O)“泥”的形式沉積下來。現(xiàn)有一種含10.0%（質(zhì)量）高嶺土(A12Si2O7·2H2O)的水鋁石[Al(OH)3]原料，計算純化處理中鋁的損失率。第4題（8分）腐殖質(zhì)是土壤中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機物，土壤肥力與腐殖質(zhì)含量密切相關(guān)。可采5mL0.10mol·L-lK2Cr2O7的H2SO4溶液，充分加熱，氧化其中的碳（C—CO2，腐殖質(zhì)中含碳58%，90%的碳可被氧化）。以鄰菲羅啉為指示劑，用0.1221mol·L-l的(NH4)2SO4·FeSO4溶液滴定，消耗10.02mL?？瞻讓嶒炄缦拢荷鲜鐾寥罉悠方?jīng)高溫灼燒后，稱取同樣質(zhì)量，采用相同的條件處理和滴定，消耗(NH4)2SO4·FeSO4溶液22.35mL。4-1寫出在酸性介質(zhì)中K2Cr2O7將碳氧化為CO2的方程式。4-2寫出硫酸亞鐵銨滴定過程的方程式。4-3計算土壤中腐殖質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。第5題（8分）有一類復(fù)合氧化物具有奇特的性質(zhì)：受熱密度不降反升。這類復(fù)合氧化物的理想結(jié)構(gòu)屬立方晶系，晶胞示意圖如右。圖中八面體中心是鋯原子，位于晶胞的頂角和面心；四面體中心是鎢原子，均在晶胞中。八面體和四面體之間通過共用頂點（氧原子）連接。鋯和鎢的氧化數(shù)分別等于它們在周期表里的族數(shù)。5-1寫出晶胞中鋯原子和鎢原子的數(shù)目。5-2寫出這種復(fù)合氧化物的化學(xué)式。5-3晶體中，氧原子的化學(xué)環(huán)境有幾種？各是什么類型？在一個晶胞中各有多少？5-4己知晶胞參數(shù)a=0.916nm，計算該晶體的密度（以g·cm-3為單位）。第6題（7分）最近報道了一種新型可逆電池。該電池的負(fù)極為金屬鋁；正極為(Cn[AlCl4])，式中Cn表示石墨；電解質(zhì)為烴基取代咪唑陽離子(R+)和AlC14－陰離子組成的離子液體。電池放電時，在負(fù)極附近形成雙核配合物。充放電過程中離子液體中的陽離子始終不變。6-1寫出電池放電時，正極、負(fù)極以及電池反應(yīng)方程式。6-2該電池所用石墨按如下方法制得：甲烷在大量氫氣存在下熱解，所得碳沉積在泡沫狀鎳模板表面。寫出甲烷熱解反應(yīng)的方程式。采用泡沫狀鎳的作用何在？簡述理由。6-3寫出除去制得石墨后的鎳的反應(yīng)方程式。6-4該電池的電解質(zhì)是將無水三氯化鋁溶入烴代咪唑氯化物離子液體中制得，寫出方程式。第7題（8分）7-1在如下反應(yīng)中，反應(yīng)前后釩的氧化數(shù)和配位數(shù)各是多少？N-N鍵長如何變化？7-2單晶衍射實驗證實，配合物[Cr3O(CH3CO2)6(H2O)3]Cl·8H2O中，3個鉻原子的化學(xué)環(huán)境完全相同，乙酸根為橋連配體，水分子為單齒配體。畫出該配合物中陽離子的結(jié)構(gòu)示意圖。第8題（9分）金屬A常用于鐵的防護。A與氯氣反應(yīng)，生成易揮發(fā)的液態(tài)物質(zhì)B，B和過量A反應(yīng)生成具有還原性的物質(zhì)C，C可以還原Fe3+；B和格氏試劑(C6H5MgBr)反應(yīng)生成D(含元素A、碳和氫)。D和B反應(yīng)得到E，E水解、聚合成鏈狀的F并放出HCl。向B的鹽酸溶液中通入H2S，得到金黃色沉淀G（俗名“金粉”G溶于硫化銨溶液得到H。向C的鹽酸溶液中通入H2S，得到黑色沉淀I，I可溶于多硫化銨溶液但不溶于硫化銨溶液。