中国化学会第20届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题

中国化学会第20届全国高中学生化学竞赛（省级赛区）试题 1.008He4.003ONeBCNFLiBe6.9419.01210.8112.0114.0116.0019.0020.18ArAlSiPSClNaMg26.9828.0930.9732.0735.4539.9522.9924.31KrGeAsKCaScTiVFeCoNiCuZnGaSeCrMnBr39.1040.0844.9647.8850.9452.0054.9455.8558.9358.6963.5565.3969.7272.6174.9278.9679.9083.80HAgCdInSn I XeSr RuRhPdSbTeRbYZr NbMo Tc85.4787.6288.9191.2292.9195.9498.91101.1102.9106.4107.9112.4114.8118.7121.8127.6126.9131.3RnPoAtHf TaW Re IrPt AuHgTl PbBiCsBaOs132.9137.3La-Lu178.5180.9183.9186.2190.2192.2195.1197.0200.6204.4207.2209.0[210][210][222]FrRa[223][226]Ac-LrRfDbSgBhHsMt相对原子质量

第1题（4分） 2006年3月有人预言，未知超重元素第126号元素有可能与氟形成稳

定的化合物。按元素周期系的已知规律，该元素应位于第 八 周期，它未填满电子的能级应是 5g ，在该能级上有 6 个电子，而这个能级总共可填充 18 个电子。（各1分） 第2题 （5分） 下列反应在100C时能顺利进行：

HHHDEtMe100oCo

HHMeDEtHHMeHHDHMe+HEtHMeMe

I

II

2-1 给出两种产物的系统命名。（4分）

2-2 这两种产物互为下列哪一种异构体？（1分）

A 旋光异构体 B 立体异构体 C 非对映异构体 D 几何异构体

2-1 若不把氘视为取代基，则

I：（7S，3Z，5Z)-3-甲基-7-氘代-3,5-辛二烯 II：（7R，3E，5Z)-3-甲基-7-氘代-3,5-辛二烯

或 若把氘视为取代基，则

（2分）

（2分）

2-2 B（立体异构体） （1分）

第3题 （8分） 下面四张图是用计算机制作的在密闭容器里，在不同条件下进行的异构化反应 X?Y 的进程图解。图中的“◇”是X，“◆”是Y。

I：（2S，3Z，5Z)-2-氘代-6-甲基-3,5-辛二烯

II：（2R，3Z，5E)-2-氘代-6-甲基-3,5-辛二烯

A B

C D

3-1 图中的纵坐标表示 （填入物理量，下同）；横坐标表示 。

3-2 平衡常数K最小的图是 。 3-3 平衡常数K最大的图是 。 3-4 平衡常数K=1的图是 。

答案：3-1 X和Y的摩尔百分数（或答：物质的量的分数或物质的量的百分数）；

时间，分（或答：以分为单位的反应进程） (2分)

3-2 A (2分)

3-3 (2分)

3-4 (2分)

B

C

第4题 （7分） 已探明我国锰矿储量占世界第三位，但富矿仅占6.4%，每年尚需进口大量锰矿石。有人设计了把我国的菱锰矿（贫矿）转化为高品位“菱锰矿砂”的绿色工艺。该工艺首先将矿砂与硫酸铵一起焙烧，较佳条件是：投料比m[(NH4)2SO4]/m[MnCO3]＝1.5；焙烧温度450oC；焙烧时间1.5 小时。 4-1 写出焙烧反应方程式：

