【化学竞赛试题】S区元素

S区元素（2008）第1题（12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。 (2分)答或 得2分，质子必须在氮原子上。（2） Ca(EDTA)2-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）。 Pb2+ + Ca(EDTA)2- = Ca 2+ + Pb (EDTA)2- (1分) （3）能否用EDTA二钠盐溶液代替Ca(EDTA)2-溶液排铅？为什么？不能。若直接用EDTA二钠盐溶液，EDTA阴离子不仅和Pb2+反应, 也和体内的Ca2+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。 (2分) 硫氧键画成双键或画成SO，氮硫键画成NS，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 Na2Fe(CN)5(NO)的磁矩为零，给出铁原子的氧化态。Na2Fe(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)2-+S2- = Fe(CN)5(NOS)4- 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-1)、HClO4 ( 1 mol L-1)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H2SO4 不得分。1-5 取质量相等的2份PbSO4 (难溶物)粉末，分别加入HNO3 ( 3 mol L-1) 和HClO4 ( 3 mol L-1)，充分混合，PbSO4在HNO3 能全溶，而在HClO4中不能全溶。简要解释PbSO4在HNO3中溶解的原因。Pb2+与NO3-形成络离子(配离子或配合物)。 (1分) 写方程式也可，如PbSO4 + H+ + NO3- = HSO4- + Pb(NO3)+。若将络离子(配离子或配合物)写成Pb(NO3)2或Pb(NO3)3-也得分，但方程式须配平。1-6 X和Y在周期表中相邻。CaCO3与X的单质高温反应，生成化合物B和一种气态氧化物；B与Y的单质反应生成化合物C和X的单质；B水解生成D；C水解生成E，E水解生成尿素。确定B、C、D、E、X和Y。 B: CaC2 C: CaCN2 D: C2H2 或Ca(OH) 2 E: NH2CN C(NH)2也可 X: C Y: N (各0.5分，共3分)（2008）第6题第6题 (11分) 在900oC的空气中合成出一种含镧、钙和锰 (摩尔比2 : 2 : 1) 的复合氧化物，其中锰可能以 +2、+3、+4 或者混合价态存在。为确定该复合氧化物的化学式，进行如下分析：6-1 准确移取25.00 mL 0.05301 mol L-1的草酸钠水溶液，放入锥形瓶中，加入25 mL蒸馏水和5 mL 6 mol L-1的HNO3溶液，微热至6070oC，用KMnO4溶液滴定，消耗27.75 mL。写出滴定过程发生的反应的方程式；计算KMnO4溶液的浓度。 2MnO4- + 5C2O42- + 16H+ = 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O (1分)KMnO4溶液浓度：(2/5) 0.05301 25.00 / 27.75 = 0.01910 （mol L-1） (1分)反应方程式反应物C2O42-写H2C2O4，只要配平，也得1分。下同。6-2 准确称取0.4460 g复合氧化物样品，放入锥形瓶中，加25.00 mL上述草酸钠溶液和30 mL 6 mol L-1 的HNO3溶液，在6070oC下充分摇动，约半小时后得到无色透明溶液。用上述KMnO4溶液滴定，消耗10.02 mL。根据实验结果推算复合氧化物中锰的价态，给出该复合氧化物的化学式，写出样品溶解过程的反应方程式。已知La的原子量为138.9。根据：化合物中金属离子摩尔比为 La : Ca : Mn = 2 : 2 : 1，镧和钙的氧化态分别为+3和+2，锰的氧化态为 +2 +4，初步判断复合氧化物的化学式为La2Ca2MnO6+x, 其中 x = 01。 (1分)滴定情况：加入C2O42-总量：25.00 mL 0.05301 mol L-1 = 1.3253 mmol (0.5分)样品溶解后，滴定消耗高锰酸钾：10.02 mL 0.01910 mol L-1 = 0.1914 mmol (0.5分)样品溶解后剩余C2O42-量: 0.1914 mmol 5/2 = 0.4785 mmol (0.5分)样品溶解过程所消耗的C2O42-量: 1.3253 mmol - 0.4785 mmol = 0.8468 mmol (0.5分)若将以上过程合并，推论合理，结果正确，也得2分。在溶样过程中，C2O42-变为CO2给出电子： 2 0.8468 mmol = 1.694 mmol (0.5分)有两种求解x的方法：（1）方程法：复合氧化物(La2Ca2MnO6+x)样品的物质的量为： 0.4460 g / (508.9 + 16.0 x) g mol-1 (0.5分)La2Ca2MnO6+x中，锰的价态为: 2 (6+x) -2 3 -22 = (2+2x) (1分) 溶样过程中锰的价态变化为： (2+2 x - 2) = 2 x (0.5分)锰得电子数与C2O42-给电子数相等：2 x 0.4460 g / (508.9 + 16.0 x) g mol-1 = 2 0.8468 10-3 mol (1分) x = 1.012 1 (0.5分)如果将以上步骤合并，推导合理，结果正确，也得3.5分；如果将以上步骤合并，推导合理但结果错误，得2分；推导错误，即便结果吻合，也不得分。（2）尝试法因为溶样过程消耗了相当量的C2O42-，可见锰的价态肯定不会是+2价。若设锰的价态为+3价，相应氧化物的化学式为La2Ca2MnO6.5, 此化学式式量为516.9 g mol-1, 称取样品的物质的量为：0.4460 g / (516.9 g mol-1) = 8.628 10-4 mol (0.5分)在溶样过程中锰的价态变化为 1.689 10-3 mol / (8. 628 10-4 mol) = 1.96 (0. 5分) 锰在复合氧化物中的价态为： 2 + 1.96 = 3.96 (0. 5分) 3.96与3差别很大，+3价假设不成立； (0.5分)而结果提示Mn更接近于+4价。 (0.5分)若设Mn为+4价, 相应氧化物的化学式为La2Ca2MnO7, 此化学式式量为524.9 g mol-1。锰在复合氧化物中的价态为：2 + 2 0.8468 10-3 / (0.4460 / 524.9) = 3.99 4 (0.5分)假设与结果吻合，可见在复合氧化物中，Mn为+4价。 (0.5分)如果将以上步骤合并，推导合理，结果正确，也得3.5分；如果将以上步骤合并，推导合理但结果错误，得2分；推导错误，即便结果吻合，也不得分。该复合氧化物的化学式为La2Ca2MnO7 (1分)溶样过程的反应方程式为： La2Ca2MnO7 + C2O42- + 14H+ = 2La3+ + 2Ca2+ + Mn2+ + 2CO2 + 7H2O (1分) 未经计算得出La2Ca2MnO7，方程式正确，只得方程式的1分。（2003年）第5题（6分） 下图是一种正在投入生产的大型蓄电系统。左右两侧为电解质储罐，中央为电池，电解质通过泵不断在储罐和电池间循环；电池中的左右两侧为电极，中间为离子选择性膜，在电池放电和充电时该膜可允许钠离子通过；放电前，被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3，放电后，分别变为Na2S4和NaBr。51 左、右储罐中的电解质分别为； 左：NaBr3/NaBr（1分；只写一种也可）右: Na2S2/Na2S4 （1分；只写一种也可） 52 写出电池充电时，阳极和阴极的电极反应。 阳极：3NaBr 2e- = NaBr3 + 2Na+(1分)阴极：Na2S4+2Na+2e-=2Na2S2(1分)53 写出电池充、放电的反应方程式。 (1分)54 指出在充电过程中钠离子通过膜的流向。 Na+ 的流向为从左到右。