【化學競賽試題】2001-2010年十年化學賽題重組卷6答案

2001-2010年十年化學賽題重組卷6物質結構（一）l 競賽時間3小時。遲到超過30分鐘者不能進考場。開始考試后1小時內(nèi)不得離場。時間到，把試卷（背面前上）放在桌面上，立即起立撤離考場。l 試卷裝訂成冊，不得拆散。所有解答必須寫在站定的方框內(nèi)，不得用鉛筆填寫。草稿紙在最后一頁。不得持有任何其他紙張。l 姓名、報名號和所屬學校必須寫在首頁左側指定位置，寫在其他地方者按廢卷論。l 允許使用非編程計算器以及直尺等文具。Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo1.008Zr NbMo Tc RuRhPdAgCdInSnSbTe I Hf TaW Re OsIrPt AuHgTl PbBiPoAtAc-LrHLiBeBCNOFNaMgAlSiPClSKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrRbCsFrSrBaRaYLaLu-6.9419.01222.9924.3139.1040.0885.4787.62132.9137.322322644.9647.8850.9452.0054.9455.8558.9363.5558.6965.3910.8126.9869.7212.0128.0972.61114.8204.4118.7207.2112.4200.6107.9197.0106.4195.1102.9192.2101.1190.298.91186.295.94183.992.91180.991.22178.588.9114.0116.0019.0030.9774.92121.8209.032.0778.96127.6210210210 126.979.9035.454.00320.1839.9583.80131.3222HeNeArKrXeRn元素周期表RfDbSgBhHsMt2010年第1題 (15分) 氣體常數(shù)R8.31447 J K-1mol-1 法拉第常數(shù)F96485 C mol-1 阿佛加德羅常數(shù)NA6.0221421023mol-1 1-12009年10月合成了第117號元素，從此填滿了周期表第七周期所有空格，是元素周期系發(fā)展的一個里程碑。117號元素是用249Bk轟擊48Ca靶合成的，總共得到6個117號元素的原子，其中1個原子經(jīng)p次衰變得到270Db后發(fā)生裂變；5個原子則經(jīng)q次衰變得到281Rg后發(fā)生裂變。用元素周期表上的117號元素符號，寫出得到117號元素的核反應方程式（在元素符號的左上角和左下角 分別標出質量數(shù)和原子序數(shù)）。 每式1分，畫箭頭也得 1分。兩式合并為 也得滿分。（2分）1-2寫出下列結構的中心原子的雜化軌道類型：(C6H5)IF5-(C6H5)2XeI(C6H5)2+sp3d3（1分）其他答案不得分。sp3d（1分）其他答案不得分。sp3（1分）其他答案不得分。1-3一氯一溴二(氨基乙酸根)合鈷(III)酸根離子有多種異構體，其中之一可用如下簡式表示。請依樣畫出其他所有八面體構型的異構體。 每式1分。正確畫出5個幾何異構體，未畫對映體但指明都有對映異構體，各得1.5分。 （10分）2007年第1題（7分） 通常，硅不與水反應，然而，弱堿性水溶液能使一定量的硅溶解，生成Si(OH)4。已知反應分兩步進行，試用化學方程式表示上述溶解過程。 Si + 4OH = SiO44 + 2 H2(1 分) SiO44 + 4H2O = Si(OH)4 + 4OH(1 分)若寫成 Si + 2OH + H2O = SiO32 + 2 H2 SiO32 + 3H2O = Si(OH)4 + 2OH，也得同樣的分。但寫成 Si + 4H2O = Si(OH)4 + 2H2不得分。寫不寫 (沉淀)和 (氣體)不影響得分。 早在上世紀50年代就發(fā)現(xiàn)了CH5+的存在，人們曾提出該離子結構的多種假設，然而，直至1999年，才在低溫下獲得該離子的振動-轉動光譜，并由此提出該離子的如下結構模型：氫原子圍繞著碳原子快速轉動；所有C-H鍵的鍵長相等。1-1 該離子的結構能否用經(jīng)典的共價鍵理論說明？簡述理由。不能。