2004年全国化学竞赛初赛模拟试卷(10)

2004年全国化学竞赛初赛模拟试卷（10）（时间：3小时满分：100分）题号12345678满分10121115991024H1.008相对原子质量He4.003Li6.941Be9.012B10.81C12.01N14.01O16.00F19.00Ne20.18Na22.99Mg24.31Al26.98Si28.09P30.97S32.07Cl35.45Ar39.95K39.10Ca40.08Sc44.96Ti47.88V50.94Cr52.00Mn54.94Fe55.85Co58.93Ni58.69Cu63.55Zn65.39Ga69.72Ge72.61As74.92Se78.96Br79.90Kr83.80Rb85.47Sr87.62Y88.91Zr91.22Nb92.91Mo95.94Tc[98]Ru101.1Rh102.9Pd106.4Ag107.9Cd112.4In114.8Sn118.7Sb121.8Te127.6I126.9Xe131.3Cs132.9Ba137.3La－LuHf178.5Ta180.9W183.8Re186.2Os190.2Ir192.2Pt195.1Au197.0Hg200.6Tl204.4Pb207.2Bi209.0Po[210]At[210]Rn[222]Fr[223]Ra[226]Ac－LaRfDbSgBhHsMtDsLa系La138.9Ce140.1Pr140.9Nd144.2Pm144.9Sm150.4Eu152.0Gd157.3Tb158.9Dy162.5Ho164.9Er167.3Tm168.9Tb173.0Lu175.0第一题（10分）试回答下列问题：1．应用VSEPR理论，推断IF5的立体结构。ClF3的空间结构又如何？2．三配位的分子构型有几种？中心原子采用什么杂化形态？各举例说明之。3．四配位的分子构型有几种？中心原子采用什么杂化形态？各举例说明之。4．五配位的分子构型有几种？中心原子采用什么杂化形态？各举例说明之。第二题（12分）写出下列化学反应方程式：1．Na4[Co(CN)6]晶体，加入NaOH溶液中，在微热条件下有氢气放出。2．K3[Fe(CN)6]晶体加入KOH溶液中，加热，有氧气放出。3．固体KMnO4在200℃加热，失重10.8％。4．固体KMnO4在240℃加热，失重15.3％。5．TiCl3溶液与CuCl2溶液混合后稀释，有白色沉淀析出。6．将NH4Cl加入TiCl4的浓HCl溶液中，有白色沉淀析出。经分析该沉淀中仅含有正四面体和正八面体离子。第三题（11分）铜及其化合物在日常生活中应用极其广泛。1．若把原先的厕所或马厩改为贮存弹药的仓库，经过一段时间后，炮弹发生锈蚀，经化验得锈蚀产物的主要成分是[Cu(NH3)4](OH)2CO3。请分析原因，写出相关的化学反应方程式。2．火炮在射击后要用擦抹剂清除炮瞠内的铜（俗称挂铜）。擦抹剂由K2Cr2O7和(NH4)2CO3组成。当温度低于10℃，用擦抹剂时还要加少量NaOH以促进反应。（1）铜与擦抹剂反应的方程式（产物都是水溶性的）；（2）温度低于10℃时，加NaOH为什么能促进反应？写出反应式。第四题（15分）钢铁表面发蓝（或发黑，在钢铁表面形成一层致密的氧化物Fe3O4）可提高其耐磨、耐蚀性能。其原理是：①在NaOH溶液中，将铁粉溶解在NaNO2溶液中，除水之外，还可产生A和C。其中C为气体，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。②A能在过量的NaNO2溶液中继续反应，生成B和C。③A和B的溶液能继续反应，生成Fe3O4。经研究发现：A和B的焰色反应均为黄色，其导电性实验均为K2SO4型。生成物中A与C、B与C的物质的量之比均为3︰1。回答下列问题：1．写出并配平化学反应方程式。2．实践中发现适当提高温度或增大NaNO2溶液的浓度有利于氧化膜增厚，但加大NaOH溶液浓度对膜层厚度影响不大。试说明原因。