2005年南开大学全国化学竞赛试卷1

余敬忠教案集 化学竞赛培训 2005年4月27日星期三2005年南开大学化学竞赛初赛模拟试卷（1）第一题乙烯和N2O4气体混合后，光照，得到氮元素的质量分数为23.33%的化合物A。A结构对称，所有相同元素的原子化学环境相同。A在某浓度的硫酸溶液中回馏，可得到化合物B，同时得到对氢气相对密度为18的气体C。经分析，B为不含碳元素的硫酸盐，其硫和氧元素的质量分数分别为19.51%和58.54%。若将A换成CH3CH2NO2进行类似的反应，也能得到B，但没有气体放出。1试确定AC的结构简式，写出相关的化学反应方程式。2制备B的方法很多，比如：往NH4NO2溶液中通入SO2气体后再加入氨水，生成含B的三种硫酸盐；在Pt/C催化下，在硫酸溶液中进行NO的氢化（与H2）作用。试分别写出制取B的化学反应方程式。3用NaOBu处理B在丁醇中的悬浮体可制得含氧元素质量分数为48.48%的化合物D。试写出制取D的化学反应方程式。4如何从上述含D的混合体系中提纯D？请写出简明的步骤。5B在液氨中可直接得到易纯净的D。请写出简明步骤和相关反应方程式。第二题A是氮元素的质量分数为18.34%的酸性很强的有机物，其pKa=0.25。取4.58g A配成水溶液，恰好与0.1mol/L 200mL NaOH溶液完全反应，生成含氮元素质量分数为16.73%的钠盐B。B的阴离子中所有元素的原子均在同一平面上。A可由弱酸性的有机物C在某种条件下与D一步反应得到。往C溶液中滴加适量的FeCl3溶液，其溶液呈强酸性。1试通过计算确定AC的结构简式。写出相关的化学反应方程式。2A不稳定，若不小心就会发生猛烈爆炸。试写出A爆炸方程式。3解释A显强酸性的原因。4若往D中加入盐酸，其产物E是什么？D中各物质的作用是什么？5E极易水解，写出其水解反应方程式。第三题在较低温度下，某固体A和液体B均为氧化物，其氧元素的质量分数分别为74.07%和94.12%。将A和B以适量的比小心混合后再加入适量的水，可得到两种酸性和氧化性均很强的物质C和D。已知C和D中氧元素的质量分数分别为76.19%和81.01%。1试确定AD的结构简式，写出相关反应。2比较C和D氧化性强弱，简述原因，并给D命名。3D不稳定，易爆炸。试写出爆炸反应方程式。4若将F2缓缓通入C中，如何反应？写出该化学反应方程式。第四题在800C时，将MaCln+2以物质的量比1:1的比例溶解在液体A中，得到金属氯化物MaCln，继而将温度升高到1700C时，可析出16.92g唯一产物MaCln（无放射性，结构中没有MM键）。将MaCln溶解在水中，除产生H2，析出沉淀A和B的混合物外，还得到MaCln+2溶液。上述反应因温度和MaCln与水反应的量不同，其沉淀A和B的混合物的量也不同。已知B（反磁性物质，其元素质量分数为49.8%的M；25.3%的Cl；剩下为H和O）能与NaOH溶液反应，产生H2、二元化合物盐C和配合物D。1试确定金属M及其氯化物。写出制备MaCln化学反应方程式。已知n/a2。2确定B，写出B与NaOH溶液反应方程式。3解释MaCln与水反应生成A和B不同比值的原因，并用通式表示。4标明上述化合物中M的氧化态。5指出上述含M的化合物中M的价电子排布，并判断哪些是反磁性物质。第五题干燥的无水盐A是良好的还原剂（相对于最高价含氧酸而言，其E0=-0.39V），其钡、氧元素的质量分数分别为51.3%和24.0%。取0.496g白色固体B与足量的Ba(OH)2水溶液反应，可得到30mL 0.2mol/L的A溶液，同时放出气体C。