高中化学竞赛教程上

1、黄冈中学化学奥赛培训教程（精美黄冈中学化学奥赛培训教程（精美 wordword 版）版） 目录 上册（75 页，2.5M） 第一章第一章化学反应中的物质变化和能量变化化学反应中的物质变化和能量变化 第一节第一节 氧化还原反应氧化还原反应 第二节第二节 离子反应和离子方程式离子反应和离子方程式 第三节第三节 化学反应中的能量变化化学反应中的能量变化 第四节第四节 综合解题综合解题 第二章第二章 物质结构物质结构元素周期律元素周期律 第一节第一节 原子结构和核外电子排布原子结构和核外电子排布 第二节第二节 元素周期律与元素周期表元素周期律与元素周期表 第三节第三节化学键化学键 第四节第四节 分子间

2、作用力分子间作用力 第五节第五节晶体结构晶体结构 第六节第六节综合题解综合题解 第三章第三章 气体、溶液和胶体气体、溶液和胶体 第一节第一节气体气体 第二节第二节胶体胶体 第三节第三节溶液溶液 第四节第四节 综合题解综合题解 第四章第四章化学反应速率及化学平衡化学反应速率及化学平衡 第一节第一节化学反应速率化学反应速率 第二节第二节 影响化学反应速率的因素影响化学反应速率的因素 第三节第三节 化学平衡化学平衡 第一章第一章化学反应中的物质变化和能量变化化学反应中的物质变化和能量变化 第一节第一节 氧化还原反应氧化还原反应 1、根据下列三个反应，排出氧化剂氧化性的强弱顺序： A4HClMnO2

3、MnCl2Cl22H2O B16HCl2KMnO4=2KCl2MnCl25Cl28H2O CuCl2 2Cl22H2O 450 解析：这三个反应中还原剂都是盐酸。 不同的氧化剂与同一还原剂反应时， 若反应越易 发生，则氧化剂的氧化性越强，反之就弱，故其氧化性顺序由强到弱：KMnO4MnO2O2。 2、配平氧化还原方程式：P4OCl2FY=POCl3P2Cl5 解析：本题中 P4O 中的 P 元素对应有两种产物，故设 P4O 的化学计量数为“1” 。用待 定系数法配平的关键是选准一种物质的化学计量数为1。令 P4OaCl2=bPOCl3cP2Cl5，由 原子守恒得： C4HClO2 4 b 2c

4、, a 21/4, 解得b 1, b 1, 2a 3b5c,c 3/ 2。 代入整理得：4P4O21Cl2=4POCl56P2Cl5 3、配平下列方程式：Fe3CHNO3=Fe(NO3)3NO2CO2H2O 解析：复杂物质 Fe3C 按常规化合价分析无法确定 Fe 和 C 的具体化合价，此时可令组 成该物质的各元素化合价为零价，再根据化合价升降法配平。 3Fe3(0 3)升9 共升131 C 0 +4升4 N +5 +4降113 再用观察法，不难确定各物质的化学计量数为： 1、22、3、13、1、11，故为 Fe3C 22HNO3=3Fe(NO3)313NO2CO211H2O 4、配平 NH4

5、NO3FY=N2HNO3H2O 解析：NH4NO3中 N 的平均化合价为1 价，则元素化合价升降关系为： 2N2(10)降 21 N15升 41 用观察法调整确定各物质的化学计量数，故： 5NH4NO3=4N29H2O2HNO3 注 ： 若 配 平 时 不 用 此 平 均 标 价 法 ， 则 要 分 析 同 种 元 素 化 合 价 升 降 关 系 。 NH+ 4 N2,NO3 N2,决不会出现化合价交叉现象，即不会出现NH4 NO3的情况。 5、问四氧化三铁中铁的氧化数为多少？ 解析：已知氧的氧化数为2，设铁的氧化数为x， 则 3x4(2)=0 8 故x 3 所以 Fe3O4中 Fe 的氧化数

6、为。 注：氧化数可以为分数。 6、用离子电子法配平下列方程： KMnO4FeSO4H2SO4 FY=MnSO4Fe2(SO4)3K2SO4H2O 解析：写出反应的离子表达式： 2+2+3+MnO 4 Fe H FY=Mn Fe H2O 8 3 分别写出氧化和还原半反应：Fe2+e Fe3+5 +2+MnO 4 8H 5e Mn 4H2O1 根据反应过程中得失电子相等原则，配平氧化剂和还原剂系数： 2+2+3+MnO 4 5Fe 8H =Mn 5Fe 4H2O H2SO4作介质时，化学方程式可写为： 2KMnO410FeSO48H2SO4=K2SO42MnSO45Fe2(SO4)38H2O 注：

7、 离子电子法配平的关键是把氧化还原反应方程式拆为两个半反应式， 再利用电子 得失守恒即可消去电子，得方程式。 7、计算由标准氢电极和标准镉电极组成的电池的自由能。 解析： E Cd /Cd=-0.402 6V 2+ E H+/H2 0 Ed代数值较小的电极应作原电池的负极，Ed代数值较大的电极为正极，因此电池的 符号可表示为： （）Cd|Cd2+(1mol/L)/H+(1 mol/L)|H2(Pt)() E 正-E负0-( 0.402 6)= + 0.402 6V -E G=- nFE-296 5000.402 6=77 701.8J/mol 第二节第二节 离子反应和离子方程式离子反应和离子方

