2010年全国化学竞赛(初赛)试题 第1题(15分) 1-1 2009年10月合成了第117号元素,从此填满了周期表第七周期所有空格,是元素周期系发展的一个里程碑.117号元素是用249Bk轰击48Ca靶合成的,总共得到6个117号元素的原子,其中1个原子经p次α衰变得到270Db后发生裂变;5个原子则经q次α衰变得到281Rg后发生裂变.用元素周期表上的117号元素符号,写出得到117号元素的核反应方程式(在元素符号的左上角和左下角分别标出质量数和原子序数). 1-2 写出下列结构的中心原子的杂化轨道类型: [(C6H5)IF5]( (C6H5)2Xe [I(C6H5)2]+ 1-3 一氯一溴二(氨基乙酸根)合钴(III)酸根离子有多种异构体,其中之一可用如下简式表示.请依样画出其他所有八面体构型的异构体 . 第2题(5 分) 最近我国有人报道,将0.1 mol L?1的硫化钠溶液装进一只掏空洗净的鸡蛋壳里,将蛋壳开口朝上,部分浸入盛有0.1 mol L?1的氯化铜溶液的烧杯中,在静置一周的过程中,蛋壳外表面逐渐出现金属铜,同时烧杯中的溶液渐渐褪色,并变得混浊. 2-1设此装置中发生的是铜离子和硫离子直接相遇的反应,已知φ?(Cu2+/Cu)和φ?(S/S2?)分别为0.345 V和(0.476 V,nFE? =RTlnK,E?表示反应的标准电动势,n为该反应得失电子数.计算25oC下硫离子和铜离子反应得到铜的反应平衡常数,写出平衡常数表达式. 2-2金属铜和混浊现象均出现在蛋壳外,这意味着什么? 2-3 该报道未提及硫离子与铜离子相遇时溶液的pH.现设pH = 6,写出反应的离子方程式. 2-4 请对此实验结果作一简短评论. 第3题(7分) 早在19世纪人们就用金属硼化物和碳反应得到了碳化硼.它是迄今已知的除金刚石和氮化硼外最硬的固体.1930年确定了它的理想化学式.左下图是2007年发表的一篇研究论文给出的碳化硼晶胞简图. 3-1 该图给出了晶胞中的所有原子,除"三原子"(中心原子和与其相连的2个原子)外,晶胞的其余原子都是B12多面体中的1个原子,B12多面体的其他原子都不在晶胞内,均未画出.图中原子旁的短棍表示该原子与其他原子相连.若上述"三原子"都是碳原子,写出碳化硼的化学式. 3-2该图有什么旋转轴?有无对称中心和镜面?若有,指出个数及它们在图中的位置(未指出位置不得分). 3-3 该晶胞的形状属于国际晶体学联合会在1983年定义的布拉维系七种晶胞中的哪一种?(注:国际晶体学联合会已于2002年改称Bravais systems为lattice systems, 后者尚无中文译名.) 第4题(8分) 4-1分别将O2、KO2、BaO2 和O2[AsF6]填入与O—O键长相对应的空格中. O—O键长 112 pm 121 pm 128 pm 149 pm 化学式 4-2 在配合物A和B中,O2为配体与中心金属离子配位.A 的化学式为[Co2O2(NH3)10]4+,其O—O的键长为147 pm;B的化学式为Co(bzacen)PyO2,其O—O的键长为126 pm,Py是吡啶(C5H5N),bzacen是四齿配体 [C6H5?C(O()=CH?C(CH3)=NCH2?]2.B具有室温吸氧,加热脱氧的功能,可作为人工载氧体.画出A和B的结构简图(图中必须明确表明O—O与金属离子间的空间关系),并分别指出A和B中Co的氧化态. 配合物 A B 结构简图 Co的氧化态 第5题(11分) 把红热的玻棒插入橙红色固体A中,A受热后喷射出灰绿色粉末B和无色无味气体C.镁在C中加热生成灰色固体D.B在过量的NaOH溶液中加热溶解,得到绿色溶液E.将适量H2O2加入E中,加热,得到黄色溶液F.F酸化后变为橙色溶液G.向G中加入Pb(NO3)2溶液,得到黄色沉淀H. 5-1 写出A、B、C、D、E、F、G和H的化学式. 5-2 写出由E转变为F,F转变为G,G 转变为H的离子方程式. 5-3 A中的金属元素M可以形成MO2和ZnM2O4, 它们均为磁性材料,广泛用于制作磁带和磁盘.