求化学奥赛题和答案高中的

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求化学奥赛题和答案
高中的

求化学奥赛题和答案高中的
中国化学会第22届全国高中学生化学竞赛（省级赛区）
试题、标准答案及评分细则
2008年9月18日
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 总分
满分 14 5 4 10 5 11 14 9 7 11 10 100
评分通则：1.凡要求计算的,没有计算过程,即使结果正确也不得分.
2有效数字错误,扣0.5分,但每大题只扣1次.
3单位不写或表达错误,扣0.5分,但每大题只扣1次.
4只要求1个答案、而给出多个答案,其中有错误的,不得分.
5方程式不配平不得分.
6不包括在此标准答案的0.5分的题,可由评分组讨论决定是否给分.
第1题 (14分)
1-1 EDTA是乙二胺四乙酸的英文名称的缩写,市售试剂是其二水合二钠盐.
（1）画出EDTA二钠盐水溶液中浓度最高的阴离子的结构简式.
(2分)
答 或 得2分,质子必须在氮原子上.
（2） Ca(EDTA)2溶液可用于静脉点滴以排除体内的铅.写出这个排铅反应的化学方程式（用Pb2+ 表示铅）.
Pb2+ + Ca(EDTA)2 = Ca 2+ + Pb (EDTA)2 (1分)
（3）能否用EDTA二钠盐溶液代替Ca(EDTA)2溶液排铅?为什么?
不能.若直接用EDTA二钠盐溶液,EDTA阴离子不仅和Pb2+反应, 也和体内的Ca2+结合造成钙的流失. (答案和原因各0.5分,共 1分)
1-2 氨和三氧化硫反应得到一种晶体,熔点205oC,不含结晶水.晶体中的分子有一个三重旋转轴,有极性.画出这种分子的结构式,标出正负极.
(2分)
硫氧键画成双键或画成S→O,氮硫键画成N→S,均不影响得分.结构式1分,正负号1分.答H3NSO3、H3N-SO3等不得分.正确标出了正负号,如+H3NSO3、+H3N-SO3得1分.其他符合题设条件（有三重轴,有极性）的结构,未正确标出正负极,得1分,正确标出正负极,得2分.
1-3 Na2[Fe(CN)5(NO)]的磁矩为零,给出铁原子的氧化态.Na2[Fe(CN)5(NO)]是鉴定S2的试剂,二者反应得到紫色溶液,写出鉴定反应的离子方程式.
Fe(II) 答II 或+2也可 (2分)
[Fe(CN)5(NO)]2+S2= [Fe(CN)5(NOS)]4 配合物电荷错误不得分 (1分)
1-4 CaSO4 • 2H2O微溶于水,但在HNO3 ( 1 mol L1)、HClO4 ( 1 mol L1)中可溶.写出能够解释CaSO4在酸中溶解的反应方程式.
CaSO4 + H+ = Ca2+ + HSO4 (1分)
写成 2CaSO4 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + Ca(HSO4)2 也得分.高氯酸同. 答案若生成H2SO4 不得分.
1-5 取质量相等的2份PbSO4 (难溶物)粉末,分别加入HNO3 ( 3 mol L1) 和HClO4 ( 3 mol L1),充分混合,PbSO4在HNO3 能全溶,而在HClO4中不能全溶.简要解释PbSO4在HNO3中溶解的原因.
Pb2+与NO3形成络离子(配离子或配合物). (1分)
写方程式也可,如PbSO4 + H+ + NO3- = HSO4- + Pb(NO3)+.若将络离子(配离子或配合物)写成Pb(NO3)2或Pb(NO3)3也得分,但方程式须配平.
1-6 X和Y在周期表中相邻.CaCO3与X的单质高温反应,生成化合物B和一种气态氧化物；B与Y的单质反应生成化合物C和X的单质；B水解生成D；C水解生成E,E水解生成尿素.确定B、C、D、E、X和Y.
B: CaC2 C: CaCN2 D: C2H2 或Ca(OH) 2 E: NH2CN [C(NH)2也可]
X: C Y: N
(各0.5分,共3分)
第2题 (5分) 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.
2-1 写出X的分子式和共轭π键（ ）.
ClO2 (各1分,共2分)
2-2 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.
2ClO3+ H2C2O4 + 2H+ = 2ClO2 + 2CO2 + 2H2O (1分)
或 2NaClO3 + H2C2O4 + H2SO4 = 2ClO2 + 2CO2 + Na2SO4 + 2H2O
2NaClO2 + Cl2 = 2ClO2 + 2NaCl (1分)
NaClO2是固体,写成ClO2,不得分.
2-3 写出上述X歧化反应的化学方程式.
2ClO2 + 2NaOH = NaClO2 + NaClO3 + H2O (1分)
或 2ClO2 + 2OH = ClO2+ ClO3+ H2O
第3题 (4分) 甲醛是一种重要的化工产品,可利用甲醇脱氢制备,反应式如下：
CH3OH(g) CH2O(g) + H2(g) = 84.2 kJ mol-1 (1)
向体系中通入空气,通过以下反应提供反应(1) 所需热量：
H2(g) + ½O2(g) H2O(g) =–241.8 kJ mol-1 (2)
要使反应温度维持在700˚C,计算进料中甲醇与空气的摩尔数之比.已知空气中氧气的体积分数为0.20.
要使反应维持在一定温度持续进行,应保证反应(2)放出的热量恰好被反应(1) 全部利用,则：
甲醇与氧气的摩尔比为：n(CH3OH) : n (O2) = (2  241.8) / 84.2 = 5.74 (2分)
甲醇与空气的摩尔比为：n(CH3OH) : n (空气) = 5.74 / 5 = 1.1 (2分)
答成1.15或1.148得1.5分.
答（写）成1 : 0.87也得2分.
考虑到实际情况,将上式的等号写成小于或小于等于,得2分.
算式合理,结果错误,只得1分.只有结果没有计算过程不得分.
第4题 (10分) (CN)2被称为拟卤素,它的阴离子CN 作为配体形成的配合物有重要用途.
4-1 HgCl2 和Hg(CN)2反应可制得 (CN)2, 写出反应方程式.
HgCl2 + Hg(CN)2 = Hg2Cl2 + (CN)2 (1分)