(1 分)經(jīng)典共價鍵理論認為原子之間通過共享電子對而成鍵。C 為第二周期元素，只有 4 個價層軌道，最多形成 4 個共價鍵。(1 分)理由部分：答“C 原子無 2d 軌道，不能形成 sp3d 雜化軌道”，得 1 分；只答“C 原子沒有 2d 軌道”，得 0.5分；只答“C 原子有 4 個價電子”，得 0.5 分；答 CH5+中有一個三中心二電子鍵，不得分(因按三中心二電子鍵模型，CH5+離子的 C-H 鍵不等長)。1-2 該離子是（ ）。A. 質子酸 B.路易斯酸 C.自由基 D.親核試劑A 或質子酸(多選或錯選均不得分。) (2 分)2001年第4題（10分）去年報道，在55令XeF4（A）和C6F5BF2（B）化合，得一離子化合物（C），測得Xe的質量分數(shù)為31，陰離子為四氟硼酸根離子，陽離子結構中有B的苯環(huán)。C是首例有機氙（IV）化合物，20以下穩(wěn)定。C為強氟化劑和強氧化劑，如與碘反應得到五氟化碘，放出氙，同時得到B。41 寫出 C的化學式，正負離子應分開寫。42 根據(jù)什么結構特征把 C歸為有機氙比合物？43 寫出 C的合成反應方程式。44 寫出 C和碘的反應。45 畫出五氟化碘分子的立體結構：答：4-1 C6F5XeF2+BF4（1分）4-2 分子中有CXe鍵。（2分）（答：“分子中存在氙和有機基團”得1分）4-3 XeF4 + C6F5BF2 = C6F5XeF2+BF4（1分）（注：用“”代替“=”不扣分；離子加方括號得分相同；畫出五氟代苯基結構不加分）。 4-4 5C6F5XeF2BF42I24IF55Xe5C6F5BF2（2分）（注：不配平不得分） 4-5（4分）（注：4-5的答案需應用初賽基本要求規(guī)定的VSEPR模型才能得出。只要正確表述出四方錐體都得滿分，表述形式不限。）2005年備用第1題（12分）將H2O2慢慢加入到SbF5的HF溶液中得一白色固體A，A是一種鹽類，其陰離子呈八面體結構。1A的結構簡式及生成A的化學方程式。H3O2SbF6（2分） H2O2HFSbF5H3O2SbF6（1分） 2A不穩(wěn)定，能定量分解，B是產(chǎn)物之一，其中亦含有八面體結構，寫出B的結構簡式。 H3OSbF6（2分） 3若將H2S氣體通入SbF5的HF溶液中，則得晶體C，C中仍含有八面體結構，寫出C的結構簡式及生成C的化學反應方程式。SH3SbF6（2分） H2SHFSbF5SH3SbF6（1分） 4將H2O2滴入液氨中得白色固體D，D是一種鹽，含有正四面體結構，寫出D的結構式和生成反應方程式。NH4HOO（2分） H2O2NH3NH4HOO（1分）5比較H2O2和H2S的性質異同。 H2O2既是酸又是堿，H2S是一種堿（1分）2008年第4題 (10分) (CN)2被稱為擬鹵素，它的陰離子CN- 作為配體形成的配合物有重要用途。4-1 HgCl2 和Hg(CN)2反應可制得 (CN)2, 寫出反應方程式。 HgCl2 + Hg(CN)2 = Hg2Cl2 + (CN)2 (1分) 4-2 畫出CN-、(CN)2的路易斯結構式。 (各1分，共2分) 短線畫成電子對同樣得分；不畫孤對電子不得分。4-3 寫出(CN)2 (g) 在O2 (g) 中燃燒的反應方程式。 (CN)2(g) + 2O2(g) = 2CO2(g) + N2(g) (1分) 不標物態(tài)也可。4-4 298 K下，(CN)2 (g) 的標準摩爾燃燒熱為 -1095 kJ mol-1，C2H2 (g) 的標準摩爾燃燒熱為 -1300 kJ mol-1，C2H2 (g) 的標準摩爾生成焓為227 kJ mol-1，H2O (l) 的標準摩爾生成焓為 -286 kJ mol-1，計算 (CN)2 (g) 的標準摩爾生成焓。 (CN)2(g) + 2O2(g) = 2CO2(g) + N2(g) 2fHmy(CO2) -fHmy(CN)2 = -1095 kJ mol-1 2fHmy(CO2) = -1095 kJ mol-1 +fHmy(CN)2 C2H2(g) + 2.5O2(g) = 2CO2(g) + H2O(l) 2fHmy(CO2) +fHmy(H2O) - fHmy(C2H2) = -1300 kJ mol-1 2fHmy(CO2) = -1300 kJ mol-1 + 286kJ mol-1 + 227 kJ mol-1 fHmy(CN)2 = 1095 kJ mol-1 - 1300 kJ mol-1 + 286kJ mol-1 + 227 kJ mol-1 = 308 kJ mol-1 (2分) 計算過程正確計算結果錯誤只得1分。