第25届全国高中学生化学竞赛理论试题(全)(20220215231425)

1、第25届全国高中学生化学竞赛理论试题2022年12月3日长春?竞赛时间4小时，迟到超过30分钟者不能进考场。开始考试后 30分钟内不得离场。时间到，把试卷和 答卷装入信封，放在桌面上，听到指令前方可离开考场。?试卷已装订成册，不得拆散。所有解答必须写在答卷上指定的方框内，写在试卷上无效。?用黑色墨水笔或黑色圆珠笔答题，不得携带任何其他纸张进入考场。假设需要草稿纸，可举手向监考老师索取。?将营号写在试卷首页和每页答卷指定位置，否那么无效。?允许使用非编程计算器以及直尺等文具。不得携带铅笔盒、通讯工具入场H相对原子质量HeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSClArKCaScTiVCrMnF

2、eCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbSrYZrNbMoTc 98RuRhPdAgCdInSnSb 'TeIXeCsBaLa LuHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPo 210At 210Rn 222第1题13分 同族金属A，B，C具有优良的导热、导电性能，假设以 I表示电离能,11最低的是B， 11+ 12最低的是 A， I1+ I 2+ 13最低的是C。1- 1同族元素D，E，F均为非放射性副族元素基态原子的价层电子组态符合同一个通 式，在元素周期表中，位置在 A、B、C所在族之前，请给出 D、E、F的元素符号及价层电 子组态的通式。1-2元素A存在于动物的血蓝

3、蛋白中，人对A元素代谢紊乱可导致 Wilson病。1A2+硫酸盐在碱性溶液中参加缩二脲HN(CONH 2)2会得到特征的紫色物质，该物质为-2价的配位阴离子，具有对称中心和不通过A的二重旋转轴，无金属 一金属键，请画出该阴离子的结构A必须写元素符号，下同。2通过A2+与过量的丁二酮肟形成二聚配合物，实现了 A2+的平面正方形配位向 A2+的四方锥形配位转化，请画出该配合物的结构丁二酮肟用NN表示。1-3用B +的标准溶液滴定 KCl和KSCN的中性溶液，得到电位滴定曲线，其拐点依次位 于M、N、P处。1请分别写出在 M、N、P处到达滴定终点的离子反响方程式。2在N处的物质是无支链的聚合物，请至

4、少画出三个单元表示其结构。1-4元素C的单质与单一的无机酸不起作用，但可溶于王水。C与02和F2作用制得化合物X，在X中C的质量分数为57.43%，X的结构与1962年N.Barlett开创性工作的产物极 为相似，通过推演给出 X的化学式。第2题12分 化合物A为非放射性主族元素 M与氧的化合物，将 13.712gA与过量热 稀硝酸充分反响后，得到不溶物B和溶液C,将B洗净后与过量草酸混合，参加过量稀硫酸并充分反响，生成的气体全部通入过量的熟石灰溶液中，得到不溶物质。控制温度，M的单质与氧反响，生成具有较强氧化性的D，D含氧10.38%。2- 1通过计算给出D的化学式。2-2通过计算给出A的化

5、学式。2-3给出B在硫酸溶液中与草酸反响的离子方程式。2-4图2示出M的一种氧化物的晶体结构，写出该氧化物的化学式，简述推理过程。(a)(b)(c)图2 M的一种氧化物的晶体结构第3题10分 一容积可变的反响器，如图 3所示，通过活塞维持其内部压力由于恒外压相等。图3容积可变的反响器示意图 在恒温、有催化剂条件下，反响器内进行如下反响N2(g)+3H 2(g)2NH3(g)3-1假设平衡时，反响器的容积为，各物质的浓度如下：物质N2H2NH3c/(mol I-1)现向平衡体系中注入 4.0mol N2。试计算反响的平衡常数Kc和反响商Qc，并由此判断反响将向什么方向进行。3- 2假设平衡时，反

6、响器的容积为 V，各物质的浓度分别为 c(N2), c(H2)和c(NH3),现向平 衡体系中注入体积为 xV的N2同温同压。设此条件下1mol气体的体积为 Vo,试推导出 Qc的表达式，并判断反响方向。第4题13分4- 1硅酸根根本结构单元是硅氧四面体SiO4，可以用三角形表示硅氧四面体的平面投影图形，三角形的顶点代表一个O原子，中心是 Si和一个顶角O的重叠。假设干硅氧四面体可以连接成层型结构，如图4-1(a)所示，两个硅氧四面体共用一个氧原子，又可以将其简单地表示为图4-1(b)。每一种层型结构可以用交于一点的n元环及环的数目来描述，例如图4-1(b)可以描述为63。2 和(2)。试将对

