第23屆全國(guó)高中學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽江蘇夏令營(yíng)選拔賽試題和答案-最新課件

1、江蘇化學(xué)網(wǎng) 第23屆全國(guó)高中學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽(江蘇賽區(qū))夏令營(yíng)暨選拔賽試題(2009年7月22日 8：3011：30 共計(jì)3小時(shí)) 競(jìng)賽時(shí)間3小時(shí)。遲到超過(guò)30分鐘者不能進(jìn)考場(chǎng)。開(kāi)始考試后1小時(shí)內(nèi)不得離場(chǎng)。時(shí)間到，把試卷(背面朝上)放在桌面上，立即起立撤離考場(chǎng)。 所有解答必須寫(xiě)在指定位置，不得用鉛筆填寫(xiě)。 姓名、準(zhǔn)考證號(hào)和所屬學(xué)校必須寫(xiě)在首頁(yè)左側(cè)指定位置，寫(xiě)在其他地方者按廢卷論。 允許使用非編程計(jì)算器以及直尺等文具。 第1題（6分） 1-1 在化工、冶金、電子、電鍍等生產(chǎn)部門排放廢水中，常常含有一些汞金屬元素，汞元素能在生物體內(nèi)積累，不易排出體外，具有很大的危害。處理含Hg2+廢水可加入Na2S或

2、通入H2S，使Hg2+形成HgS沉淀。但如果Na2S過(guò)量則達(dá)不到去除Hg2+的目的，為什么？ _。 解決這一問(wèn)題的方法是再向該廢水中加入FeSO4，可有效地使HgS沉降，為什么？_。 1-2 鉈屬于放射性的高危重金屬。鉈和鉈的氧化物都有毒，能使人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)、腸胃系統(tǒng)及腎臟等部位發(fā)生病變。人如果飲用了被鉈污染的水或吸入了含鉈化合物的粉塵，就會(huì)引起鉈中毒。常用普魯士藍(lán)作為解毒劑，治療量為每日250 mg/kg。請(qǐng)說(shuō)明用普魯士藍(lán)作為解毒劑的化學(xué)原理，并寫(xiě)出相應(yīng)的化學(xué)方程式。 _ _ _ 1-3 在研究酸雨造成的某地土壤的酸化問(wèn)題時(shí)，需pH = 10.00 的碳酸鹽緩沖溶液，在500ml 0.20

3、 mol/L 的NaHCO3溶液中需加入_g的碳酸鈉來(lái)配制1 L 的緩沖溶液。（已知H2CO3的pK2 = 10.25） 第2題（4分） 在探索生命奧秘的過(guò)程中，生物學(xué)家和化學(xué)家都做出了杰出的貢獻(xiàn)?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)人體細(xì)胞中的大量元素有C、H、O、N、P、S、Ca、K、Na、Cl、Mg等11種，它們?nèi)课挥谠刂芷诒碇星?0號(hào)元素之內(nèi)，其他多種微量元素如Fe、Zn、Cu、Mn、Mo、I、Se等也大多數(shù)位于第四周期。 2-1 在上述元素中，人體蛋白質(zhì)是由_等元素組成，核酸則是由_等元素組成。 2-2 科學(xué)家利用返回式航天器從某個(gè)小行星上收集回一些物質(zhì)樣本，經(jīng)過(guò)儀器分析，這些物質(zhì)中的主要元素組成及含量

4、如下： 元素 C H O N P S Fe Si Al 質(zhì)量% 0.01 0.3 0.9 0.11 0.03 0.6 95.1 1.5 0.5 請(qǐng)根據(jù)上面內(nèi)容判斷，該物質(zhì)是不是小行星上的生物體的組成物質(zhì)？請(qǐng)說(shuō)明理由。 _ _ 第3題（10分）硼砂是硼酸鹽類礦物中分布最廣的一種，為鹽湖的化學(xué)沉淀產(chǎn)物，多見(jiàn)于干涸的含硼鹽湖中，是提取硼和硼化合物的主要礦物原料。在冶金工業(yè)中，硼砂用于煅、焊接及金屬試驗(yàn)，又是良好的熔劑。此外，還廣泛用于玻璃、陶瓷、醫(yī)藥、肥料、紡織等工業(yè)。 3-1 請(qǐng)根據(jù)圖示硼砂的結(jié)構(gòu)式，在圖上標(biāo)出各硼原子的雜化類型。 3-2 硼砂水溶液具有緩沖作用，分析化學(xué)上常用來(lái)標(biāo)定酸的濃度。試用