(NH4)2SO4

＋

MnCO3

＝

MnSO4

＋

2NH3↑

＋

CO2↑

＋

H2O↑

（１分）

4-2 其次，将焙烧产物转化为高品位的“菱锰矿砂”，写出反应方程式：

MnSO4

＋

2NH3

＋

CO2

＋

H2O

＝

(NH4)2SO4

＋

（2分）

4-3 若焙烧温度过高或时间过长，将导致什么结果？

MnSO4，MnCO3分解生成高价锰的氧化物而导致锰浸出率下降。 （2分）

MnCO3↓

4-4 从物料平衡角度看，生产过程中是否需要添加(NH4)2SO4？说明理由。

不需加。开始投料时(NH4)2SO4（132g﹒mol）过量（MnCO3,115 g﹒mol）,反应生成

的

NH3、CO

2

-1

-1

以及(NH

4)2

SO

4

可循环

利用

。 （2分）

第5题 （6分）配制KI(0.100mol·L-1)–I2的水溶液，用0.100mol·L-1 Na2S2O3标准溶液测得c(I2)＝4.85×10-3 mol·L-1。量取50.0mL KI-I2溶液和50.0mL CCl4置于分液漏斗中振荡达平衡，分液后测知CCl4相中c(I2)＝2.60×10-3 mol·L-1。已知实验温度下CCl4从水溶液中萃取I2的分配比为85 : 1。求水溶液中I2＋Iˉ＝Iˉ3的平衡常数。

设萃取平衡时，水溶液中c(I2)为x c(I2,CCl4)／c(I2,H2O)＝2.60x10-3 mol·L-1／x＝85 x(2分)

水溶液中 I2 ＋Iˉ ＝ I3ˉ 平衡浓度（mol·L）:

I2：3.06×10-5 ； Iˉ : 0.100－2.22×10-3＝0.098 (1分) （1分）

-1

＝

2.60x10-3 mol·L-1

／85＝3.06×

10-5 mol·L-1

I3: (1分)

ˉ

(4.85－2.60)×10

-3

－3.06×10

-5

＝2.22×10

-3

K＝2.22×10-3 mol·L-1／(0.098 mol·L-1×3.06×10-5 mol·L-1)＝7.4×102 L·mol-1（不写单位不扣分）(1分)

第 6 题（9分） 潜在储氢材料——化合物 A 是第二周期两种氢化物形成的路易斯酸碱对，是乙烷的等电子体，相对分子质量30.87，常温下为白色晶体，稳定而无毒。刚刚融化的 A 缓慢释放氢气，转变为化合物B（乙烯的等电子体）。B 不稳定，易聚合成聚合物 C（聚乙烯的等电子体）。C 在155oC释放氢气转变为聚乙炔的等电子体，其中聚合度为3的化合物 D 是苯的等电子体。高于500C时 D 释放氢气，转变为化合物 E，E 有多种晶型。

o

6-1 写出 A、B、C、D、E 的化学式。

A H3B:NH3（或 BNH6） B H2B=NH2（或 BNH4） C —H2B-NH2—n D B3N3H6 E BN （5分）

6-2 化合物 A 转变为 E 各步释放的氢所占的质量分数以及总共释放的氢气所占的质量分数多大？

A→B 2.016/30.87 = 6.531 %（或0.06531) B→D 2.016/28.85 = 6.988 % (或0.06988） D→E 6.048/26.84 = 22.5 %（或0.225） A→E 6.048/30.87 = 19.59 % (或0.1959) （2分）

6-3 为使 A 再生，有人设计了化合物 D 在水蒸气存在下与甲烷反应，写出化学方程式。 3 （2分）

CH4

+

2(HBNH)3

+

6

H2O

=

3

CO2

+

6

H3BNH3

第7题 （11分） 化合物A是近十年开始采用的锅炉水添加剂。A的相对分子质量90.10，可形成无色晶体，能除去锅炉水中溶解氧，并可使锅炉壁钝化。

7-1 A是用碳酸二甲酯和一水合肼在70oC下合成的，收率80%。画出A的结构式。

OH2NNCNNH2HH

分）

注：C-N-N角必须不是直线。 （2

7-2 写出合成A的反应方程式。

O=C(OCH3)2 + 2H2NNH2·H2O = O=C(NHNH2)2 + 2CH3OH + 2H2O （1分)

