【化学竞赛试题】无机练习

无机检测题1、设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是对世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个电极通入空气，另一电极通入汽油蒸气，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2离子。回答如下问题：（1）以丁烷代表汽油，这个电池放电时发生的化学反应的化学方程式是： （2）这个电池的正极发生的反应是： 负极发生的反应是： 固体电解质里的O2的移动方向是： 向外电路释放电子的电极是： （3）人们追求燃料电池氧化汽油而不在内燃机里燃烧汽油产生动力的主要原因是： （4）你认为在ZrO2晶体里掺杂Y2O3用Y3代替晶体里部分的Zr4对提高固体电解质的导电能力会起什么作用？其可能的原因是什么？答： （5）汽油燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全产生 堵塞电极的气体通道，有人估计，完全避免这种副反应至少还需10年时间，正是新一代化学家的历史使命。2、周期表中汞与锌、铜等元素同族，试回答以下问题：（1）写出汞原子的核外电子排布式；（2）化合物中汞常为1价或2价，而1价汞以二聚体形式存在，如Hg2Cl2，Hg2(NO3)2等。试用电子式表示Hg2Cl2和Hg2(NO3)2的结构，并说明Hg2Cl2分子的形状；（3）已知下列电对的标准电极电势。Hg2/Hg220.905V，Hg22/Hg0.799，Ag/Ag0.800V，Cu2/Cu0.340V。试判断：Ag与Hg(NO3)2溶液能否反应？若能，则写出反应的离子方程式。若不能，则说明理由；（4）写出过量汞与稀硝酸反应的化学方程式；（5）周期表中Tl与B、Al、Ga、In同族，Tl在化合物中有3和1价，而Tl3有强氧化性，Tl则较稳定，这是由于什么原因？3、在真空密闭容器内加入a mol PH4I固体，在一定温度下发生如下反应：PH4I（s）PH3（g）HI（g）4PH3（g）P4（g）6H2（g）2HI（g）H2（g）I2（g）以上三个反应建立平衡后，测得HI为b mol，I2（g）为c mol，H2为d mol，求：（1）平衡后，容器内P4（g）和PH3的物质的量（用代数式表示）nP4 ，nPH3 ；（2）a，b，c三者的关系服从a （填b，c的代数式），b，c，d三者的关系服从b （填c，d的代数式）；（3）平衡后，增大压强，容器内n（I2）将 ，n（PH4I）将 （填“增加”、“减小”或“不变”）。4、超分子化学是一门新兴的科学，在材料、生化、催化剂等领域得到很高重视。不久前，美国Texas A&M 大学的研究人员发现：将已知的路易斯酸三聚（邻四氟代苯基）汞溶入沸腾的苯中，冷却后析出的晶体是苯和该路易斯酸的超分子，由苯分子夹在两路易斯酸分子之间堆砌而成。俯视如右图（氟原子和氢原子未列出）。（1）路易斯酸是对酸的电子定义：凡容易接受电子的为酸，凡容易给出电子的为碱。下列微粒中，为路易斯酸的有：A Al3 B I C BF3 D NH3 （ ）（2）画出邻四氟代苯基的结构式和三聚（邻四氟代苯基）汞的结构式：（3）该超分子如同夹心饼干（维夫饼干），俯视图化学式为_，超分子的路易斯碱部分为_（填化学式）。5、酸碱的概念在化学上非常普遍，人们多次以各种方式给它们下定义其中最常见的定义有：质子定义凡是提供质子的分子或离子是酸，凡能接受质子的分子或离子是碱；溶剂定义凡能增加由溶剂派生出的阳离子的溶质都是酸，凡能增加由溶剂派生出的阴离子的溶质是碱；Lewis（路易斯）定义酸是电子对的接受体，碱是电子对的给予体，试回答下列问题：（1）在BrF3溶剂中，BrF2AsF6属于哪类物质？试说明之。