5、硼砂濃度c和H3BO3的Ka來(lái)估算其水溶液的pH =_。 3-3 BF3的幾何構(gòu)型為_(kāi)；離域鍵為_(kāi)；它是Lewis酸還是Lewis堿_3-4 B3N3H6是苯的等電子體，俗稱“無(wú)機(jī)苯”。鋁與硼同族，也會(huì)形成類似的產(chǎn)物，用三甲基鋁Al(CH3)32和2,6-二甲基苯胺亦有可能合成類似的產(chǎn)物。試寫(xiě)出產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)式_。 反應(yīng)過(guò)程中只會(huì)釋放出一種小分子_。 第4題（10分）羥基亞乙基二磷酸（HEDPA，結(jié)構(gòu)式如右圖，可簡(jiǎn)寫(xiě)為H4L）可在較寬的pH范圍內(nèi)與金屬離子或原子形成穩(wěn)定的配合物，是一種常用的配體，主要用作工業(yè)循環(huán)冷卻水的緩蝕阻垢劑和無(wú)氰電鍍的絡(luò)合劑，與188Re所形成的188Re-HEDPA可用于

6、治療轉(zhuǎn)移性骨癌。HEDPA和Mn2+可在一定的pH值和Mn2+/HEDPA配比下形成配合物A，將該配合物加熱，在250以上樣品失重25.80%。脫水結(jié)束后對(duì)殘余物之進(jìn)行元素分析。配合物A的元素含量為：Mn（15.74%）；C（6.88%）；H（4.62%）；O（55.01%）；P（17.77%）。 問(wèn)： 4-1 根據(jù)元素分析數(shù)據(jù)，推證配合物A的分子式為_(kāi) 4-2 畫(huà)出該配合物的結(jié)構(gòu)示意圖，并在圖上注明HEDPA中哪些原子可為配位原子？（用*表示） 4-3 實(shí)驗(yàn)測(cè)得配合物A的磁矩為6.12 0，配合物未成對(duì)電子數(shù)為_(kāi)，中心原子的雜of rural drinking water sources,

7、protection of drinking water sources in rural areas by the end of the delimitation of the scope of protection, complete with warning signs, isolating network protection facilities化軌道類型是_ 4-4 如何將合成A的條件作修改，可得到多核配合物？并寫(xiě)出2種該多核配合物的分子式。 _ _ 4-5 已知配合物Mn(H2O)62+的d-d躍遷在400 nm -550 nm范圍內(nèi)有弱的吸收，配合物呈肉粉色；在水溶液中形成配合

8、物后，中心離子的晶體場(chǎng)分裂能將發(fā)生怎樣的變化？觀察配合物的顏色明顯加深，為什么？ _ _ 第5題（10分）隨著傳統(tǒng)化石燃料的日漸耗竭，新能源的開(kāi)發(fā)和利用正得到廣泛地重視。燃料電池作為一種轉(zhuǎn)化效率高、可靠性強(qiáng)、質(zhì)能比高、清潔的新型能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，由于能很好地解決資源的綜合利用和環(huán)境保護(hù)這兩個(gè)有關(guān)可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題，已成為當(dāng)今最熱門的研究課題之一。在眾多的燃料電池中，氫氧燃料電池是被研究得較早的一種燃料電池，它以氫氣和氧氣作為原料，電池反應(yīng)產(chǎn)物是水，因此原料易得，反應(yīng)產(chǎn)物沒(méi)有污染。 以Ni為電極，KOH水溶液為電解質(zhì)溶液的氫氧燃料電池，在298K、p下穩(wěn)定地連續(xù)工作，請(qǐng)回答下列問(wèn)題： 5-1 寫(xiě)出電池

9、的電極反應(yīng)和電池反應(yīng)：_ _ _ 5-2 計(jì)算一個(gè)100W（1W = 3.6 kJ/h）的氫氧燃料電池，在可逆情況下工作時(shí)，每分鐘需要供給298K、p的氫氣體積（以m3位體積單位，假設(shè)氫氣為理想氣體；p = 100 kPa）； 5-3 計(jì)算該電池的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)。 已知反應(yīng)：H2 (g) + 1/2 (O2) =H2O(l) 的rGm (298.2K) = -263 kJ/mol 第6題（8分）化學(xué)耗氧量（Chemical Oxygen Demand，簡(jiǎn)稱COD），是一個(gè)量度水體受污染程度的重要指標(biāo)。它是指一定體積的水體中能被強(qiáng)氧化劑氧化的還原性物質(zhì)的量，但表示為氧化這些還原性物質(zhì)所需消耗的O2的