往溶液中通入足量的CO2，除去过量的Ba(OH)2后过滤，滤液结晶析出1.570g A，析出效率98%。气体C极易在空气中自燃，将氧化的产物（有时会有少量红色薄膜产生）溶于水，能得到49.50mL 0.2mol/L的酸D（Ka1=7.610-3，Ka2=6.210-8，Ka3=4.210-13）。加热A，可得到水、C和盐E。E中钡元素质量分数为61.2%。E在醋酸中不溶解，但A和D反应可得到酸F（Ka=5.910-2）。1若制备A的反应中n(B)=n(C)，试写出上述相关化学反应方程式。2画出B、C、D、F和E阴离子的结构式。阐述D和F结构不同的原因。3标准状态下的酸溶液中，A能否将下列物质还原成成金属？为什么？NbO(SO4)2- E0=-0.63VNiSO4 E0=-0.23VWO42- E0=0.05V(NH4)2Fe(SO4)2 E0=-0.44VCr3+ E0=-0.74VBiO+ E0=0.32V4A能与CuSO4溶液反应，可生成G。已知G中铜元素的质量分数为98.46%。试确定G，写出其化学反应方程式。5导出A在D溶液中计算H+的表达式，并计算出该溶液的pH值。6解释C自燃时，其氧化产物中有少量薄膜的原因。第六题 用惰性电极电解NaNO2的液氨（作溶剂）溶液一段时间后，小心将产物与液氨分离，经分析，最终只有一种固态电解产物A。已知A是一种元素组成与NaNO2相同的钠盐，其钠元素的质量分数为50.0%。1试通过计算确定A的化学式，并命名A。指出A阴离子的中心原子杂化形态。2写出相关电解反应方程式。指出A在什么电极处产生？如何分离A与液氨？3A是一种黄色固体，在隔绝空气或水蒸气的情况下，加热到1000C时还是稳定的。但高于此温度，则剧烈分解。试写出A剧烈分解的方程式。4A对湿气非常敏感。试写出A与H2O反应方程式。5A能与氧气、氯气等卤素单质剧烈反应，均能在生成NaNO2。试分别写出其相应化学反应方程式。6在液氨中，NaNO2能与某种物质B反应，直接化合生成A。试确定B，写出其化学反应。第七题在低于1000C时，将一定量的NO缓缓通入一定量NaOH溶液中使之恰好完全反应，发现生成了一种对H2相对密度为18的气体。将反应后的溶液加入丙酮溶液，则只析出了一种固态物质A。A中钠元素的质量分数为33.33%。1试通过计算确定A的化学式。写出其化学反应方程式。丙酮起着什么作用？2解释上述化学反应方程式。3在隔绝空气的条件下加热A，发现质量减轻了8.12%。将反应后的固体加入适量的水，发现溶液呈强碱性。试写出A加热的化学反应方程式。第八题二十世纪五十年代，化学家D.O.Depree研究发现：在适当条件下，将NaNH2与适量的CH3COONa混合加热一段时间后，生成了一种固体钠盐A和气体B。经分析，A中钠元素的质量分数为44.23%。1试确定A、B的化学式或分子式。命名A，写出制备A的化学反应方程式。2A是非常好的有机试剂，能与多种物质发生反应增长碳链。试分别写出A与CO2、苄基氯反应的化学方程式，指出其反应类型。第九题KHSO4是常见的化合物。试回答下列问题：1加热KHSO4质量减少了6.62%。试写出KHSO4受热反应方程式并命名生成物。2用单质氟气作用于KHSO4的冷饱和水溶液，可生成钾盐A的水溶液。经分析A中钾元素的质量分数为28.89%。A在完全干燥时是十分稳定的，但在潮湿的空气中或在水溶液中放置时，则又会重新生成KHSO4。试确定A并命名。分别写出制备A和A在潮湿空气中分解的化学反应方程式。3用惰性电极电解KHSO4的稀硫酸溶液时也可得到A。试写出其阳极反应方程式。