第23届全国高中学生化学竞赛理论试题.pdf
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1、9 2 化学教育 2 0 1 0 年第4 期 第2 3 届全国高中学生化学竞赛理论试题 2 0 1 0 年1 月1 6 日杭州 第1 题 用传统的工艺方法从矿物中提取锰和锌存在能 耗高、三废排放量大和工艺流程长等缺点。2 0 0 9 年 报道,采用1 :1 硫酸溶液同槽浸出锰结核矿 质量 分数W ( M n 0 2 ) = 0 2 0 1 和锌精矿 质量分数W ( Z n S ) 一o 7 0 的工艺方法提取锰和锌获得成功,对 资源综合利用、节能减排和清洁生产都有重要的实 际意义。已知E e ( F e 3 + F e 2 + ) 一O 7 7V ,E o ( F e 2 + F e ) =
2、一0 4 4V ,E 9 ( M n 0 2 M n 2 + ) 一1 2 3V ,矿 ( S Z n S ) 一0 2 6 5V 。 1 1 锰结核矿和锌精矿单独酸浸结果很不理 想。请通过热力学计算,说明锰结核矿和锌精矿同 槽酸浸时发生化学反应的可行性。 1 2 模拟实验发现,二氧化锰和硫化锌同槽 酸浸时反应速率很慢,若在酸溶液中加入少量的铁 屑则能明显使反应速率加快。写出铁进入溶液后分 别与二氧化锰和硫化锌发生化学反应的离子方程 式,并简述反应速率加快的原因。 1 3 研究发现,2 种矿物同槽酸浸4 小时后, 锰和锌的浸出率只有8 0 ,为了提高浸出率,在实 际工艺中,须将过滤后的滤渣用四
3、氯乙烷处理后再 做二次酸浸,请简要说明四氯乙烷的作用。 1 4 锌精矿中常有部分铅共生,同槽酸浸工 艺回收铅的方法之一是在浸渣中加入足量的食盐水 使铅溶出,写出溶出铅的化学方程式。 第2 题 我国的稀土资源约占世界总量的8 0 ,居世界 第一位。稀土元素的化学性质极其相似,分离十分 困难,仅从1 7 9 4 年发现钇到1 9 4 5 年从铀裂变产物 中得到钷就花了1 5 0 年。稀土萃取化学的研究为大 规模分离和提纯稀土元素带来了新飞跃。2 0 0 8 年 国家最高科学技术奖授予化学家徐光宪,以表彰他 在创立稀土“串级萃取理论”及其工艺方面的杰出贡 献,该项成就使我国高纯稀土产品成本下降3 4
4、 ,单 一高纯稀土产品占世界产量的9 0 以上。 2 1 目前在稀土分离工业中广泛应用国产萃 取剂P - 5 0 7 ,它的化学名称为( 2 一乙基己基) 膦酸( 2 一 乙基己基) 酯,画出其化学结构简式,写出萃取三价 稀土离子的化学反应方程式( 萃取剂用H A 表示, 稀土离子用R E 3 + 表示) 。 2 2 设萃取反应平衡常数为K 。;,H A 的解 离常数为K 。,配合物在水相中的稳定常数为风,配 合物和萃取剂在有机相和水相间的分配常数分别为 D m 和P 。,试推导用诸常数表达K 。的关系式。 2 3 图2 1 是用酸性磷酸酯萃取镨离子 ( P r 3 + ) 得到的配合物结构的
5、一部分。 ( a ) O P tO P ( O I ! ) 2 o O 图2 1 ( 1 ) 2 图的R 不同,若R 为C H 。和C 2 H 5 ,写出 ( a ) 和( b ) 的化学式。 ( 2 ) 若烷酯基上碳链增大,萃合物将取( a ) 结构 还是( ( b ) 结构? 请简述理由。 ( 3 ) 在稀土分离工业中,一般应保持萃取剂与稀 土的比例在6 :1 以上以避免乳化现象,为什么? 2 4 石油工业的副产品环烷酸是工业上分离 稀土的另一重要萃取剂,其通式为R C O O H ( R 为环 烷基) 。 ( 1 ) 图2 2 示出环己基乙酸煤油溶液萃取分离 镧( L a ) 和钇( Y
6、 ) 的选择性关系。图中阻Y 为分离系 圈2 2 万方数据 2 0 1 0 年第4 期化学教育 9 3 数,即镧的萃取分配比和钇的萃取分配比的比值,N 为平衡水相中镧和钇的物质的量之比。请回答,当 N 值增大或减小时何种元素容易被萃取( 注:分配 比D = c ( o ) c ( 聊,c 为被萃取物总浓度) ( 2 ) 高纯氧化钇是彩色电视和三基色荧光灯的 红色荧光粉基质材料,过去用两步萃取技术获得,后 徐光宪等用环烷酸体系经一步萃取分离就可获得 9 9 9 9 的高纯氧化钇,创立了国际领先水平的新 工艺。该工艺需在煤油中添加1 5 “ - - - 2 0 ( 体积分 数) 的混合醇,如正庚醇
