全国化学竞赛初赛模拟试题3施华资料讲解.docx
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全国化学竞赛初赛模拟试题3施华资料讲解
2013年全国化学竞赛初赛模拟试题（3）
施华命题
第一题
1．天体化学研究天体的化学组成，进而揭示天体的演化。
据认为“红巨星”星体内部发生着合成重元素的中子俘获反应，例如68Zn可以俘获1个中子形成A，过剩的能量以光子形式带走；A发生β衰变转化为B。
试写出平衡的核反应方程式____________。
2．海底物质勘探是世界强国竞相研究的对象。
美国哥伦比亚大学的科学家根据对沉积物中稀土元素钕（Nd）的分析发现，北大西洋和太平洋海水中的143Nd和144Nd比例差异很明显，由此得出周围大陆的岩石中143Nd和144Nd含量不同的结论。
该结论在地理学上的意义是___________________________。
3．化学家成功合成第101号元素。
为纪念俄国科学家门捷列夫，该元素被命名为钔（Md）。
其合成步骤是：
用α粒子轰击
Es得到，同时放出一个中子。
后来苏联杜布纳联合核子研究所的3.1m重离子加速器，用
Ne轰击
U靶，并放出四个常见的实物粒子，也曾获得数百个
Md原子，请写出以上两个核反应方程式。
第二题
下列所举六个化合物（记为1~6）均由短周期X、Y、Z三种元素组成，其研究数据如下：
特征
化合物
1
2
3
4
5
6
W（X），%
29.08
26.41
20.70
19.31
36.48
32.37
W（Y），%
40.56
36.83
28.87
26.93
24.44
22.57
性质
还原性
还原性
酸性
氧化性
碱性、还原性
中性
1．试根据上表确定X、Y、Z的元素符号和化合物1~6的化学式，并写出分析和计算过程。
2．在水溶液中，化合物4的水溶液能与淀粉-KI溶液发生反应，溶液变蓝色。
从理论上讲，在较高温度时，该反应速率很快。
但实验结果表明：
在较高温度下上述实验现象不明显。
（1）试写出上述化学反应的离子方程式_______________。
（2）简要叙述实验现象不明显的原因_________________。
（3）为了加快化学反应，有人在化合物4与淀粉-KI溶液的混合溶液中加入了盐A后，反应能瞬间完成。
请问A为__________________；其离子方程式为______________；判断上述反应已经完成的方法是_____________________________。
第三题
某常见金属A，与某气体B加热化合生成C；取3.65gC溶于水激烈地放出气体，所得气体D经碱洗干燥后为140mL（标准状况），同时得到溶液E。
向溶液E中添加0.05mol的硫代硫酸钠溶液，恰好完全反应生成一种白色沉淀F，几分钟内沉淀变黑后转化为G。
向E里加入钠盐H得到黄色沉淀I，该沉淀有感光性，加热到1360C和1460C分别发生相变。
H的酸性溶液中通入气体D，使溶液颜色由无色转化为深棕色的J。
1．写出A~I各物质的化学式；
2．写出C溶于水、F转化为G、H溶液颜色变化的反应方程式；
3．黄色沉淀的物质有多种结构。
它的高温相有什么特殊物理化学性质？
请说明之。
第四题
据2013年3月《都市快报》消息，浙江大学高分子系高超教授的课题组最近制造出一种超轻物质，取名“碳海绵”，是目前世界上已知的最轻固体材料。
这一成果被权威科学杂志《自然》在“研究要闻”栏目中重点配图评论（2013年2月28日的第494期404页）。
高超课题组这些年一直从事石墨烯宏观材料的研发。
他们用石墨烯制造出了气凝胶——“碳海绵”。
“碳海绵”每立方厘米重0.16毫克，比氦气还要轻，约是同体积大小氢气重量的两倍。
富勒烯之一的C60是碳元素的一种同分异构体，其结构见右，由五元环和六元环组成的封闭多面体。
试回答下列问题：
