元素化学例题.docx

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元素化学例题

（一）主族元素

例题1（2008年全国化学初赛第2题）

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。

1．写出X的分子式和共轭π键（）。

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。

3．写出上述X歧化反应的化学方程式。

解析：

二元化合物X

用途：

漂白剂、饮水处理剂、消毒剂等

原料：

氯酸钠

制法：

①在酸性水溶液中用盐酸等还原

②用空气稀释的氯气氧化

性质：

极性和顺磁性,不形成二聚体,碱中歧化

根据前三点信息分析可知X含氯，根据制法可知氯的氧化数为+4，另一种元素为氧，故X是ClO2，通过最后一条信息即性质的验证结论无误。

1．ClO2

2．2ClO3-+H2C2O4+2H+=2ClO2+2CO2+2H2O

或2NaClO3+H2C2O4+H2SO4=2ClO2+2CO2+Na2SO4+2H2O

2NaClO2+Cl2=2ClO2+2NaCl

NaClO2是固体，写成ClO2-，不得分。

3．2ClO2+2NaOH=NaClO2+NaClO3+H2O

或2ClO2+2OH-=ClO2-+ClO3-+H2O

例题2（2005年全国化学初赛第十题）

据世界卫生组织统计，全球约有8000万妇女使用避孕环。

常用避孕环都是含金属铜的。

据认为，金属铜的避孕机理之一是，铜与子宫分泌物中的盐酸以及子宫内的空气反应，生成两种产物，一种是白色难溶物S，另一种是酸A。

酸A含未成对电子，是一种自由基，具有极高的活性，能杀死精子。

1．写出铜环产生A的化学方程式。

2．画出A分子的立体结构。

3．给出难溶物S和酸A的化学名称。

4．A是一种弱酸，pK=4.8，问：

在pH=6.8时，A主要以什么形态存在？

解析：

根据题意，A是一种弱酸，含未成对电子，是一种自由基，具有极高的活性；A来源于铜与子宫分泌物中的盐酸以及子宫内的空气反应，且生成两种产物，一种是白色难溶物S，另一种是酸A。

