【十年化学奥赛真题】卤素、氧族元素

卤素、氧族元素练习第2题 (5分) 化合物X是产量大、应用广的二元化合物，大量用作漂白剂、饮水处理剂、消毒剂等。年产量达300万吨的氯酸钠是生产X的原料，92%用于生产X在酸性水溶液中用盐酸、二氧化硫或草酸还原。此外，将亚氯酸钠固体装柱，通入用空气稀释的氯气氧化，也可生产X。X有极性和顺磁性，不形成二聚体，在碱性溶液里可发生歧化反应。2-1 写出X的分子式和共轭键（）。 ClO2 (各1分，共2分)2-2 分别写出上述用草酸还原和用氯气氧化生产X的反应方程式。 2ClO3- + H2C2O4 + 2H+ = 2ClO2 + 2CO2 + 2H2O (1分)或 2NaClO3 + H2C2O4 + H2SO4 = 2ClO2 + 2CO2 + Na2SO4 + 2H2O 2NaClO2 + Cl2 = 2ClO2 + 2NaCl (1分)NaClO2是固体，写成ClO2-，不得分。2-3 写出上述X歧化反应的化学方程式。2ClO2 + 2NaOH = NaClO2 + NaClO3 + H2O (1分)或 2ClO2 + 2OH- = ClO2- + ClO3- + H2O第6题（8分）化合物A, 俗称“吊白块”，年产量上万吨，主要用于染色工艺，具还原性和漂白性, 对热不稳定，有毒。近年报道，我国一些不法商人违章地将A添加到米、面、腐竹、食糖等食品中增白，导致多起严重食物中毒事件，如某地曾发生五所学校400余名学生食用含A食品一次性中毒事件。已知：l 固体A2H2O的摩尔质量为154 g/mol；l A的晶体结构及其水溶液的电导证实A是钠盐，每摩尔A含1摩尔钠离子。l A在水中的溶解度极大，20oC饱和溶液A的质量分数达45。l A的制备方法之一是在NaOH溶液中令甲醛与Na2S2O4（连二亚硫酸钠）反应（摩尔比1：1），反应产物为A和亚硫酸钠。l A在化学上属于亚磺酸的衍生物，亚磺酸的通式为RSO2H，R为有机基团。61、画出A的阴离子的结构（简）式。62、写出上述制备A的“分子方程式”。63、给出A的化学名称。 1. MA= 32+3x16+3x1+12+23 = 118 118+36 = 154或或或等。 （3分） 2 Na2S2O4 + CH2O + NaOH = HOCH2SO2-Na+ + Na2SO3 或Na2S2O4 + CH2O + NaOH = HOCH2SO2Na + Na2SO3 或 Na2S2O4 + CH2O + NaOH = NaSO2CH2OH + Na2SO3 （写不写结晶水都可以） （3分） 3 “羟甲亚磺酸钠”或“羟甲基亚磺酸钠”。 （2分）第7题最近，我国某高校一研究小组将0.383g AgCl，0.160g Se和0.21g NaOH装入充满蒸馏水的反应釜中加热到115，10小时后冷至室温，用水洗净可溶物后，得到难溶于水的金属色晶体A。在显微镜下观察，发现A的单晶竟是六角微型管（如右图所示），有望开发为特殊材料。现代物理方法证实A由银和硒两种元素组成，Se的质量几近原料的2/3；A的理论产量约0.39g。1写出合成A的化学方程式，标明A是什么。（3分）2溶于水的物质有：_。（2分）答案：14AgCl3Se6NaOH2Ag2SeNa2SeO34NaClH2O (2分)A 是Ag2Se（1分）2NaCl、NaOH、Na2SeO3、Na2S（2分，Na2Se独得1分）注：Na2Se是由于原料中过量的Se歧化产生的。第8题某中学生取纯净的Na2SO37H2O 50.00 g，经600以上的强热至恒重，分析及计算表明，恒重后的样品质量相当于无水亚硫酸钠的计算值，而且各元素的组成也符合计算值，但将它溶于水，却发现溶液的碱性大大高于期望值。经过仔细思考，这位同学解释了这种反常现象，并设计了一组实验，验证了自己的解释是正确的。1他对反常现象的解释是：（请用化学方程式表达）（5分）2他设计的验证实验是：（请用化学方程式表达）（5分）【答案】14Na2SO33Na2SO4Na2S（5分）2说明：此题给出的信息未明确第1题所示的歧化是否100%地将Na2SO3完全转化为Na2SO4和Na2S，因此，只有全面考虑存在完全转化和不完全转化两种情形，并分别对两种情形的实验进行设计才是完整的答案：（1） 设Na2SO3完全转化为Na2SO4和Na2S, 需分别检出SO42离子和S2离子。SO42离子的检出：SO42Ba2+BaSO4 不溶于盐酸。（2分）S2离子的检出：方法1：加沉淀剂如：S2Pb2+PbS (黑) （或醋酸铅试纸变黑）其他沉淀剂也可得分。