2014年化学竞赛——A4铁系元素

中学化学竞赛试题资源库中学化学竞赛试题资源库 铁系元素铁系元素 A 组组 1 无水 CoCl2为深蓝色 吸水后变为杨红色的水合物 水合物受热后又变成无水 CoCl2 故常在实验室中用作吸湿剂和空气湿度指示剂 现有无水 CoCl2 65g 吸水后得到 CoCl2 xH2O 119g 则水合物中 x 的值是 2 过渡元素 Co 有多种可变化合价 将 11 9gCoCO3置于纯氧中强热 完全反应后得 某钴的氧化物 8 3g 根据此实验数据 写出 CoCO3在纯氧中强热的化学方程式 B 组组 3 已知 Fe OH 3在 pH 为 3 7 时完全沉淀 而 Ni OH 2在 pH 为 6 9 时才开始沉淀 现在为了除去 NiSO4酸性溶液中的 Fe3 可在搅拌的情况下加入一种试剂 过滤后用重 结晶法以制备 NiSO4 7H2O 则加入的试剂应是 A NH3 H2O B NaOH C NiCO D CaCO3浊液 4 在硫酸镍的酸性溶液中含有 Fe2 和 Fe3 离子 为了制备纯硫酸镍 通常加入 使 再加入 使生成 以除去铁 5 为研究第 族元素的性质递变规律 现取两只试管 在试管 中盛 Fe OH 3 在 试管 中盛 Co OH 3 向两支试管中各加入浓盐酸 并在试管口放湿润的 KI 淀粉试纸 结果发现试管 中沉淀溶解 试管口试纸不变色 试管 中沉淀溶解 且试管口试纸变 蓝色 根据上述实验 可推知 Fe3 的氧化性比 Co3 的氧化性 强或弱 有关反 应的离子方程式为 C 组组 6 Na4 Co CN 6 晶体 加入 NaOH 溶液中 有氢气放出 请写出反应的化学方程式 7 写出下列实验的现象和反应的化学方程式 1 向黄血盐溶液中滴加碘水 2 将 3rnol L 的 CoCl2溶液加热 再滴入 AgNO3溶液 3 将 Ni NH3 6 SO4溶液水浴加热一段时间后再加入氨水 8 回答下列各题 1 向少量 FeCl3溶液中加入过量的饱和 NH4 2C2O4溶液后 滴加少量 KSCN 溶液 并不出现红色 但再滴加盐酸则溶液立即变红色 请解释其原因 2 Co3 的盐一般不如 Co2 的盐稳定 但生成某些配合物时 Co3 却比 Co2 稳定 请解释其原因 3 由 CoSO4 7H2O 制无水 CoCl2 4 由粗镍制备高纯度的镍 9 蓝色化合物 A 溶于水得到粉红色溶液 B 向 B 中加入过量氢氧化钠溶液得到粉红 色沉淀 C 用次氯酸钠溶液处理 C 则转化为黑色沉淀 D 洗涤 过滤后将 D 与浓盐酸作 用得到蓝色溶液 E 将 E 用水稀释后又得到粉红色溶液 B 请确定 A B C D E 所代 表的物质 10 锇的名称源自拉丁文 原义 气味 这是由于锇的粉末会被空气氧化为有恶臭 的 OsO4 代号 A 熔点 40 沸点 130 A 溶于强碱转化为深红色的 OsO4 OH 2 2 离 子 代号 B 向含 B 的水溶液通入氨 生成 C 溶液的颜色转为淡黄色 C 十分稳定 C 是 A 的等电子体 其中锇的氧化态仍为 8 红外图谱可以检出分子中某些化学键的振 动吸收 红外谱图显示 C 有一个四氧化锇所没有的吸收 C 的含钾化合物是黄色的晶体 与高锰酸钾类质同晶 1 给出 C 的化学式 2 给出 A B C 最可能的立体结构 11 混合溶液 A 为紫红色 向 A 中加入浓盐酸并微热得到蓝色溶液 B 和气体 C 向 A 中加入 NaOH 溶液则得到棕黑色沉淀 D 和绿色溶液 E 向 A 中通入过量 SO2则溶液最 后变为粉红色溶液 F 问 F 中加入过量氨水得到白色沉淀 G 和棕黄色溶液 