高中化学竞赛辅导试题讲解及答案碱土金属word版.docx

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高中化学竞赛辅导试题讲解及答案碱土金属word版

元素化学18：

碱土金属

（时间：

2.5小时满分：

100分）

第一题（13分）一组小问题

1．解释为什么钙离子能够使水变硬，而钠离子却不能。

2．用化学反应式说明在暂时性硬水中加入Ca（OH）2能够除去钙离子，但如果加入量过多将会造成什么影响？

3．通过还原势的测定可以提出：

在碱性溶液中钙的还原势比钡强；而在中性或酸性溶液中钡的还原势比钙强，解释这一现象。

4．现有两种易溶于水的固体物质A和B，若它们的水溶液完全作用生成淡黄色沉淀C和溶液D。

C可溶于Na2S2O3溶液中生成E；在D溶液中加入Na2SO4可得一不溶于酸的白色沉淀F，F常以天青石矿存在于自然界。

F与碳在高温下作用可得易溶于水的物质G。

E的溶液与G的溶液作用得黑色沉淀H，H可溶于热稀硝酸中形成含有B的混合物。

据此，推断A、B、C、D、E、F、G、H各是什么物质？

5．有Na2CO3、NaHCO3、CaO和NaOH组成的混和物27.2g，把它们溶于足量的水中充分反应后，溶液中Ca2＋、CO2－、HCO－均转化为沉淀，将反应器内水分蒸干，最后得到白色固

33

体物质共29g，计算原混和物中Na2CO3的质量

第二题（7分）镁的化合物

金属镁是银白色、有金属光泽的活泼金属，但镁带表面呈现灰黑色。

用砂纸磨下镁带表面固体粉末，在空气中强热，有水气生成；另取粉末，加入稀酸，产生气体导入澄清石灰水中，产生混浊。

如果将灰黑色的镁条在纯氧中点燃，燃烧产物中有黑色物质生成。

1．预测：

镁条表面的灰黑色物质的组成是；黑色燃烧产物是。

（填名称）

2．设计实验确定灰黑色物质的具体组成；

3．说明产生黑色燃烧产物的原因，并设计实验确认该产物成分。

第1页（共12页）

第三题（11分）元素推理

某元素X，在自然界中只有一种稳定同位素，X呈灰白色，坚硬而质轻。

密度是1.85g/cm3，

2＋

熔点1278℃，标准电极电位EoX

/X＝－1.70V。

能溶于除冷硝酸以外的稀酸或碱溶液中。

X用

于制造飞机合金，在原子核反应堆中用作减速剂及反射剂，高纯度的X可作中子源。

X在自然界中的最重要矿石是Y，Y是复盐，其晶体一般为白色带绿，Y中含有5.03%的X和31.35%的硅，但不含氢元素。

Y是提炼X的最重要矿物原料，也可做为宝石的材料。

1．写出X的元素符号和其最稳定的同位素；

2．写出X溶于稀酸和稀碱的离子反应方程式；

3．X的氯化物是白色固体，加热时易升华，液态时不导电，已知X的氯化物在不同温度时以不同形式存在，请分别写出温度从低到高时它们存在的结构简式。

4．写出Y的化学式和Y与NaOH共融的化学方程式；

5．在Y的硅酸根离子中，所有硅原子都是等价的，画出结构示意图。

第四题（7分）BaS和Ba（OH）2的制备

1．工业上从重晶石矿（BaSO4）提取钡盐。

如制硫化钡时，用重晶石（含BaSO4＞85%）和煤（含C＞75%）按100︰25～27（质量）比混合，放入转炉中于1000℃～1300℃反应生成BaS；另一生成物为CO。

