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1、1 全国高中学生化学竞赛(省级赛区)模拟试题1 命题人:汤平发 QQ :620799815第 1 题 (8分)( 1)在真空中将CuO 和硫粉混合加热可生成S2O 和固体 A,1 mol CuO 反应电子转移数为1 mol。写出上述反应的化学方程式;若将 S2Cl2与 CuO 加热,在100400时,也能生成S2O,试写出该反应的化学方程式;S2O 在 NaOH 溶液中发生两种歧化反应,生成S2-、S 2O42-、SO 32-,请写出这两种歧化反应的离子反应方程式;S2O 也能在水中发生歧化反应,生成两种酸 (两种酸的酸性都不强),试写出上述反应的化学方程式。( 2)SO3和 NaCl 作用生
2、成Cl2被认为是由以下几个反应构成,请写出下列反应的化学方程式:40 C 100 C, SO3和 NaCl 生成氯磺酸钠;氯磺酸钠230 C 时分解生成Na2S2O7、NaCl、SO2、Cl2;400 C 时 Na2S2O7和 NaCl 反应生成Na2SO4、SO2、Cl2;以上各步反应总反应式。第 2 题 (13分)已知:338sp ( Fe(OH)410K216sp ( Fe(OH)8.010K331sp (Cr(OH)610K2-3+27CrO/Cr1.33V3+2+F e/ F e0 . 7 7 V2+Fe/Fe0.44V( 1)某工厂生产中产生含Cr2O72-酸性工业废水。Cr 是严
3、重的致癌物质,绝不允许随意排放。Cr()毒性比 Cr()强200 倍,工业上为了除去酸性废水中的Cr2O72-离子,采用以下处理方法:a.向工业废水中加入适量的食盐12 g/L;b.用 Fe 作电极进行电解;c.鼓入空气,经过一段时间后,使废水中的含铬(有毒)量降到可排放的标准。其原理是:a.将 Cr2O72-离子还原为可溶性三价铬离子;b.在电解除铬过程中,使溶液的pH 不断升高,使工业废水由酸性变为碱性,再把三价铬离子变成不溶性氢氧化物除去。根据上述原理试回答下列问题:写出电解时发生的电极反应式。写出 Cr2O72-转变为 Cr3+的离子方程式。加入食盐的目的是什么?鼓入空气的目的是什么?
4、为什么电解质溶液pH 会逐渐增大?能否用石墨电极代替铁电极?为什么?与 Cr(OH)3沉淀同时生成的沉淀还有什么?电解过程中这些沉淀是怎样产生的?( 2)铁氧体法是目前处理含铬() 有毒废水的常用方法。其原理是用FeSO4把铬()还原为铬 ()并生成符合铁氧体(化学式为Fe3O4)的复合氧化物Fe2+Cr3+ xFe3+ (2-x)O4。为了把废水中CrO3还原并转化为铁氧体Fe2+Cr3+ xFe3+ (2-x)O4,至少需加废水中所含CrO3质量多少倍的 FeSO4 7H2O 固体?2 如果含铬废水为酸性,按铬()在废水中实际存在形式,计算还原反应的pH 应在何范围?(其它离子浓度均按标准
5、状态计算。)要使这些离子完全沉淀下来(离子浓度105mol/L,认为该种离子已经沉淀完全),对溶液的pH有什么要求?若pH 过大,会有什么现象?第 3 题 (14分)三卤化硼都是硼原子配位未达饱和的缺电子化合物,因此都是较强的路易斯酸。( 1)画出 BF3的结构式并简述其成键特点及分子空间构型;分子的极性又如何?( 2)试比较三卤化硼的Lewis 酸性强弱次序并解释之。( 3)BF3与 NF3的分子组成相似,但空间构型不同,试解释之。( 4)如果把 BF3与乙醚放在一起,BF 键长从 130 pm 增加到 141 pm,试问所生成的新化合物成键情况、键长及其极性如何?BF3分子结构发生了哪些变
