中国化学会第23届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)模拟试题12.pdf

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1、冬令营模拟卷时间:4 小时第一题(第一题(14 分) :分) :Cr 是一种十分重要的元素,在工业上主要用于合金(如供铬钢用的铬铁合金或如镍铬电阻合金)、电镀(如汽车减震器和内部装璜以及切削工具)和制造特种钢。同时,Cr 又是第一过渡系元素中键型最为丰富的元素,除了一般的配位键外,在 Cr 的配合物中还可以找到多种金属金属键。1. 写出 Cr 的价电子构型;2. 在 Cr(CO)6中, Cr 与 CO 间的化学键有什么特征?在红外光谱中, 游离的 CO 与此处的 CO相比,吸收峰向长波还是短波移动?(提示:从能量上考虑,E=h)3. Cr2(Ac)4可以形成无限的一维链状结构,画出其结构示意图

2、并在其中标出此链的结构基元;4. 用 EAN 规则解释其成键,指出其中的金属金属键;5. 若以 z 轴为键轴, 那么上题中的金属金属键由哪几个轨道构成?分别是什么键 ( ) ?写出具体的成键情况;6. Cr 还可以与 2,6二(3,5二异丙基苯基)苯基形成 1:1 的化合物,画出该化合物并解释其成键情况。为何要选用此配体?7. 按此规律,若要继续研究此类 Cr 的化合物,那下一个化合物应该有什么特征和键型?需选用何种配体?第二题(第二题(10 分) :分) :已知以下几个等电子体的熔点:H3CCH3 181; H3CF 141; H3NBH3 104。1. 试解释 H3NBH3的异常熔点(提示

3、:考虑电负性) ;2. H3NBH3可以通过反应生成(BN)x ,写出(BN)x的等电子体;3. (BN)x有两种常见的晶体结构,画出其晶胞,并通过其晶体结构推测其性质和作用;4. Ir有一种配合物IrH4(PPh3)2, 这里Ir的化合价为多少?试画出其结构式 (Ir电负性为1.68) ; 5. 该配合物可以与 H2NNH2在晶体中形成无限的一维链状结构,其间通过类似 H3NBH3中的作用力相连接,画出其结构,写出其中的键型。第三题(第三题(13 分) :分) :由于西气东输项目的完工, 天然气的使用进入了千家万户。 现在有部分汽车使用天然气作为燃料,通过内燃机做功推动汽车运动。1. 若某天

4、然气内燃机的效率为 12%,那么燃烧 1kg 的天然气发热多少?能做多少有用功?浪费的功占总可用功的百分之几?为简化计算,设天然气中甲烷含量为 100%;2. 若将其通过燃料电池来释能,则可以大大提高能源的利用效率。写出电池的电极反应并计算电压(设电解液为碱性) 。改变 pH,电压会如何变化?这里的能量效率(可用功比发热量)为多少?3. 甲烷可以通过收集甲苯加氢的副产物获得,反应的方程式为:C6H5CH3(g)+H2(g)=CH4(g)+C6H6(g)1试计算如下两种情况甲苯的平衡转化率:(1) 在 500K 和 100kPa 条件下,甲苯和氢气的比例为 1:1;(2) 反应条件同上,但是生成

5、苯后立刻分离除去;(3) 反应条件同上,但是参与反应的甲苯以液态形式存在;(4) 解释你算的的结果,试说明该反应在高温下进行更好还是在低温下更好;此条件下:fGmO(CH4)=33.08kJ/mol; fGmO(C6H6)=162.0kJ/mol; fGmO(C6H5CH3)=172.4kJ/mol; fGmO(H2)=0;4. 汽油的主要成分是辛烷,如果同样的热机燃烧与 1kg 甲烷同体积的辛烷气体能产生多少有用功?能量效率为多少?5. 实际使用中,使用天然气作为燃料的汽车往往动力不足,使解释原因。标况下的热力学数据:CH4O2H2O(l)CO2C8H18(g)fHmOkJ/mol74.81

6、0285.830393.509208.45SmOJ/molK186.264205.13869.91213.74466.84第四题(第四题(10 分) :分) :Al2O3俗称刚玉,由于它有很高的硬度、很高的熔点、不挥发性、化学惰性及电绝缘性,使它成为重要的无机材料。结构决定性质,科学家很早就开始研究其晶体结构,希望发掘它如此性质的原因。研究发现,在 Al2O3的结构中,O 作六方密堆积,Al 有序的填充在八面体空隙中。在 O 的两个密置层间,Al 排列成由六元环组成的平面层,环中心为空缺位置,空缺位置在晶胞中有序地分布。每层 Al 排列均相同,只是空缺位置不同,Al 的 O 配位八面体共面连接

