第25届全国高中同学化学竞赛决赛理论试题Word格式.docx
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N
14.01
O
16.00
F
19.00
Ne
20.18
Na22.99
Mg
24.31
Al
26.98
Si
28.09
P
30.97
S
32.07
Cl
35.45
Ar
39.95
K39.10
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
Rb85.47
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
Cs132.9
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
Rn
[222]
第1题(13分)同族金属A,B,C具有优良的导热、导电功能,若以I表示电离能,I1最低的是B,(I1+I2)最低的是A,(I1+I2+I3)最低的是C。
1-1同族元素D,E,F(均为非放射性副族元素)基态原子的价层电子组态符合同一个通式,在元素周期表中,位置在A、B、C所在族之前,请给出D、E、F的元素符号及价层电子组态的通式。
1-2元素A存在于动物的血蓝蛋白中,人对A元素代谢紊乱可导致Wilson病。
(1)A2+硫酸盐在碱性溶液中加入缩二脲HN(CONH2)2会得到特征的紫色物质,该物质为-2价的配位阴离子,具有对称中心和不通过A的二重旋转轴,无金属—金属键,请画出该阴离子的结构(A必需写元素符号,下同)。
(2)通过A2+与过量的丁二酮肟构成二聚协作物,实现了A2+的平面正方形配位向A2+的四方锥形配位转化,请画出该协作物的结构(丁二酮肟用N
N表示)。
1-3用B+的标准溶液滴定KCl和KSCN的中性溶液,得到电位滴定曲线,其拐点依次位于M、N、P处。
(1)请分别写出在M、N、P处达到滴定起点的离子反应方程式。
(2)在N处的物质是无支链的聚合物,请至少画出三个单元表示其结构。
1-4元素C的单质与单一的无机酸不起作用,但可溶于王水。
C与O2和F2作用制得化合物X,在X中C的质量分数为57.43%,X的结构与1962年N.Barlett开创性工作的产物极为相像,通过推演给出X的化学式。
第2题(12分)化合物A为非放射性主族元素M与氧的化合物,将13.712gA与过量热稀硝酸充分反应后,得到不溶物B和溶液C,将B洗净后与过量草酸混合,加入过量稀硫酸并充分反应,生成的气体全部通入过量的熟石灰溶液中,得到4.004g不溶物质。
把握温度,M的单质与氧反应,生成具有较强氧化性的D,D含氧10.38%。
2-1通过计算给出D的化学式。
2-2通过计算给出A的化学式。
2-3给出B在硫酸溶液中与草酸反应的离子方程式。
2-4图2示出M的一种氧化物的晶体结构,写出该氧化物的化学式,简述推理过程。
(a)(b)(c)
图2M的一种氧化物的晶体结构
第3题(10分)一容积可变的反应器,如图3所示,通过活塞维持其内部压力由于恒外压相等。
图3容积可变的反应器示意图
在恒温、有催化剂条件下,反应器内进行如下反应
N2(g)+3H2NH3(g)
3-1若平衡时,反应器的容积为1.0L,各物质的浓度如下:
物质N2H2NH3
c/(mol·
l-1)0.110.140.75
现向平衡体系中注入4.0molN2。
试计算反应的平衡常数Kc和反应商Qc,并由此推断反应将向什么方向进行。
3-2若平衡时,反应器的容积为V,各物质的浓度分别为c(N2),c(H2)和c(NH3),现向平衡体系中注入体积为xV的N2(同温同压)。
设此条件下1mol气体的体积为V0,试推导出Qc的表达式,并推断反应方向。
第4题(13分)
4-1硅酸根基本结构单元是硅氧四周体(SiO4),可以用三角形表示硅氧四周体的平面投影图形,三角形的顶点代表一个O原子,中心是Si和一个顶角O的堆叠。
若干硅氧四周体可以连接成层型结构,如图4-1(a)所示,两个硅氧四周体共用一个氧原子,又可以将其简约地表示为图4-1(b)。
每一种层型结构可以用交于一点的n元环及环的数目来描述,例如图4-1(b)可以描述为63。
图4-1(c)至(h)给出在沸石分子筛中经常见到的二维三连接层结构,图4-1(c)和图4-1(d)可分别描述为4.82和(4.6.8)(6.82)。
