山东化学化工学会2021年高中学生化学竞赛夏令营试题及答案 (2).pdf
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1、1山东化学化工学会 2021 年高中学生化学竞赛夏令营试题(2021 年年 7 月)月)题号题号12345678910总分总分满分满分1212812101177138100得分得分第第 1 题题 (12 分分) 作为一门极其重要的基础学科,化学与人类的衣食住行以及能源、信息、材料、国防、环境、医药等方面都有密切联系,在社会与经济发展以及人类生活质量的不断改善和提高中,都起着不可或缺的重要作用。实际上,我们的日常生活也与化学密切相关。1-1. 焖米饭时,温度太高米饭中的部分单键转化成黑色石墨中的键,并放出许多 H2O 分子。请根据公式STHG 来解释:焖米饭时,火太大,饭会烧焦的原因;答案:饭烧
2、焦是一个0 H的熵增过程,温度低时:0 STHG,该过程不能自发进行;火大时,温度很高,使0 STHG,该过程能自发进行,从而把饭烧焦。(每个要点 1 分,共 2 分,说法不一定完全相同,但意思符合就得分)1-2. 焖米饭的锅会在表面粘上许多饭粒,请选择这些饭粒与锅表面的作用力为 C (填 A,B,C,D 之一):化学键 范德华力 氢键 疏水亲脂相互作用 势阱力A B C D (1 分)1-3. 焖米饭粘在锅表面上的饭粒,用水泡一会就很容易清洗,请说明原因。答案:饭粒与锅表面有范德华力和氢键作用,因此粘得比较牢固;用水浸泡后,饭粒(其中的碳水化合物等)就与水形成了更强的氢键,从而使饭粒与锅表面
3、作用力减弱,变得容易清洗。(每个要点 1 分,共 2 分,说法不一定完全相同,但意思符合就得分)1-4. 新陈代谢不仅需要酶,而且需要能量。碳水化合物是细胞主要能源物质之一,脂肪是生物体内储存能量的主要物质。ATP 是新陈代谢所需能量的直接来源,在有关酶的作用下,ATP 水解转化成 ADP 和磷酸盐:ATP + H2O = ADP + 磷酸盐2已知 298.2 K 上述反应的,molkJ 10.20,molkJ 58.30-1,-1, lmrlmrHG下面计算中忽略温度对焓变和熵变的影响。在碳水化合物中,1mol 的葡萄糖完全降解,消耗 2mol ATP,又将 38mol 的 ADP转化成 A
4、TP,计算在标准状况下,310.2 K(人体温度)时,1mol 的葡萄糖在人体内完全降解过程中细胞内的储能Gr ;若 1mol 葡萄糖在空气中完全燃烧,放出能量Gr 为 2936.80 kJ,计算细胞呼吸的能量效率。答案:根据数据得到反应“ATP + H2O = ADP + 磷酸盐”的熵变为: 14.352 .298)30580(20100 TGHS (J mol-1 K-1) (2 分)310.2 K(人体温度)时,反应“ATP + H2O = ADP + 磷酸盐”的 lmrG,为:00.311000/14.352 .31010.20, lmrG(kJ mol-1) 因此反应“ADP + 磷
5、酸盐= ATP + H2O”的的 lmrG,为:31.00 kJ mol-1。(1 分)1mol 的葡萄糖在人体内完全降解过程中细胞内的储能Gr 为:00.111600.31)238( Gr(kJ mol-1) (1 分)细胞呼吸的能量效率=%00.3880.293600.1116 。 (1 分)(共 5 分,每步数值正确就得分,不分步计算,最后结果正确得全部分。)1-5. 地球生物圈的新陈代谢速度很快。自 7 亿年前后有确凿化石记录以来,宏观生物累计总质量约为 71024吨,是地球质量的 1000 倍。可见,地球上有生命以来地球表面物质已经通过生物体无数次了。我们知道原子是化学变化的最小微粒
6、,因此有人说:“任何一个原子在通过生物体的过程中一直保存下来,不会变成其他的原子”。你认为这种说法是否正确,请给出理由。答案:不正确; (1 分)某些放射性原子,如14C,会发生衰变,衰变后变成其他原子,因此上述说法不正确。 (1 分)(每个要点 1 分,共 2 分,说法不一定完全相同,但意思符合就得分)第第 2 题题 (12 分分) 含磷洗涤剂中的磷元素会引起水体的富营养化,使得水中的藻类大量繁殖,整个水体生态系统被破坏。因此无磷洗涤剂的推广使用成为必然。含磷洗涤剂是指含有洗涤助剂三聚磷酸钠 Na5P3O10的洗涤剂,无磷洗涤剂一般用4A 沸石、柠檬酸钠、硅酸钠等代替三聚磷酸钠。在洗涤剂中,