6、化?( 5) BF3有两种水合物BF3 H2O 和 BF3 2H2O。 经测定在一水合物的液相中存在着与分子数相同的离子,其中一半为1 价阳离子, 一半为 1 价阴离子。 而在二水合化合物中,存在着与分子数相同的1 价阳离子和同样数目的1 价阴离子。分别写出它们的结构。( 6)BF3和弱酸HF 作用,可以得到一个很强的酸,写出该反应的化学方程式;写出该酸电离出的阴离子的几何构型并比较其与BF3键能的大小关系。( 7)BF3与 NH3反应得到一个加合物H3NBF3,后者在 125以上分解得到两种晶体,一种晶体的结构与石墨相似,另一种晶体中含有两种离子,均为正四面体结构,比例为11。写出 H3NB
7、F3分解的化学反应方程式。( 9)BF3和 BCl3的水解性能差别很大,前者可以得到一系列的中间产物,而后者则迅速彻底地水解。写出二者水解反应的化学方程式,并解释两者差别的原因。( 10)B4Cl4是一种淡黄色并具有挥发性的固体化合物,在70以下,它能存在于真空中。结构测定表明,该化合物中每个氯原子均结合一个硼原子,其键长都是1.70l0-10m;任意两个硼原子之间为1.7110-10m。试根据上述性质和结构参数画出B4Cl4分子的空间构型。第 4 题 (8分)下面是有关铬的一种配位化合物的信息:它的组成为:19.5% Cr ,40.0% Cl,4.5% H 和 36.0% O。取 0.533
8、 g 该化合物溶于100 mL 水,加入 10 mL 浓度为 2 mol/L 的硝酸。然后加入过量的硝酸银溶液,反应生成的沉淀经过滤、洗涤、干燥,称得它的质量为0.287 g。另取 1.06 g 样品在干燥空气流中缓缓加热到373 K,驱出的水的质量为0.144 g。该化合物1.33 g 溶于 100 mL 水所得溶液, 测出其凝固点为272.82 K,即 0.18(水的摩尔冰点下降常数为1.82 kg K mol1) 。根据以上数据回答下列问题:( 1)推求该化合物的实验式。( 2)推断该化合物的化学式(表示出外界和内界的组成),并利用中数据证实你的结论。( 3)写出该配合物的几何异构体和水
9、合异构体(或解离异构体)。第 5 题 (8分)化学耗氧量( Chemical Oxygen Demand,简称 COD),是一个量度水体受污染程度的重要指标。它是指一定体积的水体中能被强氧化剂氧化的还原性物质的量,但表示为氧化这些还原性物质所需消耗的O2的3 量(以 mg L-1记)。由于废水中的还原性物质大部分是有机物,因此常将COD作为水质是否受到有机物污染的依据。 K2Cr2O7法适合于工业废水COD的测定, KMnO4法适合于地表水、饮用水和生活污水等污染不十分严重的水体COD的测定。下面是用 KMnO4法测定水样中COD的实验:( 1)KMnO4溶液的标定:准确称取0.1340 g基
10、准物质 Na2C2O4置于 250 mL锥形瓶中,加入40 mL水, 10 mL 3 mol L-1H2SO4,加热至 7585,趁热用 KMnO4溶液进行滴定,直至滴定的溶液呈微红色为终点,消耗KMnO4溶液 20.30 mL 。写出标定反应的化学方程式,并计算KMnO4溶液的准确浓度。( 2)水样中 COD的测定: 移取 100 mL水样于锥形瓶中,加5 mL 3 mol L-1 H 2SO4溶液, 摇匀。 加入 10.00 mL KMnO4溶液(即 V1),摇匀, 立即放入沸水中加热30 min。趁热加入10.00 mL Na2C2O4标准溶液 (即 V)摇匀, 立即用 KMnO4溶液滴
11、定至溶液呈微红色,记下 KMnO4溶液的消耗体积 (即 V2)。列出计算 COD(O2,mg L-1)的计算式;若 Na 2C2O4标准溶液浓度为0.02500 mol L-1,返滴定过量 Na 2C2O4消耗KMnO4溶液 18.10 mL(即 V2),计算出 COD值。第 6 题 (8分)杂多酸及其盐是一类重要的无机化合物,它们的结构可通过X- 射线衍射实验得出。如某杂多酸离子的结构可叙述如下:( 1)以 SiO4四面体为中心,被12 个 WO6八面体所围绕;( 2)每三个WO6八面体两两公用边构成一组,每组八面体有一个公用顶点,此顶点同时又是SiO4四面体的一个顶点;( 3)每组的三个W