沒有計算過程不得分。 fHmy(CN)2 = 1095 - 1300 + 286 + 227 = 308（kJ mol-1）也可以。 但不加括號只得1.5分。 4-5 (CN)2在300500 oC形成具有一維雙鏈結構的聚合物，畫出該聚合物的結構。 或 (2分)畫成 也得2分。 但畫成 只得1分 4-6 電鍍廠向含氰化物的電鍍廢液中加入漂白粉以消除有毒的CN-，寫出化學方程式（漂白粉用ClO-表示）。 2CN- + 5ClO- + H2O = 2HCO3- + N2 + 5Cl- (2分)產(chǎn)物中寫成CO32-, 只要配平，也得2分。 2005年第4題（6分）本題涉及3種組成不同的鉑配合物，它們都是八面體的單核配合物，配體為OH和/或Cl。1PtCl45H2O的水溶液與等摩爾NH3反應，生成兩種鉑配合物，反應式為： 2H2PtCl4(OH)22NH3(NH4)2PtCl6H2PtCl2(OH)4 或H2PtCl6(NH4)2PtCl2(OH)4或NH4HPtCl6NH4HPtCl2(OH)4（3分） 2BaCl2PtCl4和Ba(OH)2反應（摩爾比25），生成兩種產(chǎn)物，其中一種為配合物，該反應的化學方程式為： 2BaPtCl65Ba(OH)22BaPtCl(OH)55BaCl2（3分）2003年第9題（6分）釩是我國豐產(chǎn)元素，儲量占全球11，居第四位。在光纖通訊系統(tǒng)中，光纖將信息導入離光源1km外的用戶就需用5片釩酸釔晶體（釔是第39號元素）。我國福州是全球釩酸釔晶體主要供應地，每年出口幾十萬片釩酸釔晶體，年創(chuàng)匯近千萬美元（1999年）。釩酸釔是四方晶體，晶胞參數(shù)a712pm，c629pm，密度d4.22g/cm3，含釩25，求釩酸釔的化學式以及在一個晶胞中有幾個原子。給出計算過程。釩酸釔的化學式：YVO4（1分）計算過程：YVO4的摩爾質量為203.8g/mol；釩的質量分數(shù)為50.9/203.8025合題意。203.8/4.2248.3cm3/mol四方晶胞的體積V71226291030cm33.181022cm3（1分）48.3/6.0210238.021023cm3（1分）3.18X1022/8.0210233.974（1分）一個晶胞中的原子數(shù)：4624（2分）（類似過程或步驟合并，得分相同）2005年備用第3題（10分）固體發(fā)光材料是一種能將激發(fā)的能量轉變?yōu)榭梢姽獾墓腆w物質。在基質中摻入雜質，含量可達千分之幾或百分之幾，可調整發(fā)光效率、余輝及發(fā)光光譜。如在剛玉Al2O3基質中摻入0.051.0%的Cr3及在Y2O3基質中摻入Eu3等均可制成固體發(fā)光材料。1推測Al2O3基質中摻入Cr3的發(fā)光原理。Al3和O2是滿殼層電子結構，能隙大，電子不易激發(fā)，故無色；（2分）摻入的Cr3是過渡金屬，具有3d電子，在晶體中置換部分Al3形成較低的激發(fā)態(tài)能級，兩個強吸收帶分別吸收黃綠色及藍色的光，只有紅光透過，因而摻Cr3的剛玉呈絢麗的紅色，稱為紅寶石。（3分） 2Y2O3屬立方晶系，將Y2O3的立方晶胞分為8個小立方體，Y在小立方體的面心和頂點，O位于小立方體內(nèi)的四面體空隙，畫出這樣四個小立方體，指出Y和O的配位數(shù)。（4分）Y的O的配位數(shù)為6，O的Y配位數(shù)為4。（1分）2008年第7題 (14分) AX4四面體 (A為中心原子，如硅、鍺；X為配位原子，如氧、硫) 在無機化合物中很常見。四面體T1按下圖所示方式相連可形成一系列“超四面體”（T2、T3）：T1T3T27-1 上圖中T1、T2和T3的化學式分別為AX4、A4X10和A10X20，推出超四面體T4的化學式。T4超四面體的化學式為A20X35 (1分)7-2 分別指出超四面體T3、T4中各有幾種環(huán)境不同的X原子，每種X原子各連接幾個A原子？在上述兩種超四面體中每種X原子的數(shù)目各是多少？ T3超四面體中，有3種不同環(huán)境的X原子。