7、图4-1(e)至(h)的描述分别写答卷上。图4-1几种层型硅酸根结构的图示方法4- 2分子筛骨架中存在一些特征的笼型结构，见图4-2.笼型结构是根据构成它们的多面体的各种n元环进行描述的。例如图 4-2(a)所示的笼可以描述为45.52；而图4-2(b)的笼可以描述为 46.6263。试将对图4-2(c)至图4-2(h)的描述写在答卷上。图4-2分子筛骨架中存在的一些特征笼型结构4- 3分子筛骨架中的笼型结构可以采用下述方法画出：将最上一层放在平面图的最内圈， 下一层放在次内圈， 依此类推，直到最底层放在平面图的最外圈。图中各原子之间的连接关系、各种环及其位置当然要与笼型结构中保持一致。例如图

8、4-3(a)所示的笼，可以表示为图 4-3(a)。图4-3(b)至图4-3(d)结构不完整地图示在图4-3(b)至图4-3(d ),即只给出了结构的最上层和最下层的图示，试在答卷上画出完整的平面图。图4-3几种笼型结构及图示或不完整图示1000K下丙酮的热(1)Ea(1)=351KJ mol-1Ea(2)=42KJ mol-1Ea(3)=63KJ mol-1Ea(1)=200KJ mol-1Ea(5)=21KJ mol-1第5题14分高温条件下反响机理的研究一直是化学反响动力学的根本课题，1956年的诺贝尔化学奖获得者在该领域做出过杰出的奉献。科研工作者研究了 分解反响并提出了如下反响历程：C

9、H3COCH3_- CH3 +CH3CO-CH 3CO k2CH 3 +COCH3+CH3COCH3_ CH4+CH3COCH2 kCH 3COCH 2 -CH 3 +CH 2COk5CH 3 +CH 3COCH 2 C2H 5COCH 35- 1上述历程是根据两个平行反响而提出的，请写出反响方程式。5- 2实验测得1000K下热分解反响对丙酮为一级反响，试推出反响的速率方程。提示：消耗丙酮的主要基元步骤是反响(3);可忽略各基元反响指前因子的影响。5- 3根据5-2推出的速率方程，计算表观活化能。5-4 分解产物中CH4可以和水蒸气反响制备H2：CH4(g)+H 20(g) 3H2(g)+C

10、O(g)试根据下表数据计算该反响在298K时rGm和平衡常数K，并指出平衡常数随温度的变化趋势。相关物质热力学数据298K物质rGm / KJ mol-1Sm/J mol-1 K-1CH4(g)H2O(g)H2(g)0CO(g)H2O(l)第6题8分甲酸和乙酸都是重要的化工原料。移取甲酸和乙酸的混合溶液，以molNaOH标准溶液滴定至终点，消耗。另取上述混合溶液，参加mol l-1KMnO 4强碱性溶液，反响完全后，调节至酸性，参加000mol l-1Fe2+标准溶液，用上述 KMnO 4标准溶液滴定至终点，消耗。6- 1 计算混合溶液中甲酸和乙酸的总量。6- 2 写出氧化复原滴定反响的化学方

11、程式。6- 3 计算混合酸溶液中甲酸和乙酸的浓度。第7题18分 2002年，Scott等人首次完成了的 C60化学全合成，该成果为今后合成更 多和更丰富的C60衍生物带来了可能。下面是其全合成的路线无机产物及副产物已略去AMg(A)(B)(C)pbJPPh3 (E)abcEtOLidCl(F)UV(254nm)CH31)NBS(G)1)KOH/H 2O(H)AICI3(I)-H2cTJ2)KCN2)SOCl 2DCM/ AClClCl7-1写出上述合成路线中a、b、c和d所对应的试剂或反响条件。7- 2 画出上述合成路线中中间体AI的结构简式。7- 3 写出中间体J的对称元素。7- 4 给出从