1．质谱仪探测发现，富勒烯全部由偶数个碳原子组成，而没有发现奇数个碳原子组成的。
请通过计算推理（不使用欧拉公式）。
计算碳原子的杂化形态。
2．C60可看作截顶的二十面体，结构简式如右图所示。
尽管C60中60个碳原子等同，但却有两种不同类型的C-C键。
其中1种为138pm；另一种为145pm。
（1）请在右图中标明这2种类型的键。
（2）计算这2种类型的键各有几条，并说明你的理由。
3．富勒烯中C70形似橄榄球，由2个类C60半球，通过另外10个碳原子桥联构成，存在1条5重对称轴（绕轴旋转720可重合，C60中有6条5重轴），是富勒烯中独一无二的。
C60共有________种类型的碳原子，__________种类型的C-C键。
4．C60能和一系列过渡金属，尤其是第Ⅷ族的过渡金属化合物反应。
最常见的形式是金属化合物加成到双键性质的C-C键上，形成配合物。
例如，OsO4是一强氧化剂。
若将C60在吡啶（Py）溶液中用OsO4处理，产生单加成产物A与若干种双加成异构体B（产物中Os六配位）。
（1）利用下图画出A的结构简式（补充未反应的双键）
（2）确定双加成产物B的异构体种数
（3）预测化合物A、B中发生加成的碳原子距中心远了还是近了，为什么？
5．富勒烯是一类空心笼，笼内能容纳一个或几个原子，形成包合物。
已知C原子的共价半径为77pm，范德华半径为170pm，估算C60笼内空腔直径。
第五题
人们为了研究生物体内蛋白质与过渡金属离子配合物所产生的生命活动，常常合成一些结构类似但又简单的配合物，从对这些模拟化合物的研究中可以观察到类似的生命现象。
合成CuSalen就是这项研究的一部分。
所谓Salen是水杨醛（邻羟基苯甲醛）与乙二胺缩合形成的产物。
通常醛类与有机胺类缩合的产物统称为西佛碱。
有机配体A就是水杨醛（邻羟基苯甲醛）与乙二胺缩合形成的西佛碱。
在严格控制pH条件下，A可与Cu2+在HCl介质中反应生成B，B中铜元素质量分数为19.4%。
1．通过计算确定A和B的结构式：
A___________；B______________。
2．若pH太低，产率会下降，生成化合物C，C中铜元素质量分数是9.54%，氯元素质量分数是10.6%，写出C的结构式__________，有利于生成C的原因是______________。
3．若pH太高，产率也会下降，其原因是________________________________。
第六题
已知NaCl的晶体结构如右图所示，它属于立方晶系，晶胞参数a＝564.0pm。
（rNa+=102pmrCl-＝181pmrO2-＝140pm）
1．根据Na+和Cl-的离子半径值，了解在这结构中负离子是否接触？
这种结构的稳定性如何？
2．试计算NaCl晶体的密度D。
3．NaH具有NaCl型结构，晶胞参数a＝488pm，求H-的半径。
4．将右图晶胞中顶角上的Na+和中心的Cl-除去，将Na+换成Nb2+，Cl-换成O2-即得NbO晶胞，试画出NbO的晶胞和其中Nb6原子簇的结构；已知晶胞参数a＝421pm，计算晶体的密度；计算Nb2+的离子半径。
5．将右图晶胞中面心和体心的原子除去，顶角上的Na+换成U6+，棱上的Cl-换成O2-，得UO3的晶体结构，立方晶胞参数a＝415.6pm。
试画出UO3晶胞的结构；计算晶体的密度，计算U6+的离子半径；画出由处在12条棱上的O2-组成的立方八面体的图形。
计算该多面体的自由孔径。
第七题
邻硝基苯甲醛是一种重要的精细有机化工中间体，可由邻硝基甲苯通过间接电氧化法制备。
合成流程如下：
①取106gCe2（CO3）3·5H2O，加入320mL水，搅拌下缓慢滴加600mL70%甲磺酸溶液。
所得混合溶液全部注入电解槽，室温电解6h（I＝1.6A），得到Ce4+的电解液。
②用电位滴定法，测量电解后的Ce4+浓度。
