2008年全国高中学生化学竞赛试题含答案及分析(2)

2019-03-10 19:33

6

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?4mol (0.5分) 在溶样过程中锰的价态变化为

1.689 ? 10?3mol / (8. 628 ?10?4mol) = 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

T1 T2 T3

6

7

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0.101gcm?3,镁和氢的核间距为194.8pm。已知氢原子的共价半径为37pm,Mg2+的离子半径为72pm。

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194.8pm,Mg2+离子半径为72 pm,则氢的半径为194.8pm-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;

7

8

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646.5pm,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159.9pm和124.6pm。

镁镍间的距离为

11dMg-Ni??3a?3?646.5 pm?279.9 pm(2分)

44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 gcm?3)。 储氢能力=晶体的密度×氢的质量分数÷液氢密度

?4?M?Mg2NiH4?3.622/100?NAa30.0708g cm-3(2分)

4?111.34g mol-13.622/100??23-1-836.022?10mol?(6.465?10cm)0.0708g cm-3= 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 molA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: CHCH2或(2

分)

HCCH写成分。

B的结构简式:

H或键线式也得分;苯环画成也可,其他答案不得

8

9

HCCCH3CCCCH(2CH3分)

写成键线式

C的结构简式:

HCHCHCHHCCCHCCCHCHCHH也得分;其他答案不得分。

CHCHCHCHHC(2分)

写成H

,或写成键线式,其他答案不得分。

第10题 (11分)化合物A、B、C和D互为同分异构体,分子量为136,分子中只含碳、氢、氧,其中氧的含量为23.5%。实验表明:化合物A、B、C和D均是一取代芳香化合物,其中A、C和D的芳环侧链上只含一个官能团。4个化合物在碱性条件下可以进行如下反应:

ABCDNaOH 溶液NaOH 溶液NaOH 溶液NaOH 溶液酸化酸化酸化K + H2OE (C7H6O2) + FG (C7H8O) + HI (芳香化合物) + J

10-1写出A、B、C和D的分子式。 C8H8O2(1分)

10-2画出A、B、C和D的结构简式。

A的结构简式:

OOCH3或

COOCH3(1分)

若写成C6H5COOCH3也得分。

B的结构简式:

9

10

OCH2OCH或

CH2OCHO(1分)

若写成C6H5CH2OCHO也得分。 C的结构简式:

OOCCH3或

OCOCH3(1分)

若写成C6H5OCOCH3也得分。 D的结构简式:

OHOCH2COOH或(1分)

若写成C6H5CH2COOH也得分。

10-3A和D分别与NaOH溶液发生了哪类反应?

A与NaOH溶液发生了酯的碱性水解反应。(0.5分)

答碱性水解反应、酯的水解反应或水解反应、皂化、取代反应也得0.5分。 D与NaOH溶液发生了酸碱中和反应。(0.5分)

答酸碱反应或中和反应也得0.5分;其他答案不得分。

10-4 写出H分子中官能团的名称。

醛基和羧基。各0.5分(共1分)

10-5现有如下溶液:HCl、HNO3、NH3 ?H2O、NaOH、NaHCO3、饱和Br2水、FeCl3和NH4Cl。

从中选择合适试剂,设计一种实验方案,鉴别E、G和I。

由题目给出的信息可推出:E是苯甲酸,G是苯甲醇,I是苯酚。根据所给试剂,可采用如下方案鉴定。 方案1:

取3个试管,各加2mL水,分别将少许E、G、I加入试管中,再各加1-2滴FeCl3溶液,呈现蓝紫色的试管中的化合物为苯酚I。(2分)

另取2个试管,各加适量NaOH溶液,分别将E和G加入试管中,充分振荡后,不溶于NaOH溶液的化合物为苯甲醇G,溶于NaOH溶液的化合物为苯甲酸E。

(2分)

方案2:

取3个试管,各加2mL水,分别将少许E、G、I加入试管中,再各加几滴溴水,产生白色沉淀的试管中的化合物为苯酚I;(2分)

另取2个试管,各加适量NaOH溶液,分别将E和G加入试管中,充分振荡后,不溶于NaOH溶液的为苯甲醇G。溶于NaOH溶液的为苯甲酸E。(2分)

方案3:

取3个试管,各加2mL水,分别将少许E、G、I加入试管中,再各加1-2滴FeCl3溶液,呈现蓝紫色的试管中的化合物为苯酚I。(2分)

另取2个试管,各加适量NaHCO3溶液,分别将E和G加到试管中。加热,放出气体的试管中的化合物为苯甲酸E。(2分)

10


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