【化學(xué)競賽試題】2001-2010年十年化學(xué)賽題重組卷6答案
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【化學(xué)競賽試題】2001-2010年十年化學(xué)賽題重組卷6答案
2001-2010年十年化學(xué)賽題重組卷6
物質(zhì)結(jié)構(gòu)(一)
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(背面前上)放在桌面上,立即起立撤離考場。
l 試卷裝訂成冊,不得拆散。所有解答必須寫在站定的方框內(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。
Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
1.008
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Ac-Lr
H
Li
Be
B
C
N
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F
Na
Mg
Al
Si
P
Cl
S
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Rb
Cs
Fr
Sr
Ba
Ra
Y
La
Lu
-
6.941
9.012
22.99
24.31
39.10
40.08
85.47
87.62
132.9
137.3
[223]
[226]
44.96
47.88
50.94
52.00
54.94
55.85
58.93
63.55
58.69
65.39
10.81
26.98
69.72
12.01
28.09
72.61
114.8
204.4
118.7
207.2
112.4
200.6
107.9
197.0
106.4
195.1
102.9
192.2
101.1
190.2
98.91
186.2
95.94
183.9
92.91
180.9
91.22
178.5
88.91
14.01
16.00
19.00
30.97
74.92
121.8
209.0
32.07
78.96
127.6
[210]
[210]
[210 ]
126.9
79.90
35.45
4.003
20.18
39.95
83.80
131.3
[222]
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
元素周期表
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
2010年第1題 (15分)
氣體常數(shù)R=8.31447 J K-1mol-1 法拉第常數(shù)F=96485 C mol-1 阿佛加德羅常數(shù)NA=6.0221421023mol-1
1-12009年10月合成了第117號元素,從此填滿了周期表第七周期所有空格,是元素周期系發(fā)展的一個里程碑。117號元素是用249Bk轟擊48Ca靶合成的,總共得到6個117號元素的原子,其中1個原子經(jīng)p次α衰變得到270Db后發(fā)生裂變;5個原子則經(jīng)q次α衰變得到281Rg后發(fā)生裂變。用元素周期表上的117號元素符號,寫出得到117號元素的核反應(yīng)方程式(在元素符號的左上角和左下角 分別標出質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù))。
每式1分,畫箭頭也得 1分。兩式合并為 也得滿分。(2分)
1-2寫出下列結(jié)構(gòu)的中心原子的雜化軌道類型:
[(C6H5)IF5]-
(C6H5)2Xe
[I(C6H5)2]+
sp3d3(1分)