由此不难分析出A为HO2（超氧酸），S为CuCl。

1．Cu＋HCl＋O2＝CuCl＋HO2

2．

3．A：

超氧酸

4．几乎完全电离为超氧离子

例题3（全国化学初赛2005B第一题）

将H2O2慢慢加入到SbF5的HF溶液中得一白色固体A，A是一种盐类，其阴离子呈八面体结构。

1．A的结构简式，生成A的化学方程式。

2．A不稳定，能定量分解，B是产物之一，其中亦含有八面体结构，B的结构简式为。

3．若将H2S气体通入SbF5的HF溶液中，则得晶体C，C中仍含有八面体结构，写出C的结构简式。

生成C的化学反应方程式是。

4．将H2O2滴入液氨中得白色固体D，D是一种盐，含有正四面体结构，写出D的结构式和生成反应方程式。

5．比较H2O2和H2S的性质异同。

解析：

此题关键在于弄懂SbF5的HF溶液是一种超酸体系，具有极强的给质子能力，其他物质在它面前往往呈现出质子碱的特性。

1．[H3O2]＋[SbF6]－H2O2＋HF＋SbF5＝[H3O2]＋[SbF6]－

2．[H3O]＋[SbF6]－

3．[SH3]＋[SbF6]－H2S＋HF＋SbF5＝[SH3]＋[SbF6]－

4．[NH4]＋[HOO]－H2O2＋NH3＝[NH4]＋[HOO]－

5．H2O2既是酸又是碱，H2S是一种碱

例题4（2004年全国化学初赛第四题）

在铜的催化作用下氨和氟反应得到一种铵盐和一种三角锥体分子A（键角102°，偶极矩0.78×10-30C·m；对比：

氨的键角107.3°，偶极矩4.74×10-30C·m）；

1．写出A的分子式和它的合成反应的化学方程式。

2．A分子质子化放出的热明显小于氨分子质子化放出的热。

为什么？

3．A与汞共热，得到一种汞盐和一对互为异构体的B和C（相对分子质量66）。

写出化学方程式及B和C的立体结构。

4．B与四氟化锡反应首先得到平面构型的D和负二价单中心阴离子E构成的离子化合物；这种离子化合物受热放出C，同时得到D和负一价单中心阴离子F构成的离子化合物。

画出D、E、F的立体结构；写出得到它们的化学方程式。

5．A与F2、BF3反应得到一种四氟硼酸盐，它的阳离子水解能定量地生成A和HF，而同时得到的O2和H2O2的量却因反应条件不同而不同。

写出这个阳离子的化学式和它的合成反应的化学方程式，并用化学方程式和必要的推断对它的水解反应产物作出解释。

解析：

根据A的制法和形状不难得知A为NF3，所以第1和第2问应当比较容易回答；第3问关键在于异构上，氮的化合物不存在对映异构现象，只能是顺反异构，顺反异构的条件是氮原子SP2杂化形成平面结构，如此N2F2也就浮上了桌面；4、5问的关键又回到超酸体系，这里更确切地说是路易斯酸体系，SnF4也好，BF3也好，都与SbF5、AsF5等类似，具有强烈地夺取氟离子的欲望，由此生成一些特殊的正离子应在情理之中。

1．NF34NH3＋3F2＝NF3＋3NH4F

2．N－F键的偶极方向与氮原子孤对电子的偶极方向相反，导致分子偶极矩很小，因此质子化能力远比氨质子化能力小。

画图说明也可。

3．2NF3＋2Hg＝N2F2＋2HgF2

（14＋19）×2＝66

4．D：

E：

F：

2N2F2＋SnF4＝[N2F+]2[SnF6]2-

[N2F+]2[SnF6]2-＝[N2F]+[SnF5]-＋N2F2

5．阳离子的化学式为NF4+。

NF3＋F2＋BF3＝NF4+BF4-

NF4+水解反应首先得到HOF（否则写不出配平的NF4+水解反应）:

NF4+＋H2O＝NF3＋HOF＋H+定量生成NF3。

而反应2HOF＝2HF＋O2和反应HOF＋H2O＝HF＋H2O2哪一反应为主与反应条件有关，但无论哪一反应为主却总是定量生成HF。

例题5（1997年全国化学初赛第二题）

PCl5是一种白色固体，加热到160℃不经过液态阶段就变成蒸气，测得180℃下的蒸气密度（折合成标准状况）为9.3g/L，极性为零，P—Cl键长为204pm和211pm两种。

