全国化学竞赛预赛模拟试卷9一.制备纯净、无水HCN(沸点299K)的一种方法是:混合磨细的KCN和KHS粉末,适度加热,写出这个反应式。1.为什么要磨细和用粉末?2.为什么要强调适度加热?3.能否说明HCN的酸性比H2S弱?4.实验室还有何方法制取HCN,写出反应方程式。5.HCN可与丙烯醛发生1,4加成反应得到A,A与足量氢气还原得到B,写出A、B的结构简式。二.关于铁生锈的机理有人提出如下步骤:①Fe(固)→Fe2++2e(e表示电子)②H++e→H③4H+O2(气)→2H2O④4Fe2++O2(气)+(4+2x)H2O→2(Fe2O3·xH2O)(固)+8H+请用上述机理解释:一个柳在钢板上的铆钉,锈蚀较严重的部分不是暴露在空气中的铆钉面,而是在铆钉头与钢板的重叠部分。三.右图为水-苯酚的T-x图,横坐标为苯酚的质量百分含量,纵坐标为温度,曲线ACB表示不同温度下水与苯酚恰好达到互溶时的组成。请回答:1.指出点C,曲线AC、BC,曲线ACB与横坐标围成的部分分别表示的含义。2.50℃时,50mL试管内盛有2mL的液态苯酚,现逐滴滴加蒸馏水,并摇匀,叙述可观察到的现象。(已知液态苯酚的密度为1.07g/cm3,熔点42℃)3.如果在50℃时,将6g苯酚与14g水混合,系统分为两层,计算上下两层溶液的质量。(已知点a、b的横坐标分别为12、60)四.NO2是一奇电子分子,在413K以下能二聚成无色的抗磁性气体N2O4,超过423K时,NO2发生分解。N2O4被用作第一艘登月飞船的液体推进系统中的氧化剂,其主要燃料是肼。N2O4仅在固态时是纯净物质,其熔点为264K,沸点为294K。X射线衍射分析结果表明:N2O4分子是平面状结构,且所有的N—O键长都相等。当N2O4为液态时,能够微弱地解离生成硝酸亚硝酰盐。1.写出N2O4在登月飞船的液体推进系统中所发生主要反应的方程式;2.说明N2O4分子中N原子的杂化方式和成键情况;N2H4分子是否与N2O4具有类似的空间构型,为什么。3.将铜溶于乙酸乙酯的N2O4溶液中可制得无水硝酸铜,写出这个制备反应的化学方程式。五.已知碘的碘化钾水溶液里存在如下的化学平衡:I2十I-I3-其平衡常数为:Kβ=[I3-]/[I2][I-]。式中的方括号均表示各物质的平衡浓度;而碘的总浓度CI2=[I2]+[I3-]。在碘的碘化钾水溶液里加入四氯化碳,碘将分配于水和四氯化碳两种液相中,达平衡时平衡常数:KD=[I2]CCl4/[I2]H2O。式中的方括号分别表示碘在四氯化碳和水中的平衡浓度,而CI2(CCl4)/CI2(H2O)=D,则称为分配比。1.通常测定水溶液中的碘的方法是用已知浓度的Na2S2O3水溶液滴定,因为下面的反应是定量进行的,并可用淀粉作为指示剂:2Na2S2O3+I2==Na2S4O6+2NaI请设计一个实验方案来测定碘在水和四氯化碳中的浓度(不要求写出实验的细节)。2.写出用你的实验测得的碘的浓度来计算KD值的数学关系式。六.微生物对人类有着各种各样的用途,现在生物工程学家已能利用微生物从矿石中提取金属。铜是一种很有实用价值的金属,可以从铜矿中提取。这些矿石中的铜往往与其他元素结合在一起,特别是硫。铜矿中还混有大量无用的岩石。有时,铜矿中的铜含量太低,以致于冶炼过程十分困难而且成本很高。在此,细菌能帮助我们。某些细菌能利用空气中的氧来氧化硫化铜矿石,把不溶性的硫化钢转化成为可溶的硫酸铜。这些细菌能忍耐钢化合物,这些铜化合物对于大多数生物来说是有毒的。因此,有时它们被称为“吃岩石的细菌”。利用细菌提取铜的生产过程如下图:在碎岩石和矿石堆里已经有细菌存在,所必需的是喷洒酸水以促进细菌的生长。