转炉尾气中含CO2可达20%～25%，几乎不含CO。

反应后产物为粗硫化钡（可溶钡＞65%），经热水（85℃）溶解，BaS的密度可达220g/L，过滤，蒸发，冷却得BaS·6H2O晶体。

写出下列反应的化学方程式。

（1）重晶石与煤共热。

（2）尾气中“不含”CO的原因。

2．以BaS为原料制备Ba（OH）2·8H2O的过程是：

BaS与HCl反应，所得溶液在70℃～90C时与过量NaOH溶液作用，除杂，冷却后得到Ba（OH）2·8H2O晶体。

据最新报道，生产效率高、成本低的Ba（OH）2·8H2O晶体的新方法是使BaS与CuO反应……

（1）写出新方法的反应方程式；

（2）该反应反应物CuO是不溶物，为什么该反应还能进行；

（3）简述新方法生产效率高、成本低的原因。

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第五题（8分）一价钙的问题

过去曾有几篇关于一价钙化合物的报导。

虽然直到最近这些“化合物”的本质仍不清楚，然而，它们仍是固体化学感兴趣的课题。

有人曾试图用①钙、②氢、③碳将CaCl2还原为CaCl。

1．尝试用化学计量的Ca（摩尔比1︰1）还原CaCl2之后，得到非均匀的灰色物质。

在显

微镜下仔细观察，它们是银色的金属团粒和无色的晶体。

指出金属团粒和无色的晶体分别是什么物质？

2．当试图用氢还原CaCl2时，生成白色产物。

元素分析表明该产物含52.36%的钙和46.32%

的氯。

推断生成的化合物的化学式。

3．当试图用碳还原CaCl2时，形成红色结晶物质。

元素分析表Ca和Cl的摩尔比为1.5︰

1，在红色结晶物质水解中，放出的气体与Mg2C3水解放出的气体相同。

（1）写出水解中所生成的气体的两种非环状构造异构体的结构式。

（2）写出CaCl2与碳反应生成的化合物的化学式（假定一价钙不存在）。

第六题（13分）镁的一组问题

1．点燃镁粉或镁条可产生耀眼的光，但厚度超过0.318cm的镁片就难以燃烧，为什么？

2．点燃镁条在SO2中像在CO2中那样继续燃烧，反应比镁在CO2中更剧烈。

请写出燃烧中可能发生的反应方程式。

3．MgCl2溶液中加入足量Na2CO3溶液后得到白色晶体，该晶体（不含结晶水）加热后失重43.7%，写出化学反应方程式。

4．MgSO4·7H2O可用造纸、纺织、陶瓷、油漆工业，

也可在医疗上用作泻盐。

它可以由某种工业废渣中提练，该

工业废渣主要成分是MgCO3，另外还有CaCO3、B2O3、SiO2等杂质。

试设计从此废渣中提出

MgSO4·7H2O（要求写出主要实验步骤）。

CaSO4和MgSO4的溶解度与温度的关系如右图所示。

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5．化学教材中硬水软化部分，对煮沸Mg（HCO3）2溶液所得到的产物看法不同。

