2013年全国化学竞赛初赛模拟试卷3(含答案).doc
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2013年全国化学竞赛初赛模拟试卷3
（时间：
3小时满分：
100分）
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
满分
9
8
8
5
10
11
10
7
9
9
14
H
1.008
相对原子质量
He
4.003
Li
6.941
Be
9.012
B
10.81
C
12.01
N
14.01
O
16.00
F
19.00
Ne
20.18
Na
22.99
Mg
24.31
Al
26.98
Si
28.09
P
30.97
S
32.07
Cl
35.45
Ar
39.95
K
39.10
Ca
40.08
Sc
44.96
Ti
47.88
V
50.94
Cr
52.00
Mn
54.94
Fe
55.85
Co
58.93
Ni
58.69
Cu
63.55
Zn
65.39
Ga
69.72
Ge
72.61
As
74.92
Se
78.96
Br
79.90
Kr
83.80
Rb
85.47
Sr
87.62
Y
88.91
Zr
91.22
Nb
92.91
Mo
95.94
Tc
[98]
Ru
101.1
Rh
102.9
Pd
106.4
Ag
107.9
Cd
112.4
In
114.8
Sn
118.7
Sb
121.8
Te
127.6
I
126.9
Xe
131.3
Cs
132.9
Ba
137.3
La－Lu
Hf
178.5
Ta
180.9
W
183.8
Re
186.2
Os
190.2
Ir
192.2
Pt
195.1
Au
197.0
Hg
200.6
Tl
204.4
Pb
207.2
Bi
209.0
Po
[210]
At
[210]
Rn
[222]
Fr
[223]
Ra
[226]
Ac－Lr
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds
第第题（9分）
1．35Cl和37Cl（1分），100︰35（1分）
2．70：
54.9%；72：
38.4%；74：
6.72%。
（每种质量数各0.5分，其体积分数各1分）
3．CH3CH2CH（OH）CH3（2.5分）
题（9分）
相对强度
m/z
利用质谱仪来分析分子结构已经成现代化学重要的技术，其原理为利用电子撞击分子（M）使它产生阳离子团（M＋）或分子裂解产生的阳离子团在磁场飞行的差异，而侦测各种离子，图谱的横坐标为质量与电荷比（m/z），纵坐标为强度代表所产生粒子数的多寡。
右图为氯甲烷的质谱分析，其中m/z＝15是氯甲烷经过裂解产生甲基阳离子[CH3]＋的讯号，而m/z＝50与52则是氯甲烷阳离子[CH3Cl]＋的讯号。
利用图谱资料，回答下列问题：
1．自然界中氯的同位素是_____________，且其含量比为____________。
2．写出自然界中氯气各种可能的质量数，以及每种质量数的氯分子在氯气中所占的体积分数。
3．某学生在资料中看到C4H10O的质谱图，该化合物分子在m/z＝31、41、43、56以不同形式断裂形成烃基阳离子，写出C4H10O结构简式。
第第题（8分）
1．Be3Al2Si6O18＋20OH－＝3BeO22－＋2AlO2－＋6SiO32－＋10H2O（3分）
2．[NH2CH2CH2NH2][MnV3O7F5]（3分）
3．K12V10O31（2分）
题（8分）
某些金属或非金属在杂化材料中主要采用四面体构型，如图1表示，端位原子位于正四面体的顶点，中心原子位于正四面体的体心（俯视图中被端位原子挡住）。
图2至图5中，这些多面体通过共角、共边及共面堆积成不同的构筑块，为杂化材料提供无机阴离子骨架。
1．图3是绿柱石的硅氧四面体形成的阴离子骨架，绿柱石是铍、铝的硅酸复盐。
写出绿柱石溶解于过量NaOH溶液的离子方程式。
2．图4是锰、钒与氧、氟形成的四面体的电中性四元环，其中锰（Ⅳ）、钒（Ⅴ）个数比为1︰3。
1个乙二胺分子可以通过形成多点氢键嵌入其中，写出该嵌合物的化学式。
3．图5是钒氧四面体的单链。
十钒酸簇的阴离子是钒（Ⅴ）氧四面体的无支链单链，写出其钾盐的化学式。
第第题（8分）
1．973K时，K＝K1/K2＝1.47/2.38＝0.618；1173K时，K＝K1/K2＝2.15/1.67＝1.29（各1分）
2．n（H2）＝（4.00×105×5.15）/（8.314×973）＝255mol
n（CO2）＝（255×0.6）2/（255×0.4×0.618）＋255×0.6＝524mol
V（CO2）＝（524×8.314×973）/（4.00×105）＝10.6m3（各1分）
3．n（总）＝（4.00×105×10.0）/（8.314×1173）＝410mol
由于反应前后，总物质的量不发生变化，故CO2和H2的最初的物质的量都为410/2＝205mol
设CO2和H2都转化了xmol，则：
x2/（205-x）2＝1.29，解之得x＝109mol
转化率为109/205＝53.2%。
（3分）
题（8分）
反应1：
Fe（s）＋CO2（g）FeO（s）＋CO（g）的平衡常数为K1；
反应2：
Fe（s）＋H2O（g）FeO（s）＋H2（g）的平衡常数为K2；
反应3：
CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）的平衡常数K3。
在不同温度时K1、K2的值如下表：
T/K
K1
K2
973
1.47
2.38
1173
2.15
1.67
