中國化學(xué)會2002年全國高中學(xué)生化學(xué)競賽(省級賽區(qū))試題與參考答案

1、 中國化學(xué)會2002年全國高中學(xué)生化學(xué)競賽(省級賽區(qū))試題與參考答案（2002年9月15日 9：00 - 12：00共計3小時）題號12345678910111213總分滿分5636138898105811100得分評卷人l 競賽時間3小時。遲到超過30分鐘者不能進考場。開始考試后1小時內(nèi)不得離場。時間到，把試卷(背面朝上)放在桌面上，立即起立撤離考場。l 試卷裝訂成冊，不得拆散。所有解答必須寫在指定的方框內(nèi)，不得用鉛筆填寫。草稿紙在最后一頁。不得持有任何其他紙張。l 姓名、報名號和所屬學(xué)校必須寫在首頁左側(cè)指定位置，寫在其他地方者按廢卷論。l 允許使用非編程計算器以及直尺等文具。 第1題（5分

2、）閱讀如下信息后回答問題：元素m，其地殼豐度居第12位，是第3種蘊藏最豐富的過渡元素，是海底多金屬結(jié)核的主要成分，是黑色金屬，主要用途: 煉鋼，也大量用來制作干電池，還是動植物必需的微量元素。11。m的元素符號是 mn 。（1分）12。m的最重要礦物的化學(xué)式是 mno2 。（1分）13。m的三種常見化合物是 mno2 、 mnso4 和 kmno4 。（3分）（注：必須答mno2和kmno4，而mn(ii)鹽也可答硝酸錳等。）（藍色為答案，紅色為注釋，下同）第2題（6分） 用地殼中某主要元素生產(chǎn)的多種產(chǎn)品在現(xiàn)代高科技中占重要位置，足見化學(xué)對現(xiàn)代物質(zhì)文明的重要作用。例如：21。計算機的芯片的主要

3、成分是 硅（或si或單晶硅）；（1分）22。光導(dǎo)纖維的主要成分是 二氧化硅（或sio2）；（1分）23。目前應(yīng)用最多的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化材料是 硅（或si）；(1分)24。用作吸附劑、干燥劑、催化劑或催化劑的載體的人造分子篩大多是一類稱為鋁硅酸鹽 或硅鋁酸鹽的化合物；（注：此題明確是分子篩, 不應(yīng)答硅膠，答硅酸鹽也不給分。）（1分）25。有一大類化合物, 結(jié)構(gòu)獨特，兼?zhèn)錈o機材料和有機材料的雙重性能，具有耐溫、電絕緣性好、難燃、憎水、耐腐蝕等特性，廣泛用于航空航天、電子電氣、建筑、運輸?shù)刃袠I(yè)，主要用于密封、粘合、潤滑、涂層、表面活性、防水、防潮，已為現(xiàn)代社會不可替代的新材料。這類材料在結(jié)構(gòu)上的

4、特點是具有si-o鍵和與硅相連的烴基。（2分）第3題（3分）最近有人用高能26mg核轟擊核，發(fā)生核合成反應(yīng)，得到新元素x。研究者將x與氧氣一起加熱，檢出了氣態(tài)分子xo4 , 使x成為研究了化學(xué)性質(zhì)的最重元素。已知的x同位素如下表所示，上述核反應(yīng)得到的核素是其中之一，該核素的衰變性質(zhì)保證了其化學(xué)性質(zhì)實驗獲得成功。質(zhì)量數(shù)半衰期衰變方式2631 s釋放a粒子2640.00008 s釋放a粒子; 或自發(fā)裂變2650.0018 s釋放a粒子; 或自發(fā)裂變266不詳不詳2670.033 s釋放a粒子; 或自發(fā)裂變268不詳不詳2699.3 s釋放a粒子31x的元素符號是 hs 。（1分）32用元素符號并在