分别写出MO2和ZnM2O4中M的价电子组态. 5-4 A中的金属元素M可以形成不同形式的羰基化合物或者羰基阴离子,按照18电子规则画出Na2[M2(CO)10]的阴离子结构,指出M的氧化态. 第6 题(8分)在我国青海、西藏等地有许多干涸盐湖盛产一种钠盐Q.Q为一种易溶于水的白色固体.Q的水溶液用硫酸酸化,得到弱酸X.X为无色小片状透明晶体.X和甲醇在浓硫酸存在下生成易挥发的E.E在空气中点燃呈现绿色火焰.E和NaH反应得到易溶于水的白色固态化合物Z(分子量37.83). 6-1写出由Q得到X的离子方程式. 6-2 写出X在水中的电离方程式. 6-3 写出X和甲醇在浓硫酸存在下生成E的化学方程式. 6-4 写出E燃烧反应的化学方程式. 6-5 写出由E和NaH制备Z的化学反应方程式. 6-6 Z在水溶液里的稳定性与溶液pH有关,pH越大越稳定.为什么? 6-7近年来,用Z和过氧化氢构建一种新型碱性电池已成为热门的研究课题.该电池放电时,每摩尔Z释放8摩尔电子,标准电动势大于2 V.写出这种电池放电反应的离子方程式. 第7题(13分) 分子筛是一种天然或人工合成的泡沸石型水合铝硅酸盐晶体.人工合成的分子筛有几十种,皆为骨架型结构,其中最常用的是A型、X型、Y型和丝光沸石型分子筛,化学组成可表示为Mm[AlpSiqOn(p+q)]·xH2O. 7-1 Si4+、Al3+ 和O2? 的离子半径分别为41 pm、50 pm和140 pm,通过计算说明在水合铝硅酸盐晶体中Si4+和Al3+ 各占据由氧构成的何种类型的多面体空隙. 7-2 上述化学式中的n等于多少?说明理由.若M为2价离子,写出m与p的关系式. 7-3 X光衍射测得Si-O键键长为160 pm.此数据说明什么?如何理解? (2分) 7-4 说明以下事实的原因: 硅铝比(有时用SiO2/Al2O3表示)越高,分子筛越稳定;②最小硅铝比不小于1. 7-5 人工合成的A型分子筛钠盐,属于立方晶系,正当晶胞参数a=2464 pm,晶胞组成为Na96[Al96Si96O384]·xH2O.将811.5克该分子筛在1.01325*105 Pa、700℃加热6小时将结晶水完全除去,得到798.6升水蒸气(视为理想气体).计算该分子筛的密度D. 第8题(6分) 在25℃和101.325 kPa下,向电解池通入0.04193 A的恒定电流,阴极(Pt,0.1 mol L?1 HNO3)放出氢气,阳极(Cu,0.1 mol L?1 NaCl)得到Cu2+.用0.05115 mol L?1的EDTA标准溶液滴定产生的Cu2+,消耗了53.12 mL. 8-1 计算从阴极放出的氢气的体积. 8-2 计算电解所需的时间(以小时为单位). 第9题(11 分) 9-1画出下列转换中A、B、C和D的结构简式(不要求标出手性). 9-2 画出下列两个转换中产物1、2和3的结构简式,并简述在相同条件下反应,对羟基苯甲醛只得到一种产物,而间羟基苯甲醛却得到两种产物的原因. 原因: 第10题(7分) 灰黄霉素是一种抗真菌药,可由A和B在三级丁醇钾/三级丁醇体系中合成,反应式如下: 10-1在下面灰黄霉素结构式中标出不对称碳原子的构型. 10-2 写出所有符合下列两个条件的B的同分异构体的结构简式: 苯环上只有两种化学环境不同的氢;② 分子中只有一种官能团. 10-3写出由A和B生成灰黄霉素的反应名称. 第11题(9分) 化合物A由碳、氢、氧三种元素组成,分子量72,碳的质量分数大于60%.A分子中的碳原子均为sp3杂化.A与2-苯基乙基溴化镁在适当条件下反应后经水解生成B.B在质子酸的催化作用下生成C.经测定B分子只含1个不对称碳原子,其构型为R.请根据上述信息回答下列问题: 11-1 写出A的分子式. 11-2 画出A、B和C的结构简式(列出所有可能的答案). 11-3 简述由手性化合物B合成C时手性能否被保留下来的理由.