1．温度973K时，K3＝___________；1173K时，K3＝___________。
2．在973K、4.00×105Pa时，向反应容器通入5.15m3H2，要使H2的转化率达到60%，计算至少通入CO2的体积。
3．在1173K时，向10.0m3的容器内通入物质的量比为1︰1的CO2和H2，一段时间后，反应3达到平衡状态，容器内压强为4.00×105Pa，计算H2的转化率。
A
B
第第题（5分）
1．YBa2Cu3O7（2分）
2．4.38g/cm3（3分）
题（5分）
右图是两个高温超导物质的单位晶格结构。
1．物质A的化学式是_____________。
2．如果晶体B的晶胞参数为：
a＝c＝272pm。
计算晶体B的密度。
第第题（10分）
1．A%＝（1.028×0.01120×94.11）/2.195＝49.36%
m（B）＝100.0×（1－49.36%）＝50.64g（2分）
2．pKb＝14－9.95＝4.05
c（A－）＝（1.028×0.1120）/0.06120＝0.1881mol·L－1
c（OH－）＝（10－4.05×0.1881）1/2＝4.094×10－3
pH＝14＋lg（4.094×10－3）＝11.61（3分）
3．酚离子呈水溶性，藉以分离环已醇。
（1分）
4．添加NaOH不足，NaOH的物质的量为：
3.103mol/L×0.05000L＝0.1552mol，但54.52g混合物中有0.2860mol的酚。
（1.5分）
5．未反应的酚应为12.30g，两次萃取后有机层中酚的质量为12.25g。
（2.5分）
题（10分）
实验室有一瓶苯酚（C6H5OH，计算过程中以A代替）与环已醇（C6H11OH，计算过程中以B代替）的混合物重100.0克。
某学生取2.195克的样品放入50.00mL的水中，完全溶解后加入数滴的酚酞，逐滴加入1.028mol/LNaOH溶液，当加入11.20mL溶液变成桃红色。
于是学生取54.52克的混合物，加入3.104mol/LNaOH溶液50.00mL，然后加入乙醚70.0mL，经过摇晃、静置、萃取后，溶液分成两层，分离了有机层；之后再加入乙醚70.0mL至水层溶液萃取一次，分离后将两次萃取的有机层合并，加热将溶剂蒸发，得到的残留物中却发现还有少量苯酚残留。
[已知：
苯酚的pKa＝9.95]
1．请问此瓶药剂中含有环已醇几克？
写出计算过程。
2．计算溶液变成桃红色时的pH值。
3．此分离的过程，是利用何种原理？
即学生为什么要加NaOH溶液到混合物中再用乙醚萃取？
4．这个学生分离苯酚实验的效果非常不好，通过计算分析其主要原因。
5．若在此温度下，苯酚在乙醚和水中的分配比是10。
计算残留在有机层里的苯酚的质量。
第第题（11分）
1．V（CNC4H9）4Br2（4分）
2．（3分）
3．80%（2分）
4．生物固氮不必象工业合成氨那样在高温高压下进行，对于增加粮食产量、减少过量使用氮肥、防止土壤盐碱化和水体富营养化、降低生产成本、节约能源等方面都具有极其重要意义。
（2分）
题（11分）
催化空气中分子氮转化成可利用的氨态氮，长期以来一直是人们研究的重点，目前已知的固氮途径主要有三种：
生物固氮、Haber-Bosch反应以及Yandulov-Schrock反应。
生物固氮是在常温和N2压力为8.0×104Pa下由固氮酶催化完成。
钒固氮酶是生物固氮常用系统之一，存在多种不同的模型配合物。
Bottcher等用钒的羰基配合物、Br2及异腈在THF中反应得到配合物A。
经测定，A的式量不大于600，其中含V9.38%，N10.31%。
用核磁共振测定，A的结构中有三种化学环境的C原子、一种化学环境的H原子，V与Br的重心恰好重合，不存在V－N键，N具有四键。
1．推断A的化学式，写出计算过程。
2．写出A的空间结构。
3．生物固氮是用氮气和惰性气体混合后在常压下反应，计算氮气在混合气体中的体积分数。
4．与Haber-Bosch反应和Yandulov-Schrock反应相比，生物固氮的优点是什么？
第第题（10分）
1．4Li2CO3＋8MnO2＝4LiMn2O4＋2Li2O2＋4CO2＋O2（2分）
2．538pm（3分）
3．充电：
LiMn2O4＝Li（1-x）Mn2O4x－＋xLi＋；放电：
Li（1-x）Mn2O4x－＋xLi＋＝LiMn2O4（各2分）
4．锂离子电池（1分）
题（10分）
目前主要的混合电容器体系有：
氧化物／炭材料体系、聚合物／炭材料体系和Li4Ti5O12/C体系，这些体系分别存在成本高、环境不友好、循环性能差的缺点。
一种新型的AC/LiMn2O4体系，属于非对称的超级电容器，综合了电池和超级电容器的优点，电化学性能介于二者之间。
在快速启动、电动车等对功率密度和能量密度都有较高要求的领域具有广阔的应用前景。
它采用尖晶石结构的LiMn2O4作正极，活性炭（AC）作负极，Li2SO4作电解液。
正极材料LiMn2O4由Li2CO3和MnO2按摩尔比1︰2加热反应合成；负极材料AC的比表面积（BETsurfacearea）为2500m2/g。
该体系与电池相比，容量方面稍差，但是大电流的充放电性能明显优化，而电池是无法实现真正意义上的快速充放电的；与双电层超级电容器相比，又具有更高的比容量和更高的电压平台。
这种体系的充电、放电的机理如下图所示：
1．写出LiMn2O4的合成的化学方程式。
2．若负极材料AC是均匀的球状石墨颗粒组成，求球状石墨颗粒的半径（石墨密度为2.23g/cm3）
3．分别写出充电、放电时，正极的电极反应式。
4．这个体系跟什么电池的工作原理相似？
第第题（7分）
1
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