10、量（以mg·L-1記）。由于廢水中的還原性物質(zhì)大部分是有機(jī)物，因此常將COD作為水質(zhì)是否受到有機(jī)物污染的依據(jù)。K2Cr2O7法適合于工業(yè)廢水COD的測(cè)定，KMnO4法適合于地表水、飲用水和生活污水等污染不十分嚴(yán)重的水體COD的測(cè)定。下面是用KMnO4法測(cè)定水樣中COD的實(shí)驗(yàn)： 6-1 KMnO4溶液的標(biāo)定：準(zhǔn)確稱取0.1340 g基準(zhǔn)物質(zhì)Na2C2O4置于250 mL錐形瓶中，加入40 mL水，10 mL 3 mol·L-1 H2SO4，加熱至7585，趁熱用KMnO4溶液進(jìn)行滴定，直至滴定的溶液呈微紅色為終點(diǎn)，消耗KmnO4溶液20.30 mL。寫(xiě)出標(biāo)定的反應(yīng)方程式，并計(jì)

11、算KMnO4溶液的準(zhǔn)確濃度。 6-2 水樣中COD的測(cè)定：移取100 mL 水樣于錐形瓶中，加5 mL 3 mol·L-1 H2SO4溶液，搖勻。加入10.00 mL KMnO4溶液（即V1），搖勻，立即放入沸水中加熱30 min。趁熱加入 10.00 mL Na2C2O4標(biāo)準(zhǔn)溶液（即V）搖勻，立即用KMnO4溶液滴定至溶液呈微紅色，記下KMnO4溶液的消耗體積（即V2）。列出計(jì)算COD（O2，mg·L-1）的計(jì)算式。 若Na2C2O4標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為0.02500 mol·L-1，返滴定過(guò)量Na2C2O4消耗 KMnO4溶液18.10 mL（即V2），計(jì)算出COD

12、值。 第7題（12分）2009年4月甲型H1N1流感在墨西哥爆發(fā)，現(xiàn)疫情已蔓延至全球各地。美國(guó)疾病控制中心發(fā)表申明，目前雖然沒(méi)有專門針對(duì)甲型H1N1流感病毒的特效藥，但是從臨床治療的效果來(lái)看，由羅氏公司研制開(kāi)發(fā)的神經(jīng)氨酸酶抑制劑達(dá)菲（oseltamivir）是目前公認(rèn)的甲型H1N1流感治療的最有效藥物之一，可以大大減少并發(fā)癥（主要是氣管與支氣管炎、肺炎、咽炎等）的發(fā)生和抗生素的使用。以下是達(dá)菲的部分合成路線。7-1 用系統(tǒng)命名法命名A（標(biāo)明R、S構(gòu)型）；_ 7-2 寫(xiě)出B、C、D、E的結(jié)構(gòu)式（注意立體構(gòu)型）； B：_C:_D：_E：_ 7-3 指出B到C的反應(yīng)類型；_ 7-4 寫(xiě)出E生成F時(shí)可

13、能的副產(chǎn)物（F的同分異構(gòu)體）結(jié)構(gòu)式。 _ 第8題（10分）近年來(lái)發(fā)光材料應(yīng)用廣泛，基于發(fā)光的有機(jī)金屬配合物的電致發(fā)光器件作為新一代顯示器和傳感器所具有的良好性能引起了人們極大的興趣。金屬配合物的性質(zhì)介于有機(jī)物和無(wú)機(jī)物之間，具有有機(jī)物的高熒光量子效率的優(yōu)點(diǎn)，其穩(wěn)定性又可與無(wú)機(jī)化合物相媲美，被認(rèn)為是最有前途的一類發(fā)光材料。下面是合成一種配體的路線，該產(chǎn)物與銅（）的配合物是一種可發(fā)藍(lán)光的發(fā)光材料，在電致發(fā)光器材方面有很好的應(yīng)用前景。 請(qǐng)寫(xiě)出（A）（D）各化合物的結(jié)構(gòu)式，如有立體結(jié)構(gòu)請(qǐng)用符號(hào)表明。 A：_ B：_ C：_ D：_ 第9題（8分）隨著生活節(jié)奏的加快，學(xué)習(xí)、工作的壓力的增大，焦慮癥已經(jīng)成為