5、左上角和左下角分別標注其質(zhì)量數(shù)和質(zhì)子數(shù)，寫出合成x的核反應(yīng)方程式（方程式涉及的其他符號請按常規(guī)書寫）。 5 n （2分）（n也可寫成等, 但寫成“中子”扣1分）第4題（6分）41。汞與次氯酸（摩爾比1：1）發(fā)生反應(yīng)，得到2種反應(yīng)產(chǎn)物，其一是水。該反應(yīng)的方程式為： 2hg+2hclo = hg2ocl2+h2o （1分）；反應(yīng)得到的含汞產(chǎn)物的中文名稱為堿式氯化汞（或氯氧化汞）。（1分）。 注：hg2ocl2也可寫成hgohgcl2或hgcl2hgo 42。n2h4在一定條件下熱分解，產(chǎn)生nh3、n2和h2，后者摩爾比為3：2，寫出反應(yīng)方程式。 7 n2h4 = 8 nh3 + 3 n2 + 2

6、h2 （2分）43。第二周期元素a與氫形成的氫化物中的aa鍵的鍵能（kj/mol）如下： ch3ch3 346， h2nnh2 247， hooh 207試問：它們的鍵能為什么依次下降？乙烷中的碳原子沒有孤對電子，肼中的氮原子有1對孤對電子，過氧化氫中的氧有2對孤對電子，使aa鍵的鍵能減小。（2分）第5題（13分）六配位（八面體）單核配合物ma2(no2)2呈電中性；組成分析結(jié)果：m 21.68%, n 31.04%, c 17.74%；配體a含氮不含氧；配體 (no2)x 的兩個氮氧鍵不等長。51。該配合物中心原子m是什么元素？氧化態(tài)多大？給出推論過程。52。畫出該配合物的結(jié)構(gòu)示意圖，給出推

7、理過程。53。指出配體 (no2)x在“自由”狀態(tài)下的幾何構(gòu)型和氮原子的雜化軌道。54。除本例外，上述無機配體還可能以什么方式和中心原子配位？用圖形回答問題。 51。 nm : nn = 21.68/mm : 31.04/14 = 1 ：（2y + 2） ma = 19.56x(y+1) y2（設(shè)y為其他自然數(shù)均不合題意），得 mm = 58.7 (g/mol) 查周期表，m = ni 由配體 (no2)x 的兩個氮氧鍵不等長，推斷配體為單齒配體，配位原子為o， 故配體為no2-，因此，ni的氧化數(shù)為+2。（4分） （推理過程合理都給分，不合理, 即使結(jié)果正確也扣2分。） 52。 設(shè)配合物中碳

8、原子數(shù)為nc，則：nc : nn = 17.74/12 : 31.04/14 = 0.667 已知 nn = 2x2+2 = 6, 所以，nc = 0.677x6 = 4 求出摩爾質(zhì)量，由于剩余量過小，只能設(shè)a是氮氫化合物，由此得氫數(shù)，可 推得配體a為h2nch2ch2nh2, 配合物的結(jié)構(gòu)示意圖為： （4分）（合理推理過程2分，結(jié)構(gòu)圖2分） 53。 (根據(jù)vsepr理論，可預(yù)言)no2-為角型，夾角略小于120o, n取sp2雜化軌道。 （2分）54。(注：只要圖形中原子的相對位置關(guān)系正確即可得分；畫出其他合理配位結(jié)構(gòu)也 應(yīng)得分，如氧橋結(jié)構(gòu)、no2-橋結(jié)構(gòu)等) （3分） 第6題（8分）化合物

9、a, 俗稱“吊白塊”，年產(chǎn)量上萬噸，主要用于染色工藝，具還原性和漂白性, 對熱不穩(wěn)定，有毒。近年報道，我國一些不法商人違章地將a添加到米、面、腐竹、食糖等食品中增白，導(dǎo)致多起嚴重食物中毒事件，如某地曾發(fā)生五所學(xué)校400余名學(xué)生食用含a食品一次性中毒事件。已知：l 固體a2h2o的摩爾質(zhì)量為154 g/mol；l a的晶體結(jié)構(gòu)及其水溶液的電導(dǎo)證實a是鈉鹽，每摩爾a含1摩爾鈉離子。l a在水中的溶解度極大，20oc飽和溶液a的質(zhì)量分數(shù)達45。l a的制備方法之一是在naoh溶液中令甲醛與na2s2o4（連二亞硫酸鈉）反應(yīng)（摩爾比1：1），反應(yīng)產(chǎn)物為a和亞硫酸鈉。l a在化學(xué)上屬于亞磺酸的衍生物，亞

