中国化学会2016年(第30届)全国高中学生化学竞赛(省级赛区)

中国化学会 2016 年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题 (2016 年 8 月 28 日 9︰00-12︰00 共计 3 小时) 题号 满分 得分 评卷人 ? ? ? ? H 1.008 Li 6.941 Na 22.99 K 39.10 Rb 85.47 Cs 132.9 Fr [223] 1 5 2 6 3 3 4 6 5 13 6 8 7 8 8 9 9 8 10 10 11 5 12 8 13 11 总计 100 竞赛时间 3 小时。迟到超过 30 分钟者不能进考场。开始考试后 1 小时内不得离场。时 间到,把试卷(背面前上)放在桌面上,立即起立撤离考场。 试卷装订成册,不得拆散。所有解答必须写在站定的方框内,不得用铅笔填写。草稿 纸在最后一页。不得持有任何其他纸张。 姓名、报名号和所属学校必须写在首页左侧指定位置,写在其他地方者按废卷论。 允许使用非编程计算器以及直尺等文具。 相对原子质量 Be 9.012 Mg 24.31 Ca 40.08 Sr 87.62 Ba 137.3 Ra [226] B 10.81 Al 26.98 Ga 69.72 In 114.8 Tl 204.4 C 12.01 Si 28.09 Ge 72.61 Sn 118.7 Pb 207.2 N 14.01 P 30.97 As 74.92 Sb 121.8 Bi 209.0 O 16.00 S 32.07 Se 78.96 Te 127.6 Po [210] F 19.00 Cl 35.45 Br 79.90 I 126.9 At [210] Sc Ti V Cr Mn Fe Co 44.96 47.88 50.94 52.00 54.94 55.85 58.93 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh 88.91 91.22 92.91 95.94 [98] 101.1 102.9 La- Hf Ta W Re Os Ir Lu 178.5 180.9 183.8 186.2 190.2 192.2 Ac- Rf Db Sg Bh Hs Mt La Ni 58.69 Pd 106.4 Pt 195.1 Cu 63.55 Ag 107.9 Au 197.0 Zn 63.39 Cd 112.4 Hg 200.6 He 4.003 Ne 20.18 Ar 39.95 Kr 83.80 Xe 131.3 Rn [222] 第 1 题(8 分) 1-1 离子化合物 A2B 由四种元素组成,一种为氢,另三种为第二周期元素。正、负离子皆由 两种原子构成且均呈正四面体构型。写出这种化合物的化学式。 1-2 对碱金属 Li、Na、K、Rb 和 Cs,随着原子序数增加以下哪种性质的递变不是单调的? 简述原因。 (a)熔沸点 (b)原子半径 (c)晶体密度 (d)第一电离能 1-3 保险粉(Na2S2O4.2H2O)是重要的化工产品, 用途广泛, 可用来除去废水(pH~8)中的 Cr(Ⅵ), 所得含硫产物中硫以 S(Ⅳ)存在。写出反应的离子方程式。 1-4 化学合成的成果常需要一定的时间才得以应用于日常生活。 例如, 化合物 A 合成于 1929 年,至 1969 年才被用作牙膏的添加剂和补牙填充剂成分。A 是离子晶体,由 NaF 和 NaPO3 在熔融状态下反应得到。 它是易溶于水, 阴离子水解产生氟离子和对人体无毒的另一种离子。 1-4-1 写出合成 A 的反应方程式。 1-4-2 写出 A 中阴离子水解反应的离子方程式。 1 第 2 题(9 分) 鉴定 NO3?离子的方法之一是利用“棕色环”现象:将含有 NO3?的溶液放入试管,加入 FeSO4,混匀,然后顺着管壁加入浓硫酸,在溶液的界面上出现“棕色环” 。分离出棕色物 质,研究发现其化学式为[Fe(NO)(H2O)5]SO4。该物质显顺磁性,磁矩为 3.8μB(玻尔磁子) , 未成对电子分布在中心离子周围。 2-1 写出形成“棕色环”的反应方程式。 2-2 推出中心离子的价电子组态、自旋态(高或低)和氧化态。 2-3 棕色物质中的 NO 的键长与自由 NO 分子中 N?O 键长相比,变长还是变短?简述 理由。 第 3 题(13 分) 3-1 好奇心是科学发展的内在动力之一。P2O3 和 P2O5 是两种经典的化合物,其分子结构已 经确定。自然而然会有如下问题:是否存在磷氧原子比介于二者之间的化合物?由此出发, 化学家合成并证实了这些中间化合物的存在。 3-1-1 写出这些中间化合物的分子式。 3-1-2 画出其中具有 2 重旋转轴的分子的结构图。根据键长不同,将 P?O 键分组并用阿 拉伯数字标出(键长相同的用同一个数字标识) 。比较键角∠O?P(Ⅴ)?O 和∠O?P(Ⅲ)?O 的 大小。 3-2 NH3 分子在独立存在时 H?N?H 键角为 106.7° 。 右图上[Zn(NH3)6]2+ 离子的部分结构以及 H?N?H 键角的测量值。解释配合物中 H?N?H 键角变为 109.5° 的原因。 3-3 量子化学计算预测未知化合物是现代化学发展的途径之一。 2016 年 2 月有人通过计算预 言铁也存在四氧化物,其分子构型是四面体,但该分子中铁的氧化态是+6 而不是+8。 3-3-1 写出该分子中铁的价电子组态。 3-3-2 画出该分子结构的示意图(用元素符号表示原子,用短线表示原子间的化学键) 。 2 第 4 题(10 分)固体电解质以其在电池、传感器等装置中的广 泛应用而备受关注。现有一种由正离子 An+、Bm+和负离子 X?组 成的无机固体电解质, 该物质 50.7℃上形成无序结构 (高温相) , 50.7℃以下变为有序结构(低温相) ,二者结构示意见右图。图 中浅色球为负离子;高温相中的深色球为正离子或空位;低温 相中的大深色球为 An+离子,小深色球为 Bm+离子。 4-1 推出这种电解质的化学式

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