H G 在空气 中缓慢转变为棕黑色沉淀 将 D 与 G 混合后加入硫酸又得到溶液 A 请确定 A B C D E F G H 所代表的化合物或离子 并写出有关反应的化学方程式 12 1 0g 某不活泼金属 A 溶于足量的王水生成 B 蒸发溶液得红棕色晶体 C 晶体 C 的质量为 2 65g 在晶体 C 中 A 的质量分数为 37 76 含结晶水 H2O 的质量分数 为 20 86 将 SO2通入 B 的溶液中 得到 D 的黄色溶液 D 可以与乙烯形成金属有机配 合物 E 用乙醚萃取 E 的水溶液 可得中性化合物 F 回答下列问题 1 写出所涉及反应的化学方程式 2 画出 C D E F 的空间构型 13 在熔封的容器中将化合物 A 与气体 B 和单质 C 一起加热时 生成无色液体 D 和 固体物质 X 在室温下 D 慢慢转变为橙色晶体物质 E 而在 50 时 此反应实际上是 瞬时进行的 E 对光的作用比 D 稳定 加热到 150 时 E 分解出唯一的固体产物 单 质 F 此外还知道 化合物 A 含卤素 79 02 在化合物 D 中 氧的质量分数为 33 18 而在化合物 E 中 算的质量分数为 30 03 实验室里通常以甲酸脱水制取 B 1 试写出以密码字母表示的物质的分子式 以及所述反应的方程式 2 试说明物质 C 在生成物质 D 的反应中的作用 3 试解释化合物 D 和 E 颜色的差别 14 元素 A 的单质在氯碱工业中可用作电解槽的阳极材料 A 在酸性溶液中被 KMnO4氧化时 可生成橙黄色的 AO4 在 KCl 存在下 AO4可被 HCl 还原成红色晶体 K4 A2OCl10 迄今已知只有两种金属四氧化物 AO4是稳定性较差的一种 1 写出 A 的元素名称 A 在长式周期表中的第几周期 第几列 2 写出 AO4中 A 的杂化形态 AO4的几何构型 3 画出配合物中阴离子的结构式 4 配合物 K4 A2OCl10 是顺磁性还是抗磁性 5 写出六配位配合物 ACl2 H2O 4 和 ACl3 H2O 3的立体异构体 实验证实中者的 所有异构体经水解只转化成前者的某一种异构体 Y 试画出 Y 的结构 并通过分析上述 实验结果指出 配合物水解 取代 反应有什么规律 15 氯化钯是一种重要的催化剂 在石油化工和汽车尾气转化中应用广泛 从工业 废料中提取钯通常得到的物料是二氯二氨合钯 然后再用复杂的工艺得到氯化钯 并且 环境污染严重 转化率低 2005 年有人报道制取的新工艺 过程较简单 无污染 直收 率 99 产品纯度 99 95 1 在二氯二氨合钯中加入一定量的水和盐酸 加热至 100 得澄清溶液 A 写出 该反应的化学方程式 2 于上述 A 的热溶液中加入一定量的氯酸钠溶液 继续加热溶液有气体逸出 得 溶液 B 写出该反应的化学方程式 此时钯以何形式存在 3 在溶液 B 中加入 10 NaOH 溶液调节 pH 10 保持溶液温度在 100 左右得 沉淀 C 如溶液 PH 10 上清液中钯含量升高 分别写出溶液 B 中生成沉淀 C 及上清液 中钯量又升高的化学反应方程式 4 在 C 中加入浓盐酸加热至 100 浓缩直至蒸干 再在 120 下烘 5 小时 写出 发生的化学反应方程式 16 最常用的燃料电池催化剂为 Pt C 催化剂与纯铂催化剂相比 Pt C 催化剂具有 比表面大 Pt 利用率高 催化性能好等优点 尤其是大大降低了燃料电池的成本 影响 Pt C 催化活性的基本因素是催化剂的颗粒尺寸及其表面功能群 包括碳黑的预处理 催 化剂的制备 方法载体的颗粒尺寸和性能 对催化剂的处理方法等 1 