寫出A-I的化學(xué)式。第9題（7分）Coniine是一種有毒生物堿，可以通過麻痹呼吸系統(tǒng)導(dǎo)致死亡。致死量小于0.1g。公元前399年蘇格拉底就是南于飲用了含coniine的混合物而被毒死的。Hofmann在1881年確定了Coniine分子式為C8H17N。將coniine徹底甲基化后接著Hofmann消除反應(yīng)的產(chǎn)物為4S-(N,N-二甲基)-辛-7-烯-4-胺。9-1畫出4S-(N,N-二甲基)-辛-7-烯-4-胺及其對映體的結(jié)構(gòu)簡式；9-2從Hofmann消除反應(yīng)的結(jié)果可以確定Coniine具有哪些結(jié)構(gòu)特征？并以此結(jié)果畫出你所推斷的coniine所有可能的結(jié)構(gòu)簡式。第10題(10分)當(dāng)溴與l，3一丁二烯在環(huán)己烷溶液中發(fā)生加成反應(yīng)時，會得到兩個產(chǎn)物A和10-1畫出化合物A和B的結(jié)構(gòu)簡式；并確定哪個為熱力學(xué)穩(wěn)定產(chǎn)物，哪個為動力學(xué)產(chǎn)物。10-2在室溫下，A可以緩慢地轉(zhuǎn)化為B。畫出此轉(zhuǎn)換過程的反應(yīng)勢能示意圖和中問體的結(jié)構(gòu)簡式。10-3根據(jù)以上的研究結(jié)果，確定以下反應(yīng)的產(chǎn)物：第11題(13分)11-1Tropinone是一個莨菪烷類生物堿，是合成藥物阿托品硫酸鹽的中間體。它的合成在有機合成史上具有里程碑意義，開啟了多組分反應(yīng)的研究。Tropinone的許多衍生物具有很好的生理活性，從而可以進(jìn)行各種衍生化反應(yīng)。在研究tropinone和溴芐的反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)：此反應(yīng)的兩個產(chǎn)物A和B可以在堿性條件下相互轉(zhuǎn)換。因此，純凈的A或B在堿性條件下均會變成A和B的混合物。畫出A、B以及二者在堿性條件下相互轉(zhuǎn)換的中間體的結(jié)構(gòu)簡式。11-2高效綠色合成一直是有機化學(xué)家追求的目標(biāo)，用有機化合物替代金屬氧化劑是重要的研究方向之一。硝基甲烷負(fù)離子是一種溫和的有機氧化劑。畫出硝基甲烷負(fù)離子的共振式（氮原子的形式電荷為正并完成以下反應(yīng)（寫出所有產(chǎn)物參考答案第1題（8分）1-12Pb2++H2O+3CrO42–→Pb2(OH)2CrO4↓+Cr2O72–1-26HCN+Fe+2K2CO3→K4Fe(CN)6+H2↑+2CO2↑+2H2O1-35Fe(CN)64–+61MnO4–+188H+→5Fe3++30NO3–+30CO2↑+61Mn2++94H2O1-43Ag2SO4+4S+4H2O→3Ag2S+4H2SO4第2題(12分)2-1(1)乙酸，CaCO3溶解。(2)硝酸或鹽酸，BaCrO4溶解。(3)NaOH，Zn(OH)2顯兩性，可溶。(4)氨水，AgCl與NH3作用形成Ag(NH3)2+絡(luò)離子而溶解。(5)鹽酸或硝酸，ZnS溶解。2-22-2aSO2+6I－+4H+→2I3－+S+2H2O或SO2+4I－+4H+→2I2+S+2H2O2-2bSO2+I3－+H2O→SO42－+3I－+4H+或SO2+I2+2H2O→SO42－+2I－+4H+2-2c2H2O+3SO2→2SO42-+S+4H+KI起催化作用。2-32-3-1A2-3-2可以和水形成氫鍵。