10、磺酸的通式為rso2h，r為有機基團。61。畫出a的陰離子的結(jié)構(gòu)（簡）式。62。寫出上述制備a的“分子方程式”。63。給出a的化學(xué)名稱。 1. ma= 32+3x16+3x1+12+23 = 118 118+36 = 154或或或等。 （3分） 2 na2s2o4 + ch2o + naoh = hoch2so2-na+ + na2so3 或na2s2o4 + ch2o + naoh = hoch2so2na + na2so3 或 na2s2o4 + ch2o + naoh = naso2ch2oh + na2so3 （寫不寫結(jié)晶水都可以） （3分） 3 “羥甲亞磺酸鈉”或“羥甲基亞磺酸鈉”。

11、 （2分）第7題（8分） 據(jù)報道，我國醬油出口因“氯丙醇”含量超標而受阻。71。據(jù)報道，醬油中的“氯丙醇”的來源可能是醬油原料中的雜質(zhì)脂肪水解產(chǎn)物甘油的羥基被氯取代的衍生物；另一來源可能是用離子交換樹脂純化水配制醬油，由于交換樹脂采用1，2-環(huán)氧-3-氯丙烷（ech）作交聯(lián)劑，殘留的ech水解會產(chǎn)生“氯丙醇”；此外，ech還可能來自包裝食品的強化高分子材料。試寫出由甘油得到的“氯丙醇”的結(jié)構(gòu)簡式和ech水解的反應(yīng)方程式，反應(yīng)涉及的有機物用結(jié)構(gòu)簡式表示。72。在同一個碳上同時有2個羥基或者一個羥基和一個氯原子的“氯丙醇”是不穩(wěn)定的，在通常條件下會發(fā)生消除反應(yīng)，請給出2個反應(yīng)方程式作為例子。71。

12、 （4分）（2分） 注：標不標對映體得分相同。72。 （各1分）第8題（9分）化合物a和b的元素分析數(shù)據(jù)均為c 85.71%, h 14.29% 。質(zhì)譜數(shù)據(jù)表明a和b的相對分子質(zhì)量均為84。室溫下a和b均能使溴水褪色, 但均不能使高錳酸鉀溶液褪色。a與hcl反應(yīng)得2,3-二甲基-2-氯丁烷，a 催化加氫得2,3-二甲基丁烷；b與hcl反應(yīng)得2-甲基-3-氯戊烷，b催化加氫得2,3-二甲基丁烷。81。寫出a和b得結(jié)構(gòu)簡式。82。寫出所有與a、b具有相同碳環(huán)骨架的同分異構(gòu)體，并寫出其中一種異構(gòu)體與hcl反應(yīng)的產(chǎn)物。 81。 a的結(jié)構(gòu)簡式b的結(jié)構(gòu)簡式 （各2分） 82。 結(jié)構(gòu)簡式與hcl反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)

13、構(gòu)簡式 注：同分異構(gòu)體各1分；寫對任一“對應(yīng)的”水解產(chǎn)物得2分。 平衡體系壓強/ kpa xef4xef6 xef2 800700600500400300200100300 400 500 600 700 800 900 1000 溫 度 / k第9題（8分）xe和f2反應(yīng)，可得三種氟化物，視反應(yīng)條件而定。下圖表述的是將0.125 mol/l xe 和1.225 mol/l f2為始態(tài)得到的生成物在平衡體系內(nèi)的分壓與反應(yīng)溫度的關(guān)系。91。應(yīng)在什么溫度下制備xef6和xef4? xef6 約550k xef4約850k （各1分） 92。xe和f2生成xef6和xef4，哪個反應(yīng)放熱更多？ 生成