在它们的生长过程中,硫化铜矿石被氧化成为硫酸铜,低浓度的硫酸铜溶液流到矿石堆的底部。然后,再从这种溶液中提取金属铜。水则可以循环使用,再回到矿石堆中。在美国,百分之十的铜是用这种方法生产的,将来生物工程学家可能用遗传工程技术提高细菌的工作效率。1.写出细菌氧化硫化铜的化学反应式。2.如果矿堆中的矿石被碎成小块,反应速度是否会有变化?为什么?3.从硫酸铜溶液中提取铜,简便而经济的方法是什么?写出反应式。4.普通生产铜的方法是在空气中燃烧硫化铜,这将产生哪些产物?比较生物工程法和普通方法,哪种方法生产铜更好?七.质子核磁共振谱(NMR)是研究有机化合物结构的最有力手段之一。在所研究化合物的分子中,每一种结构类型的等价(或称为等性)H原子,在NMR谱中都给出相应的峰(信号)。谱中峰的强度是与分子中给定类型的H原子数成比例的。例如,乙醇的NMR谱中有三个信号,其强度比为3:2:1。1.在常温下测得的某烃C8H10的PMR谱上,观察到两种质子给出的信号,其强度之比为2:3,试确定该烃的结构简式。该烃在光照下生成的一氯代物在PMR谱中可产生几种信号,确定强度比。2.1,3-丁二烯在PMR谱上可观察到6个信号,请解释为何能观察到这么多信号。八.CaCux合金可看作由下图所示的a、b两种原子层交替堆积排列而成:a是由Cu和Ca共同组成的层,层中Cu-Cu之间由实线相连;b是完全由Cu原子组成的层,Cu-Cu之间也由实线相连。图中由虚线勾出的六角形,表示由这两种层平行堆积时垂直于层的相对位置。c是由a和b两种原子层交替堆积成CaCux的晶体结构图。在这结构中:同一层的Ca-Cu为294pm;相邻两层的Ca-Cu为327pm。1.确定该合金的化学式2.Ca有个Cu原子配位(Ca周围的Cu原子数,不一定要等距最近),Ca的配位情况如何,列式计算Cu的平均配位数3.计算该合金的密度(Ca40.1Cu63.5)4.计算Ca、Cu原子半径。abc○Ca·Cu九.某烃X是重要化工原料,常温下X是无色液体,它能发生聚合反应A。A经臭氧化反应还原后生成B。B既能被温和氧化成C;也能与I2的NaOH溶液反应,所得产物酸化后为D。D极易失水生成E,取0.118gD可中和0.1mol/LKOH溶液20mL。X能与丙烯腈反应,生成具有旋光性的环状异构体F、G,它们分别与HBr加成,只有F的加成产物H的旋光性消失。请写出X、A、B、C、D、E、F、G、H的结构简式。参考答案一.制备HCN的反应:KCN+KHS==K2S+HCN↑1.因为是固体与固体反应,增大表面接触率,加快反应速率;2.避免副反应发生:2KHS==K2S+H2S3.不能说明,因HCN是易挥发物。4.KCN+H2SO4==KHSO4+HCN↑5.A:NC-CH2-CH2-CHO;B:NH2-CH2-CH2-CH2-OH二.铆钉表面供氧充足,反应④迅速发生,生成的Fe2O3·xH2O聚集在表面,使反应①停止,铁不再被腐蚀;铆钉与钢板重叠部分供氧不足,反应④很少发生,保证了①的不断进行而持续被腐蚀。三.1.C点表示水与苯酚能以任意比互溶的最低温度;AC表示苯酚在水中的溶解度曲线;BC表示水在苯酚中的溶解度曲线;ABC内部分表示水与苯酚不能互溶,溶液分为两层。(其它合理答案也可以)2.试管内先不出现浑浊;然后出现浑浊,溶液分为两层;上层溶液体积不断增大,下层溶液体积不断减小;最后溶液又变澄清。3.上层浓度12%,质量12.5g下层浓度60%,质量7.5g。四.1.N2O4+2N2H4===3N2+4H2O2.N2O4中N采取sp2杂化,5个σ键(一个N—N键,4个N—H键),一个86键。