8、程式 1、在 pH=1 的无色透明溶液中不能大量共存的离子组是（） AAl3+、Ag+、Cl NO3、ClBMg2+、NH 4 、 CBa2+、K+、CH3COO 、Fe3+ 、 SO2DZn2+、Na+、NO3 4 解析：A 组由于 Ag+Cl =AgCl而不能共存；C 组因生成弱电解质(H+CH3COO =CH3COOH)而不能共存，且 Fe3+是棕黄色的，故答案为 A、C。 注：解答此类题的关键是掌握离子能否共存的判断规则。 2、重金属离子有毒性。实验室有甲、乙两种废液，均有一定毒性。经化验甲废液呈碱 性，主要有毒离子为Ba2+离子，如将甲、乙废液按一定比例混合，毒性明显降低。乙废液中

9、不可能含有的离子是（） 2+ACu2+和SO2 4 BCu 和 Cl +CK+和SO2 4 DAg 和NO3 2 +解析：沉淀 Ba2+必须用SO2 4 ，而在 A、C 两选项中均含有SO4，但 C 项中 K 无毒性， A 项中 Cu2+可与甲废液中 OH 反应生成 Cu(OH)2沉淀，从而降低毒性。本题答案为A。 注： 设法使重金属离子转化为沉淀， 使其毒性明显降低。 若仅考虑将 Ba2+沉淀为 BaSO4， 即选 C。 3、下列反应的离子方程式错误的是（） A等物质的量的 Ba(OH)2与 NH4HSO4在溶液中反应： +2 Ba2+2OH NH+ 4 +H +SO 4 =BaSO4NH3

10、H2OH2O B氢氧化铁与足量的氢溴酸溶液反应： Fe(OH)33H+=Fe2+3H2H2O C足量的 CO2通入饱和碳酸钠溶液中： 2 CO2CO3H2O=2HCO 3 D向碳酸氢钠溶液中滴加少量澄清石灰水： 2 Ca2+2HCO 3 2OH =CaCO3CO32H2O 2 +解析：对于 A：HSO 4 在水溶液中进一步电离成 H 和SO4，且 Ba(OH)2与 NH4HSO4 等物质的量反应， 故 NH4+与 H+分别与 OH 反应， 故 A 正确。 对于 B， 氢溴酸是强酸， Fe(OH)3 为难溶物，故也正确。对于C，由于 NaHCO3溶解度小于 Na2CO3，且 Na2CO3为饱和溶

11、液， 2 故析出的是 NaHCO3晶体，故 C 错误。对于 D，Ca(OH)2少量，故溶液中还有CO3存在， 2 若 Ca(OH)2过量，则不能有CO3存在。故 D 正确。本题答案为 C。 注：本题结合元素化合物的知识， 从多个侧面考查对离子方程式正误的判断。 有的同学 2 对 D 选项产生怀疑：产物中的阴离子是CO3还是 OH ？仔细分析可发现，加入的石灰水 ),因此 OH 与HCO3是少量，n(OH )Q1Q3 CQ2Q3Q1DQ2=Q3Q1 解析：酸在水中电离成 H+和酸根是一个吸热过程，所以，酸越弱， H 电离热就越大；反之越小。因此，CH3COOH 的电离热最大；按理H2SO4 O

12、（第一级）与HNO3同是强酸，特别在水中，由于水的拉平效应，使它们 N 都显强酸性，似乎中和热应相同，实际上并不相同，HNO3有一个分子内 O 氢键（如图） ，所以它比H2SO4（第一级）酸性要弱，在电离成NO 3 时要 破坏氢键而消耗能量。其次， H2SO4分子间虽然也有氢键，但在溶解过程中首先形成水合硫 酸放出大量热量，破坏氢键并促使离解，所以硫酸的中和热要大于硝酸的中和热。应选C。 3、已知 273K 时，N2(g)3H2(g)2NH3(g)Q(Q0)，在相同温度条件下，向一密闭 容器中通入 1 mol N 2 和 3 mol H 2，达到平衡时，放出能量为Q1，向另一体积相同的密闭容

13、器中通入 0.5mol N2和 1.5 mol H2，达到平衡时，放出能量为Q2。则 Q1和Q2应满足的关系 是（） AQ2Q1Q BQ2Q2Q1/2 解析：热化学反应方程式中Q 是指 1 mol N2和 3mol H2完全反应，生成2 mol NH3时放 出的热量，而实际反应平衡时，并没有完全反应，即没有生成2 mol NH3，比2 mol NH3少， 所以 QQ1。 当在相同体积的密闭容器通入物质的量为一半的气体时， 相应压力也降了一半， 1 2 氨反应是体积缩小的反应，总压增大有利平衡向正方向移动，相反，则逆向移动。因此，应 选 A 和 B。 注：合成氨的反应是一个可逆反应，所以不可能完

14、全反应。故热量不等于Q。 1 2O5垐V垐4、反应SO2(g)+O2(g)噲 垐? ?SO3在恒温下的密闭容器中进行，SO3的产率为 a； 2 而在绝热密闭的同一容器中反应，SO3的产率为 b，则 a 与 b 的正确关系为（） AabBa=bCabD无法判断 1 2O5垐V垐解析：由于SO2(g)+O2(g)噲 垐? ?SO3(g)是一个放热反应，能散去一部分热量将有 2 利于正向反应；若能把产生的热积聚起来， 将会使绝热容器中反应体系的温度升高， 将不利 于正向反应而有利于平衡逆向移动；若反应体系的温度升高到一定温度（约 630以上） ， 将会使催化剂的活性降低， 甚至消失。 由此可见， 在