其他答案不得分。
sp3d(1分)
其他答案不得分。
sp3(1分)
其他答案不得分。
1-3一氯一溴二(氨基乙酸根)合鈷(III)酸根離子有多種異構(gòu)體,其中之一可用如下簡式表示。請依樣畫出其他所有八面體構(gòu)型的異構(gòu)體。
每式1分。正確畫出5個幾何異構(gòu)體,未畫對映體但指明都有對映異構(gòu)體,各得1.5分。 (10分)
2007年第1題(7分) 通常,硅不與水反應(yīng),然而,弱堿性水溶液能使一定量的硅溶解,生成Si(OH)4。已知反應(yīng)分兩步進行,試用化學(xué)方程式表示上述溶解過程。
Si + 4OH? = SiO44 ? + 2 H2(1 分) SiO44 ? + 4H2O = Si(OH)4 + 4OH?(1 分)
若寫成 Si + 2OH? + H2O = SiO32? + 2 H2 SiO32? + 3H2O = Si(OH)4 + 2OH?,也得同樣的分。
但寫成 Si + 4H2O = Si(OH)4 + 2H2不得分。 寫不寫↓ (沉淀)和↑ (氣體)不影響得分。
早在上世紀50年代就發(fā)現(xiàn)了CH5+的存在,人們曾提出該離子結(jié)構(gòu)的多種假設(shè),然而,直至1999年,才在低溫下獲得該離子的振動-轉(zhuǎn)動光譜,并由此提出該離子的如下結(jié)構(gòu)模型:氫原子圍繞著碳原子快速轉(zhuǎn)動;所有C-H鍵的鍵長相等。
1-1 該離子的結(jié)構(gòu)能否用經(jīng)典的共價鍵理論說明?簡述理由。
不能。 (1 分)
經(jīng)典共價鍵理論認為原子之間通過共享電子對而成鍵。C 為第二周期元素,只有 4 個價
層軌道,最多形成 4 個共價鍵。 (1 分)
理由部分:答“C 原子無 2d 軌道,不能形成 sp3d 雜化軌道”,得 1 分;只答“C 原子沒
有 2d 軌道”,得 0.5分;只答“C 原子有 4 個價電子”,得 0.5 分;答 CH5+中有一個三
中心二電子鍵,不得分(因按三中心二電子鍵模型,CH5+離子的 C-H 鍵不等長)。
1-2 該離子是( )。
A. 質(zhì)子酸 B.路易斯酸 C.自由基 D.親核試劑
A 或質(zhì)子酸(多選或錯選均不得分。) (2 分)
2001年第4題(10分)去年報道,在-55℃令XeF4(A)和C6F5BF2(B)化合,得一離子化合物(C),測得Xe的質(zhì)量分數(shù)為31%,陰離子為四氟硼酸根離子,陽離子結(jié)構(gòu)中有B的苯環(huán)。C是首例有機氙(IV)化合物,-20℃以下穩(wěn)定。C為強氟化劑和強氧化劑,如與碘反應(yīng)得到五氟化碘,放出氙,同時得到B。
4-1 寫出 C的化學(xué)式,正負離子應(yīng)分開寫。
4-2 根據(jù)什么結(jié)構(gòu)特征把 C歸為有機氙比合物?
4-3 寫出 C的合成反應(yīng)方程式。
4-4 寫出 C和碘的反應(yīng)。
4-5 畫出五氟化碘分子的立體結(jié)構(gòu):
答:
4-1 C6F5XeF2+BF4–(1分)
4-2 分子中有C—Xe鍵。(2分)(答:“分子中存在氙和有機基團”得1分)
4-3 XeF4 + C6F5BF2 = C6F5XeF2+BF4–(1分)(注:用“→”代替“=”不扣分;離子加方
括號得分相同;畫出五氟代苯基結(jié)構(gòu)不加分)。
4-4 5C6F5XeF2+BF4-+2I2=4IF5+5Xe+5C6F5BF2(2分)(注:不配平不得分)
4-5(4分)(注:4-5的答案需應(yīng)用初賽基本要求規(guī)定的VSEPR模型才能得出。只要正確表述出四方錐體都得滿分,表述形式不限。)
2005年備用第1題(12分)
將H2O2慢慢加入到SbF5的HF溶液中得一白色固體A,A是一種鹽類,其陰離子呈八面體結(jié)構(gòu)。