7-3 低于135oC时，A直接与溶解氧反应，生成三种产物。写出化学方程式。

(N2H3)2CO + 2O2 = 2N2 + CO2 +3H2O (1

分）

7-4 高于135oC时，A先发生水解，水解产物再与氧反应。写出化学方程式。

(N2H3)2CO + H2O = 2N2H4 + CO2 N2H4 + O2 = N2 + 2H2O （1分）

7-5 化合物A能使锅炉壁钝化是基于它能将氧化铁转化为致密的四氧化三铁。写出化学方

程式。 (N2H3)2CO + 12Fe2O3 = 8Fe3O4 + 2N2 + CO2 + 3H2O （2分）

7-6 化合物A 与许多金属离子形成八面体配合物，例如 [Mn(A)3]。结构分析证实该配合

物中的A和游离态的A相比，分子中原本等长的两个键不再等长。画出这种配合物的结构简图（氢原子不需画出），讨论异构现象。

NNNNCOMnNOCNNNNNONCN2+

（2分）

有一对经式、面式异构体（几何异构体）(1分）它们分别有一对对映异构体（手性异构体）（1分）

（画不画异构体的结构不影响得分。） 第 8 题 （9分） 超硬材料氮化铂是近年来的一个研究热点。它是在高温、超高压条件下合成的（50GPa、2000K）。由于相对于铂，氮原子的电子太少，衍射强度太弱，单靠X-射线衍射实验难以确定氮化铂晶体中氮原子数和原子坐标，2004年以来，先后提出过氮化铂的晶体结构有闪锌矿型、岩盐型（NaCl）和萤石型，2006年4月11日又有人认为氮化铂的晶胞如下图所示（图中的白球表示氮原子，为便于观察，该图省略了一些氮原子）。结构分析证实，氮是四配位的，而铂是六配位的；Pt—N键长均为209.6pm，N—N键长均为142.0 pm（对比：N2分子的键长为110.0pm）。

备用图

8-1 氮化铂的上述四种立方晶体在结构上有什么共同点？

铂原子面心立方最密堆积。 （2分） 8-2 分别给出上述四种氮化铂结构的化学式。

依次为PtN、PtN、PtN2、PtN2 （2分）

8-3 试在图上挑选一个氮原子，不添加原子，用粗线画出所选氮原子的配位多面体。

（3分）

8-4请在本题的附图上添加六个氮原子（添加的氮请尽可能靠前）。

（2分）

第9题（10分） 环磷酰胺是目前临床上常用的抗肿瘤药物，国内学者近年打破常规，合成了类似化合物，其毒性比环磷酰胺小，若形成新药，可改善病人的生活质量，其中有一个化合物的合成路线如下，请完成反应，写出试剂或中间体的结构。

CH3Ac2OANBSH2OCH2O中和Oh?B2NNH2CaCO3HClDEOHNNCH3HCl2CH2Cl 2FGOPN CH2NHNO

注：NBS 即N-溴代丁二酰亚胺

答案：

A B C

C16H25N5O4P （

CH3O2NNHAcO2NCH2BrNHAcO2NCH2OHNHAc（1分） （1分）

（1分）

D E

CH2OHOClPN CH2CH2Cl 2ClO2NNH2 （1分） (二氯改为二溴也可）（2分） F G

OO2NPNONHF·HCl

+NCl-（1分）

NCH3

（3分）

第10题 （10分） 以氯苯为起始原料，用最佳方法合成1-溴-3-氯苯(限用具有高产率的各反应，标明合成的各个步骤)。

ClHNO3/H2SO4ClFe + HClClAc2OClClBr2/FeBr3NO2-NH2ClNHAc浓HClOHNaNO2/HClBrNHAcClH3PO2BrClNH2< 5oCBrN2 Cl-Br

6个中间物每个1分，共6分；每步的试剂0.5分，共4分（用C2H5OH代替H3PO2得分相

同）

第11题（11分） 磷化硼是一种受到高度关注的耐磨涂料，它可用作金属的表面保护层。磷化硼可由三溴化硼和三溴化磷在氢气中高温反应合成。 11-1.写出合成磷化硼的化学反应方程式。

BBr3＋PBr3＋3H2＝BP＋6HBr （1分） 11-2.分别画出三溴化硼分子和三溴化磷分子的结构。

BrP

BrBBr

BrBrBr (画不画磷上的孤对电

子不影响得分）

平面三角形 三角锥 （2分）

11-3 磷化硼晶体中磷原子作立方最密堆积，硼原子填入四面体空隙中。画出磷化硼的正当晶胞示意图。

( 注：填入另外四个四面体空隙也可，但不能一层空一层填）（2分） 11-4 已知磷化硼的晶胞参数a = 478 pm，计算晶体中硼原子和磷原子的核间距（dB-P）。

dB-P＝

143a?143?478pm?207pm

或 dB-P＝

( 2分)