3．发蓝层遇光气（COCl2），若不及时清洗，则发蓝层的完整性将被破坏。写出有关的化学反应方程式。4．有一种隐形材料D可由B与Zn(NO3)2反应生成，也可用以硝酸铁、硝酸锌、氢氧化钠等为原料的水热合成法。请确定D的化学式，并判断上述制备D的反应是否属于氧化还原反应。此法所得产品D能够隐形的原因是什么？第五题（9分）Ar、Xe、CH4、Cl2等分子能和水形成气体水合物晶体。在这种晶体中，水分子形成三维氢键骨架体系。在骨架中有空穴，它可以容纳这些气体小分子形成笼型结构。1．甲烷的气体水合物晶体成为可燃冰。已知每1m3这种晶体能释放出164m3的甲烷气体。试估算晶体中水与甲烷的分子比。（不足的数据由自己假定，只要假设合理均按正确论）2．X－射线衍射分析表明，该晶体属于立方晶系a＝1200pm。晶胞中46个水分子围成两个五角十二面体和六个稍大的十四面体（2个六角形面，12个五角形面），八个CH4分子可以进入这些多面体笼中。计算甲烷和水的分子数之比和该晶体的密度。3．已知Cl2的气体水合物晶体中，Cl2和H2O的分子数之体为1︰8，在其晶体中水分子所围成的笼型结构与可燃冰相同。推测它的结构。第六题（9分）纳米碳管（CNTS－CarbonNanotubes）是近年来世界各国大力研究的高科技产品。1999年俄国沈阳金属研究所材料科学家Hui－MingCheng等在美国《科学》杂志上发表了一篇引起轰动的文章：在室温、100个大气压下，他们在纳米碳管里储存了达4.2％（质量）的氢气，碳氢原子比为2︰1，在室温下将压力降低到常压80％的氢便释放出来，再稍微加热，其余的氢也放了出来。2000年1月6日，我国525名两院院士投票评选出1999年中国十大科技进展，其中第二条是：储氢纳米碳管研究获重大进展。电弧法合成的纳米碳管，伴有大量杂质——碳纳米颗粒由于杂质存在，纳米碳管较难提纯。现在的提纯方法是：将纳米碳管的粗品放入圆底烧瓶中，次加入K2Cr2O7和1︰2的硫酸，装好回流冷凝和搅拌装置，在150℃回流2h，溶液由橙色（Cr2O72－）转变为墨绿色（Cr3＋），将所有的墨绿色溶液过滤，滤纸上存在的黑色物质即为纯纳米管管。1．提纯纳米碳管的化学反应方程式为。右图是最常见的一种纳米碳管：其中的筒状B可认为是由一种石墨卷起而成的，而两端A可认为是由一个足球烯切成两半球而成。假设石墨中C－C键长为a，试求：2．B管管口周长约为多少？3．纳米碳管粗（直径）大约为多少？第七题（10分）某种AxBy盐结晶成立方晶系。晶胞中A原子位于每个角（0，0，0）和（1/2，1/2，l/2）处，B原子处于位置（0，1/2，1/2）处。试求：1．画出该晶胞示意图，并在图中标出A、B原子的位置。2．AxBy中x和y的数值。3．若晶胞的边长为6埃，A和B相对原子质量分别为40和120，计算AxBy的密度。4．只考虑B原子，计算B原子形成的面与面之间的距离。5．给出A、B的配位情况。第八题（24分）石墨及其化合物是化学家研究的重要课题之一。1．石墨与F2在690K和101.3kPa的条件下反应，可得到灰色的固体，组成为(CF)n，它是石墨的共价型层状化合物。画出该化合物的结构。2．石墨与熔融的钾、铷、铯反应，可生成离子型石墨金属夹层化合物。如C8M、C24M、C36M、C48M等化合物。在这些化合物中每隔一层、二层、三层、四层插入一层的金属原子。该插入使石墨与M相邻的两层碳原子的排列相同。画出它们的层间关系。3．画出C8Li和C6Li层面上Li原子分布。4．推测钾石墨和石墨在导电性和磁性上有何区别？5．石墨与硫酸和硝酸的混合物反应，生成一种结构上与C8K类似的石墨层间化合物。检测发现夹层中只有HSO4－和H2SO4，且其数量比为1︰2。写出该化合物化学式，并推测其导电性如何？6．石墨与Br2、Cl2反应生成的都是离子型的石墨夹层化合物C8X，结构与C8K类似。为什么F2和Cl2、Br2与石墨反应生成完全不同类型的化合物？7．本身没有氧化还原能力的物种，除非在反应时存在有氧化剂，否则是不会发生插入反应的。