③用电解所得到的甲基磺酸铈氧化邻硝基甲苯（易溶于甲磺酸）制备邻硝基苯甲醛。
④…………
1．写出合成邻硝基苯甲醛过程中的全部化学反应方程式和电极方程式；
2．流程①中混合溶液应注入电解槽的_____极室，另一极应注入______。
3．流程②用____进行电位滴定测量电解后的Ce4+浓度，写出反应方程式________。
如果电解后测得该极室Ce4+浓度为0.368mol/L，则Ce3+的转化率为________和电流效率为____________。
4．步骤③中用邻硝基甲苯合成邻硝基苯甲醛中，邻硝基甲苯需大大过量才能保证反应的正常进行，其原因是________________________。
5．将邻硝基苯甲醛从混合错误中分离出来需要多个操作步骤，请选择下面步骤中的若干个，并按先后排序：
①萃取、②过滤、③（减压）蒸馏、④分馏、⑤冷却、⑥加热、⑦干燥、⑧柱色谱（分离）
其正确排序为________________________________。
6．请简要完成步骤④：
____________________，这是相对直接化学合成的最显著优点。
第八题
化合物V可由以下合成路线获得：
II（分子式为C3H8O2）
III（无酸性）
IV
I
V
已知：
化合物I与
反应生成V的反应是交叉脱氢偶联反应，该反应是2011年备受关注的一类直接生成碳-碳单键的新反应。
1．试确定I~V的结构简式。
2．III的一种同分异构体VII能与饱和NaHCO3溶液反应放出CO2，试确定化合物VII的结构简式。
3．脱氢剂VI最常见的物质是
。
试简述
为何能作脱氢剂？
写出该反应方程式。
该反应是放热反应还是吸热反应？
4．
与
在一定条件下等摩尔发生交叉脱氢偶联反应。
试写出该反应。
第九题
铵盐X是黄色或红色结晶，能溶于水、乙醇和丙酮，难溶于乙醚，遇强酸、强碱分解生成相应的盐。
X由4种元素组成，其中含氮量为22.8%，受热或震动极易爆炸。
X可由等物质的量的氨水和相应的有机酸HY中和得到，HY具有相当强的酸性，pKa＝0.8，是个平面型分子，相对分子质量不超过300。
1．确定X、HY的化学式，写出推理过程。
2．写出X爆炸时的反应方程式；
3．解释HY具有较强酸性的原因。
第十题
HCN是一种剧毒的无色液体，有较高的介电常数。
在没有稳定剂的液态HCN中，HCN可以形成多种聚合物。
其三聚体经1H-NMR测定，只有两种化学环境不同的氢，但经红外光谱测定，只有一种C-H键和两种C-N键。
1．HCN有较高介电常数的原因是___________________。
2．三聚HCN的结构式为__________________________。
3．工业上常用HCN与烯烃A在镍催化剂下反应，用以制备己二腈，写出相应反应方程式_____________________________________________。
4．己二腈在一定条件下可分解生成一烯烃B（含一六元环），写出反应的方程式____________________________________________________。
第十一题
将I2S2与BeCl2按物质的量比1:
1溶于环己烷（溶剂）中得一白色沉淀A，现对A进行分析：
①将39.2g纯净CaC2O4溶于稀酸，用未知浓度的KMnO4溶液滴定至终点消耗76.28cm3；
②将沉淀A溶于水，立即解离出I2S2，将I2S2分离至250cm3的锥形瓶中；
③加入过量上述KMnO4标准溶液30.00cm3；
④用2.325mol·dm－3的H2O2回滴消耗25.21cm3。
1．画出I2S2路易斯结构式。
2．BeCl2是共价分子，可以以单体、二聚体和多聚体形式存在。
分别画出它们的结构简式，并指出Be的杂化轨道类型。
3．若从酸碱反应的角度看，I2S2与BeCl2的反应中，______是酸，_____是碱。