（2）纯硫酸具有高沸点、高粘度，所以在外电场作用下，一般离子在纯硫酸中的迁移速度很慢，试推测什么样的离子在纯硫酸中的迁移速度特别快，并解释你的推测。（3）H3PO3与碱反应仅形成两种类型的盐，这说明H3PO3是几元酸？画出其结构式并写出固体H3PO3加热时的分解方程式。（4）当SbF5加到氟磺酸中，获得一种超酸（superacid），试写出有关反应式来说明超酸的形成。超酸体系能否在水溶液中形成？试说明你的结论（注：超酸的酸性比强酸如HNO3、H2SO4的浓水溶液大1061010倍）。6、（1）尽管锡和碳一样也能生成四氯化物SnCl4，然而锡又不同于碳，配位数可以超过4。画出SnCl4两种可能的立体结构。（2）SnCl4作为路易斯酸可以跟像氯离子或氨基离子那样的路易斯碱反应。已经知道它跟氯离于有如下两个反应：SnCl4ClSnCl5 ； SnCl5ClSnCl62画出SnCl5的三种可能的立体结构。（3）用价层电子对互斥理论（VSEPR）预言SnCl5最可能的是哪一种结构。（4）画出SnCl62的三种可能的立体结构。（5）用价层电子对互斥理论（VSEPR）预言SnCl62最可能的是哪一种结构。7、向硫酸四氨合铜的水溶液中通入二氧化硫至溶液呈微酸性，生成白色沉淀A。元素分析表明A含Cu、N、S、H、O五种元素，而且物质的量比CNS111。激光拉曼光谱和红外光谱显示A的晶体里有一种呈三角锥体和一种呈正四面体的离子（或分子）。磁性实验指出A呈逆磁性。（1）写出A的化学式。（2）写出生成A的配平的化学反应方程式。（3）将A和足量的10molL1的硫酸混合微热，生成沉淀B、气体C和溶液D。B是主要产物，尽管它是常见物质，本法制得的呈超细粉末状，有重要用途。写出这个反应式并配平。（4）按（3）操作得到的B的最大理论产率有多大？（5）有人设计了在密闭容器里使A和硫酸反应，结果是B的产率大大超过按（4）的估计。问：在这种设计的操作下，B的最大理论产率有多大？试对此作出解释。8、配位化合物简称配合物，是一类特殊的稳定化合物。例如，白色硫酸铜粉末溶于水生成蓝色配合物Cu(H2O)4SO4。其中方括号内的部分称配合物的内界，方括号外的部分称配合物的外界。方括号内的金属原子或离子称形成体，其余部分是与金属原子紧密结合的基团，称配位体。配位体提供孤对电子与形成体形成配位健。配合物中每个形成体周围的配位键数称该形成体的配位数。提供孤对电子的原子称配位原子，如NH3分子中的N原子、H2O分子中的氧原子等都可作为配位原子，则NH3和H2O称配位体分子。配合物的命名规则类似无机化合物，称某酸某或某化某。内界的命名是先配体（标出配体个数）加以“合”字，在金属原子后，用罗马数字表示金属离子的化合价。如Cu(H2O)4SO4命名为硫酸四水合铜()。若有多种配位体，则配位体命名次序为：先阴离子，后阳离子，再中性分子；先有机，后无机；先简单，后复杂。依据上述知识，回答下列问题。（1）填写下表空白处。序号配合物的化学式配合物的名称形成体配位体配位数1Cu(H2O)4SO4硫酸四水合铜()Cu()H2O42二氯化四氨合锌()3CoClNO2(NH3)4Cl4K3Fe(CN)65五氯一氨合铂()酸钾（2）在一个配位体分子中若有二个配位原子，同时与一个形成体成键时，即可形成环形化合物。乙二胺四乙酸是一种常用的含有多个配位原子的试剂，请写出乙二胺四乙酸分子的结构简式，指出其中的配位原子最多可以有几个？最多可形成几个五原子环？（3）配位数为4的配合物可形成立方晶体，形成体（以M表示）处在立方体中心，请指出这类配合物的分子可能有 种空间构型体？在下图中标出每种空间构型体里配位原子的空间位置（每个位置画一个黑点），并指出每种构型的名称。（图形不够可以自己画）构型名称： （4）固体Co(NH3)3(H2O)2ClBr2可能有几种不同组成的配离子。现通过以下实验测定Co(NH3)3(H2O)2ClBr2的结构式。