氯铂酸直接还原法具有操作简单 Pt的分散性好 催化剂活性高等优点 是制 备Pt C催化剂的理想方法 H2PtCl6 是二元酸 在水溶液中氢离子以水合氢离子存在 N2H4 作为还原剂 在水溶液夺取质子显示碱性 一定量经过处理的导电碳黑加入少量异 丙醇以改善其浸润性 加入二次蒸馏水中配成悬浊液 搅拌使混合均匀加入计算量的 H2PtCl6 6H2O溶液搅拌 升温到80 C 保持2h 将溶液的pH调至中性 然后加入N2H4二 者混合发生离子反应 写出离子反应方程式 包括氯铂酸和N2H4溶于水的反应 2 亚硫酸根络合物法 在H2PtCl6 6H2O溶液中加入过量NaHSO3 微热至溶液变 为无色 并用一定浓度的NaOH溶液保持pH为4 5 搅拌同时加入适量的导电碳黑 并缓 慢滴30 H2O2保持pH 4 5 当pH不再改变时 将溶液加热煮沸30min 冷却抽滤洗涤沉 淀 至滤液中无Cl 存在 将沉淀在60 N2保护下 烘干 135 空气中加热即得Pt C催 化剂 这个实验原理分三步进行 分别写出化学方程式 发生氧化还原形成亚硫酸根络合物H3Pt SO3 2OH的同时还有一种酸 两种正盐生 成 双氧水和亚硫酸根络合物反应生成PtO2 催化剂的生成 17 元素 A 在氯碱工业中可用做电解槽的阳极材料 A 在酸性溶液中被 KMnO4氧化 时 可生成橙黄色的 AO4 在 KCl 存在下 AO4可被 KCl 还原生成红色晶体 K4 A2OCl10 迄今已知只有两种金属四氧化物 AO4是稳定性较差的一种 1 写出 A 的元素名称 A 在长式周期表中的第几周期 第几族 2 画出配合物中阴离子的结构式 3 配合物 K4 A2OCl10 是顺磁性还是抗磁性 4 AO4分子属于何种空间构型 何种点群 18 铂的配合物是一类新抗癌药 如顺式一二氯二氨合铂对一些癌症有较高治愈率 铂元素化学性质不活泼 几乎完全以单质形式分散于各种矿石中 铂的制备一般是先用 王水溶解经处理后的铂精矿 滤去不溶渣 在滤液中加入氯化铵 使铂沉淀出来 该沉 淀经 1000 缓慢灼烧分解 即得海绵铂 回答下列问题 1 写出上述制备过程有关的化学方程式 2 氯铂酸与硝酸钠在 500 熔融可制得二氧化铂 写出化学方程式 PtO2在有机 合成中广泛用作氢化反应的催化剂 试问此反应中实际起催化作用的物种是什么 3 X 射线分析测得 K2 PtCl6 晶胞为面心立方 PtCl6 2 中 Pt4 位于立方体的八个 角顶和六个面心 问 Pt4 采用何种类型杂化 PtCl6 2 空间构型 K 占据何种类型空隙 该类型空隙被占百分率 标出 K 在晶胞中的位置 19 随着医药 化学工业的发展 钯碳催化剂的用量日益增多 随之废钯催化剂也 越来越多 据分析 废钯催化剂中含银 5 6 碳 93 94 铁 1 2 铜 0 1 02 以及锌 镍等金属和杂质 故钯碳具有很高的回收价值 由废钯催化剂 亦 称钯碳 制取氯化钯的工艺过程主要包括 钯碳焚烧 王水溶解 氨水除铁 酸析 钯 的氨配合物遇到稀盐酸能析出黄色结晶 Pd NH3 2C12 焙烧 550 等 1 试以框图 即方块图 例如 形式绘出由钯碳制取氯化钯的工艺流程图 并指出流程中何步操作对提高钯的回收 率是十分必要的 依据是什么 2 写出王水溶解的化学反应式 3 试述氨水除铁的实验条件以及如何检验溶液中 Fe3 是否除净 4 试述 550 条件下焙烧的作用 20 某些铂的化合物具有重要的生理作用 也可能作为防癌剂 PtCl42 2e Pt 4C1 0 75V PtCl62 2e PtCl42 2C1 0 77V O2 4H 4e 