12、中间体I到J的反响机理。第8题12分 最近的研究说明，某种新型的胍盐离子液体 有很好的催化活性，进一步的研究说明 GIL还具有一定的碱性。 为催化剂，合成多官能团化合物 H的路线：GIL丨对Michael加成反响以下是某研究小组利用GIL+AGIL-H2OA+C+C-H 2OgilJDIpLGILKOH-HCN(F)_8- 1 画出A和C的结构简式。8- 2 画出B、D、F和G的结构简式。8- 3 给出从中间体E到F的反响机理。8-4从周环反响的角度看，反响中间体G转化为目标产物需经过一次 迁移，其驱动力为。第25届全国高中学生化学竞赛理论试题参考答案及评分标准第1题131-1 Ik H HL

13、叶1分?Sc. Y. La, n-ld1 1分 兀多呜中作“坊HH2u> <2 分)(2) (2 分)1-3(1) M 处：Ag+ + 2 SCN- = Ag(SCN)2_( 1 分N 处：Ag+ Ag(SCN = 2 AgSCNl( 1 分)P 处：Ag+ CP = AgClj( 1 分)1-4 2 分X 为O2AuF6或O2AuF61分推理：从元素C的性质及a ,B结果可知C为Au。的开创工作与 X极相似，即与O2PrF6结构相似。产物 X由三种单质化合而成，那么应为O2Au mFnm,n正整数，那么Au%=m t A/ (Au)肚(0的謁) 16.00x 2197.0m+19

14、f00w x 100% =57143197.0m赋值：令m = l,那么n=6合理tn = 2,那么沪=13.68舍去心、均无合理正整数解。 故乂为 IQj AuF6 也可号验证法：1分由题意知C为Au元素，与N.Bartlett的产物O2PtF6结构相似，且 X由三种单质合成,那么不妨假设X为O2AuF 6校验：Au%197.016?00x 2+ 197?0+19.00x6x 100% =5743%那么假设正确，X为0 2AuF 6。其它合理计算和推导，且结果正确均得2分。第2题12分2-1 4 分设D的化学式为MOx,其摩尔质量为y，那么16.00X10.38%y 16.00x假设X =

15、1/2y = 69.1M为Ga氧化物无氧化性，不合题意假设X = 1y = 138.1M为La非主族金属，不合题意假设X = 4/3y = 184.2M为W非主族金属，不合题意假设X = 3/2y = 207.2M为Pb主族金属所以，D为Pb2O34.004g CaCO3沉淀的物质的量为4.004/100.1 二 0.04000(mo1)那么H2C2O4的物质的量为0.02000mol由反响式可知PbO2的物质的量为0.02000molPb02 质量为 (207.2+32) E2000: 4.784g 化合物 A中PbO的质量为13.712 4.784 : 8.928gPbO 的物质的量为8.

16、928/223.2: 0.04000mol所以 n (PbO) / n (PbO2)= 2即化合物 A为 2PbO'Pb02或Pb304 2-3 1 分Pb3O4由PbO和PbO2组成，可以写成 2PbO PbO2,在硫酸介质中与草酸反 应的离子方程式为PbO + H2C2O4 *6H+ +3 SOF = 3 PbSO4 + 2 CO： + 4 H20 或 PbOi + H2C;O4 + 2H* + SOj = PbSO4 + 2CO： + 2H：02-4 4 分1由图a可见，晶体中有两种不同配位数的金属原子：六配位和三配位;2由图c可见，六配位和三配位的金属个数比为1 : 2;3由图

17、b可见，每个氧原子被三个金属原子共用：4因此有：花咲汇列厂九兀汁心-洽口:或者：Pb呈现+4和+2两种氧化态，八面体的Pb为+4,三角锥体的 Pb为+2，根据电中性原理，PbO'ZPb1因此为P场0化第3题10分3- 1 ( 3 分N2(g) + 3H： (g) = 2 NHj (g)r -(叮血小丄一卞_,丿zC_N2H23 一 (0J1 mol*L_1 )(034mobL-1)3 一 * (m°)参加4.0 mol Ni后，体积变化到原休积的5卫倍N：(g)+ 3 H2 (g)=2 NHs (g)rt/mol4.110440.75c4noldm_J4 J1/50.14/5