(1分)其中4個X原子在頂點上，所連接A原子數(shù)為1；(0.5分)12個X原子在超四面體的邊上，所連接A原子數(shù)為2；(0.5分)4個原子在超四面體的面上，所連接A原子數(shù)為3。(1分) (共3分) T4超四面體中有5種不同環(huán)境的X原子。 （2分） 其中4個X原子在頂點上，所連接A原子數(shù)為1； (0.5分) 12個X原子在超四面體的邊上但不在邊的中心，所連接A原子數(shù)為2； (0.5分) 6個X原子在超四面體的邊的中心，所連接A原子數(shù)為2； (0.5分) 12個原子在超四面體的面上，所連接A原子數(shù)為3； (0.5分) 1個在超四面體的中心，所連接A原子數(shù)為4。 (1分) （共5分） 7-3 若分別以T1、T2、T3、T4為結構單元共頂點相連（頂點X原子只連接兩個A原子），形成無限三維結構，分別寫出所得三維骨架的化學式?；瘜W式分別為 AX2, A4X8, A10X18, A20X33。 (每式0.5分，共2分) 答分別為 AX2, AX2, A5X9, A20X33也可。7-4 欲使上述T3超四面體連接所得三維骨架的化學式所帶電荷分別為+4、0和 -4，A選Zn2+、In3+或Ge4+，X取S2-，給出帶三種不同電荷的骨架的化學式（各給出一種，結構單元中的離子數(shù)成簡單整數(shù)比）。A10X184+ 只能是Ge10S184+； (1分)A10X18可以是Zn2Ge8S18，In2ZnGe7S18，In4Ge6S18； (1分)只要答出其中一種，得1分； A10X184-可以是Zn4Ge6S184-, In8Ge2S184-, In6ZnGe3S184-, In4Zn2Ge4S184-, In2Zn3Ge5S184-； (1分)只要答出其中一種，得1分。2010年第7題(13分)分子篩是一種天然或人工合成的泡沸石型水合鋁硅酸鹽晶體。人工合成的分子篩有幾十種，皆為骨架型結構，其中最常用的是A型、X型、Y型和絲光沸石型分子篩，化學組成可表示為MmAlpSiqOn(p+q)xH2O。7-1 Si4+、Al3+和O2-的離子半徑分別為41 pm、50 pm和140 pm，通過計算說明在水合鋁硅酸鹽晶體中Si4+和Al3+各占據(jù)由氧構成的何種類型的多面體空隙。Si4+Al3+ 介于0.225和0.414間， 四面體 介于0.225和0.414間，四面體 每個多面體1分；只答四面體而無正確的計算和說明，不得分。 （2分） 根據(jù)多面體幾何學計算得出結論，只要正確，亦各得1分。7-2上述化學式中的n等于多少？說明理由。若M為2價離子，寫出m與p的關系式。 n2； 理由：由7-1結果知，Si(Al)O4為骨架型結構，氧原子被2個四面體共用 (p+q)n(p+q)0.5 , n2 m 1/2 p n值和理由各1分； m與p的關系1分 （3分） 通過其他途徑推算，結果正確，也得滿分。7-3 X光衍射測得Si-O鍵鍵長為160 pm。此數(shù)據(jù)說明什么？如何理解？實測Si-O鍵鍵長（160pm）遠小于Si4+和O2- 的離子半徑之和（181pm），表明Si-O鍵中已有較大的共價成分（1分）。Si4+ 電價高、半徑小，極化力較大，導致了鍵型變異（離子鍵向共價鍵過渡）（1分）7-4說明以下事實的原因： 硅鋁比（有時用SiO2/Al2O3表示）越高，分子篩越穩(wěn)定；最小硅鋁比不小于1。硅氧四面體和鋁氧四面體無序地按硅鋁原子比交替排列。 硅-氧鍵強于鋁-氧鍵； 若Al3+ 數(shù)超過Si4+數(shù)，必出現(xiàn)鋁氧四面體直接相連的情況，結構中引入不穩(wěn)定因素，導致骨架強度削弱。 7-5人工合成的A型分子篩鈉鹽，屬于立方晶系，正當晶胞參數(shù)a2464 pm，晶胞組成為Na96Al96Si96O384xH2O。將811.5克該分子篩在1.01325105 Pa、700oC加熱6小時將結晶水完全除去，得到798.6升水蒸氣（視為理想氣體）。計算該分子篩的密度D。811.5 g分子篩含水量為 一個晶胞的質量為 分子篩密度為n=10.00 mol 1分；x = 216 1分； D = 1.946 g cm-3 2分。 （4分）用另外的算法，算式與結果皆正確（包括有效數(shù)字和單位），亦得滿分。6