方法2：加盐酸S22H+H2S（可闻到硫化氢特殊气味）以上2种方法取任何一种方法均可得2分。（2分）（2）设Na2SO3未完全转化为Na2SO4和Na2S，检出SO42加盐酸时以及检出S2采用方法2时，除发生已述反应（注：已得4分）外，均会发生如下反应：SO322S26H+S 3H2O（注：写成H2S和H2SO3反应也得分）（1分）第4题100.00mL SO32和S2O32的溶液与80.00mL浓度为0.0500mol/L的K2CrO4的碱性溶液恰好反应，反应只有一种含硫产物和一种含铬产物，反应产物混合物经盐酸酸化后与过量的BaCl2溶液反应，得到白色沉淀，沉淀经过滤、洗涤、干燥后称量，质量为0.9336g。相对原子质量：S 32.06 Cr 51.996 O 15.999 Ba 137.34（1）写出原始溶液与铬酸钾溶液反应得到的含硫产物和含铬产物的化学式。（2）计算原始溶液中SO32和S2O32的浓度。 (10分)【评析】（1）这是一道有化学计算的元素化学与定量分析化学结合的试题。试题提问（得分点）很少，但内涵不少，这或许是命题人的有意设计以纲带目，突出重点。为降低主反应的知识难度，题面指出反应物中只有一种含硫产物和一种含铬产物。解题的第一个关键是搞清楚它们是什么。产物之一是SO42应不成问题，如果有的解题人不知道SO32在碱性溶液里会不会被CrO42离子氧化，这不要紧，后半题在盐酸溶液里生成钡盐沉淀，就会否定产物是亚硫酸根的思考（中学化学知识告诉我们亚硫酸钡溶于盐酸）。另一个反应产物选手很可能写错。因为选手可能不顾碱性溶液的信息而写成Cr3离子。根据答案，这是一定不能得分的。这被认为是中学化学知识的适当延伸，因为中学化学里讨论了铝却没有推广到铬。至于Cr(III)在碱性的具体形态，试题要求比较低, 写哪一个都可以：Cr(OH)4或KCr(OH)4或Cr(OH)63或K3Cr(OH)6或Cr(OH)3，而且写什么都不会影响第二问的应答结果，这是试题设计上的精巧之处。（2）此题的计算属高考常见的二元一次联立方程。第一个方程不难得出：产物里的硫的来源有两个，设物质的量：n(SO32)x和n(S2O32)y，硫酸钡里的硫的摩尔数是这两种反应物里硫的摩尔数的加和，所以等于x2y x2y0.9336g/233.3g/mol为得出另一个数学方程，一般解法是先写出配平的氧化还原反应，但是，也可以直接比较硫和铬反应前后的氧化态。后一思路更简洁，更值得推荐。由于有两种可能的解法，因而试题没有对写配平方程式判分。按写方程式的思路（这是费时的，但作为试题评析，是更直观的；为降低配平反应方程式的困难，我们选Cr(OH)3为铬的产物, 写铬的其他产物也一样得出系数关系）：3SO322CrO425H2O3SO422Cr(OH)34OH3摩尔SO32与2摩尔CrO42相当，若不发生第二个反应，32 = x铬的摩尔数铬的摩尔数2x/33S2O328CrO4217H2O6SO428Cr(OH)310OH3摩尔S2O32与8摩尔CrO42相当若不发生第一个反应, 同理得8y/3铬的摩尔数两个反应都发生，故有：2/3x8/3y80.00mL0.0500mol/L将2个数学方程联立,即可得解：x2.0103mol；y1.0103mol（4分）（3）原始溶液的浓度：c(SO32)2.0102mol/L；c(S2O32)1.0102mol/L（4分）。这像是送分，但经验告诉我们，粗心大意的应试人经常会忘记这一步，因而要重罚，以示警钟。这4分既好拿又不好拿，不能跟上面的劳动量比，它们没有可比性，因为后者是心理测试分，前者是运算技能分。（4）本题的数据是理想的，若用实测数据，对学生更有教育意义，国际竞赛就常取后者，本试题的命题人可能是有意降低试题难度而采用了理想数据，是否恰当，值得讨论，若用了实测数据我国学生会不会利用，又值得试验。第5题（10分）1866年，化学家在258263K时，将干燥的KOH置于含68%O3的O2中2.5h后，即可生成盐A。已知盐A易溶于液氨，但能跟水剧烈反应，放出O2。纯净的A为红棕色针状结晶，其阴离子价电子数与ClO2价电子数相等。1写出生成A的化学反应方程式。2如何从上述反应产物中提纯A？3写出A与水反应的化学方程式。4在143K时，将O3通过氨气可得到盐B和盐C。经分析，B和C含有相同的阳离子，B中的阴离子为平面型，含有大键，C的阴离子与A的阴离子相同。试确定B和C的化学式，并写出生成B和C的化学反应方程式。