2008年全国化学竞赛(初赛)试题与答案

2008年全国化学竞赛(初赛)试题第1题(14分)1-1EDTA是乙二胺四乙酸的英文名称的缩写，市售试剂是其二水合二钠盐。（1）画出EDTA二钠盐水溶液中浓度最高的阴离子的结构简式。（2）Ca(EDTA)2溶液可用于静脉点滴以排除体内的铅。写出这个排铅反应的化学方程式（用Pb2+表示铅）。（3）能否用EDTA二钠盐溶液代替Ca(EDTA)2溶液排铅？为什么？1-2氨和三氧化硫反应得到一种晶体，熔点205oC，不含结晶水。晶体中的分子有一个三重旋转轴，有极性。画出这种分子的结构式，标出正负极。1-3Na2[Fe(CN)5(NO)]的磁矩为零，给出铁原子的氧化态。Na2[Fe(CN)5(NO)]是鉴定S2的试剂，二者反应得到紫色溶液，写出鉴定反应的离子方程式。1-4CaSO4•2H2O微溶于水，但在HNO3(1molL1)、HClO4(1molL1)中可溶。写出能够解释CaSO4在酸中溶解的反应方程式。1-5取质量相等的2份PbSO4(难溶物)粉末，分别加入HNO3(3molL1)和HClO4(3molL1)，充分混合，PbSO4在HNO3能全溶，而在HClO4中不能全溶。简要解释PbSO4在HNO3中溶解的原因。1-6X和Y在周期表中相邻。CaCO3与X的单质高温反应，生成化合物B和一种气态氧化物；B与Y的单质反应生成化合物C和X的单质；B水解生成D；C水解生成E，E水解生成尿素。确定B、C、D、E、X和Y。第2题(5分)化合物X是产量大、应用广的二元化合物，大量用作漂白剂、饮水处理剂、消毒剂等。年产量达300万吨的氯酸钠是生产X的原料，92%用于生产X—在酸性水溶液中用盐酸、二氧化硫或草酸还原。此外，将亚氯酸钠固体装柱，通入用空气稀释的氯气氧化，也可生产X。X有极性和顺磁性，不形成二聚体，在碱性溶液里可发生歧化反应。2-1写出X的分子式和共轭π键（mn）。2-2分别写出上述用草酸还原和用氯气氧化生产X的反应方程式。催化剂，700oC2-3写出上述X歧化反应的化学方程式。第3题(4分)甲醛是一种重要的化工产品，可利用甲醇脱氢制备，反应式如下：CH3OH(g)CH2O(g)+H2(g)mrH=84.2kJmol-1(1)向体系中通入空气，通过以下反应提供反应(1)所需热量：H2(g)+½O2(g)H2O(g)mrH=–241.8kJmol-1(2)要使反应温度维持在700˚C，计算进料中甲醇与空气的摩尔数之比。已知空气中氧气的体积分数为0.20。第4题(10分)(CN)2被称为拟卤素，它的阴离子CN作为配体形成的配合物有重要用途。4-1HgCl2和Hg(CN)2反应可制得(CN)2,写出反应方程式。4-2画出CN、(CN)2的路易斯结构式。4-3写出(CN)2(g)在O2(g)中燃烧的反应方程式。4-4298K下，(CN)2(g)的标准摩尔燃烧热为1095kJmol1，C2H2(g)的标准摩尔燃烧热为1300kJmol1，C2H2(g)的标准摩尔生成焓为227kJmol1，H2O(l)的标准摩尔生成焓为286kJmol1，计算(CN)2(g)的标准摩尔生成焓。4-5(CN)2在300~500oC形成具有一维双链结构的聚合物，画出该聚合物的结构。4-6电镀厂向含氰化物的电镀废液中加入漂白粉以消除有毒的CN，写出化学方程式（漂白粉用ClO表示）。第5题(5分)1963年在格陵兰Ika峡湾发现一种水合碳酸钙矿物ikaite。它形成于冷的海水中，温度达到8oC即分解为方解石和水。1994年的文献指出：该矿物晶体中的Ca2+离子被氧原子包围，其中2个氧原子来自同一个碳酸根离子，其余6个氧原子来自6个水分子。它的单斜晶胞的参数为：a=887pm,b=823pm,c=1102pm,β=110.2°，密度d=1.83gcm3，Z=4。5-1通过计算得出这种晶体的化学式。