第十题将23.0g金属钠与68.0g NaNO3混合于密闭容器中加热到2500C。一段时间后，打开密闭容器，称其质量，发现质量减轻了3.08%。经研究未发现反应物剩余，固体产物是单一产物（记为A）。1试通过计算确定A的化学式。画出A阴离子的结构式，写出制备A的化学反应。2写出其他制备A的化学方程式。3若将金属钠与适量的NaNO2在2000C时反应，得到单一固体产物B。B的质量只相当于反应物的94.93%。试通过计算确定B的化学式。写出其化学反应方程式。4分别给A、B命名。5A对大气潮气和CO2十分敏感（非氧化还原反应）。试写出其化学反应方程式。第十一题 红色固体A是某金属元素M的单核内配位化合物，A可由下列方法制得：在M二价盐的水溶液中加入B的水溶液即可获得A沉淀。已知A中含氢4.85%，含碳33.27%，含氮19.41%，含M 20.34%。求A、B、M，并画出A的结构式。2005年南开大学化学竞赛初赛模拟试卷（1）答案第一题答案：1A：O2NCH2CH2NO2；B：NH3OH2SO4；C：CO+CO2；CH2=CH2+N2O4O2NCH2CH2NO2；O2NCH2CH2NO2+H2SO4+H2OCO+CO2+NH3OH2SO42CH3CH2NO2+H2SO4+2H2O2CH3COOH+NH3OH2SO422NH4NO2+4SO2+2NH3+6H2ONH3OH2SO4+(NH4)2SO4+2NH4HSO4；2NO+3H2+H2SO4NH3OH2SO43NH3OH2SO4+2NaOBuNa2SO4+2NH2OH+2BuOH4过滤除去Na2SO4；加乙醚并冷却，则析出NH2OH5氨解，在液氨中进行：NH3OH2SO4+2NH3(NH4)2SO4+2NH2OH，过滤除去难溶的(NH4)2SO4；并减压除去过量的NH3而留下固体NH2OH方法二：离子交换法（羟型）。第二题答案：1A：；B：；C：+NaOH+H2O；+3HO-NO2+3H2O6+FeCl3H3Fe(C6H5O)6+3HCl223N2+3H2O+11CO+C3中由于-NO2的强拉电子基团，使得苯环上的电子云密度降低，削弱了-OH中OH的化学键，因此显强酸性。4D：H2SO4(浓)+HNO3(浓)，其中浓硝酸为碱，接受浓硫酸电离出的H+；浓硫酸为酸；HNO3+2H2SO4NO2+HSO4-+H2SO4H2O；然后NO2+再与盐酸中Cl-反应，得到NO2Cl；整个化学反应为：HNO3+H2SO4+HClNO2Cl+H2SO4H2O（浓硫酸表现为吸水剂）5NO2Cl+HOHHCl+HNO3第三题答案：1A：；B：HOOH；C：；D：N2O5+H2O2HNO3+HNO42HNO4HNO3；因为HNO4中存在过氧键；HNO4为过硝酸。34HNO42N2+7O2+2H2O或2HNO4N2O+H2O+3O2或可能有NO2气体4HNO3+F2FNO3+HF第四题答案：1设A的化学式为MClm，且mn。因反应比为1:1，则：MClm+MaCln+2=MaCln。所以m+n+2=，n=a(m+2)。由于n/a2，所以m=0，n=2a。；AM=当a=1时，AM=35g/mol，没有此金属元素；当a=2时，AM=70g/mol，M为Ga；当a=3时，AM=139g/mol，可能是La，但有放射性，舍去。