第3題(10分)3-13-1-140.0g×cm×(100℃×17.2℃)=50.0g×4.18J·g-1·℃-1×(17.2℃×15.2℃)cm=0.126J·g-1·℃-1原子量：6×4.18J·g-1·℃-1/(0.126J·g-1·℃-1)=199摩爾質(zhì)量為199g·mol-13-1-2設(shè)金屬氧化物的化學(xué)式為MnOm，其中：金屬的摩爾數(shù)：1.000/199=5.03×10-3(mol)氧的摩爾數(shù)：0.336/16.00=0.0210(mol)n:m=5.03×10-3:0.0210=1:4.17≈1:4,所以化學(xué)式應(yīng)為MO4金屬的摩爾質(zhì)量＝1.336×4×16.00/0.336－4×16.00=190(g·mol-1)3-1-3Os或鋨3-2設(shè)有100g原料樣品，高嶺土：100g×10.0%/258.2g·mol-1=0.0387mol鋁：0.0774mol硅：0.0774mol水鋁石：100g×90.0%/78.00g·mol-1=1.154mol鋁的總摩爾數(shù)：1.231mol高嶺土變成“泥”需要的鋁：0.0774mol×6/5=0.0929mol鋁的損失率：0.0929mol/1.231mol=7.54%第4題（8分）4-12Cr2O72-+3C+16H+→4Cr3++3CO2+8H2O或2K2Cr2O7+3C+8H2SO4→2K2SO4+2Cr2(SO4)3+3CO2+8H2O4-2Cr2O72-+6Fe2++14H+→6Fe3++2Cr3++7H2O或K2Cr2O7+6FeSO4+7H2SO4→3Fe2(SO4)3+Cr2(SO4)3+K2SO4+7H2O4-3土樣經(jīng)高溫灼燒后，其中的腐殖質(zhì)全部被除去，故空白實驗和測定實驗結(jié)果之差即為氧化腐殖質(zhì)中的C所需要的Cr2O72-。土樣測定中剩余的Cr2O72-：0.1221mol·L-1×10.02mL/6=0.2039mmol空白樣品中測得的Cr2O72-：0.1221mol·L-1×22.35mL/6=0.4548mmol被氧化的C：(0.4548-0.2039)mmol×3/2=0.3764mmol腐殖質(zhì)中總碳量：0.3764mmol/0.90=0.418mmol折合的腐殖質(zhì)質(zhì)量：0.418mmol×12.0g·mol-1/58%=8.65mg土壤中腐殖質(zhì)含量：8.65×10-3g/0.1500g×100%=5.8%腐殖質(zhì)%＝1/6×3/2×(22.35-10.02)×10–3×0.1221×12.01/58%÷90%÷0.1500×100%=5.8%第5題（8分）5-14個鋯原子，8個鎢原子。5-2ZrW2O85-3氧原子有兩種類型橋氧和端氧橋氧24個，端氧8個=4×586.8g·mol-1/(0.9163×10–21cm3×6.022×1023mol-1)=5.07gcm-3第6題（7分）6-1正極：Cn[AlCl4]+e-→AlCl4－+Cn負(fù)極：Al+7AlCl4-→4Al2Cl7－+3e-電池反應(yīng)：Al+3Cn[AlCl4]+4AlCl4-→4Al2Cl7－+3Cn6-2CH4→C+2H2可以促進(jìn)甲烷熱解(1)，使得所得石墨具有多孔特性(2)，有利于保持電池的可逆性能(3),抑制充放過程中正極的體積變化(4)。6-3Ni+2H+→Ni2++H26-4AlCl3+R+Cl-→R+AlCl4-第7題（8分）7-1釩的氧化數(shù)：反應(yīng)前為+3；反應(yīng)后為+1釩的配位數(shù):反應(yīng)前為7；反應(yīng)后為6N-N鍵長變長