7、和正癸醇,请简要说明混合 醇对改善萃取剂结构性能和萃取作业所起的作用。 第3 题 钒在生物医学、机械、催化等领域具有广泛的应 用。多钒酸盐阴离子具有生物活性。溶液中五价钒 的存在形体与溶液酸度和浓度有关,在弱酸性溶液 中易形成多钒酸根阴离子,如十钒酸根V ,。0 2 f 、 H V ,o0 l f 和H 2 V ,。q f 等。将N H 。V 0 3 溶于弱酸 性介质中,加入乙醇可以得到橙色的十钒酸铵晶体 ( N H 4 ) :H 6 一:V 1 0 0 2 8 n H 2 0 ( 用A 表示) 。元素分 析结果表明,A 中氢的质量分数为3 1 3 。用下述 渣定百分数( ) ( a ) 实验
8、对该化合物进行分析,以确定其组成。 实验1 准确称取0 9 2 9 1gA 于三颈瓶中,加入 1 0 0m L 蒸馏水和1 5 0m L2 0 N a O H 溶液,加热煮 沸,生成的氨气用5 0 0 0m L 0 1 0 0 0m o l LH C l 标准 溶液吸收。加入酸碱指示剂,用0 1 0 0 0m o l LN a 0 H 标准溶液滴定剩余的H C l 标准溶液,终点时消耗 1 9 8 8m LN a O H 标准溶液。 实验2 准确称取0 3 0 9 7gA 于锥形瓶中,加 入4 0m L1 5m o l LH 2 S 0 4 ,微热使之溶解。加入 5 0m L 蒸馏水和1gN
9、a H S 0 3 ,搅拌5 分钟,使反应 完全,五价钒被还原成四价。加热煮沸1 5 分钟,然 后用0 0 2 0 0 5m o l LK M n 0 4 标准溶液滴定,终点 时消耗2 5 1 0m LK M n 0 4 标准溶液。 3 1 图3 1 为滴定曲线图,请回答哪一个图 为实验1 的滴定曲线;请根据此滴定曲线选择一种 最佳酸碱指示剂,并简述做出选择的理由。有关指 示剂的变色范围如下: 甲基橙( p H3 1 - - - 4 4 ) ,溴甲酚绿( p H3 8 5 4 ) ,酚酞( p H8 0 - - - 1 0 0 ) 。 3 2 在实验2 中,加N a H S 0 3 还原V l
10、 。0 2 F , 反应完全后需要加热煮沸1 5 分钟。煮沸的目的是 什么? 写出K M n 0 4 滴定反应的离子方程式。 3 3根据实验结果,计算试样A 中M 讨( 和 V 1 。0 留的质量分数,确定A 的化学式Q 和九取整数) 。 第4 题 磁性材料广泛应用于航空航天高科技领域及电 视、电脑、手机等日常生活用品。据报道,苯并 1 8 冠- 6 ( 以X 表示,图4 1 ) 与铯离子可形成一种夹心 型的超分子阳离子,它与镍的配合物 N i ( d m i t ) z 一 ( 以Y 表示,图4 2 ) 结合后可形成复合物并产生独 特的晶体结构,具有优越的磁学性能,是铁磁性和反 ( b )
11、田3 1 滴定百分数( ) ( c ) 铁磁性共存于同一晶体中的成功范例。 r 0 1 ( 兰为 L o s 页页s 万方数据 化学教育2 0 1 0 年第4 期 图4 3 是X 、Y 与C s + 形成的复合物的晶体结 构。在此晶体结构图中,a ) 为沿b 轴看晶胞,b ) 为 4 1 给出该晶体晶胞的组成,并写出该晶体 结构基元的化学式( 苯并 1 8 冠- 6 用X 表示,镍配 合物用Y 表示) 。 4 2 指出镍离子的杂化轨道类型;图4 4 是 平面正方形晶体场d 轨道能级分裂图,把基态镍离 子的d 电子填入该图。 4 3 已知该晶体的晶胞参数a ( 1 2 7 8 9 9p m ,
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- 23 全国 高中学生 化学 竞赛 理论 试题
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