4-2 画出CN、(CN)2的路易斯结构式.
(各1分,共2分)
短线画成电子对同样得分；不画孤对电子不得分.
4-3 写出(CN)2 (g) 在O2 (g) 中燃烧的反应方程式.
(CN)2(g) + 2O2(g) = 2CO2(g) + N2(g) (1分)
不标物态也可.
4-4 298 K下,(CN)2 (g) 的标准摩尔燃烧热为 1095 kJ mol1,C2H2 (g) 的标准摩尔燃烧热为 1300 kJ mol1,C2H2 (g) 的标准摩尔生成焓为227 kJ mol1,H2O (l) 的标准摩尔生成焓为 286 kJ mol1,计算 (CN)2 (g) 的标准摩尔生成焓.
(CN)2(g) + 2O2(g) = 2CO2(g) + N2(g)
2ΔfHm(CO2)ΔfHm[(CN)2] = 1095 kJ mol1
2ΔfHm(CO2) = 1095 kJ mol1 +ΔfHm[(CN)2]
C2H2(g) + 2.5O2(g) = 2CO2(g) + H2O(l)
2ΔfHm(CO2) +ΔfHm(H2O) ΔfHm(C2H2) =1300 kJ mol-1
2ΔfHm(CO2) =1300 kJ mol1 + 286kJ mol1 + 227 kJ mol1
ΔfHm[(CN)2] = 1095 kJ mol1 1300 kJ mol1 + 286kJ mol1 + 227 kJ mol1
= 308 kJ mol1 (2分)
计算过程正确计算结果错误只得1分.没有计算过程不得分.
ΔfHm[(CN)2] = 1095 1300 + 286 + 227 = 308（kJ mol1）也可以.
但不加括号只得1.5分.