5-2研究了这种晶体在加压下受热膨胀体积增大的情形，并与冰及钙离子配位数也是8的二水合石膏晶体(gypsum)作了对比，结果如下图所示（纵坐标为相对体积）：为什么选取冰和二水合石膏作对比？实验结果说明什么？5-3这种晶体属于哪种类型的晶体？简述理由。第6题(11分)在900oC的空气中合成出一种含镧、钙和锰(摩尔比2:2:1)的复合氧化物，其中锰可能以+2、+3、+4或者混合价态存在。为确定该复合氧化物的化学式，进行如下分析：6-1准确移取25.00mL0.05301molL1的草酸钠水溶液，放入锥形瓶中，加入25mL蒸馏水和5mL6molL1的HNO3溶液，微热至60~70oC，用KMnO4溶液滴定，消耗27.75mL。写出滴定过程发生的反应的方程式；计算KMnO4溶液的浓度。gypsumikaiteice6-2准确称取0.4460g复合氧化物样品，放入锥形瓶中，加25.00mL上述草酸钠溶液和30mL6molL1的HNO3溶液，在60~70oC下充分摇动，约半小时后得到无色透明溶液。用上述KMnO4溶液滴定，消耗10.02mL。根据实验结果推算复合氧化物中锰的价态，给出该复合氧化物的化学式，写出样品溶解过程的反应方程式。已知La的原子量为138.9。第7题(14分)AX4四面体(A为中心原子，如硅、锗；X为配位原子，如氧、硫)在无机化合物中很常见。四面体T1按下图所示方式相连可形成一系列“超四面体”（T2、T3···）：7-1上图中T1、T2和T3的化学式分别为AX4、A4X10和A10X20，推出超四面体T4的化学式。7-2分别指出超四面体T3、T4中各有几种环境不同的X原子，每种X原子各连接几个A原子？在上述两种超四面体中每种X原子的数目各是多少？7-3若分别以T1、T2、T3、T4为结构单元共顶点相连（顶点X原子只连接两个A原子），形成无限三维结构，分别写出所得三维骨架的化学式。7-4欲使上述T3超四面体连接所得三维骨架的化学式所带电荷分别为+4、0和4，A选Zn2+、In3+或Ge4+，X取S2-，给出带三种不同电荷的骨架的化学式（各给出一种，结构T1T3T2单元中的离子数成简单整数比）。第8题(9分)由烷基镁热分解制得镁的氢化物。实验测定，该氢化物中氢的质量分数为7.6%，氢的密度为0.101gcm3，镁和氢的核间距为194.8pm。已知氢原子的共价半径为37pm，Mg2+的离子半径为72pm。8-1写出该氢化物中氢的存在形式，并简述理由。8-2将上述氢化物与金属镍在一定条件下用球磨机研磨，可制得化学式为Mg2NiH4的化合物。X-射线衍射分析表明，该化合物的立方晶胞的面心和顶点均被镍原子占据，所有镁原子的配位数都相等。推断镁原子在Mg2NiH4晶胞中的位置(写出推理过程)。8-3实验测定，上述Mg2NiH4晶体的晶胞参数为646.5pm，计算该晶体中镁和镍的核间距。已知镁和镍的原子半径分别为159.9pm和124.6pm。8-4若以材料中氢的密度与液态氢密度之比定义储氢材料的储氢能力，计算Mg2NiH4的储氢能力（假定氢可全部放出；液氢的密度为0.0708gcm3）。第9题(7分)化合物A、B和C互为同分异构体。它们的元素分析数据为：碳92.3%,氢7.7%。1molA在氧气中充分燃烧产生179.2L二氧化碳（标准状况）。A是芳香化合物，分子中所有的原子共平面；B是具有两个支链的链状化合物，分子中只有两种不同化学环境的氢原子，偶极矩等于零；C是烷烃，分子中碳原子的化学环境完全相同。9-1写出A、B和C的分子式。9-2画出A、B和C的结构简式。第10题(11分)化合物A、B、C和D互为同分异构体，分子量为136，分子中只含碳、氢、氧，其中氧的含量为23.5%。实验表明：化合物A、B、C和D均是一取代芳香化合物，其中A、C和D的芳环侧链上只含一个官能团。4个化合物在碱性条件下可以进行如下反应：ABCDE(C7H6O2)+FG(C7H8O)+HI(芳香化合物)+JK+H2ONaOH溶液酸化NaOH溶液酸化NaOH溶液酸化NaOH溶液10-1写出A、B、C和D的分子式。