15、恒温体系的产率多， 绝热体系的产率低， 因此，应选 A。 5、根据盖斯定律和下列数据，计算反应的Q1值： 1 C(石墨)O2(g) CO(g)Q 1 2 C(石墨)O2(g)=CO2(g)393.5kJ 1 CO(g)+O2(g)CO2(g)+283kJ 2 解析：将C（石墨）作为起始状态、CO2(g)作为最终状态，则由C（石墨）生成CO2(g) 有下列两种途径： （） CO2(g) C(石墨) Q2 Q1Q3 CO(g) （） 由盖斯定律：Q2=Q1Q3故= 所以 Q1=393.5kJ283kJ=110.5kJ 即反应的反应热为 110.5Kj。 所以 NH3的得率相应要比1 mol N2和

16、 3 mol H2的低。所以放出的热量Q2Q 1。因为合成 d 6、由生成焓数据计算氨的氧化反应的H298，并指出此反应是吸热还是放热反应？ d 解析： 查出各物质的标准生成焓Hfd ,298 的值， 代入H298(Hfd)产物(Hfd) 反应物即可。 该反应方程式为： 4NH3(g)5O2(g)=4NO(g)6H2O(g)，查出各物质的Hfd ,298 的值： Hfd ,(NH3)(g) dd 46.19kJ/mol,Hf(NO)(g) 90.37kJ/mol,Hf(H O)(g) 241.83kJ/mol。 2 d 则 H 298 ( H f d ) 产物( H f d ) 反应物 4 9

17、0.37 6( 241.83)4 ( 46.19) 5 (0.00) 904.74kJ/mol d H 298 0表明氨的氧化反应是放热反应。 7、已知 2丁烯有顺、反两种异构体，前者能量比后者高( G d )，在某反应条件下它 们处于平衡，其平衡常数K 如下： CH 3 C H 顺-2- 丁烯 C HH 反-2- 丁烯 CH 3 CH 3 CC CH 3 H K 反式 3.20 顺式 自由能差G d 和平衡常数 K 有如下关系： G d RT 1nK2.303PT lg K 式中 R=8.31J mol1K1,T=298K 。 （1）求该平衡时，顺、反式的摩尔分数（物质的量分数） 。 （2）

18、求顺、反式的自由能差（请以kJ/mol表示） 。 （答案均取 3 位有效数字） 解析：利用平衡常数可求得平衡时顺，反2丁烯的物质的量之比，从而求得两者的 物质的量分数。 （1）设平衡时顺反式分别为(1X)mol和 X mol ，则有： K X 3.20 1X X0.762 1X10.762 0.238 1XX1 反2丁烯的物质的量分数为：10.238=0.762 所以，顺2丁烯的物质的量分数为 （2）根据题意，自由能差G d 与平衡常数有定量关系： G d =2.308 8.31 298lg3.20= 2 880(J/mol) 即2.88kJ/mol 故答案： （1）顺式：0.238,反式：0

19、.762. （2）G d =2.88kJ/mol 。 注：求算G d 时，切不可丢掉“负号” ，在进行有关焓（H ） 、熵（S） 、自由能（G ）等 的计算中，H 、S、G 均为生成物与反应物的相关物理量之差。题目中已指出“2丁 烯有顺，反两种异构体，前者的能量比后者高” ，由此也可确定顺反式 2丁烯的自由能差 应为负值。 8、求反应 CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)在标准状态下自发进行的最低温度。 解析：欲使反应自发进行，必须TS d H,故T d H d S d 时反应自发进行，从而求 得自发进行时的最低温度。 CaCO3(g)=CaO(s)CO2(g);H298=179.0kJ

20、/mol d G298130.8kJ/mol ddd G298 H298TS298 d G298 dd H298G298179.0kJ/mol130.8kJ/mol T298K 0.161kJ/molgK-1 欲使反应自发进行，必须TS d H,故T d H d S d 时反应自发进行。 H d S d 179kJ/mol 1111.8K 0.161kJ/mol 故反应自发进行的最低温度是1111.8K。 第四节第四节 综合解题综合解题 1、PbCO3（存在于白铅矿中）和 ZnO（白锌）常用来做白色涂料。H2S 可将这些化合 物变成相应的硫化物。 （1）写出反应方程式。 （2） 根据热力学讨论

21、， 若空气中 H2S 的浓度为 0.007mg m3,使用这些涂料是否妥当？ （3）表明哪种涂料不合适？ （4）对于生成PbS 的情况，为使白色恢复，用H2O2处理使生成 PbSO4。根据热力学原 理，简单地暴露于空气能否达到同样的效果？ 25、 1 atm 下空气的平均组成 （按体积百分数） 为： N277.90O220.70CO20.026 H20.40其他气体：1.03 各物质的Gfd(kJ/mol)是： PbCO3(s)626.0H2S(g)33.0PbS(s)92.6 ZnO(s)318.0ZnS(s)184.8CO2(g)394.2 H2O(g)228.5PbSO4(s)811.0

22、 解析： （1）PbCO3(s)H2S(g)=PbS(s)H2O(g)CO2(g) ZnO(s)H2S(g)=ZnS(s)H2O(g) （2）反应的G1d: d G 1 d Gf,CO 2(g) d Gf,H 2O(g) ddd Gf,pbs(s)Gf,H S(g)Gf,PbCO 23(s) (394.2)(228.5)(92.6)(33.0)(626.0) 56.3(kJgmol1) G 1 d Gd RT1n p(CO2)p(H2O) p(H2S) 0.007mgm3H2S 所占的体积比为： 0.0072980.007298 0.02240.0224 5.0109 1000M(H2S)27