12、O6八面体又分别与其余三组八面体通过公用边相连。据上所述,推导出该杂多酸根离子的化学式,并扼要叙述推导过程。第 7 题 (11分)2005 年 1 月美国科学家在Science上发表论文,宣布发现了Al 的超原子结构,并预言其他金属原子也可能存在类似的结构,这是一项将对化学、物理以及材料领域产生重大影响的发现,引起了科学界的广泛关注。这种超原子是在Al 的碘化物中发现的,以13 个 Al 原子或 14 个 Al 原子形成Al13或 Al14超原子结构,量子化学计算结果表明,Al13形成 12 个 Al 在表面, 1 个 Al 在中心的三角二十面体结构,Al14可以看作是一个 Al 原子跟 Al
13、13面上的一个三角形的3 个 Al 形成 Al Al 键而获得的。 文章还指出, All3和 All4超原子都是具有 40 个价电子时最稳定。( 1)根据以上信息可预测Al13和 Al14的稳定化合价态分别为和。A114应具有元素周期表中类化学元素的性质,请简述理由。( 2)测定 Al13和 A114的 Al Al 键长十分困难, 而理论计算表明,Al13和 Al14中的 Al Al 键长与金属铝的 Al Al 键长相当,已知金属铝的晶体结构采取面心立方最密堆积,密度约为2.7 g/cm3,请估算Al13和 Al14中 Al Al 的键长。( 3)Al13三角二十面体中有多少个四面体空隙?假设
14、为正四面体空隙,如果在其中搀杂其他原子,请通过计算估计可搀杂原子的半径最大为多少?第 8 题 (10分) 铁系金属常用来做CO 加氢反应( Fischer-Tropsch 反应)的催化剂,已知某种催化剂在1000 K 可用来催化反应: CO(g) 3H2(g)CH4(g) H2O(g),在总压1 atm,CO 和 H2投料比为13 时,平衡时CO物质的量分数为19.3%。( 1)求该温度下的平衡常数及CO 的转化率。4 ( 2)如果用纳米Co 为催化剂,可以降低反应温度,在500 K 时,反应的平衡常数为1.981010。该反应为吸热反应还是放热反应?( 3)用纳米Co 为催化剂,可能会发生副
15、反应:Co(s)H2O(g)CoO(s)H2(g),500 K 时该反应的平衡常数为6.810-3,主反应达到平衡时,副反应是否一定会发生?请简述理由。( 4)计算在总压和投料比不变的情况下,足量Co 催化平衡时,CO 的分压为多少?( 5)当粒子半径很小时,往往有很强的表面能,因此纳米Co 颗粒表面有更强的活性,实际使用时在纳米 Co 颗粒周围形成球形的CoO 覆盖层,此纳米颗粒既包含反应物(Co) ,又包含生成物(CoO) 。这样做的目的是什么?第 9 题 (10分) 化合物A 含有一个五元环,分子式为C7H12。 A 用臭氧处理后,经Zn/H2O 还原得到二元醛B,分子式为 C7H12O
16、2。化合物A 在 0下用碱性高锰酸钾溶液处理生成邻二醇C(C7H14O2) ;后者是非手性分子,容易在吡啶存在下与光气反应生成一种双环化合物D(C8H12O3) 。C 用热的高锰酸钾水溶液处理生成二元酸 E(C7H12O4) 。E 经氯化得到互为异构体的F、G 和 H,它们均是化学式为C7H11Cl 的一氯代化合物。F是非手性的,而G 和 H 是对映体。用某种过氧酸处理A,再经酸性水解,得到I 和 J(都是 C7H14O2) ,它们是对映体。化合物I 和 J 是化合物C 的非对映异构体。请给出化合物AJ 的立体结构。第 10 题 (10分 ) 逆合成分析法是进行有机合成设计时常用的一种方法,其做法是从目标分子出发,通过“倒推”的方法找出合成中所需的中间体和原料,从而为进一步的合成设计提供参考。药物学家们根据如下逆合成分析结果设计合成了许多具有化合物A 结构的化合物供作药物筛选,以期找出具有潜在药用价值的分