【化学竞赛试题】2002年全国高中学生化学竞赛理论试题

化学教育 2 0 0 2 年第3 期 2 0 0 2 年全国高中学生化学竞赛理论试题 山东化学 艺工学会命题组 第1 题 I I 用容量法测定磷肥含磷量的主要步骤如下 准确称取磷肥o 3 8 5g 用硫酸和高氯酸在高温下使 之分解 磷转化为磷酸 过滤 洗涤 弃去残渣 以 硫酸一硝酸为介质 加入过量钼酸铵溶液生成钼磷 酸铵沉淀 N H H P M o O 2 0 过滤 洗涤 沉淀 溶于4 0 0 0c d1 0 2 6 m o L L N a o H 标准溶液中 以酚 酞为指示剂 用o 1 0 2 2m o L L 盐酸标准溶液滴定至 终点 M 她 耗去 5 2 0c 肼3 计算磷肥中磷的百 分含景 以P 2 0 计 l 一2 测定土壤中蛾2 一含量的主要步骤如下 称 取5 0g 风干土样 用水浸取 过滤 滤液移入2 5 0c m 3 容量瓶中 定容 用移液管移取2 5 0 0c m 3 浸取液 加入1 4 盐酸8 滴 加热至沸 用吸量管缓慢地加入 过量钡镁混合液 浓度各为o 0 2 0 0m o L L P c m 3 继续微沸5 埘n 冷却后 加入氨缓冲溶液 p H O 2 e 甜 以铬黑T 为指示剂 用0 0 2 0 0 m o L L E 瑚队标准 溶液滴定至溶液由红色变蓝色即为终点 消耗K c m 3 另取2 5 0 0c 一蒸馏水 加入1 4 盐酸8 滴 加热至沸 用吸量管缓慢地加入钡镁混合液 c m 3 I 司前述步骤处理 滴定消耗聊 AK c m 3 另取2 5 O oc m 3 浸出液 加入l 4 盐酸8 滴 加热至 沸 冷却后 加入氨缓冲溶液 p H 1 0 2c m 3 同前述 步骤处理 滴定消耗E D T AU c 矗 计算每1 0 0g 干土中吼2 一的克数 第2 题 钢中加人微量钒呵起到脱氧和脱氮的作用 改 善钢的性能 测定钢中钒含量的步骤如下 钢试样 用硫磷混合酸分解 钒以四价形式存在 再用 K M n 0 4 将其氧化为五价 过量的K M n 0 4 用N 削0 2 除 去 过量的N a N O 用尿素除去 五价钒与N 一苯甲 酰一N 一苯基羟胺在3 5m 0 L L 5m 0 1 I 盐酸介质 中以1 2 形成紫红色单核电中性配合物 比色测定 回答如下问题 2 1 高价钒在酸性溶液中通常咀含氧阳离子的形 式存在 写出钒与浓硫酸作用的反应方程式 2 2 以反应方程式表示上述测定过程中K M n n N a N 和尿素的作用 2 3 写出紫红色配合物的结构式 第3 题 生物体中有许多含过渡金属离子的蛋白 其中 有些金属蛋白在一定条件下能够吸收 释放氧气以 供机体生命活动之需 这些天然载氧体的结构较复 杂 研究发现 某些简单配合物也具有类似的载氧 性质 可用作载氧体的模型化合物 研究较多的足 钴 配合物 制备模型化合物的方法如下 水杨 醛 邻羟基苯甲醛 和己二胺在9 5 的己醇溶液中 反鹰 生成黄色晶体A 通入氮气 加热 待黄色晶 体溶解后 缓慢地加入醋酸钴 生成棕色沉淀 继续 加热并搅拌 沉淀全部转变为暗红色B 后 冷至室 温 撤去氮气 滤出结晶 干燥之 B 是二聚体 在窜 温下稳定 不吸收氧气 但B 在某些溶剂中可与溶 剂I 如D M F 或P v 等 配位 并迅速吸收氧气形成暗 黑色的分子氧加合物c c 在氯仿或苯中有细微气 泡放出 并转变为暗红色 载氧试验结果 3 6 0 样品B 在1 5 1 0 2 9k P a 