14、 xef6 的反應(yīng)放熱更多。 理由是：若xe與f2生成xef4的反應(yīng)放熱多，反應(yīng) xef4+f2=xef6將是吸熱反應(yīng)，溫度升高應(yīng)有利于 xef6的生成，而由附圖可見，事實恰恰相反。 或答：反應(yīng)xef6 = xef4 + f2 發(fā)生在相對高的溫度 下。或答：上述正向反應(yīng)是體積增大的反應(yīng)，所以 正向反應(yīng)是吸熱的。 （4分） 93。為有效地制備xef2，應(yīng)在什么反應(yīng)條件下為好？簡述理由。 在上圖條件下必須在高溫下才能制備xef2, 但高溫要求的技術(shù)問題太多，因而， 應(yīng)降低投料中f2/xe的比值，可有效制備xef2。（2分）第10題（10分）某遠洋船只的船殼浸水面積為4500 m2，與鋅塊相連來保護

15、，額定電流密度為15.0 ma/m2，預(yù)定保護期限2年，可選擇的鋅塊有兩種，每塊的質(zhì)量分別為15.7 kg和25.9 kg，通過每塊鋅塊的電流強度分別為0.92 a和1.2 a。計算說明，為達到上述保護船體的目的，最少各需幾塊鋅塊？用哪種鋅塊更合理？為什么？ 首先算出通過體系的總電量：2x365dx24h/dx60min/hx60s/min = 6.307x107 s （1分）0.0150 a/m2 x 4500 m2 = 67.5 a （1分）67.5 a x 6.307x107 s = 4.257x109 c (1分)其次計算總共需要多少鋅：電子的量為： 4.257x109c/9.65x1

16、04c/mol = 4.411x104mol （1分）鋅量：4.411x104 mol x 65.4 g/mol / 2x10-3 kg/g = 1443 kg = 1.44 x103 kg （1分）需質(zhì)量為15.7 kg/塊的鋅塊數(shù)為：1.44x103 kg/15.7 kg/塊 91.7 塊 92 塊（1分）92 塊 x 0.92 a/塊 85 a 67.5 a , 電流強度可以達到要求。（1分）25.9 kg/塊： 1.44x103kg/25.9 kg/塊 55.6 塊 56塊（1分） 56塊 x 1.2 a/塊 67.2a 67.5a , 電流強度達不到要求，應(yīng)當加1塊，則 57塊x 1

17、.2 a/塊 68.4 a ,電流強度才能達到要求。（1分）選用較重的鋅塊更合理，因其電流強度較小，理論上可以保證2年保護期限，而用較輕的鋅塊因其電流強度太大，不到2年就會消耗光。（1分） 第11題（5分）镅（am）是一種用途廣泛的錒系元素。241am的放射性強度是鐳的3倍，在我國各地商場里常?？梢姷?41am骨密度測定儀，檢測人體是否缺鈣；用241am制作的煙霧監(jiān)測元件已廣泛用于我國各地建筑物的火警報警器（制作火警報警器的1片241am我國批發(fā)價僅10元左右）。镅在酸性水溶液里的氧化態(tài)和標準電極電勢（ey/v）如下，圖中2.62是am4+/am3+的標準電極電勢，-2.07是am3+/am的

18、標準電極電勢，等等。一般而言，發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)的條件是氧化劑的標準電極電勢大于還原劑的標準電極電勢。 試判斷金屬镅溶于稀鹽酸溶液后將以什么離子形態(tài)存在。簡述理由。 附：ey(h+/h2) = 0 v; ey(cl2/cl-) = 1.36 v；ey(o2/h2o) = 1.23 v。 答案：要點1：ey(amn+/am) 0, 因此am可與稀鹽酸反應(yīng)放出氫氣轉(zhuǎn)化為amn+, n = 2,3,4;但ey(am3+/am2+) 0, am2+一旦生成可繼續(xù)與h+反應(yīng)轉(zhuǎn)化為am3+?；虼穑篹y(am3+/am)ey(amo2+/am4+), 因此一旦生成的am4+會自發(fā)歧化為amo2+和am3