但AsF5与石墨反应，生成了经验式为C8AsF5的高导电性化合物。推测C8AsF5的结构和生成反应方程式。8．以金属锂、氟化石墨(CF)n为电极，有机溶液为电解液，所组成的锂电池，以体积小、重量轻、高电压（3V）、高能量密度（285kW/kg）、贮存性好（5年以上）。请写出该锂电池的电极反应式及其优点。命题：胡波2003年8月于浙江慈溪中学审稿：陈锡磊2003年9月于浙江慈溪中学中学综合学科网版权所有，任何网站不得转载参考答案第一题（10分）1．四方锥；T型。（2分）2．平面三角形：sp2，BF3；三角锥形：sp3，NCl3；T型：sp3d，ClF3。（3分）3．四面体：sp3，CCl4；变形四面体：sp3d，SF4；正方形：sp3d2，XeF4。（3分）4．三角双锥：sp3d，PF5；四角锥，ClF5。（2分）第二题（12分）1．2Na[Co(CN)6]＋2H2O＝H2↑十2Na3[Co(CN)6]＋2NaOH2．4K3[Fe(CN)6]＋4KOH＝4K4[Fe(CN)6]＋O2↑＋2H2O3．2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑4．4KMnO42K2MnO3＋2MnO2＋3O2↑5．TiCl3＋CuCl2＋H2O＝TiOCl2＋CuCl↓＋2HCl6．2NH4CI＋TiCl4＝(NH4)2TiCl6（各2分）第三题（11分）1．厕所、马厩里的粪便中的尿素分解产生NH3，改为贮存弹药的仓库后，由于NH3的存在，使Cu的还原性增强，易被空气中的氧气氧化，于是弹药上的Cu与CO2、O2、H2O和NH3等共同作用，产生铜锈（2分）：Cu＋8NH3＋O2＋CO2＋H2O＝[Cu(NH4)2(OH)2CO3。（2分）2．（1）3Cu＋2K2Cr2O7＋12(NH4)2CO3＝[Cu(NH3)4]CO3＋[Cu(NH3)4](HCO3)2＋2[Cr(NH3)6](HCO3)3＋2KHCO3＋7H2O（3分，写离子式的给全分）（2）低于10℃，加NaOH使NH3更易成NH3，促进配合，和产物中HCO3－结合，使平衡右移。（2分）3Cu＋K2Cr2O7＋12(NH3)2CO3＋10NaOH＝3[Cu(NH3)4]CO3＋[Cr(NH3)6]2(CO3)3＋K2CO3＋5Na2CO3（2分，产物Cr(NH3)63＋错，但平衡，扣1分，产物中有CO2不给分。产物中有HCO3－反应物中OH－数目相应减少，方程式平衡的，不扣分）第四题（15分）1．3Fe＋NaNO2＋5NaOH＝3Na2FeO2＋NH3↑＋H2ONa2FeO2＋NaNO2＋5H2O＝3Na2Fe2O4＋NH3↑＋7NaOHNa2FeO2＋Na2Fe2O4＋2H2O＝Fe3O4＋4NaOH（各2分）2．由于NaNO2是氧化剂，增大NaNO2浓度可以使反应向生成Fe3O4方向移动；而升高温度可以增强NaNO2的氧化性；由于NaOH是介质，当它的浓度达到一定要求后，再升高c(OH－)，对化学平衡（生成氧化物层厚度）影响不大，何况还抑制Na2Fe2O4、Fe3O4的生成。（3分）3．2Fe3O4＋9COCl2＝6FeCl3＋8CO2↑＋CO↑。（2分）4．D：ZnFe2O4；（2分）非氧化还原反应；（1分）D晶粒直径应在10nm（纳米）左右。（1分）第五题（9分）1．假设甲烷气体体积果折合成标准状况下的数据，为7.32kmol。设甲烷水合物晶体的密度与冰密度是相同的，为1g/cm3，则其中的水有：55.56kmol，因此：CH4︰H2O＝1︰7.6。说明：甲烷水合物的组成可能是6CH4·46H2O。以上是最简单的参考答案，只要答案为CH·7～9H2O，均可按满分计。（4分）2．n（CH4）︰n（H2O）＝8︰46＝4︰23（1分）；ρ＝0.92g/cm3。（2分）3．由于n（Cl2）：n（H2O）＝1︰8＝6︰48。因此，十四面体笼填入6个Cl2，2H2O进入十二面体笼。（3分）第六题（9分）1．3C＋8H2SO4