及饱和水蒸气压1 2k P a 下 吸收0 2 设为理想气体 1 2 9 0c 矗 3 一l 写出A 的化学式 3 2 计算载氧试验中 c 0 与被吸收氧气的物质的 最之比 3 3 画出c 的结构示意图 3 4 写出c 在氯仿中的反应方程式 第4 题 一 石墨晶体由层状石墨 分子 按A 队B 力式 堆积而成 如图1 所示 图中用虚线标出 r 石墨的一 个六方晶胞 4 一l试确定该晶胞的碳原子个数 万方数据 2 l l 1 2 年旃3 姗 化学教舒 4 27 j j l 品胞内各碳的原f 坐标 4 3 已知仃蹩的层闻距为3 3 4 8p n l c c 键 乇为 1 4 2i I n 汁算行墨晶体的密度 二 f l 翠可朋作铿离子电池的负极材料 充电 时发乍F 述反成 I l c 6 z I j e I j R 其绌粜是 f i 嵌入石墨的A B 层问 导致石墨 的层堆私 打式发乍政变 形成化学式为 c 6 的嵌入 化台物 4 4 斟2 给H 1r 一个 沿c 轴投影在A 层 的 f u I 十 试仡图2 J 标出与该离子临近的其他6 个L i f 投彩似靛 4 54 I c 巾 L i 与相邻石墨六无环的作用力 属何种键刑 4 6 桀f i 墨嵌入化台物每个六元环都对应一个 1 i 与 它的化学式 画出它的晶胞 c 轴向上 三 锶离子电池的正极材料为层状结构的 1 N i 0 已知L 州n 中I i 和N i 均处于氧离子组 f 艇的j r 八丽体 奉心位置 但处于不同层中 4 7 将化学计量的N i 0 和L j O H 在空气中加热到 7 M 1 可得I i N i f 试写出反应方程式 4 8 j 列jj j N i O 正极的充电反应方程式 4 9 弹离子完全脱嵌时I i N i 0 2 的层状结构会变 僻不稳芯 目铝取代部分镍形成L i N i A l 0 2 可防 止 离 二完全脱嵌而起到稳定结构的作用 为什么 f k J d S I c J K H v d 1 f BJ J K r m l 叫 鸭 1 02 0 5l H I 1 3 0 12 88 H 一7 4 8 11 8 633 55 c k x 一3 9 3 5 2 1 363 7 H 0 1 一2 8 5 8 9 I b O E 2 4 l81 8 88 3 36 火箭所能达到的最大速度 j 喷气速度及火箭结 构有关 由此 口得到如下计算火箭推动力 的公 A l K c T M 式中r 和c 分别为热力学温度和平均等压摩 尔热容 K 为与火箭结构有关的特性常数 5 2请问 式中的肘是一个什么物理量 为什 么 用上述2 种燃料作为火箭燃料 以氧气为火箭 氧化剂 按化学计量比发生燃烧反膻 推动火箭前 进 分别计算肘值 5 3 没火箭特性常数K 与燃料无关 通过计算说 明 上述哪种燃料用作火箭燃料的性能较好 第6 题 2 0 0 2 年伊始第一台磁冰箱问世 磁冰箱的概 念彤成干6 年前 美国 中国 西班牙滴兰和加拿大 都进行了研究 最低制冷温度已达 1 4 0 能量利用 率已比传统冰箱高l 3 1 9 9 7 年 美国A J l l e s 实验室 设计出磁冰箱原型 其制冷装置可简单地用下图表 霪殿莉 图l 围2 第5 题 s 一1 令有2 种燃料 甲烷和氢气 设它们与氧气的 反应为理想燃烧 利用下列2 9 8 K 的数据 设它们与 温度九荚 分别计算按化学计量比发生的燃烧反应 所能j 到的最高温度 一转轮满载顺磁性物质 高速旋转 其一侧有一 强大磁场 