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2010年全国化学竞赛(初赛)试题 第1题(15分) 1-1 2009年10月合成了第117号元素,从此填满了周期表第七周期所有空格,是元素周期系发展的一个里程碑.117号元素是用249Bk轰击48Ca靶合成的,总共得到6个117号元素的原子,其中1个原子经p次α衰变得到270Db后发生裂变;5个原子则经q次α衰变得到281Rg后发生裂变.用元素周期表上的117号元素符号,写出得到117号元素的核反应方程式(在元素符号的左上角和左下角分别标出质量数和原子序数). 1-2 写出下列结构的中心原子的杂化轨道类型: [(C6H5)IF5]( (C6H5)2Xe [I(C6H5)2]+ 1-3 一氯一溴二(氨基乙酸根)合钴(III)酸根离子有多种异构体,其中之一可用如下简式表示.请依样画出其他所有八面体构型的异构体 . 第2题(5 分) 最近我国有人报道,将0.1 mol L?1的硫化钠溶液装进一只掏空洗净的鸡蛋壳里,将蛋壳开口朝上,部分浸入盛有0.1 mol L?1的氯化铜溶液的烧杯中,在静置一周的过程中,蛋壳外表面逐渐出现金属铜,同时烧杯中的溶液渐渐褪色,并变得混浊. 2-1设此装置中发生的是铜离子和硫离子直接相遇的反应,已知φ?(Cu2+/Cu)和φ?(S/S2?)分别为0.345 V和(0.476 V,nFE? =RTlnK,E?表示反应的标准电动势,n为该反应得失电子数.计算25oC下硫离子和铜离子反应得到铜的反应平衡常数,写出平衡常数表达式. 2-2金属铜和混浊现象均出现在蛋壳外,这意味着什么? 2-3 该报道未提及硫离子与铜离子相遇时溶液的pH.现设pH = 6,写出反应的离子方程式. 2-4 请对此实验结果作一简短评论. 第3题(7分) 早在19世纪人们就用金属硼化物和碳反应得到了碳化硼.它是迄今已知的除金刚石和氮化硼外最硬的固体.1930年确定了它的理想化学式.左下图是2007年发表的一篇研究论文给出的碳化硼晶胞简图. 3-1 该图给出了晶胞中的所有原子,除"三原子"(中心原子和与其相连的2个原子)外,晶胞的其余原子都是B12多面体中的1个原子,B12多面体的其他原子都不在晶胞内,均未画出.图中原子旁的短棍表示该原子与其他原子相连.若上述"三原子"都是碳原子,写出碳化硼的化学式. 3-2该图有什么旋转轴?有无对称中心和镜面?若有,指出个数及它们在图中的位置(未指出位置不得分). 3-3 该晶胞的形状属于国际晶体学联合会在1983年定义的布拉维系七种晶胞中的哪一种?(注:国际晶体学联合会已于2002年改称Bravais systems为lattice systems, 后者尚无中文译名.) 第4题(8分) 4-1分别将O2、KO2、BaO2 和O2[AsF6]填入与O—O键长相对应的空格中. O—O键长 112 pm 121 pm 128 pm 149 pm 化学式 4-2 在配合物A和B中,O2为配体与中心金属离子配位.A 的化学式为[Co2O2(NH3)10]4+,其O—O的键长为147 pm;B的化学式为Co(bzacen)PyO2,其O—O的键长为126 pm,Py是吡啶(C5H5N),bzacen是四齿配体 [C6H5?C(O()=CH?C(CH3)=NCH2?]2.B具有室温吸氧,加热脱氧的功能,可作为人工载氧体.画出A和B的结构简图(图中必须明确表明O—O与金属离子间的空间关系),并分别指出A和B中Co的氧化态. 配合物 A B 结构简图 Co的氧化态 第5题(11分) 把红热的玻棒插入橙红色固体A中,A受热后喷射出灰绿色粉末B和无色无味气体C.镁在C中加热生成灰色固体D.B在过量的NaOH溶液中加热溶解,得到绿色溶液E.将适量H2O2加入E中,加热,得到黄色溶液F.F酸化后变为橙色溶液G.向G中加入Pb(NO3)2溶液,得到黄色沉淀H. 5-1 写出A、B、C、D、E、F、G和H的化学式. 5-2 写出由E转变为F,F转变为G,G 转变为H的离子方程式. 