将含0.683g Co(NH3)3(H2O)2ClBr2的溶液通过H离子交换树脂，交换出来的酸用0.125mol/L的NaOH溶液滴定，用去NaOH溶液32.0mL；另将0.683g Co(NH3)3(H2O)2ClBr2溶于足量水，并加入过量的AgNO3溶液，产生的沉淀经离心分离干燥后称量为0.752g。已知配离子呈八面体结构，试确定该配离子，并画出它的所有几何异构体和其中的对映体。（摩尔质量(g/mol)：Co(NH3)3(H2O)2ClBr2 341.4； AgCl 143.4； AgBr 187.8）9、YBaxCuyOz是近年来被科学家发现的一种高温超导材料。YBaxCuyOz中，Y、Ba、O三种元素都有固定的化合价，分别为3、2、2，而Cu是2和3的混合价态。该化合物的结构如右图所示，可确定化学式中x、y的值，而z的值，现可用碘量法测Cu，进而求得z值。取4.00102gYBaxCuyOz样品，用稀盐酸溶解，在氮气保护下加1g KI固体。样品中的Cu3和Cu2分别氧化KI，用0.0100 molL1 Na2S2O3溶液滴定得到的I2，终点时消耗23.45 mL。（Cu33ICuII2，2Cu24I2CuII2）。另取一份质量相等的YBaxCuyOz样品，用稀盐酸溶解，煮沸，使其中的Cu3全部转化为Cu2，冷却后用碘量法滴定，终点时消耗0.0100 molL1 Na2S2O3 18.13mL。（在滴定时S2O32转变成S4O62）请回答下列问题：（1）的化学式中x 、y 。（2）Cu在酸性环境中极易歧化，但为何Cu2与I能生成CuI（一价铜化合物）？（3）写出在滴定过程中的离子方程式；该反应适合在何种环境（酸碱性）下进行，为什么？（4）求出Cu3和Cu2的物质的量之比。（5）求出z值。10、化合物A为白色固体，不溶于水。A受热剧烈分解，生成固体B和气体C。固体B不溶于水或盐酸，但溶于热的稀硝酸得无色溶液D和无色气体E，E在空气中变棕色。向溶液D中加人盐酸时得到白色沉淀F。气体C与普通试剂不起反应，但与热的金属镁作用生成白色固体G。G与水作用得到白色沉淀H及气体I，I能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。H可溶于稀硫酸，得到溶液J。化合物A以H2S溶液处理时得到黑色沉淀K、无色溶液L和气体C。过滤后，固体K溶于浓硝酸得到气体E、黄色沉淀M和溶液D。用NaOH溶液处理滤液L，又得到气体I。请指出A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M所代表的物质的化学式，并写出有关反应的化学方程式。11、微生物对人类有着各种各样的用途，现在生物工程学家已能利用微生物从矿石中提取金属。铜是一种很有实用价值的金属，可以从铜矿中提取。这些矿石中的铜往往与其他元素结合在一起，特别是硫。铜矿中还混有大量无用的岩石。有时，铜矿中的铜含量太低，以致于冶炼过程十分困难而且成本很高。在此，细菌能帮助我们。某些细菌能利用空气中的氧来氧化硫化铜矿石，把不溶性的硫化钢转化成为可溶的硫酸铜。这些细菌能忍耐钢化合物，这些铜化合物对于大多数生物来说是有毒的。因此，有时它们被称为“吃岩石的细菌”。利用细菌提取铜的生产过程如下图：在碎岩石和矿石堆里已经有细菌存在，所必需的是喷洒酸水以促进细菌的生长。在它们的生长过程中，硫化铜矿石被氧化成为硫酸铜，低浓度的硫酸铜溶液流到矿石堆的底部。然后，再从这种溶液中提取金属铜。水则可以循环使用，再回到矿石堆中。在美国，百分之十的铜是用这种方法生产的，将来生物工程学家可能用遗传工程技术提高细菌的工作效率。（1）写出细菌氧化硫化铜的化学反应式。（2）如果矿堆中的矿石被碎成小块，反应速度是否会有变化？为什么？（3）从硫酸铜溶液中提取铜，简便而经济的方法是什么？写出反应式。（4）普通生产铜的方法是在空气中燃烧硫化铜，这将产生哪些产物？比较生物工程法和普通方法，哪种方法生产铜更好？