14、了當(dāng)今社會(huì)危害人類身體健康的主要疾病。氟地西泮(Fludiazepam) 是一種常用的抗焦慮藥，其結(jié)構(gòu)式如下：它可由化合物A脫水而成，試以1，2，3為主要原料合成化合物A（要求寫(xiě)出每步反應(yīng)的必要條件和產(chǎn)物）。 第10題（12分）立方氮化硼（cBN）是一種自然界不存在的人工合成超硬材料，硬度僅次于金剛石，但耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性以及鋼材加工等方面表現(xiàn)出比金剛石更加優(yōu)異的性能，具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。由美國(guó)通用電氣公司溫托夫等人首次研制成功，隨后成為各國(guó)爭(zhēng)相研制的熱點(diǎn)，是超硬材料領(lǐng)域的最重要成就之一。 10-1 立方氮化硼由六方氮化硼（hBN）在高溫高壓下制備，六方氮化硼又稱“白石墨”，結(jié)構(gòu)和許多性質(zhì)與石

15、墨類似，柔軟光滑，由如圖1所示的B、N平面層堆疊形成，沿c軸方向相鄰兩層的B、N原子投影重合，試畫(huà)出hBN的一個(gè)晶胞透視圖。 10-2 立方氮化硼（cBN）的晶胞結(jié)構(gòu)如圖2所示，與金剛石的結(jié)構(gòu)相似，面心立方晶胞，晶胞參數(shù) = 361.5 pm。在cBN晶體中B原子的堆積方式為_(kāi)，B填充N的_空隙 10-3 寶石工匠琢磨鉆石時(shí)，有些晶面特別難拋光，試推測(cè)立方氮化硼的那些晶面難拋光？為什么？_ _ 10-4 以知金剛石的晶胞參數(shù) = 356.7 pm，通過(guò)計(jì)算說(shuō)明立方氮化硼的硬度略小于金剛石的原因。 計(jì)算過(guò)程：_ _ 解釋原因：_ _ 第11題 （10分） 生物相容性好、抗凝血性優(yōu)良的納米醫(yī)用材料

16、的分子設(shè)計(jì)、合成、表征及其在生物體內(nèi)構(gòu)效關(guān)系與機(jī)理研究，是當(dāng)今世界材料、生物、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)及其相關(guān)交叉學(xué)科研究領(lǐng)域的前沿。聚氨酯（Polyurethane，PU）指的是主鏈上含有氨基甲酸酯（-NHCOO-）特征基團(tuán)的一類高聚物，由多異氰酸酯與聚醚型或聚酯型多元醇反應(yīng)制得（-N=C=O + HO -NHCOO-）, 聚氨酯彈性體兼具良好的生物穩(wěn)定性和抗凝血性，大量的聚醚型聚氨酯被用作人工心臟瓣膜、人造血管等醫(yī)用材料。2004年日本化學(xué)家以4，4-二苯基甲烷二異氰酸酯（OCN-R-NCO，MDI）、聚四氫呋喃醚二醇（）、三乙基胺N(CH2CH3)3、二羥甲基丙酸HOCH2C（CH2OH）(CH3)C

17、O2H（以上原料的物質(zhì)的量比為4：2：1：1）為原料，經(jīng)兩步合成了一種帶正電的羧氨兩性離子修飾的PU納米（APU）微乳液（如圖1中示意圖所示）。中國(guó)科學(xué)工作者，在此基礎(chǔ)上得到了分布均勻的納米粉末及其固體核磁圖譜（見(jiàn)圖1所示）；證明了該納米表面的結(jié)構(gòu)；并進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行了磷酸化表面構(gòu)建（如圖2-3所示），得到帶負(fù)電的納米粒子（APU-PO43-）。該APU-PO43-納米粒子粉體，其粒徑分散窄，結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定，并具有良好的生物相容性和抗凝血性能。 醫(yī)學(xué)研究工作者對(duì)此生物相容性好的納米材料提出了希望：即在其內(nèi)包入生物學(xué)示蹤物Co，而使其能成為生物體內(nèi)醫(yī)用失蹤材料。古希臘人曾將Co緩慢溶解在HCl中，