N2H4分子中N原子sp3杂化,6个原子不可能共平面。3.Cu+2N2O4===Cu(NO3)2+2NO↑N2O4自偶电离N2O4NO++NO3-,Cu与N2O4反应失电子给NO+,放生成NO和Cu(NO3)2。五.1.取V体积的I2-KI水溶液用Na2S2O3水溶液滴定,测得C1=CI2(H2O)。再取V体积的I2—KI水溶液,加入V体积的CCl4,达分配平衡后用分液漏斗将CCl4相分开,然后用Na2S2O3水溶液滴定,得C2,因此,CI2(CCl4)=C1-C2,该值应是几轮结果的平均值。2.KD=(1+Kβ[I-])D=(1+Kβ[I-])(C1-C2)/C2六.1.细菌氧化硫化铜的反应式为:CuS(固态)+2O2细菌CuSO4硫化铜矿石空气中的氧硫酸铜溶液在大多数情况下,硫化铜矿石的化学式比CuS复杂得多(其反应过程也十分复杂并包括许多步骤,但它们的基本结果是相同的,即把不溶性的铜矿转化为可溶性的硫酸铜)。2.如果矿石被碎成小块,反应会进行得更快,因为碎石块与氧气的接触面积增大,促进了氧化反应的进行。3.从硫酸铜溶液中提取铜,通常的做法是,把废铁加进溶液中,化学性质较活泼的铁就把铜置换出来。Fe+CuSO4==FeSO4+Cu4.普通生产铜的方法是在空气中燃烧硫化铜,这将产生铜和SO2,一部分SO2必然会进入空气中,并进一步导致酸雨等。这种“微生物采矿法”同普通的冶炼法相比,具有以下几个优点:①即使含量较少的矿也可以被利用,这种方法适意于被废弃的损坏矿堆;②与治炼法不同,没有SO2排放到大气中,减少了对环境的污染,实际上,硫细菌为我们提供了一条在燃烧前就把硫从矿中移去的途径;③能量成本费用远远低于冶炼法。七.1.CH3CH3;CH3CH2Cl:4种信号,3:2:2:22.1,3-丁二烯存在π44大π键,是个平面分子,有顺式和反式两种构型:;每个分子各存在3种不同的H原子。八.1.CaCu5Ca位于六棱柱的顶点(1/6)和底心(1/2),各有12个和2个,即属于这个六棱柱的Ca为3个;Cu有两种情况,在底面上,各有6个(1/2),在中间一层,内部6个,边上有6个(1/2),共有15个,x=5。2.Ca18;Cu4配位9个,3配位6个,平均3.6对1个Ca来说,同一层上周围有6个Cu,还应包括上下两层各6个Cu,共18个;Cu在图a、b中所处的环境是不一样的,图a中的Cu周围是3个Ca,图b中的Cu周围是4个Ca,平均1个Cu的Ca配位数是[3×6+4×(6+6×1/2)]/(6+6+6×1/2)=3.6。3.6.45g/cm3看图a,Cu位于3个Ca构成正三角形的重心,已知Ca-Cu为294pm,可求出Ca-Ca距离为509pm,对比图a、b可知,图b中的Cu位于图a中相邻两个Cu的中点的垂直位置上,垂直距离为:222/3294327=205pm,即六棱柱高为410pm,六棱柱体积为2.76×10-22cm3,该六棱柱质量为1.78×10-21g。4.Cu126pm;Ca168pm计算原子半径时,我们应尽可能考虑各原子接触相切。从题给数据看,在图a中,Cu与Ca应是相切的,而Ca与图b中的Cu不应是相切的,那么图b中的Cu只能与图a中的Cu相切,在刚才求垂直距离时,在图a中两个Cu与其中点垂直位置上的Cu是相切的,可求出Cu的半径为222/29420521=126pm,Ca的半径可以根据键长求得。九.X:CH2==CH—C(CH3)==CH2;A:;B:CH3—CO—CH2—CH2—CHO;C:CH3—CO—CH2—CH2—COOH;D:HOOC—CH2—CH2—COOH;E:OOO;F:CN;G:CN;H:CNHBr