2Ga+2Ga2Cl6=3Ga2Cl42设氧元素的质量分数为x，则=0，x=WO=22.8%所以各元素的原子个数比为：Ga:Cl:O:H=0.711:0.713:1.425:2.1=1:1:2:3所以B：Ga2(OH)2Cl22H2OGa2(OH)2Cl22H2O+4NaOH=2NaCl+2NaGa(OH)4+H232Ga2Cl4+4H2O=Ga2(OH)2Cl22H2O+H2+Ga2Cl6 3Ga2Cl4=2Ga+2Ga2Cl6 b+c得：(2b+3c)Ga2Cl4+4bH2O=bGa2(OH)2Cl22H2O+bH2+2cGa+(b+2c)Ga2Cl64Ga2Cl6：+3；Ga(GaCl4)：+1；+3；GaGa(OH)2Cl22H2O：+1和+35Ga2Cl6：Ga3+ 4s04p04d0 n=0 反磁性GaGaCl4：Ga+ 4s24p04d0 n=0；Ga3+ 4s04p04d0 n=0 反磁性GaGa(OH)2Cl2：Ga+ 4s24p04d0 n=0；Ga3+ 4s04p04d0 n=0 反磁性不可能是Ga2+：4s14p04d0 n=1，会是顺磁性。第五题答案：1n(Ba):n(O)=:=0.375:1.5=1:4，CA=又知mA=1.570g/0.98=1.602g，MA=267g/mol。因A受热产生水，所以可设A化学式为BaXaHbO4；267=137+64+aMX+b，MX=。经讨论，当a=2时，MX=33-0.5b；而当b=4时，MX=31g/mol。因此X为P。所以A：Ba(H2PO2)2；B：P4；C：PH3；D：H3PO4；E：设化学式为xBaOyP2O5，61.2=，得出x=2y，推出B为Ba2P2O7；F：H3PO2。2Ba(H2PO2)2Ba2P2O7+2PH3+H2O；Ba(OH)2+CO2=BaCO3+H2O2P4+3Ba(OH)2+6H2O=3Ba(H2PO2)2+2PH3；2PH3+4O2=P2O5+3H2O3Ba(H2PO2)2+2H3PO4=Ba3(PO4)2+6H3PO2；P2O5+3H2O=2H3PO42； PH键不电离；而只有OH才能电离。3NbO(SO4)2-+H2PO2-+H+不反应，因为E0=-0.63V+0.39V=-0.24VNiSO4+H2PO2-+H2O=2Ni+H3PO4+3H+，因为E0=-0.23V+0.39V=0.16VWO42-+3H2PO2-+7H+=2W+3H3PO4+2H2O，因为E0=0.05V+0.39V=0.44V(NH4)2Fe(SO4)2+H2PO2-+H+不反应，因为E0=-0.44V+0.39V=-0.05VCr3+H2PO2-+H+不反应，因为E0=-0.74V+0.39V=-0.35VBiO+3H2PO2-+2H2O=4Bi+3H3PO4+H+，因为E0=0.32V+0.39V=0.71V4设G为CuxHy，则=98.46，x=y，G：CuH8CuSO4+3Ba(H2PO2)2+12H2O=8CuH+6H3PO4+3BaSO4+5H2SO45n(A)=1.570/267=5.8810-3mol，n(F)=810-20.0495=3.9610-3mol3Ba(H2PO2)2 + 2H3PO4 = Ba3(PO4)2 + 6H3PO20.00396 0.00588 0 00.00392 0.00588 0.00196 0.011760.00004 0 0.00196 0.01176 =8.0810-4 =0.2376H3PO4H+H2PO4- Ka1 H2PO4-H+HPO42- Ka2HPO42-H+PO43- Ka3 H3PO2H+H2PO2- KH2OH+OH- KWH+=H2PO4-+2HPO42-+H2PO2-+OH-+3PO43-因KaKW，CFCD，所以溶液pH值主要由F决定：H+，H+2+5.910-2H+-1.410-2=0，H+=0.09244，pH=1.036因为燃烧过程中产生PH3、P2H4等物质，因P2H4+O2=2P(红磷)+2H2O，因此会有红色物质生成。