1.A的結(jié)構(gòu)簡式及生成A的化學(xué)方程式。
[H3O2]+[SbF6]-(2分) H2O2+HF+SbF5=[H3O2]+[SbF6]-(1分)
2.A不穩(wěn)定,能定量分解,B是產(chǎn)物之一,其中亦含有八面體結(jié)構(gòu),寫出B的結(jié)構(gòu)簡式。
[H3O]+[SbF6]-(2分)
3.若將H2S氣體通入SbF5的HF溶液中,則得晶體C,C中仍含有八面體結(jié)構(gòu),寫出C的結(jié)構(gòu)簡式及生成C的化學(xué)反應(yīng)方程式。
[SH3]+[SbF6]-(2分) H2S+HF+SbF5=[SH3]+[SbF6]-(1分)
4.將H2O2滴入液氨中得白色固體D,D是一種鹽,含有正四面體結(jié)構(gòu),寫出D的結(jié)構(gòu)式和生成反應(yīng)方程式。
[NH4]+[HOO]-(2分) H2O2+NH3=[NH4]+[HOO]-(1分)
5.比較H2O2和H2S的性質(zhì)異同。
H2O2既是酸又是堿,H2S是一種堿(1分)
2008年第4題 (10分) (CN)2被稱為擬鹵素,它的陰離子CN- 作為配體形成的配合物有重要用途。
4-1 HgCl2 和Hg(CN)2反應(yīng)可制得 (CN)2, 寫出反應(yīng)方程式。
HgCl2 + Hg(CN)2 = Hg2Cl2 + (CN)2 (1分)
4-2 畫出CN-、(CN)2的路易斯結(jié)構(gòu)式。
(各1分,共2分)
短線畫成電子對同樣得分;不畫孤對電子不得分。
4-3 寫出(CN)2 (g) 在O2 (g) 中燃燒的反應(yīng)方程式。
(CN)2(g) + 2O2(g) = 2CO2(g) + N2(g) (1分)
不標物態(tài)也可。
4-4 298 K下,(CN)2 (g) 的標準摩爾燃燒熱為 -1095 kJ mol-1,C2H2 (g) 的標準摩爾燃燒熱為 -1300 kJ mol-1,C2H2 (g) 的標準摩爾生成焓為227 kJ mol-1,H2O (l) 的標準摩爾生成焓為 -286 kJ mol-1,計算 (CN)2 (g) 的標準摩爾生成焓。
(CN)2(g) + 2O2(g) = 2CO2(g) + N2(g)
2ΔfHmy(CO2) -ΔfHmy[(CN)2] = -1095 kJ mol-1
2ΔfHmy(CO2) = -1095 kJ mol-1 +ΔfHmy[(CN)2]
C2H2(g) + 2.5O2(g) = 2CO2(g) + H2O(l)
2ΔfHmy(CO2) +ΔfHmy(H2O) - ΔfHmy(C2H2) = -1300 kJ mol-1
2ΔfHmy(CO2) = -1300 kJ mol-1 + 286kJ mol-1 + 227 kJ mol-1
ΔfHmy[(CN)2] = 1095 kJ mol-1 - 1300 kJ mol-1 + 286kJ mol-1 + 227 kJ mol-1
= 308 kJ mol-1 (2分)
計算過程正確計算結(jié)果錯誤只得1分。沒有計算過程不得分。
ΔfHmy[(CN)2] = 1095 - 1300 + 286 + 227 = 308(kJ mol-1)也可以。
但不加括號只得1.5分。
4-5 (CN)2在300~500 oC形成具有一維雙鏈結(jié)構(gòu)的聚合物,畫出該聚合物的結(jié)構(gòu)。
或 (2分)
畫成
也得2分。 但畫成 只得1分
4-6 電鍍廠向含氰化物的電鍍廢液中加入漂白粉以消除有毒的CN-,寫出化學(xué)方程式(漂白粉用ClO-表示)。
2CN- + 5ClO- + H2O = 2HCO3- + N2 + 5Cl- (2分)
產(chǎn)物中寫成CO32-, 只要配平,也得2分。
2005年第4題(6分)
本題涉及3種組成不同的鉑配合物,它們都是八面體的單核配合物,配體為OH-和/或Cl-。