4．若第③步溶液中存在三种具有相同构型的阴离子，求沉淀A的质量。
5．若A的物质的量恰是I2S2的一半，A中各元素化学环境相同，试画出A的立体结构；
6．为何A溶于水便立即解离出I2S2，解释原因。
2013年全国化学竞赛初赛模拟试题（3）
参考答案
第一题：
解答
1．68Zn＋1n
69Zn＋γ69Zn
69Ga＋e
2．可以用于研究洋流从一个海盆流到另一海盆时海水的混合状况
3．
Es＋
He
Md＋
n
Ne＋
U
Md＋
H＋2
n
第二题：
解答
1．
W（X），%
29.08
26.41
20.70
19.31
36.48
32.37
W（Y），%
40.56
36.83
28.87
26.93
24.44
22.57
W（Z），%
30.36
36.76
50.42
53.76
38.08
45.06
1、2、3、4中X、Y的质量比相同，以1为标准可计算出Z原子个数比是
30.36︰36.7（29.08/26.41）︰50.42（29.08/20.07）︰53.76/（29.08/19.31）＝3︰4︰7︰8
5、6中X、Y的质量比也相同，以1为标准可计算出Z原子个数比是
38.08︰45.06（36.48/32.37）＝3︰4
同理：
1、5；2、6中Y原子个数比都是2︰1
1：
XxY2Z32：
XxY2Z43：
XxY2Z74：
XxY2Z85：
XxYZ36：
XxYZ4
由其组成和性质看，这些物质应是含氧酸盐，Z为氧元素
计算得Y为硫元素，X为钠元素，x＝2
1：
Na2S2O32：
Na2S2O43：
Na2S2O74：
Na2S2O85：
Na2SO36：
Na2SO4
2．
（1）S2O82-+3I-
2SO42-+I3-（或S2O82-+2I-
2SO42-+I2）①
（2）I2和淀粉在相对高温下不显色。
I2和淀粉结合显色；若温度继续升高，S2O82-和I-的反应速度继续加快，但I2和淀粉不显色，而且I2要升华，这样实验就不准了。
（3）A为Na2S2O3或其他硫代硫酸盐；离子方程式为：
2S2O32-+I3-
S4O62-+3I-②
反应①生成的I2立即与S2O32-反应，生成了无色的S4O62-和I-。
因此在开始一段时间内，看不到I2与淀粉作用而显示出来特有的蓝色，但是一旦Na2S2O3耗尽，反应①生成的微量I3-，就立即与淀粉作用呈现蓝色，所以蓝色溶液的出现应标志着反应②的完成。
第三题：
解答
1．A：
AgB：
F2C：
AgF2D：
O2E：
AgF
F：
Ag2S2O3G：
Ag2SH：
AgII：
NaIJ：
NaI3
2．4AgF2＋2H2O
4AgF＋4HF＋O2↑Ag2S2O3＋H2O
Ag2S＋H2SO4
6I-＋O2＋4H+
2I3-＋2H2O
3．碘化银的高温相特征性质就是它作为固体导体。
AgI是常用的高温固体导体。
固体导体现在应用越来越广泛。
小型的锂电池、氢氧原电池、钠硫电池、汽车尾气净化器中都用到了固体导体。
第四题：
解答
1．设富勒烯Cn中正五边形与正六边形数分别为a和b，
利用点、线、面的空间关系：
（5a+6b）/2＝n×3/2①（3n/2是棱的数目）
利用封闭多面体的不饱和度：
（a＋b－1＋n/2）×2＝n×2＋2②（n/2是双键数）
由①②，解得：
a＝12；b＝n/2－10。
所以n必为偶数。
因每个碳原子连2个6元环和1个5元环。
键角之和为：
2⨯（6-2）⨯1800/6+（5-2）⨯1800/5=3480；平均∠CCC键角=3480/3=1160。
根据杂化轨道的公式：
，其中θ为键角，α为轨道的s成份，（1-α）为p轨道的成份，计算出C原子的杂化形态为sp2.28，介于C-C单键与C=C双键之间。
2．
（1）
六边形与六边形共用C-C为138pm；六边形与五边形共用C-C为145pm
（2）C60中C－C共有90条，其中单键60条，双键30条；