2H2O 1 229V PtCl42 离子通常是用化学计量的盐酸肼还原 PtCl62 来制备的 在水中 PtCl42 的溶 剂分解作用是彻底的 但反应速率慢 PtCl42 H2OPtCl3 H2O Cl 25 K 1 45 10 2 PtCl3 H2O H2OPtCl2 H2O 2 C1 25 K 1 1 10 3 所以 10 3mol L K2PtCl4的溶液在平衡时仅含有 5 PtCl42 1 在空气存在的条件下 Pt 在 HCl 中是否溶解 若能 写出其化学反应方程式 2 写出 PtCl62 与盐酸肼的化学反应方程式 3 计算 25 10 3mol L K2PtCl4溶液达平衡时 PtCl3 H2O PtCl2 H2O 2的百 分含量 画出 PtCl2 H2O 2的结构图 指出中心原子的杂化形态 4 写出用 PtCl42 来制备反式 PtCl2 NH3 NO2 的反应方程式 5 K2PtCl4的晶体结构与萤石相似 试画出其晶体结构示意图 21 国际市场上的大量铂系金属是从电解铜和镍剩余的残渣中提取出来的 下面给 出了提取铂和钯的流程图 1 画出阴离子 PtCl62 和 PdCl42 的立体结构 2 画出 Pd NH3 2Cl2的所有立体结构 在你画的结构上要有正确的立体化学表达 3 在流程图的第二步中 FeSO4的作用是什么 写出配平的化学反应方程式 4 写出在空气中灼烧 Pd NH3 2Cl2生成金属钯的配平的反应方程式 什么物质被 氧化 什么物质被还原 参考答案 参考答案 A4 1 6 2 4CoCO3 O2 2Co2O3 4CO2 3 C 4 过氧化氢 Fe2 离子转变为 Fe3 离子 碳酸镍 或氢氧化镍 Fe OH 3沉淀 5 弱 Fe OH 3 3H Fe3 3H2O 2Co OH 3 6H 2Cl 2Co2 Cl2 6H2O Cl2 2I I2 2Cl 6 2Na4 Co CN 6 2H2O2Na3 Co CN 6 H2 2NaOH 7 1 向黄血盐溶液中滴加碘水 溶液由黄色变成红色 2 Fe CN 6 黄色 I2 2 Fe CN 6 3 红色 2I 2 将 3mol L 的 COCl2溶液加热 溶液由粉红色变蓝色 Co H2O 6 2 4Cl CoCl42 蓝色 6H2O 再加入 AgNO3溶液时 溶液由蓝色变红色 并有白色沉淀生成 CoCl42 4Ag 6H2O Co H2O 6 2 4AgCl 白色 3 水浴加热一段时间后 有绿色沉淀生成 Ni NH3 6 2 2H2ONi OH 2 绿色 2NH4 4NH3 再加入氨水 沉淀又溶解 得蓝色溶液 Ni OH 2 2NH4 4NH3 Ni NH3 6 2 蓝色 2H2O 8 1 FeCl3遇 NH4 2C2O4生成稳定的 Fe C2O4 3 3 其稳定性比 FeSCN 2 大 因而加 人少量 KSCN 溶液时不变红色 再加入盐酸时 C2O42 转化为弱酸 HC2O4 或中强酸 H2C2O4 而使 Fe C2O4 3 3 被破坏 再由 Fe3 与 SCN 结合使溶液变红色 2 Co3 正电荷高 极化能力强 获得电子的能力强 极易得到一个电子 因而 Co3 的盐不稳定 而 Co2 的盐稳定 当与某些强场配体生成配合物时 3d6电子构型 的 Co3 在八面体场中 t2g轨道全充满 eg轨道全空 分裂能大 晶体场稳定化能大 因而配离于稳定 如 Co CN 6 3 而 3d7电子构型的 Co2 在八面体强场中 高能量 的 eg轨道上有一个电子 该电子能量高而极易失去 因而配离子很不稳定 如 Co CN 6 4 Co CN 6 4 Co