试将对图4-1(e)至(h)的描述分别写答卷上。
图4-1几种层型硅酸根结构的图示方法
4-2分子筛骨架中存在一些特征的笼型结构,见图4-2.笼型结构是依据构成它们的多面体的各种n元环进行描述的。
例如图4-2(a)所示的笼可以描述为45.52;
而图4-2(b)的笼可以描述为46.62.63。
试将对图4-2(c)至图4-2(h)的描述写在答卷上。
图4-2分子筛骨架中存在的一些特征笼型结构
4-3分子筛骨架中的笼型结构可以接受下述方法画出:
将最上一层放在平面图的最内圈,下一层放在次内圈,依此类推,直到最底层放在平面图的最外圈。
图中各原子之间的连接关系、各种环及其位置当然要与笼型结构中保持全都。
例如图4-3(a)所示的笼,可以表示为图4-3(a′)。
图4-3(b)至图4-3(d)结构不完整地图示在图4-3(b′)至图4-3(d′),即只给出了结构的最上层和最下层的图示,试在答卷上画出完整的平面图。
图4-3几种笼型结构及图示(或不完整图示)
第5题(14分)高温条件下反应机理的争辩一直是化学反应动力学的基本课题,1956年的诺贝尔化学奖获得者在该领域做出过杰出的贡献。
科研工争辩了1000K下丙酮的热分解反应并提出了如下反应历程:
CH3COCHk13·
+CH3CO·
(1)Ea
(1)=351KJ·
mol-1CH3k23·
+CO
(2)Ea
(2)=42KJ·
mol-1CH3·
+CH3COCHk34+CH3COCH2·
(3)Ea(3)=63KJ·
mol-1CH3COCH2k43·
+CH2CO(4)Ea
(1)=200KJ·
+CH3COCH2k52H5COCH3(5)Ea(5)=21KJ·
mol-1
5-1上述历程是依据两个平行反应而提出的,请写出反应方程式。
5-2试验测得1000K下热分解反应对丙酮为一级反应,试推出反应的速率方程。
提示:
①消耗丙酮的次要基元步骤是反应(3);
②可忽视各基元反应指前因子的影响。
5-3依据5-2推出的速率方程,计算表观活化能。
5-4分解产物中CH4可以和水蒸气反应制备H2:
CH4(g)+H22(g)+CO(g)
试依据下表数据计算该反应在298K时和平衡常数,并指出平衡常数随温度的变化趋势。
相关物质热力学数据(298K)
物质/KJ·
mol-1
/J·
mol-1·
K-1
CH4(g)-74.4186.3H2O(g)-241.8188.8H2(g)0130.7CO(g)-110.5197.7H2O(l)
-285.8
69.9
第6题(8分)甲酸和乙酸都是重要的化工原料。
移取20.00ml甲酸和乙酸的混合溶液,
以0.1000mol·
l-1NaOH标准溶液滴定至起点,消耗25.00ml。
另取20.00ml上述混合溶液,加入50.00ml0.02500mol·
l-1KMnO4强碱性溶液,反应完全后,调整至酸性,加入40.00ml0.02
000mol·
l-1Fe2+
标准溶液,用上述KMnO4标准溶液滴定至起点,消耗
24.00ml。
6-1计算混合溶液中甲酸和乙酸的总量。
6-2写出氧化还原滴定反应的化学方程式。
6-3计算混合酸溶液中甲酸和乙酸的浓度。
第7题(
18分)2002年,Scott等人初次完成了的C60化学全合成,该成果为今后合成更多和更丰富的C60衍生物带来了可能。
下面是其全合成的路线(无机产物及副产物已略
去)
。
CH3
°
?
mrG°
K°
mS
7-1写出上述合成路线中a
、b、c和d所对应的试剂或反应条件。
7-2画出上述合成路线中两头体A~I的结构简式。
7-3写出两头体J的对称元素。
7-4给出从两头体I到J的反应机理。
第8题(12分)最近的争辩表明,某种新型的胍盐离子液体(GIL)对Michael加成反应有很好的催化活性,进一步的争辩表明GIL还具有肯定的碱性。
以下是某争辩小组利用GIL为催化剂,合成多官能团化合物H的路线:
+A-H2O
(B)
+C2
NC
NH2
CN
(H)
8-1画出A和C的结构简式。
8-2画出B、D、F和G的结构简式。
60
8-3给出从两头体E到F的反应机理。
8-4从周环反应的角度看,反应两头体G转化为目标产
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