如，高中化学教材中介绍：

加热含有Mg（HCO3）2的暂时硬水时，先生成MgCO3沉淀，继续加热，则MgCO3逐渐转化成更难溶的Mg（OH）2沉淀。

大学无机化学教材中则认为：

暂时硬水中含有的Mg（HCO3）2经煮沸后生成碱式碳酸镁[Mg2（OH）2CO3]沉淀，使水软化。

那么，Mg（HCO3）2溶液受热后的最终产物X究竟是什么呢？

①新制Mg（HCO3）2溶液（步骤略）

②取180mL新制的Mg（HCO3）2清液放入烧杯中，水

浴加热约1h；直至近干。

抽滤，将所得固体产物X用80

℃的二次蒸馏水洗涤数次，直至洗涤液的pH约为7。

将产物X放入70℃烘箱中烘干，然后放入盛有P2O5的干燥器中冷却至室温，称重。

反复上述操作，直至恒重。

热重曲线如图：

三个拐点的纵坐标分别为：

99.965%、

84.966%、44.026%。

三段曲线温度区间分别为：

100～

252.7℃，252.7～462.9℃，515.2℃以后。

图中虚线是差

示量热分析曲线（DTA）（通常在扫描曲线峰处有化学反应发生）。

③称取产物X0.2593g于洗净的烧杯中，用2mL1∶1HCl溶液溶解。

然后将其转移至250mL

容量瓶中，定容。

移取25.00mL溶液，加入25mL二次蒸馏水，3滴铬黑Ｔ指示剂和10mLpH为10的缓冲溶液，以0.01085mol·L－1的EDTA溶液滴定Mg2＋。

通过计算，测得Mg2＋含量为26.25%，相当于含MgO为43.54%。

通过计算说明Mg（HCO3）2溶液受热后的最终产物X是什么？

第七题（13分）硬水的处理与定量分析

水中Ca2＋、Mg2＋能形成“水垢”使水质变得不适于家庭和工业使用，回答下列问题：

1．石灰－苏打法被用来大规模软化生活用水，写出配平的离子反应方程式。

2．另一种软化硬水的方法是离子交换法，交换过程是在装有离子交换树脂的交换柱或交换床中完成的。

（1）用方程式表示离子交换过程；

（2）如何对树脂进行再生？

（3）离子交换水可作为饮用水吗？

为什么？

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3．工业上常用格氏盐（某种磷酸盐）作为锅炉用水的软化剂，为什么？

画出格氏盐的结构示意图以及格氏盐与钙离子结合后形成化合物的结构示意图。

4．水的硬度常用一种规定的标准来衡量。

通常把1L水中含有10mgCaO（或相当于

10mgCaO）称为1°。

Ca2＋、Mg2＋的硬度之和称为总硬度。

用配位滴定法分析某水样的硬度时，取50.00mL水样放入250mL锥形瓶中，加入稀盐酸数滴，煮沸，冷却，加入2mL1︰1的三乙醇胺溶液和10mLNH3·H2O－NH4Cl缓冲溶液（pH＝10），及3滴酸性铬蓝K－素酚绿B混合指示剂。

用0.01000mol/LEDTA溶液滴定至由红色到蓝色即终点，消耗EDTA溶液12.5mL。

另取水样50.00mL，将上述操作中加入缓冲溶液改为加入20％的NaOH溶液使pH＞12，用0.01000mol/LEDTA溶液滴定至终点，消耗EDTA溶液7.50mL。

（1）试计算水样的总硬度、钙硬度；

（2）为什么要加入数滴稀盐酸并煮沸？

（3）为什么要加入三乙醇胺溶液？

（4）为什么要加入NH3·H2O－NH3Cl缓冲溶液？

第八题（7分）Ca2＋的定量分析

蛋壳的主要成分是CaCO3，其次是MgCO3、蛋白质、色素等。

为测定其中钙的含量，洗净蛋壳，加水煮沸约5min，置于蒸发皿中用小火烤干，研细。

1．称取0.3g（设为0.3000g）蛋壳样品，置于锥形瓶中逐滴加入已知浓度c（HCl）的盐酸

40.00mL，而后用小火加热使之溶解，冷却后加2滴甲基橙溶液，用已知浓度c（NaOH）回滴，消耗V（NaOH）L达终点。

（1）写出计算钙含量的算式。

（2）计算得到的是钙的含量吗？

（3）是原蛋壳中钙的含量吗？

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＋

2．称取0.3g（设为0.3000g）蛋壳样品，用适量强酸溶解，然后加（NH4）2C2O4得沉淀，经过滤、洗涤，沉淀溶于H2SO4溶液，再用已知浓度C（KMnO4）滴定（生成Mn2和CO），消耗

2

V（KMnO4）L达到终点。

（1）写出计算钙含量的算式；

（2）此法求得的钙含量略低于上法。

为什么？

第九题（10分）推断Be的两组化合物

1．将二氯化铍溶于NaOH溶液中水解后静置一段时间，保持碱性环境加入等摩尔的S2Cl2，再静置稍许析出白色结晶A，对A进行测定发现A为离子化合物，阴离子由4种元素组成且各元素化学环境相同。

又测得A中阳离子与阴离子个数比为4∶1。

（1）画出A的阴离子的立体结构；

（2）写出A在水溶液中分解的反应方程式。

2．二异丙基合铍与二甲胺按1︰2的比例反应，得到[Be（NMe2）2]3。

第一步在25℃时，每

1molR2Be结合1mol胺，第二步在40℃时，又结合第二摩尔胺。

（1