5-3 A中的金属元素M可以形成MO2和ZnM2O4, 它们均为磁性材料,广泛用于制作磁带和磁盘.分别写出MO2和ZnM2O4中M的价电子组态. 5-4 A中的金属元素M可以形成不同形式的羰基化合物或者羰基阴离子,按照18电子规则画出Na2[M2(CO)10]的阴离子结构,指出M的氧化态. 第6 题(8分)在我国青海、西藏等地有许多干涸盐湖盛产一种钠盐Q.Q为一种易溶于水的白色固体.Q的水溶液用硫酸酸化,得到弱酸X.X为无色小片状透明晶体.X和甲醇在浓硫酸存在下生成易挥发的E.E在空气中点燃呈现绿色火焰.E和NaH反应得到易溶于水的白色固态化合物Z(分子量37.83). 6-1写出由Q得到X的离子方程式. 6-2 写出X在水中的电离方程式. 6-3 写出X和甲醇在浓硫酸存在下生成E的化学方程式. 6-4 写出E燃烧反应的化学方程式. 6-5 写出由E和NaH制备Z的化学反应方程式. 6-6 Z在水溶液里的稳定性与溶液pH有关,pH越大越稳定.为什么? 6-7近年来,用Z和过氧化氢构建一种新型碱性电池已成为热门的研究课题.该电池放电时,每摩尔Z释放8摩尔电子,标准电动势大于2 V.写出这种电池放电反应的离子方程式. 第7题(13分) 分子筛是一种天然或人工合成的泡沸石型水合铝硅酸盐晶体.人工合成的分子筛有几十种,皆为骨架型结构,其中最常用的是A型、X型、Y型和丝光沸石型分子筛,化学组成可表示为Mm[AlpSiqOn(p+q)]·xH2O. 7-1 Si4+、Al3+ 和O2? 的离子半径分别为41 pm、50 pm和140 pm,通过计算说明在水合铝硅酸盐晶体中Si4+和Al3+ 各占据由氧构成的何种类型的多面体空隙. 7-2 上述化学式中的n等于多少?说明理由.若M为2价离子,写出m与p的关系式. 7-3 X光衍射测得Si-O键键长为160 pm.此数据说明什么?如何理解? (2分) 7-4 说明以下事实的原因: 硅铝比(有时用SiO2/Al2O3表示)越高,分子筛越稳定;②最小硅铝比不小于1. 7-5 人工合成的A型分子筛钠盐,属于立方晶系,正当晶胞参数a=2464 pm,晶胞组成为Na96[Al96Si96O384]·xH2O.将811.5克该分子筛在1.01325*105 Pa、700℃加热6小时将结晶水完全除去,得到798.6升水蒸气(视为理想气体).计算该分子筛的密度D. 第8题(6分) 在25℃和101.325 kPa下,向电解池通入0.04193 A的恒定电流,阴极(Pt,0.1 mol L?1 HNO3)放出氢气,阳极(Cu,0.1 mol L?1 NaCl)得到Cu2+.用0.05115 mol L?1的EDTA标准溶液滴定产生的Cu2+,消耗了53.12 mL. 8-1 计算从阴极放出的氢气的体积. 8-2 计算电解所需的时间(以小时为单位). 第9题(11 分) 9-1画出下列转换中A、B、C和D的结构简式(不要求标出手性). 9-2 画出下列两个转换中产物1、2和3的结构简式,并简述在相同条件下反应,对羟基苯甲醛只得到一种产物,而间羟基苯甲醛却得到两种产物的原因. 原因: 第10题(7分) 灰黄霉素是一种抗真菌药,可由A和B在三级丁醇钾/三级丁醇体系中合成,反应式如下: 10-1在下面灰黄霉素结构式中标出不对称碳原子的构型. 10-2 写出所有符合下列两个条件的B的同分异构体的结构简式: 苯环上只有两种化学环境不同的氢;② 分子中只有一种官能团. 10-3写出由A和B生成灰黄霉素的反应名称. 第11题(9分) 化合物A由碳、氢、氧三种元素组成,分子量72,碳的质量分数大于60%.A分子中的碳原子均为sp3杂化.A与2-苯基乙基溴化镁在适当条件下反应后经水解生成B.B在质子酸的催化作用下生成C.经测定B分子只含1个不对称碳原子,其构型为R.请根据上述信息回答下列问题: 11-1 写出A的分子式. 11-2 画出A、B和C的结构简式(列出所有可能的答案). 11-3 简述由手性化合物B合成C时手性能否被保留下来的理由.