15O32KOH5O22KO3H2O；2向上述产物中加入液氨，萃取出KO3，待氨蒸发后即得A的结晶。34KO32H2O4KOH5O2；4B：NH4NO3；C：NH4O3；3O34NH3NH4NO32NH4O3。第6题（10分）在金的各化合物中，3价金较为稳定，并且很容易生成配合物，其配位数一般为4，具有平面正方形结构。1试写出3价金的电子排布式。2将AuF3和XeF2同F2一起加热到4000C，几小时后只生成了一种化合物A。经研究发现，A是一种共价型离子化合物，其阴离子基本上呈八面体结构，阳离子的结构可看作是两个八面体以一个氟原子桥联在一起，且两个八面体中各有一个氙原子同阴离子中的氟原子相连。（1）试写出A的分子式，写出生成A的化学反应方程式。（2）画出A的结构。3在N2气氛中，在110时，将A与CsF反应，可以得到化合物B和C。已知A的阴离子在反应前后没有发生键的断裂，B是一种具有八面体的二元化合物。（1）写出B和C的分子式。（2）写出生成B和C的化学反应方程式。11s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d8；2（1）A：Xe2F11AuF6；AuF3XeF2F2Xe2F11AuF6；（2）；3（1）B：XeF6；C：CsAuF6；（2）Xe2F11AuF6CsF2XeF6CsAuF6。第8题（10分）：用粒子轰击金属铋所产生的极微量的砹，可加热使之从铋内挥发出来而溶于硝酸溶液。用不同试剂处理该溶液，然后根据砹的放射性加以检验，从而测定了它的若干反应。以下是几个典型的实验结果。1加硝酸溶液，无砹挥发出来。写出反应方程式。2若先以Fe2处理上述硝酸溶液，然后再加热，砹即挥发出来。写出反应方程式。3若Fe2处理硝酸溶液后，用CCl4提取，砹进入CCl4层；若Fe2处理硝酸溶液后，再用NaOH溶液处理，砹不再进入CCl4。写出反应方程式并解释。4若用金属锌处理上述硝酸溶液，过滤，加KI和AgNO3于滤液内，砹被AgI沉淀带出。写出反应方程式并解释。5在砹的硝酸溶液中，先加AgNO3，然后加过量的KIO3，所得的AgIO3沉淀几乎不带砹的放射性；若先加KIO3，后加过量的AgNO3，AgIO3沉淀即带有不少砹。试解释实验结果。13At210HNO36HAtO310NO2H2O（1.5分）210Fe22AtO312H10Fe3At26H2O（1.5分）3Fe2处理后，At2易溶于CCl4。若用NaOH处理，At2转化为AtO3和At，它们都不溶于CCl4（1分） 3At26OH5AtAtO33H2O（1分）4AtO33Zn6HAt3Zn23H2O（1.5分） AgAt和AgI共沉淀下来（1分）5加AgNO3时，因AtO3量极少，达不到AgAtO3溶度积。随后加入的IO3与Ag形成AgIO3沉淀，因IO3过量，沉淀主要吸附IO3，故沉淀几乎无砹。若先加KIO3后加过量的AgNO3，则AgIO3沉淀主要吸附Ag，而Ag再吸附AtO3，故AgAtO3与AgIO3形成共沉淀。（2.5分）第题（12分）：世界环保联盟将全面禁止在自来水中加氯，取而代之的是安全高效的杀菌消毒剂ClO2。ClO2是一种黄绿色，有刺激性气味的气体，熔点：59，沸点：11.0。少量的ClO2可用饱和草酸（H2C2O4）溶液与KClO3粉末在60时反应制得。1画出实验装置（制备、收集、尾气处理）简图。2写出制备和尾气处理中的反应方程式3ClO2为高效低毒的消毒剂，其消毒的效率是等物质的量的Cl2的 倍。4新型自来水消毒剂ClO2可由KClO3在H2SO4存在下与甲醇反应制备。写出化学反应方程式。5欧洲一些国家用NaClO3氧化浓盐酸来制取ClO2，同时有Cl2生成，且Cl2的体积为ClO2的1/4。写出化学反应方程式。6我国广泛采用将经干燥空气稀释的氯气通入填有固体亚氯酸钠（NaClO2）的柱内制得ClO2。写出化学反应方程式。和欧洲的方法相比，我国这一方法的主要优点是什么？1（3分）22KClO3H2C2O42KHCO32ClO2（或2KClO3H2C2O4K2CO32ClO2CO2H2O）（1分）ClO22NaOHNaClO2NaClO3H2O（1分） CO2NaOH2Na2CO3H2O32.5（1分）46KClO3CH3OH3H2SO46ClO2CO23K2SO45H2O（2分）511KClO318HCl11KCl3Cl212ClO29H2O（2分）62NaClO2Cl22NaCl2ClO2（1分）对环境的污染较小（生成的ClO2中不含Cl2杂质）（1分）