23、3100034.08273 所以 p(H2S)=5.0109atm 则G 1 56.310008.314298ln 0.0260.40 5.0109100100 4.31104(Jgmol1) 41.3(KJgmol1) 0 所以 PbCO3白涂料会发黑，即不妥当。 dd 同理，反应的G2=62.3kJmol1,G2=28.6kJmolHEGJDDBIA）确定它 们的相对位置。 同性相似的元素在周期表中位置相邻， 其中相对原子质量相差较大的为同族 相邻， 相对较小的为同周期相邻。 然后， 按照相对原子质量小的元素其原子序数小原则排列， 故上述元素在表中的相对位置为： I CDJ H B G F

24、 A E 4、下图表示元素 X 的前五级电离能的对数值，试推测X 可能是哪些元素？ 解析：本题考查对图形的分析，要注意图中纵坐标的标度是对数值，因此 X 元素的第 二和第三三电离能之间有突变，说明它有两个电子容易电离，电离第三个电子需要破坏8 电子构型，所以它是 IIA 族元素。图中示出 5 个电子的电离能值，因此它不可能是 Be。因 为 Be 原子总共只有 4 个电子，综合分析，X 可能是 Mg、Ca、Sr 或 Ba。所以 X 可能是 Mg、 Ca、Sr 或 Ba。 lgIE 12345 第三节第三节化学键化学键 1、BF3的几何构型为平面正三角形，而NF3却是三角锥形，试用杂化轨道加以说明

25、。 解析： 用 sp2杂化轨道、 sp3杂化轨道的空间构型及等性杂化和不等性杂化轨道加以说明。 在 BF3中 B 原子以三个 sp2杂化轨道分别与三个P 原子的 2p 轨道形成3 个 sp2p键， B 原子的三个 sp2杂化轨道是等性杂化轨道，其空间构型为平面正三角形，所以BF3的几何 构型的为平面正三角形。 而 NF3中，N 原子形成 4 个 sp3杂化轨道，其中有一个杂化轨道已排布两个电子（弧电 子对） ，能量稍低，另外3 个杂化轨道仅排 1 个电子，能量稍高。 N 原子用这 3 个能量相等、 各排布有 1 个电子的 sp3杂化轨道分别于 3 个 F 原子的 2p 轨道形成 3 个 sp3

26、p键间的夹 角小于 10928(实为 102.5)。因此 NF3分子的几何构型为三角锥形。 2、试分别用价键理论和分子轨道理论说明稀有气体不能形成双原子分子的理由。 解析： 从稀有气体原子间的电子不能配对成键和它们的键极为零分别进行说明。 稀有气 体外层电子结构为 ns2np6（He 除外） ，是稳定的 8 电子构型，现以 Ne 为例加以说明。 价键理论认为： 氖的外层电子结构为 2s22p6或 2s2p ，所有电子都已互相成对，当两个Ne 原 子接近时，不能再相互配对（原子中无未成对电子） ，所以 Ne 不能形成 Ne2分子。 分子轨道理论认为： 若能形成 Ne2分子，则其分子轨道排布式为：

27、 *2222*2*2*2 KK(2s)2(2s) (2px ) (2p y ) (2p z ) ( 2py ) ( 2pz ) ( 2px ) 成键电子数-反键电子数88 0 22 所以 Ne 不能形成双原子分子。 3、 NSF 是一种不稳定的化合物， 它可以聚合成三聚分子A， 也可以加合一个 F 生成 B， 还可以失去一个 F 变成 C。 （1）试写出 NSF 和产物 A、B、C 的 Lewis 结构式。 （2）预期 A、B、C 中哪一个 NS 键最长？哪一个 NS 键最短？为什么？ （3）假设有 NSF 的同分异构体存在SNF，请按照（1） 、 （2）内容回答问题。 解 析 ： （ 1 ）

28、 本 题 可 采 用 Lewis 结 构 理 论 ， 计 算 出 NSF 的 化 学 键 数 。 因 d ns38(567) 即 N=SF， 但它存在形式电荷：N SF,而3,应该是三条共价键， 22 N=SF 中 各 原 子 的 形 式 电 荷 为 零 ， 所 以 只 要 修 正 S 原 子 的 nr=10 即 可 。 ns(1028)(567) 4,所以 NSF 的 Lewis 结构式为 NSF，其中，N、S、F 的 22 形式电荷均为零。 其键极= N A . . 3N FS SF N S F 0 0 .B. .N SF . . S N F . NC. F 0 + S . , （2）从

29、A、B、C 的结构看，C 的 NS 键最短，因为 NS 之间为共价叁键，A、B 结构式中 NS 之间都为共价键，但A 中可认为有离域键存在，所以A 中 NS 键最长。 （3）当 SNF 排列时，Lewis 结构式为S NF，所以 F N A . . 3N S N N F N S F B. . S + 000 S N F N F . NC. + S . , 从结构上看，C 中的 NS 键仍然最短，A 中 NS 键最长。 4、1919 年 Langmuir 提出： “凡原子数与电子总数相等的物质，则结构相同，物理性质 相近， ”称为等电子原理，相应的物质互称为电子体。(BN)n是一种新型无机合成材

30、料，它与 某单质互称为等电子体。 工业上制造(BN)n的方法之一是用硼砂和尿素在 1 0731 273 K 时 反应，得到-(BN)n及其他元素的氧化物。-(BN)n可作高温润滑剂，电器材料和耐热的涂 层材料等。如在高温下反应，可制得-(BN)n，-(BN)n硬度特高，是作超高温耐热陶瓷材 料、磨料、精密刀具的优良材料。试问： （1）它与什么单质互为等电子体？ （2）写出硼砂与尿素反应的方程式。 （3）根据等电子原理画出-(BN)n与-(BN)n的构型。 解析： 等电子体是一个很重要的概念。 它可以从已知物质的结构和性质推测未知的等电 子体的结构和性质。由于 BN 的价电子=35=8，(BN)