1.PtCl45H2O的水溶液與等摩爾NH3反應(yīng),生成兩種鉑配合物,反應(yīng)式為:
2H2[PtCl4(OH)2]+2NH3=(NH4)2[PtCl6]+H2[PtCl2(OH)4]
或H2[PtCl6]+(NH4)2[PtCl2(OH)4]或NH4H[PtCl6]+NH4H[PtCl2(OH)4](3分)
2.BaCl2PtCl4和Ba(OH)2反應(yīng)(摩爾比2︰5),生成兩種產(chǎn)物,其中一種為配合物,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為:
2Ba[PtCl6]+5Ba(OH)2=2Ba[PtCl(OH)5]+5BaCl2(3分)
2003年第9題(6分)
釩是我國豐產(chǎn)元素,儲量占全球11%,居第四位。在光纖通訊系統(tǒng)中,光纖將信息導(dǎo)入離光源1km外的用戶就需用5片釩酸釔晶體(釔是第39號元素)。我國福州是全球釩酸釔晶體主要供應(yīng)地,每年出口幾十萬片釩酸釔晶體,年創(chuàng)匯近千萬美元(1999年)。釩酸釔是四方晶體,晶胞參數(shù)a=712pm,c=629pm,密度d=4.22g/cm3,含釩25%,求釩酸釔的化學(xué)式以及在一個晶胞中有幾個原子。給出計算過程。
釩酸釔的化學(xué)式:YVO4(1分)
計算過程:YVO4的摩爾質(zhì)量為203.8g/mol;釩的質(zhì)量分數(shù)為50.9/203.8=025合題意。
203.8/4.22=48.3cm3/mol
四方晶胞的體積V=712262910-30cm3=3.1810-22cm3(1分)
48.3/6.021023=8.0210-23cm3(1分)
3.18X10-22/8.0210-23=3.97≈4(1分)
一個晶胞中的原子數(shù):46=24(2分)(類似過程或步驟合并,得分相同)
2005年備用第3題(10分)
固體發(fā)光材料是一種能將激發(fā)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽獾墓腆w物質(zhì)。在基質(zhì)中摻入雜質(zhì),含量可達千分之幾或百分之幾,可調(diào)整發(fā)光效率、余輝及發(fā)光光譜。如在剛玉Al2O3基質(zhì)中摻入0.05~1.0%的Cr3+及在Y2O3基質(zhì)中摻入Eu3+等均可制成固體發(fā)光材料。
1.推測Al2O3基質(zhì)中摻入Cr3+的發(fā)光原理。
Al3+和O2-是滿殼層電子結(jié)構(gòu),能隙大,電子不易激發(fā),故無色;(2分)
摻入的Cr3+是過渡金屬,具有3d電子,在晶體中置換部分Al3+形成較低的激發(fā)態(tài)能級,
兩個強吸收帶分別吸收黃綠色及藍色的光,只有紅光透過,因而摻Cr3+的剛玉呈絢麗的紅
色,稱為紅寶石。(3分)
2.Y2O3屬立方晶系,將Y2O3的立方晶胞分為8個小立方體,Y在小立方體的面心和頂點,O位于小立方體內(nèi)的四面體空隙,畫出這樣四個小立方體,指出Y和O的配位數(shù)。
(4分)Y的O的配位數(shù)為6,O的Y配位數(shù)為4。(1分)
2008年第7題 (14分) AX4四面體 (A為中心原子,如硅、鍺;X為配位原子,如氧、硫) 在無機化合物中很常見。四面體T1按下圖所示方式相連可形成一系列“超四面體”(T2、T3):
T1
T3
T2
7-1 上圖中T1、T2和T3的化學(xué)式分別為AX4、A4X10和A10X20,推出超四面體T4的化學(xué)式。
T4超四面體的化學(xué)式為A20X35 (1分)
7-2 分別指出超四面體T3、T4中各有幾種環(huán)境不同的X原子,每種X原子各連接幾個A原子?在上述兩種超四面體中每種X原子的數(shù)目各是多少?