12、高碘酸盐（IO65）、过二硫酸盐（S2O82）、二氧化铅（PbO2）、铋酸钠（NaBiO3、不电离）是四种具有强氧化性的物质，均能在一定条件下将Mn2氧化为锰酸盐。（1）锰的氧化物随着价态的升高，其酸碱性递变规律如何？（2）确定元素锰在周期表中的位置和外层电子的排布。（3）IO65的空间构型为 已知高碘酸加热易失去两分子水生成偏高碘酸，写出偏高碘酸根离子的化学式 、中心原子的杂化类型 和空间构型 （4）高碘酸盐的主要性质是它们的强氧化性，其反应平稳而迅速。分析化学中用来将Mn2氧化为MnO4，写出离子反应方程式：（5）过二硫酸根离子中两个硫原子间存在过氧键，写出过硫酸根离子的结构简式和电子式，并确定硫原子的化合价。（6）过二硫酸盐是用电解硫酸氢铵溶液产生的，写出电极反应方程式和总反应方程式。（7）过二硫酸根离子能分步水解产生过氧化氢，写出H2S2O8在D218O中水解的两步反应方程式：（8）传统工业上以电解NH4HSO4来制备H2O2。已知某NH4HSO4溶液，以4.00103A的电流电解2.00小时后，生成H2O2 3.00kg，同时阴极与阳极放出气体体积之比为6:1。设电解后测溶液中H2O2含量时，S2O82时都已分解，且电解中H2O2不分解。求电解生成H2O2的电流效率；忽略电阻，指出电流主要损失在何处？写出有关反应式？（9）过二硫酸盐在Ag的作用下能将Mn2氧化为MnO4，写出离子反应方程式：该反应适合在 （酸、碱）性介质在进行，请说明原因：（10）PbO2具有两性和强氧化性，写出加热情况下分别与NaOH和浓HCl反应的方程式：（11）PbO2能导电，用于做铅蓄电池的 极材料，写出该电极的反应方程式：（12）写出酸性介质中PbO2将Mn2氧化为MnO4的离子反应方程式：其中酸化所用的酸是 （13）铋酸钠是在碱性条件下用Cl2氧化Bi(OH)3得到的，写出反应方程式：（14）在分析化学上，用铋酸钠定性检验溶液中Mn2的存在，写出现象和反应方程式：（15）H2O2的水溶液是一种常用的杀菌剂，在分析上常用 KMnO4来标定H2O2的浓度。写出 KMnO4滴定H2O2的离子方程式；请设计实验步骤，用已知浓度的KMnO4（0.1000mol/L）溶液滴定H2O2（约0.1mol/L）溶液的浓度。2、（1）1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s2或Xe4f145d106s2 （2） （ClHgHgCl）直线型 （3）能 2Ag2Hg22AgHg22 （4）6Hg（过量）8HNO33Hg2(NO3)22NO十4H2O （5）惰性电子对效应。或答镧系收缩导致6s2较为稳定，难于参加成键1、（1）2C4H1013O28 CO210H2O （2）O24e2O2 C4H1013O2 26e4 CO25H2O 向负极移动 负极 （3）燃料电池具有较高的能量利用率。 （4）为维持电荷平衡, 晶体中的O2将减少 （5）碳3、（1）(dc)/6 b8c/32d/3 （2）ab2c b2d/38c/3 （3）减小 增加4、AC（BF3的硼原子最外层只有6个电子，为缺电子原子） （2） （3）C42H6F24Hg6 C6H65、（1）2BrF3BrF2BrF4；BrF2AsF6BrF2AsF6 BrF2AsF6在BrF3中是酸（溶剂酸）。 （2）HSO4和H3SO4两种离子在纯H2SO4中迁移速度特别快，这是因为H2SO4分子之间通过氢键连接成网状，在外电场作用下，HSO4和H3SO4在网上迁移，所以HSO4和H3SO4在纯H2SO4中迁移速度特别快。 （3）H3PO3是二元酸 4H3PO43H3PO4PH3 （4）或 超酸体系不能在水溶液中形成，因为在任何水溶液体系中，其酸度都被存在于水溶液中的H3O所限定，即使最强的酸在水溶液中也只能是H3O，达不到超酸的酸性。