31、n的价电子数为 8n(24n)，与金刚石 和石墨的价电子数相等(4n)，而n，因此在此情况下 4n 与 24n 相等。再根据题中信息 “-(BN)n硬度特高，是作超高温耐热陶瓷材料、磨料、精密刀具的材料”易知：-(BN)n 结构与金刚石结构相似，而由“-(BN)n可作高温润滑剂、电器材料和耐热的涂层材料等” 可推知：-(BN)n结构与石墨相似。问（2）主要是写化学方程式。在高温下反应除生成指 定产物(BN)n外，还应生成其他的稳定物质。根据质量定恒定律，这些在高温下稳定的物质 Na2O、CO2、H2O。 （1）-(BN)n、-(BN)n的与金刚石、石墨互为等电子体。 （2）Na2B4O72CO

32、(NH2)2=4(BN)4Na2O4H2O2CO2 （3）因为-(BN)n结构与石墨相似，-(BN)n结构与金刚石结构相似，则它们的结构 画成： B N B N N N B N B N （-(BN)n结构）（-(BN)n结构） 需要指出的是：在画-(BN)n结构时，要注意B、N 的位置。B 位于A 族，在一般化 合物中每个 B 原子周围只能相连三根共价键。 第四节第四节 分子间作用力分子间作用力 1、某温度、某压强下取三份等体积无色气体 A，于 198K、353K 和 363K 下测得其摩 尔质量分别为 58.0gmol1、20.6gmol1；于 298K、353K、363K 下各取 1L（气

33、体压强 相同）上述无色气体分别溶于10 L 水中，形成的溶液均显酸性。则 （1）无色气体是_。 （2）各温度下摩尔质量不同的可能原因是_。 （3） 若三份溶液的体积相同 （设溶解后溶液温度也相同） ， 其物质的量浓度比值是多少？ 解析： （1）由题目信息可知不同温度下测得 A 气体的摩尔质量不同，并且随着温度的 升高而减小，这种情况可能是由于分子发生了缔合所致。 那么，A 气体究竟是什么气体？这 可以从所学过的溶于水且具有酸性的气体如 HCl、Cl2、SO2、NO2、HF 等气体去寻找。在 这些气体中，前四者没有能够发生分子缔合的因素，尽管 NO2可以缔合，但是没有哪一种 形体的分子量与题目所

34、给数据相吻合，故A 只可能是 HF，且从摩尔质量角度验证也符合。 另一方面，HF 分子间能够形成氢键，能发生分子缔合。 （2）由于氢键的形成与温度无关。温度越高缔合度越小，温度越低缔合度越大。因此， 温度从 298K353K363K，摩尔质量从 58.0gmol120.6gmol120.0gmol1是可 以理解的。 （3）由于三种缔合体溶于水后，均成 HF 单体分子。而溶液体积也是相同的，因此溶 质的物质的量浓度之比应等于三种缔合体溶于水后形成的HF 单体的物质的量浓度之比。 又 因 p、V 是一定的，而气体物质的物质的量也绝对温度成反比，因此在298K、353K、363K 条件下制成的三种稀

35、溶液中溶质的物质的量浓度之比为： 58.0 20.6 20.0 :3.53:1.06:1.00 298353363 答案： （1）HF。 （2）HF 以氢键缔合之故。 （3）缔合的 HF 均以单体分子溶于水，在一 定温度下，一定量的缔合气体所含单体分子的物质的量与缔合气体的相对分子质量成正比； P、V 一定时，气体物质的物质的量与绝对温度成反比，故在298K、353K、363K 下制成的 58.0 20.6 20.0 三种稀溶液中溶质的物质的量浓度之比为：:3.53:1.06:1.00 。 298353363 2、A 和 B 两种物质互相溶解的关系如图所示，横坐标表示体系的总组成，纵坐标为温

36、度，由下往上，温度逐渐升高。T1时 a 是 B 在 A 中的饱和溶液的组成，b 是 A 在 B 中的饱 和溶液的组成（T2时相应为 c，d） 。T3为临界温度，此时 A 和 B 完全互溶。图中曲线内为 两相， 曲线外为一相 （不饱和液） 。 某些物质如H2O和(C2H5)3N， C3H5(OH)3和间CH3C6H4NH2 有低的临界温度（见图） 。请根据上述事实，回答下列问题： （1）解释图中 T3存在原因。 （2）说明图中所示的两对物质存在低的临界温度的原因。 （3）描述图中所示的两对物质的互溶过程。 解析：解本题的关键是理解图形。 （1）图中所示的 A、B 相互溶解关系在中学化学中可以找到

37、这种模型，如苯酚与水的 互溶体系。将盛有苯酚的晶体和水溶液的试管加热片刻可观察到苯酚溶液。随着温度升高， 两相中相互溶解度增大， 两相组成也接近直至达到相同。（在 1 atm 下， 该点为 65.9和 34% （苯酚） ） 。这与题中曲线所示A、B 互溶体系是一致的。 （2）图乙和和图甲相反，这说明图乙所示的互溶体系有一种特殊的因素影响溶解度。 分析给出的 H2O 与(C2H5)3N，C3H5(OH)3和间-CH3C6H4NH2的例子可找出氢键这种因素，显 然溶剂与溶质分子之间氢键的形成有利于互溶， 而温度升高，分子间氢键破裂，溶解度而减 小。 答案： （1）物质的溶解度常随着温度的升高而增大