CN 6 3 3 将 CoSO4溶于水后加入 NaOH 溶液 得到 Co OH 2沉淀 过滤后 向沉淀中加 入盐酸至沉淀刚好全部溶解 将溶液蒸发 浓缩后得到 CoCl2 6H2O 晶体 该晶体 在 200 300 加热脱水 即得到无水 CoCl2 4 在 50 I00 使粗 Ni 与 CO 反应生成液态的 Ni CO 4 分离后再将 Ni CO 4在 200 加热分解 便得到高纯度的镍 9 A 为 CoCl2 B 为 Co H2O 6 2 C 为 Co OH 2 D 为 Co OH 3 E 为 CoCl4 10 OsO3N 11 A 为 MnO4 Co2 B 为 CoCl4 2 C 为 Cl2 D 为 Co OH 3 E 为 MnO42 F 为 Mn2 Co2 G 为 Mn OH 2 H 为 Co NH3 6 2 12 1 3Pt 4HNO3 18HCl 3H2PtCl6 4NO 8H2O H2PtCl6 6H2O H2PtCl6 6H2O H2PtCl6 SO2 2H2O H2PtCl4 H2SO4 2HCl PtCl4 2 C2H4 Pt CH2 CH2 Cl3 Cl Pt CH2 CH2 Cl3 PtCl2 C2H4 2 2Cl 2 C 八面体 D 平面四边形 E 平面四边形 F 桥连二聚体 13 1 A RuI3 B CO C Ag D Ru CO 5 E Ru CO 4 F Ru X AgI 2 银是结合碘负离子所必须的金属 3 Ru CO 4失去一个配体分子导致配合程度降低 并有 Run CO 4n簇合物形成 导 致颜色改变 14 1 钌 Ru 第五周期 第 8 列 2 sp3杂化 正四面体 3 4 式中 Cl 原子没画出 4 抗磁性 5 Ru 配合物的异构现象 C 水解 无论哪个位置上的 Cl 被 H2O 取代都得到 Y D 水解似乎有两种可能 但题 意指示只得到 Y 不得到 X 说明对于 D 的水解 只发生在对位是 Cl 的 Cl 原子上 不发生在对位是 H2O 的 Cl 原子上 这种反应规律又叫做 反位效应 15 1 Pd NH3 2Cl2 2HCl NH4 2 PdCl4 2 6ClO3 10NH4 3Cl2 5N2 18H2O 4H 钯以 H2PdCl4形式存在 3 H2PdCl4 4NaOH Pd OH 2 4NaCl 2H2O 过量 NaOH 与部分 Pd OH 2发生反应 Pd OH 2 2NaOH Na2 Pd OH 4 4 Pd OH 2 2HCl PtCl2 2H2O 16 1 H2PtCl6 2H2O PtCl62 2H3O N2H4 H2O N2H5 OH N2H5 PtCl62 Pt s N2 g 5H 6Cl 2 H2PtCl6 3NaHSO3 2H2O 5HCl H3Pt SO3 2OH Na2SO4 NaCl H3Pt SO3 2OH 3H2O2 PtO2 3H2O H2SO4 PtO2 Pt O2 g 17 1 钌 第五周期 第 族 2 3 抗磁性 4 四面体 Td 点群 18 1 3Pt 4HNO3 18HCl 3H2PtCl6 4NO 8H2O H2PtCl6 2NH4Cl NH4 2PtCl6 2HCl NH4 2PtCl6Pt 2NH3 2HCl 2Cl2 2 H2PtCl6 2NaNO3PtO2 3Cl2 2NO 2NaOH PtO2 2H2 Pt 2H2O 实际上起催化作用的是反应中 二氧化铂被氢还原而成的铂黑 3 d2sp3 八面体 四面体空隙 面心立方晶胞含四个结构基元 即有 8 个 K 亦有 8 个四面体空隙 故占据率 100 1