4-5 (CN)2在300~500 oC形成具有一维双链结构的聚合物,画出该聚合物的结构.
或 (2分)
画成
也得2分. 但画成 只得1分.
4-6 电镀厂向含氰化物的电镀废液中加入漂白粉以消除有毒的CN,写出化学方程式（漂白粉用ClO表示）.
2CN + 5ClO + H2O = 2HCO3 + N2 + 5Cl (2分)
产物中写成CO32只要配平,也得分.
第5题 (5分) 1963年在格陵兰Ika峡湾发现一种水合碳酸钙矿物ikaite.它形成于冷的海水中,温度达到8oC即分解为方解石和水.1994年的文献指出：该矿物晶体中的Ca2+ 离子被氧原子包围,其中2个氧原子来自同一个碳酸根离子,其余6个氧原子来自6个水分子.它的单斜晶胞的参数为：a = 887 pm, b = 823 pm, c = 1102 pm, β = 110.2°,密度d = 1.83 g cm3,Z = 4.
5-1 通过计算得出这种晶体的化学式.
ikaite晶胞体积：
V = abc sinβ = (8.87  8.23  11.02  10-24 cm3)  sin110.2° = 7.55  10-22 cm3 （0.5分）
设晶胞中含有n个水分子,晶胞的质量：m = 4  (100 + 18 n) / NA (g) （0.5分）
晶体密度：d = m/V = 4  (100 + 18 n) / ( 6.02  1023  7.55  10-22)（g cm3）= 1.83 g cm-3
100 + 18 n = 208 n = 6 (0.5分)
该晶体的化学式为 CaCO3  6H2O (0.5分)
算出6个水分子,未写化学式,得1.5分.
5-2 研究了这种晶体在加压下受热膨胀体积增大的情形,并与冰及钙离子配位数也是8的二水合石膏晶体(gypsum)作了对比,结果如下图所示（纵坐标为相对体积）：

为什么选取冰和二水合石膏作对比?实验结果说明什么?
Ikaite在冷水中形成,而且含有大量结晶水,分解温度又接近冰的熔点,可能与冰的结构有相似性,故选取冰作参比物； (0.5分)
石膏是带结晶水的钙的含氧酸盐,而且钙的配位数也是8,可能与ikaite结构相似,故选取石膏作参比物. (0.5分)
实验结果说明ikaite的结构跟冰相似. (1分)
实验结果,说明含水的摩尔分数越大膨胀越大, 可以得0.5分.