38、，所以在一定的温度下，A 和 B 两 种物质能达到完全互溶。 （2）某些物质如 H2O 和(C2H5)3N，C3H5(OH)3和间-CH3C6H4NH2存在低的临界温度的 原因是它们在较低温度能形成分子间氢键，然而，随着温度的升高，分子间氢键破裂，所以 溶解度反而减小。 第五节第五节晶体结构晶体结构 1、 （2005 年全国化学竞赛初赛试题）2001 年 3 月发现硼化镁在 39K 时呈超导性，可能 是人类对超导认识的新里程碑。 在硼化镁晶体的理想模型中， 镁原子和硼原子是分层排布的， 像维夫饼干一层镁一层硼地相间， 图中是该晶体微观空间中取出的部分原子沿c 轴方向的投 影，白球是镁原子投影，

39、黑球是硼原子投影，图中硼原子和镁原子投影在同一平面上。 （1）由下图可确定硼化镁的化学式为_。 （2）在下图右边的方框里画出硼化镁的一个晶胞的透视图，标出该晶胞内面、棱、顶 角上可能存在的所有硼原子和镁原子（镁原子用大白球，硼原子用小黑球表示） 。 解析： 本题是晶体结构的基础知识。 解答此题的关键是如何将立体图形改写成平面图形， 或将平面图形还原成立体图形。 其次，要能根据立体图形画出该晶体的晶胞。 画出晶胞的关 键是进行矢量平移， 但所取晶胞应满足晶胞是晶体微观空间基本平移单位的定义， 例如晶胞 的顶角应完全相同等。 晶体结构中周期性重复的最基本单位必须满足3 个条件， 即化学组成 相同、

40、空间结构相同和周围环境相同。 需要指出的是，从空间点阵上截取的最基本重复单位 可能有多种形式，但我们通常是截取立方体，这有利于计算。 从图中看，硼原子和镁原子各自成层，相互交替穿插，硼原子层类似石墨的单层，但各 自上下对照。每个硼原子都在上下两层的镁原子所形成的三棱柱的中心。也可以这样形容： 镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有一个镁原子； 6 个硼原子位于棱柱内。因 此，可以画出下列图形（如图所示） ： 将此图画成立方体，可以改写成： 由上图，很容易得出其化学式为MgB2。 2、现有甲、乙、丙三种晶体，试写出甲、乙两晶体的化学式和丙晶体中 C 和 D 的个数 比。 解析： 根据晶胞中

41、点的位置及它对单无晶胞的贡献， 可分别算出三种晶体中所含微粒的 数目。 甲：X 的个数=11=1 Y 的个数=4 X:Y 1: 11 82 1 2:1 2 乙：A 的个数=11=1 1 B 的个数=81 8 AB=11 1 4 4 11 D 的个数=86 4 82 所以甲的化学式为 X2Y 或 YX2，乙的化学式为 AB 或 BA，丙中 CD=11。 3、 （2005 年浙江省化学竞赛集训试题）富勒烯是一系列碳原子簇合物的总称。它的应 丙：C 的个数=1112 用十分广泛，涉及光学、声学、信息学、药物学、催化、储氢、超导等。18 世纪俄罗斯数 学家莱昂哈德欧拉通过理论论证明确指出，任何一个这样

42、的多面体都必须恰好具有12 个 五边形方能闭合形成多面体。试回答： （1） 由 12 个五边形构成的最小碳笼子分子式为_， 计算过程为_。 （2）除碳原子能形成笼形球状分子外，实验上还发现以金属原子部分取代碳原子的金 属碳原子团族分子，即：金属碳烯。你认为能代替碳原子化合物的金属有哪几种？ （3）在最小的金属碳烯原子簇化合物中，金属与碳原子个数比为23，这种最小金属 碳烯团簇的分子式为_（用 M 代表金属） 。 （4）美国研究人员通过理论计算证明，可以用24 个 X 原子和 24 个 Y 原子代替 48 个 碳原子形成 C12X24Y24新的团簇分子， 在这种全非金属团簇分子的12 个五边形中

43、， 每个五边 形中有_个 X 原子， 有_个 Y 原子， X 是_元素， Y 是_元素。 C12X24Y24 与 C60相比，热稳定性如何？ 解析：本题是一道综合试题。问（1）可根据信息推断出：每个碳原子与三个碳原子相 连。因此最小的碳笼为：1253=20。 问（2）要使金属原子部分取代碳原子，形成金属碳原子团簇分子，即：金属碳烯， 就应该是金属的价电子与碳原子的价电子相等， 即为 4 个价电子。 因此金属应该是A 族和 B 族。 问（3）其实是对问（1）的深化，要形成最小的金属碳烯原子簇化合物，就必须总原子 数为 20。因此，金属与碳原子个数比为23，公比为4 时，总原子数正好是20，即金属

44、碳 烯的化学式为 M8C12。 问（4）其实考查等电子体知识。要使 X、Y 原子取代 C60后结构不变，就必然原子或 离子半径大小近似相等，这样才不至于构型翻转，因此N、B 符合，且N、B 价电子数之和 正好与 2C 是等电子体。再加上信息知C 与 X、C 与 Y 原子数之比为 12，因此可以判断， 每个五边形中，必须是 1 个 C 原子、2 个 B 原子、2 个 N 原子。 由于 C12B24N24中 CN、BN 键能大，因此，C12B24N24比 C60应该更稳定。 答案： （1）20，1253=20。 （2）A 族和B 族。 （3）M8C12。 （4）每个五边形中，必然是 1 个 C 原