6、（1），A为正四面体结构，B为正方形结构 （2） ，C为四角锥，D为三角双锥，E为为平面五边形 （3）D最稳定 （4） ，F为正八面体，G为正三棱柱，H为平面正六边形 （5）F最稳定7、（1）A为CuNH4SO3（2）2Cu(NH3)4SO43SO24H2O2CuNH4SO33(NH4)2SO4（3）2CuNH4SO32H2SO4CuCuSO42SO2(NH4)2SO42H2O（4）50（5）100，因循环使用8、（1）2：Zn(NH)4Cl2 Zn() NH3 4 3：氯化一氯一硝基四氨合钴() Co() Cl、NO2、NH3 4 4：六氰合铁()酸钾 Fe() CN 6 5：KPtCl5NH3 Pt()、Cl NH3 6 （2）最多有6个配位原子最多可形成5个环 （3）2 正方形 正四面体 （4）Co(NH3)3(H2O)2ClBr2 （存在对映体）9、（1）2 3 （2）2CuCu2Cu，CuI溶解度很小，体系中Cu大量减小而使平衡向左移动。 （3）I22S2O32S4O622I；中性环境中； 在强酸性溶液中S2O32遇酸分解，S2O322HSO2十SH2O；且I易被空气氧化，4IO24H2I22H2O 在碱性溶液中：S2O324I210OHSO428I5H2O；3I26OHIO35I3H2O 上述的反应的发生，使定量反应难以准确。 （4）5321281（或0.4151，12.408） （5）6.9410、A：AgN3 B：Ag C：N2 D：AgNO3 E：NO F：AgCl G：Mg3N2 H：Mg(OH)2 I：NH3 J：MgSO4 K：Ag2S L：(NH4)2S M：S11、（1）细菌氧化硫化铜的反应式为：CuS（固态）2O2CuSO4 硫化铜矿石 空气中的氧 硫酸铜溶液 在大多数情况下，硫化铜矿石的化学式比CuS复杂得多（其反应过程也十分复杂并包括许多步骤，但它们的基本结果是相同的，即把不溶性的铜矿转化为可溶性的硫酸铜）。 （2）如果矿石被碎成小块，反应会进行得更快，因为碎石块与氧气的接触面积增大，促进了氧化反应的进行。 （3）从硫酸铜溶液中提取铜，通常的做法是，把废铁加进溶液中，化学性质较活泼的铁就把铜置换出来。FeCuSO4FeSO4Cu （4）普通生产铜的方法是在空气中燃烧硫化铜，这将产生铜和SO2，一部分SO2必然会进入空气中，并进一步导致酸雨等。这种“微生物采矿法”同普通的冶炼法相比，具有以下几个优点：即使含量较少的矿也可以被利用，这种方法适意于被废弃的损坏矿堆；与治炼法不同，没有SO2排放到大气中，减少了对环境的污染，实际上，硫细菌为我们提供了一条在燃烧前就把硫从矿中移去的途径；能量成本费用远远低于冶炼法。12、（1）锰的氧化物随着价态的升高，由碱性氧化物过渡到酸性氧化物。 （2）第四周期VIIB族；d5s2 （3）正八面体；IO4；sp3；正四面体 （4）5IO652Mn214H5IO32MnO47H2O （5）；2；6 （6）阳极：2SO422eS2O82；阴极：2H2eH2；总反应：2NH4HSO4(NH4)2S2O8H2 （7）H2S2O8D218OHOSO218ODDOOSO2OH DOOSO2OHD218ODOODHOSO218OD （8）； 电解水：2H2O2H2O2；在阳极生成S2O82未分解生成H2O2之前又在阴极还原生成SO42：S2O822e2SO42 （9）2Mn25S2O828H2O2MnO410SO4210H （10）PbO22NaOHNa2PbO3H2O；PbO24HClPbCl2Cl22H2O （11）正；PbO24HSO422ePbSO42H2O （12）5PbO22Mn24H5Pb22MnO42H2O；HNO3 （13）Cl2Bi(OH)33NaOHNaBiO32NaCl3H2O （14）2Mn22NaBiO314H2MnO45Bi35Na7H2O （15）2MnO45H2O26H2Mn28H2O5O2 用25mL移液管准确移取H2O2溶液于100mL锥形瓶中，加入适量的硫酸酸化，用KMnO4溶液滴定，平行实验做三次，计算H2O2溶液浓度并取平均值。9