7、。1. 画出 O 的一层密堆积层(A 层) ,并在其上画第二层(B 层) (注:需标出每个 O 所属于的层) ;2. 在 A 层上画出一个平面晶胞,并对应画出此晶胞在 B 层的位置;3. 画出 Al 层的结构,画出 2 种以上位置不同的平面晶胞;4. 在 O 的密置层中的 Al 层有几种不同的位置?画出每种情况的投影图,并标出 A 层平面晶胞的位置;5. 画出垂直于 O 堆积层的投影图,标明 Al 的分布,同时标出共面的配位八面体。至少画出一个晶胞,为方便起见,O 层可简化为直线。第五题(第五题(10 分) :分) :我们日常煮鸡蛋都是通过热的作用使组成蛋白质的卵白朊变性, 有人对此过程的动力

8、学进行了研究(表格中的温度指煮蛋的水温) :鸡蛋重量/g温度/K煮熟时间/min503735.010037310.05036310.61. 该反应是几级反应?根据表格数据,求出活化能;2. 若在海拔 2213m 的高山顶上用沸水煮熟一个 100g 的鸡蛋需多长时间?设空气的组成为80%的氮气和 20%的氧气,气压分布服从 p=p0exp(Mgh/RT),气温处处为 293K,水的汽化热为 2.278kJ/g;23. 石油裂解中乙烷的热分解在高压下与煮鸡蛋的反应级数相同,有人认为该反应是按下列链反应机理进行的:(1) C2H62CH3 k1E1=351.5kJ/mol(2) CH3 +C2H6C

9、H4+C2H5 k2E2=33.5kJ/mol(3) C2H5 C2H4+Hk3E3=167kJ/mol(4) H +C2H6H2+C2H5 k4E4=29.3kJ/mol(5) H +C2H5 C2H6k5E5=0k 为基元反应的速率常数,E 为反应活化能。试由上述机理导出速率方程(提示:链引发的速率一般不是很大) ;4. 实验测得上述反应的活化能为 284.5 kJ/mol,根据阿仑尼乌斯公式,求通过上述机理进行反应的活化能。该机理合理吗?5. 经研究发现,在较低的压力和较高的温度时,实验测得的反应为 2/3 级,其原因可能是什么?第六题(第六题(12 分) :分) :蒙脱石是由颗粒极细的

10、含水铝硅酸盐构成的矿物,主要含铝、硅、钠、钾、钙、镁等元素。它可以用到化学反应中以产生吸附作用和净化作用。它还可以作为造纸、橡胶、化妆品的填充剂,石油脱色和石油裂化催化剂的原料等,还可作为地质钻探用泥浆,冶金用粘合剂及医药等等方面。 蒙脱石的分析方法与一般的硅酸盐类似, 均是在溶解后通过测定不同离子的浓度来判断其组成。1. 蒙脱石样品需用酸溶解后才能进行分析,应用什么酸溶解合适?2. 酸溶解后得到的滤渣 SiO2不能直接用于重量法分析的称量, 为什么?若想使用重量法分析其中的硅含量,那么需要经过怎样的处理?试给出一个合理的实验方案;3. 不同的蒙脱石中 Al 的含量差异很大, 某样品中 Al

11、含量较大且阳离子除了 Na+外其余均可忽略不计,于是某化学工作者决定使用容量分析来测定其中铝的含量。他先准确称取了0.3841g 干燥蒙脱石样品,用酸溶解后取滤液。在滤液中准确加入 30.00ml0.2056mol/L的 EDTA 溶液,加热煮沸。冷却后加入 2 滴二甲酚橙,用 0.1556 mol/L 的 Zn2+溶液滴定至终点,用去 22.26ml。(1) 为什么需要先加热煮沸?能否在煮沸前或者冷却前加入指示剂?为什么?(2) 简述终点颜色变化;(3) 计算该样品中 Al 的含量,推出此蒙脱石的组成;4. 另一种的蒙脱石样品中 Al 的含量很低,需要预先进行富集。现选用某有机溶剂 O 从其