18、利用其所得的化合物B制造有色玻璃；但在B溶液中NaOH，會(huì)先出現(xiàn)藍(lán)色沉淀C，后出現(xiàn)粉紅色沉淀D，最后慢慢轉(zhuǎn)化為棕褐色E；在B溶液中滴加同濃度的氨水，會(huì)先出現(xiàn)藍(lán)色沉淀C，后沉淀C溶解并最后慢慢轉(zhuǎn)化為橙黃色溶液F； Co的金屬有機(jī)化合物在有機(jī)合成和工業(yè)均相催化過(guò)程中有重要應(yīng)用價(jià)值。如苯乙炔Co配合物，Co2(PhC2Ph)(CO)6 。 問(wèn)題：根據(jù)上述條件11-1 請(qǐng)寫(xiě)出帶正電的APU 納米微乳液的合成反應(yīng)方程式；11-2 回答常溫條件下PO43-與APU納米微乳液有幾種可能結(jié)合方式，實(shí)驗(yàn)依據(jù)是什么？PO43-在APU納米微乳液中最靠近那個(gè)基團(tuán)（可以在圖1 中標(biāo)出）？11-3 請(qǐng)寫(xiě)出B-F 物質(zhì)的

19、分子式；B_；C_；D_；E_；F_；11-4 請(qǐng)畫(huà)出配合物Co2 (PhC2Ph)(CO)6結(jié)構(gòu)示意圖。2009年“揚(yáng)子石化”杯第23屆全國(guó)高中學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽(江蘇賽區(qū)) 夏令營(yíng)暨選拔賽試題參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 說(shuō)明：化學(xué)方程式反應(yīng)物或產(chǎn)物錯(cuò)不得分，配平錯(cuò)扣一半分。 第1題（6分） 1-1 如果Na2S過(guò)量，會(huì)生成HgS22-，而使HgS溶解，達(dá)不到去除Hg2+的目的（1分） 去除過(guò)量S2- （1分） 1-2 普魯士藍(lán)作為解毒劑是因?yàn)槠蒸斒克{(lán)具有離子交換劑的作用，鉈可置換普魯士藍(lán)上的鉀隨糞便排出 （1分） KfeFe(CN)6(s) + Tl+ = TlFeFe(CN)6(s) + K+ （1分

20、） 1-3 6.0 （2分） 第2題（6分） 2-1 C、H、O、N C、H、O、N、P （2分） 2-2 該物質(zhì)不是生物體的組成物質(zhì) （1分） 地球生物的原生質(zhì)所含元素占97%的是C、H、O、N、P 、S，而該物質(zhì)中主要元素的種類和含量與生物體的組成元素差異極大，不可能是生物體的組成物質(zhì) （1分） 第3題（10分） 3-1 在結(jié)構(gòu)式左右兩邊的2個(gè)B原子采用sp2雜化，且各自與3個(gè)O原子結(jié)合，形成兩個(gè)BO3三角形處在同一個(gè)平面上。在結(jié)構(gòu)式中間的上下兩個(gè)B原子采取sp3雜化，且各與4個(gè)O原子結(jié)合，形成兩個(gè)BO4四面體。這兩個(gè)B原子及其上下的3個(gè)O原子處在上述平面相垂直的平面上。 （2分） 3-2

21、 pKa （2分） 3-3 平面正三角形 鍵 Lewis鍵 （每空1分） 3-4 第4題（10分） 4-1 MnC2H6O7P2·5H2O （2分） 4-2 （結(jié)構(gòu)圖1分，兩個(gè)*各0.5分，共2分） 4-3 由 = n(n+2)1/20 = 6.12 0 得 = n(n+2)1/2 = 6.12， n2 +2n -37.45 = 0 (n-5.2) (n+7.2) = 0 n = 5.2 n5 4-4 當(dāng)Mn2+ H4L時(shí)，可形成多核配合物，如(H2O)5Mn H2L Mn(H2O)52+； (Mn·5H2O)4L4+等 （2分） 4-5 由于HEDPA中磷酸基上的氧比水分

22、子中的氧更易給出孤電子對(duì)，對(duì)中心離子d軌道的影響更大，因此形成配合物后，中心離子的晶體場(chǎng)分裂能將增加 （1分） 由于水合離子的摩爾吸收率一般都很低，因此水合配合物的顏色常常較淺。當(dāng)形成配合物后，d-d躍遷禁阻部分解除，摩爾吸收率增加，吸收顏色加深 （1分） 第5題 （10分） 5-1 電極反應(yīng)：正極，1/2O2 + H2O +2e- 2OH- 負(fù)極，H2 + 2OH- 2H2O +2e- （2分） 5-2 電池在可逆情況下工作時(shí)，fGm = -W最大 （2分） 100W = 100× 3.6 kJ/h =360 kJ/h = 6 kJ/min （2分） 5-3 由fGm = -zEF 得E = -fGm zF =1.22（V） （2分） 第6題（8分） 6-1 2MnO4- + 5C2O42- + 16H+ = 2Mn2+ + 10CO2 +8H2O （2分） （2分）6-2 第7題（12分） 7-1