由图可知五边形于五边形未共用C-C，五边形与六边形共用的C-C为12×5＝60条（单键）；六边形与六边形共用的C-C为90－60＝30条（双键）；双键的键长比单键短
3．58
参考图形：
从左到右，碳原子按层可分为5，5，10，10，（10），10，10，5，5；
其中第1层与第1层，第1层与第2层，第2层与第3层，第3层与第3层，第3层与第4层，第4层与第4层，第4层与第5层，第5层与第5层间原子形成了C-C。
4．
（1）
情感性手工艺品。
不少人把自制的手机挂坠作为礼物送给亲人朋友，不仅特别，还很有心思。
每逢情人节、母亲节等节假日，顾客特别多。
（2）5种。
例如：
C60中20个六边形，以1个为研究对象，分5层，个数依次为1，3，6，3，1
就算你买手工艺品来送给朋友也是一份意义非凡的绝佳礼品哦。
而这一份礼物于在工艺品店买的现成的礼品相比，就有价值意义，虽然它的成本比较低但它毕竟它是你花心血花时间去完成的。
就像现在最流行的针织围巾，为何会如此深得人心，更有人称它为温暖牌绝大部分多是因为这个原因哦。
而且还可以锻炼你的动手能力，不仅实用还有很大的装饰功用哦。
第1层与第1层，第1层与第2层，第1层与第3层，第1层与第4层，第1层与第5层的2个双键打开加成。
（3）远了。
原来是sp2杂化，加成后是sp3，与周围3个碳原子形成的键角趋于减小，使该碳原子往外凸（原来351pm，双键打开后约380pm）。
小饰品店往往会给人零乱的感觉，采用开架陈列就会免掉这个麻烦。
“漂亮女生”像是个小超市，同一款商品色彩丰富地挂了几十个任你挑，拿上东西再到收银台付款。
这也符合女孩子精挑细选的天性，更保持了店堂长盛不衰的人气。
5．近似看作5个C-C键长与5个六边形对角线（即2个C-C），共15个C-C键长，C-C键长近似144pm（题2数据），直径近似2×72/sin120＝693pm；
空腔直径约693－170×2＝353pm（答案介于300~400均可）。
而实测直径710pm，其中空腔直径375pm。
第五题：
解答
（1）
中的醛基-CHO与en的氨基-NH2发生缩合反应。
由于en中有2个-NH2，因此是2分子
与1分子en反应：
据上述部分的分析可见，我校学生就达4000多人。
附近还有两所学校，和一些居民楼。
随着生活水平的逐渐提高，家长给孩子的零用钱也越来越多，人们对美的要求也越来越高，特别是大学生。
他们总希望自己的无论是衣服还是首饰都希望与众不同，能穿出自己的个性。
但在我们美丽的校园里缺少自己的个性和琳琅满目的饰品，所以我们的小饰品店存在的竞争力主要是南桥或是市区的。
这给我们小组的创业项目提供了一个很好的市场机会。
+H2N-CH2CH2-NH2+
+2H2O
因此不难看出，自制饰品在校园里也大有市场所在。
对于那些走在流行前端的女生来说，〝捕捉〞新事物便〝捕捉〞到了时尚与个性。
因此A：
。
A可与Cu2+在HCl介质中反应生成B，B的摩尔质量为：
MB=64/19.4%=330（g/mol），减去Cu的摩尔质量得Mr=330-64=266g/mol；而A的分子式为C16H16N2O2，其摩尔质量为268g/mol，268-266=2g/mol，这说明A与Cu2+结合后要失去两个活泼氢离子。
因此，化学反应为：
+Cu2+
+2H+，因此B：
。
根据调查资料分析：
大学生的消费购买能力还是有限的，为此DIY手工艺品的消费不能高，这才有广阔的市场。
（2）C的摩尔质量MC=64/9.54%=671g/mol，氯原子的个数nCl=671×10.6%/35.5=2，因此将C的摩尔质量减去2个Cl-摩尔质量，再减去Cu2+摩尔质量得：
我们长期呆在校园里，对社会缺乏了解，在与生意合作伙伴应酬方面往往会遇上困难，更不用说商业上所需经历的一系列繁琐手续。
他们我们可能会在工商局、税务局等部门的手续中迷失方向。