10-2画出A、B、C和D的结构简式。10-3A和D分别与NaOH溶液发生了哪类反应？10-4写出H分子中官能团的名称。10-5现有如下溶液：HCl、HNO3、NH3•H2O、NaOH、NaHCO3、饱和Br2水、FeCl3和NH4Cl。从中选择合适试剂，设计一种实验方案，鉴别E、G和I。第11题(10分)1941年从猫薄荷植物中分离出来的荆芥内酯可用作安眠药、抗痉挛药、退热药等。通过荆芥内酯的氢化反应可以得到二氢荆芥内酯，后者是有效的驱虫剂。为研究二氢荆芥内酯的合成和性质，进行如下反应：CHOCrO3H2SO4,丙酮，0oCCH3OH,H+HBr过氧化物ELiAlH4无水四氢呋喃1.LiOH,CH3OH2.H+,ABCD写出A、B、C、D和E的结构简式（不考虑立体异构体）。2008年全国化学竞赛(初赛)试题答案1-3（1）CH2NCH2H2CNH2CCH2H2CCOOCOOOOCOOCHH(2分)答(-OOCCH2)2NCH2CH2N(CH2COO-)2HH或CH2NH(CH2COO-)22得2分，质子必须在氮原子上。（2）Pb2++Ca(EDTA)2=Ca2++Pb(EDTA)2(1分)（3）不能。若直接用EDTA二钠盐溶液，EDTA阴离子不仅和Pb2+反应,也和体内的Ca2+结合造成钙的流失。(答案和原因各0.5分，共1分)1-4HNSHOOHO(2分)硫氧键画成双键或画成S→O，氮硫键画成N→S，均不影响得分。结构式1分，正负号1分。答H3NSO3、H3N-SO3等不得分。正确标出了正负号，如+H3NSO3、+H3N-SO3得1分。其他符合题设条件（有三重轴，有极性）的结构，未正确标出正负极，得1分，正确标出正负极，得2分1-3Fe(II)答II或+2也可(2分)[Fe(CN)5(NO)]2+S2=[Fe(CN)5(NOS)]4配合物电荷错误不得分(1分)1-4CaSO4+H+=Ca2++HSO4(1分)写成2CaSO4+2HNO3=Ca(NO3)2+Ca(HSO4)2也得分。高氯酸同。答案若生成H2SO4不得分。1-7Pb2+与NO3形成络离子(配离子或配合物)。(1分)写方程式也可，如PbSO4+H++NO3-=HSO4-+Pb(NO3)+。若将络离子(配离子或配合物)写成Pb(NO3)2或Pb(NO3)3也得分，但方程式须配平。1-8B:CaC2C:CaCN2D:C2H2或Ca(OH)2E:NH2CN[C(NH)2也可]X:CY:N(各0.5分，共3分)第2题(5分)mnClO253(各1分，共2分)2-22ClO3+H2C2O4+2H+=2ClO2+2CO2+2H2O(1分)或2NaClO3+H2C2O4+H2SO4=2ClO2+2CO2+Na2SO4+2H2O2NaClO2+Cl2=2ClO2+2NaCl(1分)NaClO2是固体，写成ClO2，不得分。2-32ClO2+2NaOH=NaClO2+NaClO3+H2O(1分)或2ClO2+2OH=ClO2+ClO3+H2O第3题(4分)要使反应维持在一定温度持续进行，应保证反应(2)放出的热量恰好被反应(1)全部利用，则：甲醇与氧气的摩尔比为：n(CH3OH):n(O2)=(2241.8)/84.2=5.74(2分)甲醇与空气的摩尔比为：n(CH3OH):n(空气)=5.74/5=1.1(2分)答成1.15或1.148得1.5分。答（写）成1:0.87也得2分。考虑到实际情况，将上式的等号写成小于或小于等于，得2分。算式合理，结果错误，只得1分。只有结果没有计算过程不得分。第4题(10分)4-1HgCl2+Hg(CN)2=Hg2Cl2+(CN)2(1分)4-2CN[]NCCN(各1分，共2分)短线画成电子对同样得分；不画孤对电子不得分。4-3(CN)2(g)+2O2(g)=2CO2(g)+N2(g)(1分)不标