5-3 这种晶体属于哪种类型的晶体?简述理由.
分子晶体. (0.5分)
答混合型晶体不得分.
晶体分解温度接近冰的熔点,体积随温度的变化趋势也接近冰,可认为晶体中的化学微粒是CaCO3  6H2O,它们以分子间作用力（氢键和范德华力）构成晶体.(0.5分)
第6题 (11分) 在900oC的空气中合成出一种含镧、钙和锰 (摩尔比2 : 2 : 1) 的复合氧化物,其中锰可能以 +2、+3、+4 或者混合价态存在.为确定该复合氧化物的化学式,进行如下分析：
6-1 准确移取25.00 mL 0.05301 mol L1的草酸钠水溶液,放入锥形瓶中,加入25 mL蒸馏水和5 mL 6 mol L1的HNO3溶液,微热至60~70oC,用KMnO4溶液滴定,消耗27.75 mL.写出滴定过程发生的反应的方程式；计算KMnO4溶液的浓度.
2MnO4 + 5C2O42 + 16H+ = 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O (1分)
KMnO4溶液浓度：(2/5)  0.05301  25.00 / 27.75 = 0.01910 （mol L1） (1分)
反应方程式反应物C2O42-写H2C2O4,只要配平,也得1分.下同.
6-2 准确称取0.4460 g复合氧化物样品,放入锥形瓶中,加25.00 mL上述草酸钠溶液和30 mL 6 mol L1 的HNO3溶液,在60~70oC下充分摇动,约半小时后得到无色透明溶液.用上述KMnO4溶液滴定,消耗10.02 mL.根据实验结果推算复合氧化物中锰的价态,给出该复合氧化物的化学式,写出样品溶解过程的反应方程式.已知La的原子量为138.9.
根据：化合物中金属离子摩尔比为 La : Ca : Mn = 2 : 2 : 1,镧和钙的氧化态分别为+3和+2,锰的氧化态为 +2 ~ +4,初步判断
复合氧化物的化学式为La2Ca2MnO6+x, 其中 x = 0~1. (1分)
滴定情况：
加入C2O42总量：25.00 mL  0.05301 mol L1 = 1.3253 mmol (0.5分)
样品溶解后,滴定消耗高锰酸钾：10.02 mL  0.01910 mol L1 = 0.1914 mmol (0.5分)
样品溶解后剩余C2O42量: 0.1914 mmol  5/2 = 0.4785 mmol (0.5分)
样品溶解过程所消耗的C2O42量: 1.3253 mmol  0.4785 mmol = 0.8468 mmol (0.5分)
若将以上过程合并,推论合理,结果正确,也得2分.
在溶样过程中,C2O42变为CO2给出电子：
2  0.8468 mmol = 1.694 mmol (0.5分)
有两种求解x的方法：
（1）方程法：
复合氧化物(La2Ca2MnO6+x)样品的物质的量为：
0.4460 g / [(508.9 + 16.0 x) g mol1] (0.5分)
La2Ca2MnO6+x中,锰的价态为: [2  (6+x) 2 3 22] = (2+2x) (1分)
溶样过程中锰的价态变化为： (2+2 x  2) = 2 x (0.5分)
锰得电子数与C2O42给电子数相等：
2 x  0.4460 g / [(508.9 + 16.0 x) g mol1] = 2  0.8468  103 mol (1分)
x = 1.012  1 (0.5分)
如果将以上步骤合并,推导合理,结果正确,也得3.5分；如果将以上步骤合并,推导合理但结果错误,得2分；推导错误,即便结果吻合,也不得分.
（2）尝试法
因为溶样过程消耗了相当量的C2O42,可见锰的价态肯定不会是+2价.若设锰的价态为+3价,相应氧化物的化学式为La2Ca2MnO6.5, 此化学式式量为516.9 g mol-1, 称取样品的物质的量为：
0.4460 g / (516.9 g mol-1) = 8.628 104 mol (0.5分)
在溶样过程中锰的价态变化为
1.689  103 mol / (8. 628 104 mol) = 1.96 (0. 5分)
锰在复合氧化物中的价态为： 2 + 1.96 = 3.96 (0. 5分)
3.96与3差别很大,+3价假设不成立； (0.5分)
而结果提示Mn更接近于+4价. (0.5分)
若设Mn为+4价, 相应氧化物的化学式为La2Ca2MnO7, 此化学式式量为524.9 g mol-1.
锰在复合氧化物中的价态为：
2 + 2  0.8468  103 / (0.4460 / 524.9) = 3.99  4 (0.5分)
假设与结果吻合,可见在复合氧化物中,Mn为+4价. (0.5分)
如果将以上步骤合并,推导合理,结果正确,也得3.5分；如果将以上步骤合并,推导合理但结果错误,得2分；推导错误,即便结果吻合,也不得分.
该复合氧化物的化学式为La2Ca2MnO7 (1分)
溶样过程的反应方程式为：
La2Ca2MnO7 + C2O42 + 14H+ = 2La3+ + 2Ca2+ + Mn2+ + 2CO2 + 7H2O (1分)
未经计算得出La2Ca2MnO7,方程式正确,只得方程式的1分.
第7题 (14分) AX4四面体 (A为中心原子,如硅、锗；X为配位原子,如氧、硫) 在无机化合物中很常见.四面体T1按下图所示方式相连可形成一系列“超四面体”（T2、T3•••）：