12、水溶液中萃取 Al。为了试验萃取剂的效果,另一位化学工作者配制了 10.00 mlc(Al3+)=0.0005872mol/L 的溶液。现在可用的萃取剂只有 30ml,那么要如何萃取才可以使得此过程 Al 的回收率大于 99.5%?计算说明。已知萃取时分配比 D=5;5. 经过富集的 Al 可以通过分光光度法测定。Al 与铬天菁 S 和 CTMAB 可以形成三元蓝色络合物,在 610nm 处摩尔吸光系数为 9.12105L/molcm。取萃取后的溶液 1ml 用乙醇稀释至 250ml,在 1cm 比色池中测定,计算吸光度;6. 蒙脱石中的阳离子主要是 Na+,可以通过钠离子选择电极来测定其含量

13、。和 pH 计一样,钠离子选择电极必须先进行校准,校准的结果如下:c(Na+) mmol/L0.0100.101.010E mV592.1533.0473.9473.9用这支已经校准好的电极测量 100.0ml 蒙脱石样品溶液,读数为 521.2mV,计算其中钠3离子的浓度;为什么 10mmol/L 的电压和 1.0mmol/L 的电压相同?7. 该电极可以用于实时监控生物体体液中钠离子浓度,但是一旦钠离子的浓度超过10mmol/L,电极就极易失效。试从电极的结构上解释,为什么该电极只能用于稀浓度的Na+测定?第七题(第七题(15 分) :分) :化合物 I(C13H18O2)是植物光合作用形

14、成葡萄糖过程中的一个重要信号分子的前体。某有机合成小组经过努力合成了此化合物并研究了其性质。I 的合成过程比较复杂,需先合成其前体 G,具体步骤如下:TIPS 为保护基,不参与整个反应;Bn 为苄基1. 写出 AG 的结构式,注意立体化学;2. 命名两个反应物,保护基均看做 H,如果有构型异构则需画出不同的构型并在命名中体现;3. 化合物 G 经过去保护和端基氧化后成为 H(C15H24O5),H 有两种异构,其中 H1可以发生分子内的酯交换反应,H2不能。试画出 H2的构型,并解释为什么 H2不可以反应;4. H2经过氧化再还原后就可以进行酯交换反应,但是与 H1的反应产物构型不同。试写出反

15、应的过程并解释原因;5. 将酯交换反应的产物与 PhCOOH 反应然后再高温下脱羧得到最终的产物 I,写出 I;6. 作为信号分子,I 有很强的穿越细胞膜的能力并且可以在细胞外环境中保持稳定。联系细胞的组成,试从 I 的结构上解释它的特性。第八题(第八题(16 分) :分) :RNA 是任何细胞都必需的一类物质, 它的作用几乎渗透到了生命的每个环节。 RNA 的碱基一共有四种:腺嘌呤 A、鸟嘌呤 G、胞嘧啶 C、尿嘧啶 U。其中 A 与 U 配对,C 与 G 配对。很早就有人开始研究这几种碱基的合成与性质,其中尿嘧啶(C4H4N2O2)的结构较为简单,因此我们先从尿嘧啶的合成开始:苹果酸(HO

16、OCCH2CHOHCOOH)在浓硫酸的作用下失去两个小分子后得到一个 1, 3二羰基化合物,立即与尿素缩合即可得到尿嘧啶。1. 写出合成尿嘧啶的方程式。最后一步反应的类型是什么?2. 写出尿素的对称元素;腺嘌呤为尿嘧啶的配对碱基,它的合成较尿嘧啶复杂。从其分子式(C5H5N5)中看出,如果要使原子利用率达到 100%,我们可以选用 HCN 进行合成。现有一条仅使用 HCN 和为原料,NH3为催化剂的合成线路。3. HCN 首先进行聚合,写出双分子聚合产物 D 和三分子聚合产物 T;4. 上述反应的类型是什么?试解释反应的过程,可以结合反应的机理。说明 NH3的作用;5. 反应中的另一个中间体是

17、 HCN 与 NH3的加成产物 W,写出该产物结构式;BnCl,Et3NZn,C6H5CH3CrO3,py,H+A+BCDEFG46. W 可以与水反应,但在酸催化和碱催化条件下会生成不同的产物。写出两个条件下的反应方程式;7. 一分子 T 和两分子 W 可以反应生成我们需要的腺嘌呤,同时有一个主要副产物 V 产生。V 是由 HCN 的四聚产物和 W1:1 缩合形成的:写出生成腺嘌呤的方程式; 8. 生物体系中 A 与 U 的配对是通过氢键形成的,而且为了使得 RNA 稳定,它们之间的氢键不止 1 个。试画出 A 与 U 之间的氢键示意图;9. 胞嘧啶和鸟嘌呤的结构式如下所示:C 与 G 之间形成几对氢键?解释为何 A 只与 U 配对而 C 与 G 配对。W5

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