18、0.75/50.8220.0280.15=1246.9 ( mobf1 )2(OJjmobL"1)2(0J22mob LXOSmobf1)3Qc<Kc反响右移3- 2 ( 7 分)2# 2, b b 1加X卩的N后体积参加N?的物质的K+xFxV=2 NH (g)n (Nj)齐Ni(g) +3 H: (g)=浓度/molc(N：)c(HQc(NH3)物质的 g/inol-L1Fc(N3)jtF呦2)MNH3)参加N?后的浓度Xo冷比)VxVVxVVxV约掉卩卜0c(H3)1 + x1 + x1 + x他)+肓祖比川1+ AC (1 + X)5Ic(nhjF1iFye(HJ)fx

19、c(NJ) + 泌nhF(“x)2何 Hjqc(M)|l +歳(1 + JC)1>1X , F1(Hx)2>1 + c(N3)r0"'A莎而 第4题13分x>7-2平髭左移平衡右移平徒态4- 1 ( 4 分)(e) (4. 6. 10)(6 10)(f) (4. 6. 12)(g) (4.6. 8)(4.乱 12)Ch) (4.5. 8)(4.5 12)(5< 12)(5. 8. 12)4- 2 ( 6 分)(c) 456(d) 4<44.64Ce) 512.62(f) 46n(g) 4fi.62.66fiJ'JM514 分5- 1 2

20、分丙酮的分解反响实际上是包含两个平行反响的分解方式：每个配平的方程式1 分方式CH3COCH3 CH4 + CH1CO方式二：2 CH3COCH3 郸哼T C2H5COCH3 + CH4 斗 CO彳5*2 8 分利用稳态近锁：dHCH?=门十尸2 _ %+ "一冯=。1分dz迹吓0)dt1分迴匹边円 Cl分 dr1分以上三式联立* 可得 M3CH31-iMCH3-kli4 = 0所以他土卜螢【叫片一缶厂亠假设忽略指前因子影响，根据阿仑尼乌兹公式可得： 卑魁 exp££4£1M * 4312 pi 勾為 LRT 因此，上式可以近似得叫葆伞將滾宓2分以丙酮的

21、消耗来表示总反响速率，得 尸=-d吃鱼9。9切=尸厂巾二島CHjCOCH* bEHjCOCH? CHy因为 £*(1)» £i(3)» 所以島? k3l r=feCH3COCHj CH3*J(1 分)丨爲居呛那么 r=t3ICH3COCH3 fCH3=厂CH5COCH3=MCH3COCHJ (1 分) 可见丙團热分解反响为一级反响j5- 3 1分根据阿仑尼乌斯公式可得;£.= 4耳+ 5G)+心】I、?= + (351 kJbmor'+ 63 kJmo'+ 200 kJol"1- 21 kJ*mo)=297 kJ-mo

22、r15-4 (3 分)=-110,5 kJmor1 (-74.4 kJ mo】")(-241.8 kJ*mol_l)= 205.7 kJ-mof1(65 分)心=(197.7+3x130.7-1863-188.8)K_1=214.7 rmof11(0.5 分)ArG：=釧盅 一 =205.7 kJmof-298 Kx214,710-3 kJ*morL K_1=141.7 kJ-mof1(0.5 分)右皿=-町也广141.7kJ mol= 1.450x10*-moFK_lx298K(0*5 分)将随温度的上升而培犬(1分第6题(8分)6- 1( 2 分)由酸碱滴定求两种酸总物质的拿n

23、*=w(HC OOH) + n(HAc)=c(NaOH)XPaOH)=0.1000 mol-L'1 X 25.00X 10_1 L=2.500X1 O'3 mol6- 2 ( 2 分)5 Fe2+ MnOf + 8= 5 fe3+ Mn24 + 4 HzO6-3 ( 4分)在强碱条件下反响为C勢粛隔，佥63 iHCOO* + 2 MnOf + 3OIT CO产 + 2 MnO?' + 2 HjO 酸化后反响为3MnO? + 4IT= 2MnO4 +MdOj+2H3O3mol HCOOH 与 6mo) MnOf 作用生成 6 mol MnO/-, 6mol MnO?-酸化后歧化 为4mol Mud和2mol MnO2此时与3mol HCOOH作用而消耗的Mn(V应 为2moL即从第一个反响的反响物MnO/扣除掉第二个反响的歧化产物 MnO/ *3 mol HCOOH2 molMnO/ re(HCOOH)=3Z2 n(MnOD用Fea+回滴剩余的MnO