7-1 上图中T1、T2和T3的化学式分别为AX4、A4X10和A10X20,推出超四面体T4的化学式.
T4超四面体的化学式为A20X35 (1分)
7-2 分别指出超四面体T3、T4中各有几种环境不同的X原子,每种X原子各连接几个A原子?在上述两种超四面体中每种X原子的数目各是多少?
T3超四面体中,有3种不同环境的X原子.(1分)
其中4个X原子在顶点上,所连接A原子数为1；(0.5分)
12个X原子在超四面体的边上,所连接A原子数为2；(0.5分)
4个原子在超四面体的面上,所连接A原子数为3.(1分) (共3分)
T4超四面体中有5种不同环境的X原子. （2分）
其中4个X原子在顶点上,所连接A原子数为1； (0.5分)
12个X原子在超四面体的边上但不在边的中心,所连接A原子数为2； (0.5分)
6个X原子在超四面体的边的中心,所连接A原子数为2； (0.5分)
12个原子在超四面体的面上,所连接A原子数为3； (0.5分)
1个在超四面体的中心,所连接A原子数为4. (1分)
（共5分）
7-3 若分别以T1、T2、T3、T4为结构单元共顶点相连（顶点X原子只连接两个A原子）,形成无限三维结构,分别写出所得三维骨架的化学式.
化学式分别为 AX2, A4X8, A10X18, A20X33. (每式0.5分,共2分)
答分别为 AX2, AX2, A5X9, A20X33也可.
7-4 欲使上述T3超四面体连接所得三维骨架的化学式所带电荷分别为+4、0和 4,A选Zn2+、In3+或Ge4+,X取S2-,给出带三种不同电荷的骨架的化学式（各给出一种,结构单元中的离子数成简单整数比）.
A10X184+ 只能是Ge10S184+； (1分)
A10X18可以是Zn2Ge8S18,In2ZnGe7S18,In4Ge6S18； (1分)
只要答出其中一种,得1分；
A10X184可以是
Zn4Ge6S184, In8Ge2S184, In6ZnGe3S184, In4Zn2Ge4S184, In2Zn3Ge5S184； (1分)
只要答出其中一种,得1分.
第8题 (9分) 由烷基镁热分解制得镁的氢化物.实验测定,该氢化物中氢的质量分数为7.6%,氢的密度为0.101 g cm3,镁和氢的核间距为194.8 pm.已知氢原子的共价半径为37pm,Mg2+ 的离子半径为72 pm.
8-1 写出该氢化物中氢的存在形式,并简述理由.
H (1分)
镁-氢间距离为194.8 pm,Mg2+离子半径为72 pm,则氢的半径为194.8 pm－72 pm ＝123 pm.此值远大于氢原子的共价半径, 这说明H原子以H 离子的形式存在.(1分)
8-2 将上述氢化物与金属镍在一定条件下用球磨机研磨,可制得化学式为Mg2NiH4的化合物.X-射线衍射分析表明,该化合物的立方晶胞的面心和顶点均被镍原子占据,所有镁原子的配位数都相等.推断镁原子在Mg2NiH4晶胞中的位置(写出推理过程).
Mg原子与Ni原子数之比为2 : 1,故每个晶胞中含8个镁原子.所有镁原子的配位数相等,它们只能填入由镍原子形成的四面体空隙. (3分)
镁原子的位置用下列坐标参数表示也得3分：
14, 14, 14； 14, 14, 34； 34, 34, 14； 34, 34, 34；
14, 34, 14； 14, 34, 34； 34, 14, 14； 34, 14, 34.
坐标错一组,扣0.5分,不得负分.
其他答案不得分.
8-3 实验测定,上述Mg2NiH4晶体的晶胞参数为646.5 pm,计算该晶体中镁和镍的核间距.已知镁和镍的原子半径分别为159.9 pm和124.6 pm.
镁镍间的距离为
(2分)
算式及答案皆正确（包括单位）得2分； 算式对但结果错；只得1分；结果中数对但单位错,得1.5分.用原子半径相加计算镁-镍间的距离,不得分.
8-4 若以材料中氢的密度与液态氢密度之比定义储氢材料的储氢能力,计算Mg2NiH4的储氢能力（假定氢可全部放出；液氢的密度为0.0708 g cm3）.
储氢能力＝晶体的密度×氢的质量分数÷液氢密度
(2分)
= 1.40
= 1.4
算法及结果皆正确得2分；算法（式）正确但结果错得1分；无过程不得分.
只有结果但无算式,不得分.
氢的原子量取1不取1.008,算出结果1.39,只得1.5分.
第9题 (7分) 化合物A、B和C互为同分异构体.它们的元素分析数据为：碳 92.3%, 氢 7.7%.1 mol A在氧气中充分燃烧产生179.2 L二氧化碳（标准状况）.A是芳香化合物,分子中所有的原子共平面；B是具有两个支链的链状化合物,分子中只有两种不同化学环境的氢原子,偶极矩等于零；C是烷烃,分子中碳原子的化学环境完全相同.
9-1 写出A、B和C的分子式.
C8H8 (1分)
其他答案不得分.
9-2 画出A、B和C的结构简式.
A的结构简式：
或 (2分)
写成 或键线式 也得分；苯环画成 也可,其他答案不得分.
B的结构简式：
(2分)
写成键线式 也得分；其他答案不得分.

C的结构简式：

不错