（1分） （2007南京）第2题（6分）2-1 医学研究表明，有相当一部分的肾结石是由CaC2O4组成的。血液通过肾小球前其中的草酸通常是过饱和的，即QP=c(Ca2+)c(C2O42-)Ksp(CaC2O4),由于血液中存在草酸钙结晶抑制剂，通常并不形成CaC2O4沉淀。但经过肾小球过滤后，滤液在肾小管会形成CaC2O4结晶。正常人每天排尿量大约为1.4L，其中约含0.10g Ca2+。为了不使尿中形成CaC2O4沉淀，其中C2O42-离子的最高浓度为_（已知Ksp(CaC2O4)=2.310-9）对肾结石患者来说，医生总是让其多饮水，试从两个角度解释之：_2-2 维生素C是人体免疫系统所必需的，它具有增强人体免疫功能和抗病毒、抗衰老的作用。维生素C易被氧化。测定维生素C含量，典型的滴定剂是KIO3。用一定浓度KIO3溶液在1molL-1 HCl介质中滴定维生素C时反应的离子方程式为：_第2题（6分）2-1 c(Ca2+) = 0.10g/(40gmol-11.4L)=1.810-3 molL-1 c(C2O42-) = Ksp/ c(Ca2+) = 2.310-9 /1.810-3 = 1.310-6 molL-1 （2分） 多引水，一方面加快排尿速率，降低尿液在体内的停留时间（1分）；另一方面加大尿量，减小Ca2+和C2O42-的浓度，防止尿结石（1分）2-2 3C6H8O6 + IO3- = 3C6H6O6 + I- + 3H2O（2分）（2007南京）第10题 （8分）利用氢能离不开储氢材料。利用合金储氢的研发，以获得重大进展。研究发现LaNix是一种很好的储氢合金。（相对原子质量：La-138.9） LaNix属六方晶系(图c)，晶胞参数a 0=511pm，c 0=397pm。储氢位置有两种，分别是八面体空隙 (“”)和四面体空隙(“”)，见图a、b，这些就是氢原子存储处。有氢时，设其化学式为LaNixHy。10-1 合金LaNix中x的值为_；晶胞中和“”同类的八面体空隙有_个，并请在图a中标出；和“”同类的四面体空隙有_个，并请在图b中标出。10-2 若每个八面体空隙中均储有H，LaNixHy中y的值是_。10-3 若H进入晶胞后，晶胞的体积不变，H的最大密度是_ g cm-310-1 5 （1分） 3 （1分） 6（1分） （1分） （1分）10-2 3 （1分）10-3 0.1665 （2分）（2006年）第10题(9分) 锂离子电池、金属氢化物-镍电池(MH-Ni)、无水碱性锌-锰电池、燃料电池、太阳能电池等是21世纪理想的绿色环保电源。其中液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正负电极的二次电池。正极采用锂化合物LiCoO2、LiNiO2或LiMn2O4，负极采用碳电极，充电后成为锂-碳层间化合物LixC6(0x1)，电解质为溶解有锂盐LiPF6、LiAsF6等的有机溶液。10-1 在电池放电时，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。写出该电池的充放电反应方程式： 10-2 金属锂放电容量(3861mAhg-1)最大。其中mAh的意思是指用1毫安(mA)的电流放电1小时(h)。则：理论上LiMn2O4的放电容量是 mAhg-1。10-3 1965年，Juza提出石墨层间化合物组成是LiC6，锂离子位于石墨层间，其投影位于石墨层面内碳六圆环的中央。试在下图中用“”画出Li的位置。并在此二维图形上画出一个晶胞。10-4 LiC6的晶胞参数a=b=0.426nm。锂插入后，石墨层间距为0.3706nm。试以此计算LiC6的密度。第10题(9分)10-1 LiCoO2+6CLi1-xCoO2+LixC6 (2分)10-2 9650010003600181=148 mAhg-1 (2分)10-3 位置正确 (1分) 晶胞(2分)10-4 V=abcsin60=0.42620.3706sin60=0.058244543nm31023cm3 m=(6.941+12.016)/6.021023=1.312311022g =m/V=2.25gcm-3 (2分)