对具体的市场开拓缺乏经验与相关的知识，缺乏从职业角度整合资源、实行管理的能力；Mr=MC-MCu-2MCl=671-64-71=536g/mol。
而
的摩尔质量为268g/mol。
536=268×2，因此在C配合物中有2个
。
故，配合物C的结构式为
Cl2-。
为什么会出现这种情况呢？
因为pH太低，酚羟基氢难以电离，O配位能力减弱。
在调查中我们注意到大多数同学都比较注重工艺品的价格，点面氛围及服务。
（3）若pH值太高，碱性太强，OH-浓度大，因此Cu2+会和OH-反应。
化学反应为：
Cu2++2OH-
Cu（OH）2↓
（二）DIY手工艺品的“热卖化”
§8-4情境因素与消费者行为2004年3月20日第六题：
解答
1．Cl-间的距离为199.4pm，比Cl-半径181pm大，不相互接触。
另一种判断方法可从组成八面体空隙的负离子半径以及空隙容纳的正离子半径的比值来定：
rNa+／rCl-＝0.564＞0.414
负离子不相互接触，较小的正离子也不会接触，而正负离子相互接触，这种结构静电吸引力大、排斥力小，比较稳定。
2．D＝2.164g/cm3
3．rH-＝142pm
4．
D＝7.27g/cm3r（Nb2+）＝70.5pm
5．
D＝8.93g/cm3r（U6+）＝67.8pmd孔径＝308pm
第七题：
解答
1．Ce2（CO3）3＋6H+
2Ce3+＋3CO2＋3H2O
阳极：
Ce3+－e
Ce4+阴极：
2H+＋2e
H2↑
4Ce4+＋
＋H2O
4Ce3＋＋
＋4H+
2．阳极相同浓度（5.5mol/L）的甲磺酸溶液
3．（NH4）2Fe（SO4）2Fe2+＋Ce4+
Fe3+＋Ce3+
原Ce3+浓度为0.419mol/L（忽略混合和反应后溶液体积变化）
转化率87.8%电流效率94.6%（电流提供电子0.358mol）
4．邻硝基甲苯易溶于甲磺酸溶液中，当滴加氧化剂Ce4+时，可以确保Ce4+与其充分接触，而且，反应生成的邻硝基苯甲醛可及时的被周围大大过量的邻硝基甲苯包围住，有效的阻止了进一步的氧化。
5．⑤①⑦③⑧（用冰水迅速冷却，甲苯萃取有机相，分离出有机相，无水硫酸钠干燥，用气相色谱检测。
减压蒸馏出甲苯和大部分邻硝基甲苯后，用柱色谱分离邻硝基苯甲醛，得淡黄色针状晶体）
6．电解液循环回收
第八题：
解答
1．I：
；II：
HOCH2CH2CH2OH；III：
丙二醛，其结构简式是HOCCH2CHO；IV：
丙二酸，结构简式是HOOCCH2COOH；V：
2．III的一种异构体VII能与饱和NaHCO3溶液反应放出CO2，说明分子中含有羧基，根据Ⅲ的结构简式HOCCH2CHO可知化合物VII的结构简式为CH2=CHCOOH。
3．
获得2个氢原子后，转变成一个芳香族化合物分子
。
分子内能低，较稳定。
化学反应为
+H2
。
放热反应。
4．
+
+H2↑
随后产生的H2再与
反应生成
。
第九题：
解答
设X的化学式为NH4Y，Y的式量至少为61.1，如果Y中含有1、2、3、4个N原子，HY是式量分别为106、167、229、290。
由于HY酸性强，且是平面型的，其中的N原子一般以-NO2的形式存在，余下基团的式量分别是60、75、91、106；如果其酸性是由于含-OH（或-COOH的-OH），余下基团的式量分别是43、58、74、89，该基团应是平面型的。
显然74时可以是一个苯环。
2．C6H6N4O7
4CO＋C＋3H2O＋2N2
3．由于-NO2的强拉电子基团，使得苯环上的电子云密度降低，削弱了－OH中O－H的化学键，因此显强酸性。
第十题：
解答
1．极性较大；
2．
3．2HCN＋
4．
＋N2
第十一题：
解答
1．
2．单体：
Cl
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