19、+。（2分）要點3：amo2+是強氧化劑，一旦生成足以將水氧化為o2, 或?qū)l氧化為cl2，轉(zhuǎn)化為am3+, 也不能穩(wěn)定存在。相反，amo2+是弱還原劑，在此條件下不能被氧化為amo22+。（1分）要點4：am3+不會發(fā)生歧化（原理同上），可穩(wěn)定存在。（1分）結(jié)論：镅溶于稀鹽酸得到的穩(wěn)定形態(tài)為am3+。第12題（8分）組合化學(xué)是一種新型合成技術(shù)。對比于傳統(tǒng)的合成反應(yīng)如a + b = ab，組合化學(xué)合成技術(shù)則是將一系列ai（i = 1，2，3，）和一系列bj（j = 1，2，3，）同時發(fā)生反應(yīng)，結(jié)果一次性地得到許多個化合物的庫（library），然后利用計算機、自動檢測儀等現(xiàn)代化技術(shù)從庫中篩選

20、出符合需要的化合物。今用21種氨基酸借組合化學(xué)技術(shù)合成由它們連接而成的三肽（注：三肽的組成可以是abc，也可以是aaa或者aab等等, 還應(yīng)指出，三肽abc 不等于三肽cba，習(xí)慣上，書寫肽的氨基酸順序時，寫在最左邊的總有未鍵合的氨基而寫在最右邊的總有未鍵合的羧基）。121。該組合反應(yīng)能得到多少個三肽的產(chǎn)物庫。答： 213 9261 個。（2分）122。假設(shè)所得的庫中只有一個三肽具有生物活性。有人提出，僅需進行不多次實驗，即可得知活性三肽的組成（每次實驗包括對全庫進行一次有無生物活性的檢測）。請問：該實驗是如何設(shè)計的？按這種實驗設(shè)計，最多需進行多少次實驗，最少只需進行幾次實驗？簡述理由。 12

21、2題的答案的要點有： 1實驗設(shè)計: 每次減少1個氨基酸用20個氨基酸進行同上組合反應(yīng)，若發(fā)現(xiàn)所得庫 沒有生物活性，即可知被減去的氨基酸是活性肽的組分。（2分） 2若頭三次實驗發(fā)現(xiàn)所得庫均無生物活性，則可知被減去的三種氨基酸是活性肽的 組成。因此，最少只需進行3次實驗就可完成實驗。（2分） 3若做了20次實驗只發(fā)現(xiàn)有1或2次實驗得到的庫有活性，不能肯定活性三肽是 aaa, 還是aba, 還是abc，仍需做第21次實驗來證實，因此，最多需進行 21次實驗才能最后確定活性三肽的組成。（2分） 第13題（11分）離子液體是常溫下呈液態(tài)的離子化合物，已知品種幾十種，是一類“綠色溶劑”。據(jù)2002年4月的

22、一篇報道，最近有人進行了用離子液體溶解木漿纖維素的實驗，結(jié)果如下表所示；向溶解了纖維素的離子液體添加約1.0（質(zhì)量）的水，纖維素會從離子液體中析出而再生；再生纖維素跟原料纖維素的聚合度相近；纖維素分子是葡萄糖（c6h12o6）的縮合高分子，可粗略地表示如下圖，它們以平行成束的高級結(jié)構(gòu)形成纖維；葡萄糖縮合不改變葡萄糖環(huán)的結(jié)構(gòu)；纖維素溶于離子溶液又從離子液體中析出，基本結(jié)構(gòu)不變。 n = 4001000表 木漿纖維在離子液體中的溶解性離子液體溶解條件溶解度(質(zhì)量%) c4mimcl 加熱到100oc10% c4mimcl 微波 加熱 25%, 清澈透明 c4mimbr 微波 加熱57% c4mimscn 微波 加熱57% c4mimbf4 微波 加熱不溶解 c4mimpf6 微波 加熱不溶解 c6mimcl 加熱到100oc 5% c8mimcl加熱到100oc 微溶表中c4mim是1-(正)丁基-3-甲基咪唑正一價離子的代號，“咪唑”的結(jié)構(gòu)如右上圖所示?；卮鹑缦聠栴}：131。在下面的方框中畫出以c4mim+ 為代號的離子的結(jié)構(gòu)式。 （