45、子、2 个 B 原子、2 个 N 原子；由于 C12B24N24 中 CN、BN 键能大，因此，C12B24N24比 C60应该更稳定。 第六节第六节综合题解综合题解 1、 （第 20 届国际化学竞赛试题）在我们这个三维空间世界里的周期系是根据四个量子 数建立的，即 n=1，2，3；l=0，1，2，n1；mc=0，1，2，l；ms= 1/2。如果我们搬到一个想象的“平面世界”去，那里的周期系是根据三个量子数建立的， 即 n=1，2，3；m=0，1，2，(n1)；ms=1/2，那么这个“平面世界” 里的 m 所代表的意义，相当于三维世界中c 和 mc二者的作用（例如：用它也能表示s、p、 d能级

46、）不过我们在普通三维世界中的基本原理和方法对这个二维的“平面世界”是适 用的。下面几个问题都与这个平面世界有关。 （1）画出“平面世界”周期表中的前四个周期，按照核电荷数标明原子序数，写出每 一元素的电子构型。 （2）现在研究n3 的各元素。指出与“平面世界”中每种元素相对应的我们三维空间 中各种元素的符号，请根据这种相似性估计在常温常压下，哪些“二维世界”元素是固体， 哪些是液体，哪些是气体。 （3）画出 n=2 的各元素的电子轨道。在“平面世界”中的有机化学是以哪一种元素为 基础的（用原子序数作元素符号）？指出己烷、乙烯和环己烷分别与在“平面世界”周期表 中的什么化合物对应。在“平面世界”

47、中芳香化合物可否存在？ （4）在这个“平面世界”中，有哪些规则和三维世界中所用的 8 电子和 18 电子规则相 当？ （5）画图说明n=2 的几个“平面世界”元素的第一电离能的变化趋势。在“平面世界” 周期表中，画出元素的电负性增长方向。 （6）画出“平面世界”中 n=2 的各元素的电中性、同核双原子分子的分子轨道能级图。 其中哪些分子是稳定的？ （7）n=2 的各元素分别与最轻的元素（z=1）形成简单的二元化合物。用原子序数作为 元素符号，画出它们的 Lewis 结构式，并画出他们的几何构型，指出分别与他们中每一化合 物相应的三维世界中的化合物。 解析： 本题的思考方法与例2 类似， 唯一不

48、同的地方就是磁量子数和自旋量子数的不同。 本题中电子云的伸展方向始终只能在xy 平面上。这样， s 轨道不变，p 轨迹由三种伸展方向 变为两种，即 px、py两种；d 轨道伸展方向由原来的五种变为两种，即dxy、dx2y2。而在 每一个轨道中仍然最多填充两个电子。解决了这个问题，其他问题均可迎刃而解。 答案： （1） 1 1s1 3 2s1 9 351 15 4s1 4 2s2 10 3s2 16 4s2 17 4s23d1 18 4s23d2 19 4s23d3 20 4s23d4 5 2s22p1 11 3s23p1 21 4s23d4 4p1 6 2s22p2 12 3s23p2 22

49、4s23d4 4p2 7 2s22p3 13 3s23p3 23 4s23d4 4p3 2 1s2 8 2s22p4 14 3s23p4 23 4s23d4 4p4 （2）三维空间与“平面世界”相应的元素（n3） ： （3）n=2 元素的杂化轨道。由于 p 轨道只有 px、py，因此杂化类型只有 sp 和 sp2，没 有 sp3。 从（2）中得出，在“平面世界”有机化学是以元素5 为基础的： 从“平面世界”中碳原子的杂化态可以得出： “平面世界”中不可能有芳香族化合物。 （4）从“平面世界”中电子层及其电子排布看， “平面世界”中 6e 、10e 电子规则分 别和三维空间中的 8e 、18e

50、电子规则相当。 （5）根据元素周期性知识得出： “平面世界” （n=2）元素(element)的第一电离能（E） 变化趋势和电负性(eleetronegativity)增长(increase)方向： （6）本小问要求简单了解的分子轨道理论。该知识点我们将在第三讲中学习到。 图中 stable 表示稳定，unstable 表示不稳定。 （7） “平面世界”中 n=2 元素和最轻元素化合物的路易斯结构、 几何结构及三维空间中 相应的化合物。 路易期结构： p(N 2 ) n(H 2 ) p(N 2 ) 101.32kPa, n(H 2 ) 2mol,V(H 2) RT p(H 2 ) 混合后 n=

51、n(N2)n(H2)=3(mol) n(N 2) n(H2 ) V 总 V(N 2 )V(H2) RT p(N )p(H ) 22 及 V 总 所以 p总 n RT p总 n(N 2 )n(H2)n p总p(N 2) p(H2) n n(N 2) n(H2 ) p(N )p(H2) 2 3 12 202.64101.32 121.58(kPa) p(N 2) X(N2)gp总 p(H2) X(H2)gp总 n(N 2 )1 gp总121.58 40.53(kPa) n(N 2 ) n(H2)3 n(N 2) 2 gp总121.5881.05(kPa) n(N 2) n(H2) 3 4、实验室里

52、用铝和氢氧化钠溶液反应来制取氢气。 298K 时用排水集气法收集氢气，测 得气体的压力为 100.0kPa，体积为 0.355dm3。已知此温度下水的饱和蒸气压为 3.2kPa，求 收集到的氢气的分压和氢气的物质的量是多少？ 解析： （1）p(H2)=p 总p(H2O)=(100.03.2)kPa=96.8kPa n(H2)p(H2)V96.80.355 mol1.39102mol RT8.314298 5、一种未知气体在一台扩散仪器内以10.00cm3s1的速度扩散，而在此仪器内氧气以 15.00cm3s1的速度扩散，计算此未知气体的相对分子质量。 解析：设未知气体的相对分子质量和扩散速度分