T3超四面體中,有3種不同環(huán)境的X原子。(1分)
其中4個X原子在頂點上,所連接A原子數(shù)為1;(0.5分)
12個X原子在超四面體的邊上,所連接A原子數(shù)為2;(0.5分)
4個原子在超四面體的面上,所連接A原子數(shù)為3。(1分) (共3分)
T4超四面體中有5種不同環(huán)境的X原子。 (2分)
其中4個X原子在頂點上,所連接A原子數(shù)為1; (0.5分)
12個X原子在超四面體的邊上但不在邊的中心,所連接A原子數(shù)為2; (0.5分)
6個X原子在超四面體的邊的中心,所連接A原子數(shù)為2; (0.5分)
12個原子在超四面體的面上,所連接A原子數(shù)為3; (0.5分)
1個在超四面體的中心,所連接A原子數(shù)為4。 (1分)
(共5分)
7-3 若分別以T1、T2、T3、T4為結(jié)構(gòu)單元共頂點相連(頂點X原子只連接兩個A原子),形成無限三維結(jié)構(gòu),分別寫出所得三維骨架的化學(xué)式。
化學(xué)式分別為 AX2, A4X8, A10X18, A20X33。 (每式0.5分,共2分)
答分別為 AX2, AX2, A5X9, A20X33也可。
7-4 欲使上述T3超四面體連接所得三維骨架的化學(xué)式所帶電荷分別為+4、0和 -4,A選Zn2+、In3+或Ge4+,X取S2-,給出帶三種不同電荷的骨架的化學(xué)式(各給出一種,結(jié)構(gòu)單元中的離子數(shù)成簡單整數(shù)比)。
A10X184+ 只能是Ge10S184+; (1分)
A10X18可以是Zn2Ge8S18,In2ZnGe7S18,In4Ge6S18; (1分)
只要答出其中一種,得1分;
A10X184-可以是
Zn4Ge6S184-, In8Ge2S184-, In6ZnGe3S184-, In4Zn2Ge4S184-, In2Zn3Ge5S184-; (1分)
只要答出其中一種,得1分。
2010年第7題(13分)分子篩是一種天然或人工合成的泡沸石型水合鋁硅酸鹽晶體。人工合成的分子篩有幾十種,皆為骨架型結(jié)構(gòu),其中最常用的是A型、X型、Y型和絲光沸石型分子篩,化學(xué)組成可表示為Mm[AlpSiqOn(p+q)]xH2O。
7-1 Si4+、Al3+和O2-的離子半徑分別為41 pm、50 pm和140 pm,通過計算說明在水合鋁硅酸鹽晶體中Si4+和Al3+各占據(jù)由氧構(gòu)成的何種類型的多面體空隙。
Si4+
Al3+
介于0.225和0.414間, 四面體
介于0.225和0.414間,四面體
每個多面體1分;只答四面體而無正確的計算和說明,不得分。 (2分)
根據(jù)多面體幾何學(xué)計算得出結(jié)論,只要正確,亦各得1分。
7-2上述化學(xué)式中的n等于多少?說明理由。若M為2價離子,寫出m與p的關(guān)系式。
n=2;
理由:由7-1結(jié)果知,Si(Al)O4為骨架型結(jié)構(gòu),氧原子被2個四面體共用
(p+q)/n(p+q)=0.5 , n=2
m = 1/2 p
n值和理由各1分; m與p的關(guān)系1分 (3分)
通過其他途徑推算,結(jié)果正確,也得滿分。
7-3 X光衍射測得Si-O鍵鍵長為160 pm。此數(shù)據(jù)說明什么?如何理解?
實測Si-O鍵鍵長(160pm)遠小于Si4+和O2- 的離子半徑之和(181pm),表明Si-O鍵中已有較大的共價成分(1分)。Si4+ 電價高、半徑小,極化力較大,導(dǎo)致了鍵型變異(離子鍵向共價鍵過渡)(1分)
7-4說明以下事實的原因:
① 硅鋁比(有時用SiO2/Al2O3表示)越高,分子篩越穩(wěn)定;②最小硅鋁比不小于1。
硅氧四面體和鋁氧四面體無序地按硅鋁原子比交替排列。① 硅-氧鍵強于鋁-氧鍵;② 若Al3+ 數(shù)超過Si4+數(shù),必出現(xiàn)鋁氧四面體直接相連的情況,結(jié)構(gòu)中引入不穩(wěn)定因素,導(dǎo)致骨架強度削弱。
7-5人工合成的A型分子篩鈉鹽,屬于立方晶系,正當晶胞參數(shù)a=2464 pm,晶胞組成為Na96[Al96Si96O384]xH2O。將811.5克該分子篩在1.01325105 Pa、700oC加熱6小時將結(jié)晶水完全除去,得到798.6升水蒸氣(視為理想氣體)。計算該分子篩的密度D。
811.5 g分子篩含水量為
一個晶胞的質(zhì)量為
分子篩密度為
n=10.00 mol 1分;x = 216 1分; D = 1.946 g cm-3 2分。 (4分)
用另外的算法,算式與結(jié)果皆正確(包括有效數(shù)字和單位),亦得滿分。
6