继续加热到250℃时测得压力为计算值的两倍。

PCl5在加压下于148℃液化，形成一种能导电的熔体，测得P—Cl的键长为198pm和206pm两种。

（P、Cl相对原子质量为31.0、35.5）回答如下问题：

1．180℃下PCl5蒸气中存在什么分子？

为什么？

写出分子式，画出立体结构。

2．在250℃下PCl5蒸气中存在什么分子？

为什么？

写出分子式，画出立体结构。

3．PCl5熔体为什么能导电？

用最简洁的方式作出解释。

4．PBr5气态分子结构与PCl5相似，它的熔体也能导电，但经测定其中只存在一种P-Br键长。

PBr5熔体为什么导电？

用最简洁的形式作出解释。

解析：

本题1、2问不在话下，第3问可用类比法，如与水类比；或用酸碱溶剂理论，自可得到结论。

第3问关键是要找出PBr5与PCl5的区别，那就是由Cl变为Br，原子半径增大了，空间位阻效应出现了，所以PBr5熔体的自偶电离方式也随之改变了。

另外，何谓最简洁的形式？

当然就是化学方程式。

1．9.5×22.4＝208.3g/mol

PCl5相对分子质量31.0＋35.5×5＝208.5

蒸气组成为PCl5（结构式如右图所示）

呈三角双锥体。

三角双锥分子无极性，有两种键长。

（注：

若答成四方锥体不给分，因它有极性，与题面给的信息不符）

2．PCl5＝PCl3＋Cl2

氯分子Cl－Cl三氯化磷分子（结构式如右图所示）

（压力为计算值的两倍表明1molPCl5完全分解成1molPCl3和1molCl2，共2mol。

气体由等摩PCl3和Cl2组成。

）

3．PCl5＝PCl4+＋PCl6－

（注：

含PCl4+和PCl6—两种离子，前者为四面体，后者为八面体，因此前者只有一种键长，后者也只有一种键长，加起来有两种键长。

）

4．PBr5＝PBr4+＋Br－PBr4+结构同PCl4+

例题6（2006年全国化学初赛第6题）

潜在储氢材料——化合物A是第二周期两种氢化物形成的路易斯酸碱对，是乙烷的等电子体，相对分子质量30.87，常温下为白色晶体，稳定而无毒。

刚刚融化的A缓慢释放氢气，转变为化合物B（乙烯的等电子体）。

B不稳定，易聚合成聚合物C（聚乙烯的等电子体）。

C在155oC释放氢气转变为聚乙炔的等电子体，其中聚合度为3的化合物D是苯的等电子体。

高于500oC时D释放氢气，转变为化合物E，E有多种晶型。

1写出A、B、C、D、E的化学式。

2化合物A转变为E各步释放的氢所占的质量分数以及总共释放的氢气所占的质量分数多大？

3为使A再生，有人设计了化合物D在水蒸气存在下与甲烷反应，写出化学方程式。

解答：

1．A：

H3B:

NH3（或BNH6）BH2B=NH2（或BNH4）

C—H2B-NH2—nDB3N3H6EBN

2．A→B2.016/30.87=6.531%（或0.06531）

B→D2.016/28.85=6.988%（或0.06988）

D→E6.048/26.84=24.14%（或0.02414）

A→E6.048/30.87=19.59%（或0.1959）

3．CH4+2（HBNH）3+6H2O=3CO2+6H3BNH3

例题7（1999年全国化学初赛第一题）

12.0g含2种化合物（由常见元素组成）的近白色固体溶于过量盐酸,释放出2.94L气体（标准状态），气体密度为同温度下空气密度的1.52倍，剩余的不溶性残渣含氧53.2%，既不溶于酸又不溶于稀碱溶液。

通过计算分别写出2种化学物质的化学式。

解析：

此题给出的5个数据中，相对独立的是气体的相对密度，它是突破点。

由此可得出气体是什么，然后“跟踪追击”，可得出其中一种化合物是碳酸盐，其物质的量，然后应进行“扫描”，寻找“嫌疑犯”，所有由常见元素构成的常见碳酸盐均是答案，条件是其总质量小于12.0。

1．1.52×29.0g·mol－1＝44.1g·mol－1，这种气体是CO2

CO2物质的量：

2.94L/22.4L·mol－1＝0.131mol；（2分）

（或CO2的质量：

0.131mol×44.0g·mol－1＝5.78g）

2．由上面的计算可知一种物质为碳酸盐：

MCO3。

（M＝Mg）

设M为常见元素Mg，则MgCO3质量为0.131mol×84.3g·mol－1＝11.0g；

（若设M＝Ca，则CaCO3质量为0.131mol×100g·mol－1＝13.1g＞12.0g；不合题意。

若为Na2CO3（106g·mol－1）也不合题意）故M＝Mg（6分）

注：

若没有对CaCO3的讨论，只给3分。

3．既不溶于酸也不溶于稀碱的另一种物质是SiO2（不可能是M2O，MO，M2O3）：

[32.0/（28.1＋32.0）]×100%＝53.2%（符合题意）

化合物的化学式：

MgCO3，SiO2

例题8（1996年全国化学初赛第三题）

1．1200℃时，Si还原MgO为Mg（沸点1105℃）。

煅烧白云石（MgCO3·CaCO3）得MgO·CaO。

以MgO·CaO为原料和Si在1200℃时反应比起以MgO为原料较容易获得Mg。

为什么？

2．MgO·CaO的另一工业用途是用来富集海水里的镁。

将海水通过装有MgO·CaO的过滤槽，镁就会被截留下来。

你能写出这个过程的离子方程式吗？

海水里的