53、别为M(X)和 U（X） ； 根据气体扩散定律，有 (2)p(H2)V n(H2)gRT, u(O2)M(x) u(x)M(O2) 所以M(x) u (O2)gM(O2) u2(x) 2 (15.00) 22 (10.00)2 2 72。 6、将氨气和氯化氢气体分别置于一根120cm 的玻璃管两端，并使其自由扩散，试问两 气体在玻璃管的什么位置相遇而出现NH4Cl 白烟？ 解析：设经过 t 秒后在距 NH3端 x cm 处相遇而出现 NH4Cl 白烟。 根据气体扩散定律，有 u(NH3)M(HCl) u(HCl)M(NH3) x 36.5 t 即 (120cm x) 17 t x 71.3cm

54、 第二节第二节胶体胶体 1、下列关于胶体的说法，错误的是（） A分散质微粒直径介于107109cm 之间的分散系叫做胶体 B溶液胶中分散质微粒不能透过半透膜，但能通过滤纸 C氢氧化铁胶体通过直流电后在阳极附近颜色加深，在阴极附近颜近变浅 D可以用是否呈现丁达尔现象的方法鉴别溶液和胶体 解析：根据胶体与溶液的区别，不难分析B 和 D 是正确的。C 是错误的，因为Fe(OH)3 胶体微粒带正电荷，在通电条件下应向阴极移动， 结果在阴极附近颜色变深，而在阳极附近 颜色变浅。A 也是错误的。所以本题选A、C。 2、 有下列分散系： 植物油分解在水中； 0.01mol L1的 KI 溶液中滴入适量 0.

55、01mol 的 AgNO3溶液；肥皂水；淀粉溶液；氨水；蛋白质溶液；饱和 FeCl3溶液滴 入沸水中；水玻璃滴入HCl 中。其中不属于胶体的是（） ABCD 解析： 分散系依分散质粒子的大小分为浊液、 胶体和溶液。 植物油分散在水中属乳浊液， 氨水属溶液，其余为胶体。所以选C。 3、下列关于胶体的说法，正确的是（） A胶体外观不均匀 B胶粒不能透过滤纸 C胶粒做不停的，无秩序的运动 D胶体不稳定，静置后容易产生沉淀 解析：胶体与溶液均为稳定的分散系， 外观与溶液通常无法区别。 胶体粒子不停地做无 规则运动，静置后仍能稳定存在，由于胶体粒子较小，可通过滤纸，但不能通过半透膜。 4、下列关于 Fe

56、(OH)3胶体的说法，不正确的是（） AFe(OH)3溶胶与硅酸溶胶混合将产生凝聚现象 BFe(OH)3胶体粒子在电场影响下将产生凝聚现象 CFe(OH)3胶体粒子不停地做布朗运动 D光线通过 Fe(OH)3溶胶时会产生丁达尔现象 解析：胶体具有丁达尔现象、布朗运动、电泳及凝聚等重要性质。往某一胶体溶液中加 入电解质溶液，加热或加入带相反电荷胶粒的胶体，可使胶体析出沉淀，即凝聚。Fe(OH)3 溶胶的粒子带正电荷，而硅酸溶胶的粒子带负电荷， 因而在电场作用下向阴极运动， 产生电 泳现象。胶体粒子不停地作无规则运动，即布朗运动。当光线通过Fe(OH)3溶胶时，由于胶 粒对光的散射，从而在光的通路

57、里出现一条明亮的光带，即丁达尔现象。所以选B。 第三节第三节溶液溶液 1、配制 0.2 molL1CuSO4溶液 250mL，问需 CuSO45H2O 多少 g？ 解析：根据溶质的物质的量浓度的定义，可有： c nm/M VV 式中 n 代表溶质的物质的量（mol） ，V 代表溶液的体积（L） ，m 代表溶质的质量（g） ， M 代表摩尔质量（M=m/n，单位为 gmol1） 。 则0.2molgL 1 m/249.7ggmol1 250103L m 0.2249.7250103g =12.49g 2、实验室需用 2 molL1H2SO4 450mL，需取 18 molL1H2SO4多少 mL

58、 加入水中稀 释？ 解析：根据稀释公式 c 浓 V 浓= c稀 V 稀 18 molL1V 浓=2 molL 1450Ml V 浓=50mL 3、用 20% NaOH 溶液 50g，加水稀释成 5%NaOH 溶液，问需加水多少 g？ 解析： 设需加水质量为 x。 则有 50g20%=(50 x)g5% x=150 g 4、 实验室需用 2 mol L1的 H2SO4溶液 500mL， 问应取 18 mol L1H2SO4和 0.1 mol L 1的 H2SO4各多少 mL 混合？ 解析：设应取 18 molL1H2SO4的体积为 x（假设混合后溶液的体积等于两溶液体积之 和） ，则 18 mo

59、lL1x0.1molL1(500molL1x)=2 molL1500Ml x=53.1mL 0.1 molL1H2SO4体积为(50053.1)mL=446.9mL 5、密度为 0.89gmL1，含量为 30%（g/g）的市售氨水，其NH3的 m、c 各是多少？ 30/17 1000 25.2(molgkg1) 10030 30/17 c:1000 15.7(molgL1) 100/ 0.89 6、 313K 时， 水的蒸气压为 7.38kPa， 如果在 540g 水中溶解有 36g 葡萄糖 （M=180g/mol） ， 求该温度下溶液的蒸气压。 n 解：根据 p溶液 p溶剂g A nA nB 540/18 7.38kPa 7.33(kPa) 180/ 36540/18