顺磁性物质转入磁场为状态A 转出磁场 为状态B 即 k e B 7 他 p 0 十 表示未成对电子 回答下列问题 6 一I 用热力学基本状态函数的变化定性地解释 万方数据 磁制冷物质发生A B 的状态变化为什么会引起 冰箱制冷 不要忘记指出磁场是在冰箱内还是在冰 箱外 6 2 A r n e s 实验室的磁致冷物质最早为某金属M 后改为其合金 以M I s i G e 为通式 最近又研 究了以M A 为通式的合金 A 为铝 钴或镍 根据 原子结构理论 最优选的M 应为元素周期系第几号 元素 为什么 可不写出该元素的中文名称和元 素符号 第7 题 阶式聚合是分子自组装的方式之一 其基本过 程是 把阶式构件逐级连接到核心构件上 获得具有 一定结构 单一分子量的高分子 核心构件可以是 单官能团或多官能团 必须完全等价 的小分子 阶 式构件是具备以下特点的小分子 含有一个 只有一 个 可与核心构件缩合的官能团 同时含有 个或多 个完全等价的可以转化成跟核心构件相同官能团的 基团 如 一元醇R H 可以用作制备核心构件 3 一 氨基丙腈H N c H 2 c H c N 可以作为阶式构件 核心 构件的制备及阶式聚合反应示意如下 1 R O H C H 2 C H C N R O C H 2 C H 2 C N R O C H 2 C H 2 C o o H 斗R O C H 2 C H 2 C o c l 2 R O c H 2 c H 2 C O C l H 2 N C H 2 C H 2 C N R o C H 2 C H 2 C O N H C H 2 C H 2 C N 以下步骤同 中的第2 3 步 3 经过n 次重复得到 R O C H 2 C H 2 C O N H C H 2 C H 2 c 0 N H c 坞c H 2 c N 4 最后通过水解 酯化封端 得到性质稳定的 高分子阶式聚合物 为了使阶式聚合物的分子量尽快增加 可以选 用多向核心构件和多向阶式构件 如 双向核心构件 c H 2 0 c H 2 c 坞c O c l 双向阶式构件 H N c H 2 c 屿o c H 2 c H 2 c N 7 一l 写出上述双向核心构件与单向阶式构件的1 次 2 次和n 次缩合得到的阶式聚合物的结构式 不 要忘记封端f 7 2 选择适当原料制备双向阶式构件 2 0 0 2 年第3 期 H N C H O C H C H 2 C N 2 7 3 写 H 上述双向核心构件和双向阶式构件1 次 和2 次缩合得到的阶式聚合物的结构式 不要忘记 封端1 7 4 说明这种阶式聚合的名称中 阶式 二字的意 义 7 5 为f f 么多向阶式聚合需要的核心构件和阶式 构件要求相关的官能团 完全等价 甘油能否用作 制备阶式聚合所需的多向核心构件 0 一氨基葡萄 糖能否用作制备阶式聚合所需的多向阶式构件 B 一氨基葡萄糖 H O 7 6 多向阶式聚合时 分子量增长速度很快 目 前已经实现了四向核心构件和三向阶式构件之间的 阶式聚合 并得到了分子量高达6 0 6 0 4 的高分子 请你写出制备这个四向核心构件所需要的起始原料 和三向阶式构件的结构式 并选择简单的原料 G C 2 和c 的任何有机化合物 分别制备它们 第8 题 抗痉挛药物E 的合成如下 L 6 卅一 旷 楚 c 一 击 8 一l 写出A B c D E 的结构式 8 2 在字母E 前加上构型符号表示化合物E 所有 的立体异构体 并在对映体之间加一竖线表示它们 的对映关系