第六题答案：1讨论：当Na原子只有一个，不可能有N、O组合成23的；当Na有两个，有N、O组合为46的，即Na2NO2（实际上为Na4N2O4）。A为次硝酸钠；N：sp3杂化，结构为。22NaNO2Na2NO2+NO2；Na2NO2在阴极产生；NO2在阳极产生。可直接过滤；也可减压条件下，让液氨挥发，剩下的就是Na2NO2。3Na2NO2Na2O+NO4Na2NO2+H2O2NaOH+NO52Na2NO2+O22NaNO2+Na2O2；2Na2NO2+Cl22NaNO2+2NaCl6B：Na；Na+NaNO2Na2NO2第七题答案：1A应该是Na、N、O元素组成的化合物。讨论即可得出A为NaNO2。丙酮作溶剂，降低了NaNO2在溶液中的溶解度，使其结晶析出。10NO+6NaOH6NaNO2+N2O+N2+3H2O24NO+2NaOH2NaNO2+N2O+H2O；6NO+4NaOH4NaNO2+N2+2H2O3气体可能是N2、O2、氮氧化物及其混合物。若1mol A分解，减轻的质量为5.6g，没有该气体；一直讨论到5mol A分解，得到减轻的质量为：5698.12%=28。则为N2。加之固体加水后呈强碱性，可能固体产物中有Na2O或Na2O2等。考虑其氧化还原反应，则判断是氮元素发生了歧化反应。所以A分解反应为：5NaNO23NaNO3+Na2O+N2第八题答案：1A：Na-CH2COONa；B：NH3；A：-钠代乙酸钠；（讨论：气体可能含碳元素，也可能不含碳元素）CH3COONa+NaNH2Na-CH2COONa+NH32Na-CH2COONa+CO2NaOOC-CH2-COONa（加成反应）C6H5CH2Cl+Na-CH2COONaC6H5CH2-CH2COONa+NaCl（取代反应）第九题答案：12KHSO4K2S2O7+H2O；焦硫酸钾。22KHSO4+F2K2S2O8+2HF；K2S2O8：过二硫酸钾；2K2S2O8+2H2O4KHSO4+O2 32HSO4-2eS2O82-+2H+第十答案：1A：Na3NO4；10Na+8NaNO36Na3NO4+N2若温度较高，则生成Na2O：2NaNO3+10Na6Na2O+N2；可看作Na3NO4分解：2Na3NO43Na2O+N2+O2；O2再与Na反应得到Na2O，得到上面的总反应方程式。2Na2O+NaNO3Na3NO4；NaNO2+Na2O2Na3NO4（傅鹰教材）注意：Na2O2能与C反应：3Na2O2+2C2Na2CO3+2Na（于坩埚中3004000C即发生剧烈反应，而有Na凝聚于坩埚盖上Na2O+H2NaOH+NaH（NaH较NaOH易于挥发，可将其分开）3B：Na3NO3；6Na+6NaNO24Na3NO3+N24Na3NO4：正硝酸钠；Na3NO3：正亚硝酸钠。5Na3NO4+CO2NaNO3+Na2CO3第十一题答案：所有元素含量之和不为100%，一般来说剩下的为氧元素。有四个元素比例可知：配体为丁二酮肟，再由A为红色固体沉淀可知M应为镍。将M的含量代入可验证此推测。因此A为NiC8H14O4N4，B为HONCHCH2CH2CHNOH，M为镍。A的结构为平面正方形，每个肟分子各少一个羟基氢，剩下一个羟基氢与氧原子以氢键相连。B：。故A为：。Ni：dsp2，配体：丁二酮肟；说明特殊的共价键为氢键。长沙市第一中学yujz2118sina.com 第 8 页 共 8 页