11-5 画出磷化硼正当晶胞沿着体对角线方向的投影（用实线圆圈表示P原子的投影，用虚线圆圈表示B原子的投影）。

( 4分)

第12题（10分) 有人设计了如下甲醇(methanol) 合成工艺：

o3-1

其中，①为甲烷气源，压强250.0kPa，温度25C，流速55.0 m﹒s。②为水蒸气源，压强

o3-1o

200.0kPa,温度150C，流速150.0 m﹒s。合成气和剩余反应物的混合物经管路③进入25C的冷凝器(condenser)，冷凝物由管路⑤流出。在B中合成的甲醇和剩余反应物的混合物经⑥进入25C的冷凝器，甲醇冷凝后经管路⑦流出，其密度为0.791g﹒mL。 12-1. 分别写出在步骤A和步骤B中所发生的化学反应的方程式。

CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g) (1分)

CO(g)＋2H2(g)＝CH3OH(g) (1分)

12-2. 假定：所有气体皆为理想气体，在步骤A和B中完全转化，气液在冷凝器中完全分离，计算经步骤A和步骤B后，在一秒钟内剩余物的量。

n(CH4)＝(250.0×10×55.0)／(8.314×298) ＝5.55×10(mol) n [H2O(g)]＝(200.0×103×150.0)／(8.314×423) ＝8.53×103(mol) 经步骤A后在③中过量的H2O(g)＝(8.53×103－5.55×103) mol ＝2.98×103 mol (1 分)

在步骤A中生成的CO和H2的摩尔比为1:3，而在步骤B中消耗的CO和H2的摩尔比为1:2，故

经

步

骤

B

后

剩

余

的

H2

为

5.55×10mol

3

3

3

o

-1

(1 分)

12-3. 实际上，在步骤B中CO的转化率只有三分之二。计算在管路⑥中CO、H2和CH3OH的分压（总压强为10.0 MPa）。

nT ＝ n(CO)＋n(H2)＋n(CH3OH)

＝｛5.55×103×1/3＋(16.65×103－5.55×103×2/3×2) ＋5.55×103×2/3｝mol ＝

14.8

×

(1 分)

p(i)＝ pT×ni／nT

3

3

103mol

p(CO) ＝10.0 MPa×(5.55×10×1/3／(14.8×10)) ＝ 1.25 MPa

(1分)

p(H2)

( 1分)

p(CH3OH) ＝10.0 MPa×(5.55×103×2/3／(14.8×103)) ＝ 2.50 MPa

( 1分)

＝10.0

MPa×(9.25×103／(14.8×103))

＝6.25 MPa

12-4. 当甲醇反应器足够大，反应达到平衡，管路⑥中的各气体的分压服从方程

K??p?CH3ΟΗ??p0p?CO??p22

?H2?

式中p0=0.100 MPa, 计算平衡常数Kp。

Kp＝2.50×(0.100)2／(1.25×6.252)

＝

5.12×10-4

( 2分)

中国化学会第22届全国高中学生化学竞赛（省级赛区） 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。

?OOCCH2NCH2HCH2H2CHH2CNCOO?COO??OOCH2C (2分)

H答(OOCCH2)2NCH2CH2N(CH2COO-)2或CH2NH(CH2COO-)2得2分，质子

2 H-必须在氮原子上。

（2） Ca(EDTA)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）。 Pb + Ca(EDTA) = Ca + Pb (EDTA)

2?

（3）能否用EDTA二钠盐溶液代替Ca(EDTA)溶液排铅？为什么？

2+

2+

2?

2+

2??

2?

(1分)

2+

不能。若直接用EDTA二钠盐溶液，EDTA阴离子不仅和Pb反应, 也和体内的Ca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。

HHNSOHOO (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)]+S= [Fe(CN)5(NOS)] 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)、HClO4 ( 1 mol L)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

?1

?1

2?

2??

4?

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