7、三聚磷酸钠的作用是:作为螯合剂软化硬水,抑制钙、镁离子对表面活性剂洗涤作用的不良影响,又可以使污垢易于解离、分散而被去除。32-1. 画出三聚磷酸钠中阴离子结构示意图;答案:(共 2 分,没画出 P 的四面体结构扣 1 分,不标电荷扣 1 分。)2-2. 三聚磷酸钠可以由磷酸一氢钠 Na2HPO4和磷酸二氢钠 NaH2PO4一起加热制得。请写出制备三聚磷酸钠的化学反应方程式;答案:2Na2HPO4 + NaH2PO4 = Na5P3O10 + 2H2O(共 1 分,方程式不配平不得分。)2-3. 如图所示是 4A 沸石中硅(铝)氧四面体连接形成的晶体结构图(可近似看成一个晶胞,下面称为结构单元
8、)。每个顶点代表一个硅氧四面体或一个铝氧四面体,每个四面体的结构如下面的球棍模型图,其中的小球为硅或铝原子,大球是氧原子。每个 4A 沸石的上述结构单元中结合 27 个水分子,硅和铝原子之比为 1:1,所带的负电荷全部由 Na+中和。请写出 4A 沸石的化学式。答案:每个结构单元中共有 24 个顶点,共含 Si 和 Al 原子 24 个,因此 Si原子 12 个,Al 原子 12 个。 (1 分)每个四面体分摊 O 原子 2 个,共有 48 个 O 原子。 (1 分) 4A 沸石的化学式为:Na12Al12Si12O4827H2O (1 分) (共 3 分,直接写出分子式结果正确的也得 3 分
9、。化学式写成最简式:Na4Al4Si4O169H2O 同样得分) 2-4. 5A 沸石的化学式除部分 Na+被 Ca2+取代外,其他与 4A 沸石的化学式完全相同。为了测定 5A 沸石中 Na+和 Ca2+含量,称取试样 0.3851g,首先使其中的Na 和 Ca 全部定量转化为 NaCl 和 CaCl2,然后溶解于水,再用 AgNO3处理,使Cl-完全沉淀得到 AgCl 沉淀 0.3063g,根据计算写出该 5A 沸石的化学式。答案:设 5A 沸石的化学式为:Na12-2xCaxAl12Si12O4827H2O,则其相对OPOOOPOOOPOOO5-4分子质量为:)212(99.2208.4
10、027.1915xx (1分) 设 0.3851g 试样含 5A 沸石 y mol,则得到方程: 3851. 0)212(99.2208.4027.1915 yxx (1 分)3063. 035.143)212(2 yxx (1 分) 解得:410781. 1 y (mol) (1 分) 895. 4 x (1 分)5A 沸石的化学式为:Na2.210Ca4.895Al12Si12O4827H2O (1 分)(共 6 分,每步数值正确就得分,不分步计算,最后结果正确得全部分。但没有计算过程,直接写出 5A 沸石的化学式不得分!)第第 3 题题 (8 分分) 化合物 X 用于制备一种无机导电聚合
11、物,它的制备过程为:先将NH3气通入 S2Cl2的 CCl4或苯的热溶液,在生成 Y 的同时,生成单质硫和氨盐。将 Y 的热蒸气在 520570 K,1102 Pa 压力下通过 Ag 催化剂即分解成 X。Y 和X 中氮的含量都是 30.40%,相对分子质量 Y 是 X 的 2 倍。X 是平面环状结构,分子中有一个64 大 键,对称性与乙烯一样。3-1. 写出制备 Y 的化学方程式;答案: 6S2Cl2 + 16NH3 = S4N4 + 8S + 12NH4Cl 或6S2Cl2 + 16NH3 = S4N4 + S8 + 12NH4Cl (2 分)(共 2 分,方程式不配平不得分!,若再进一步写
12、:5S8 + 40NH3=4N4S4 + 24NH4HS 不扣分)3-2. 画出 X 的结构;答案: (1 分,不画虚线不扣分,但严重偏离平行四边形或 NN,SS 在同一边不得分!)3-3. 在室温下,X 晶体能慢慢地自发聚合成长链聚合物,画出该聚合物的结构;答案: (2 分,不画虚线不扣分,但写下标 n 扣 1 分,若 NN,SS 直接相连不得分!)3-4. 上述长链聚合物依然以晶体形式存在,这种晶体属于哪种类型的晶体?简述理由。SNSNNSN*S*n5答案:混合型晶体;链内是化学键作用,链间是分子间离,因此是混合(型)晶体。(每个要点 1 分,共 2 分,说法不一定完全相同,但意思符合就得
13、分)3-5. 上述长链聚合物能够导电,请说明它的导电性能比聚乙炔强还是弱。答案:强 (1 分)第第 4 题题 (12 分分) 化合物 A 只含金属 X 和氯元素,在水溶液中完全电离,生成氯离子和一种阳离子,个数比为 4:1。取 2.002g A 溶于水, 加入过量 AgNO3溶液, 生成 1.147g 白色沉淀。经测定,A 中的阳离子由 X 和 Cl 两种元素构成,与 SF6对称性一样。所有 X 原子都在 C4轴上,并且所有 X 原子的化学环境完全相同,但C4轴上没有 Cl 原子,任意两个相离最远的 Cl 原子的连线为此离子的 C3轴。4-1. 通过计算和推理确定 X 的元素符号;答案:由于与
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