第21届全国高中学生化学竞赛决赛理论试题答案.pdf

·7 6 · 化学教育 2 0 0 8 年第3 期 第1 题 1 1 中国化学会第2 1 届全国高中学生化学 竞赛( 决赛) 理论试题答案 量C I ? E t E t E t N A 1A lN A l A l 1 弋川 E t C l E tE t ，叩E tlE t 1 1 y Il 由c l ，a u s i u 砌a p e y r o n 方程l 印= 一锵+ c z + 专翔 M N N N 。 M N E ! N N N N N MM N N = N M M N N N M _ N N N - M N N N M N §N N N N 三N M 第2 题 2 1 2 F e 件+ 3 C 1 0 一+ 1 0 0 H 一一2 F e Q2 一+ 3 C l 一+ 5 H 2 0 或2 F e ( O H ) 3 + 3 C 1 0 一+ 4 0 H 一一2 F e 0 42 一十3 C 1 一十5 H 2 0 2 2 I ( 3 F e F 6 ，与以F e ( N 0 3 ) 。为原料相比，在相同条件下 以I ( 3 F e F 6 为原料制备K 。F e 0 4 过程中生成的F e ( O H ) 。 量较少。 2 3H 3 F e 0 4 + 、H 2 F e 0 4 2 4F e 2 S 、F e ( O H ) 3 、S 2 5 ，z = 垒Q §丕! Q 二! ：h ：g 二! 丕墨! Q Q ! ：h 二! 丕! 里墨g ：塑! 二! 二2 9 6 5 X 1 0 4C ·m o l 一1 。 根据计算结果可写出K 2 ，F e 0 4 可逆嵌入脱嵌L i + 的方 程式为：K 2 F e 0 4 + 3 “+ + 3 e 一爿K z L i 3 F e 0 4 第3 题 3 1 、 B + 3 H N 0 3 一H 3B ( ) 3 + 3 N O z 十 2 B + 3 H 2S O , 一2 H 3B Q + 3 S 0 2 十 H 3 8 0 3 + H 2 0 F ±B ( ( ) H ) f + H + 或 O H 广H O ，0 H 一 B I + H 2 0 ，。l B I + H + H 0O H lH 0 0 H 3 2 H 。B Q ，硼酸B ( 0 H ) s 分子呈平面三角形，分子与分子 之间通过氢键形成层状结构；层与层之间通过范德华力结 合，所以，析出的硼酸呈鳞片状。 3 3 需要准确中和H + 。原因：碱中和过量，会造成硼的测 定结果偏低；碱中和不足，则硼测定结果偏高。 3 4 因为对于硼酸而言，甄·c 1 0 8 而能准 确地被N a O H 滴定。 3 5 -OH-_瓜=辱-N矿84X1 0 - 6X 0 0 5 0 - - - - 7 7 X 1 0 6 m o l ·L - 1 p O H = 5 1 1 p H = 1 4 5 1 1 8 8 9 应该选酚酞为指示剂 终点指示剂颜色为微红色 万方数据 2 0 0 8 年第3 期化学教育 ·7 7 · 3 6 硼含量一坠羔丛掣产( g ·L - X ) 第4 题 4 - - 1 分子中的N 原子的正电荷与冠醚环上的氧原子的负电 荷之间的离子一偶极作用。 或者氮原子上的氢与冠醚环上的氧原子之间形成氢键。 4 2 在最后关环前，由于分子两端距离太远，相互碰撞概率 很低，加入模板离子后，由于分子中的诸多氧原子能与模板 离子形成离子一偶极作用( 自组装) ，围绕在模板离子周围， 从而有效增加了分子两端相互碰撞的机会，使得成环反应产 率提高。 C s + 因为C s + 的大小( 半径或体积) 与2 4 一冠一8 环的空腔大小 相匹配。 4 3 乙烯，3 个 4 4 ( F ) 0 2 A g ( H ) B r C H 2 C H 2 B r ( J ) C H z = C H M g B r 4 5 ( L ) C a C 2 ( N ) C H 兰C N a 第5 题 5 一l 5 2 A C E 5 3 C B r 3 C H 3 C H 3 N O z 0 二r w 弛C H C H 3 ( G )2 C H 2 。 3 ( I ) C H 2 = C H B r ( K ) f “ - O H ( M ) C H 三C H ( 0 ) 夕0 H H B D H C H 3 N 0 b H N H 2 第6 题 6 - - 1C 层有2 个四面体空隙的A 1 3 + 和2 个八面体空隙 的A l 抖存在；D 层有2 个八面体空隙的A 1 3 + 和0 个四面体 空隙的3 + 存在。 6 2C 层和D 层各最多容纳4 个N i 2 + 。 6 3D 层。因为在D 层时形成了五配位结构，C 层形成 六配位结构，五配位不如六配位稳定，所以分布在D 层中的 C u 2 + 易被还原。 6 4 若用矩形削3 C I D 表示r A l z Q 的C 层和D 层中的 单位网格，则 A B = 4 r 一，k ( 其中r 为。一的半径，口为立方体的边长) A D = 4 r - - 2 x = 2 a ( 其中z 表示两排 一的间距) 解得x = 0 8 2 8 r 因为 一半径为0 1 4 0n l n ，所以x = 0 1 1 7n l T l 则单位网格的面积为0 4 4 3n l q f l 2 故最大单层分散值= 2 ( 1 0 0 ×1 0 0 0 0 4 4 3 ×1 0 - 1 8 ( 6 0 2 3 ×1 0 2 3 ) = 0 7 5m m o l 1 0 0H 1 2 7 - A 1 20 3 6 5 2 9 8K 下的反应焓变为： r H ( 2 9 8K ) = 2 A f H 宝( C O z ，g ) 一( 2 A f H 宝( C O ，g ) ， 一2m o l ×( - - 3 9 3 5 + 1 1 0 5 ) k J ·m o l 一1 = 一5 6 6 0k J ( 下转封3 ) 万方数据 ( 上接第7 1 页) 状。用p H 试纸检验，阳极区溶液p H 大约为2 ，阴极区附近 溶液p H 在7 8 之间；用K I 一淀粉试纸检验，阳极区溶液能 使试纸变蓝，阴极区溶液不能使试纸变蓝。 电解4 8 小时后观察，两电极产生气泡极少，U 形管左端 溶液的浅黄绿色变得很浅，u 形管右端的沉淀看不出有什么 变化。摇动阴极使其表面的白色固体脱落，电极上产生气泡 的速率略有增大。 ( 3 ) 如图2 所示，在5 0m L 烧杯内用石墨电极电解 0 1m o l LA 1 C 1 3 溶液，电极相距2c m ，控制电压为6V ，可 以观察到两极均产生大量气泡，阳极上产生的气泡相对较 少。1 分钟后就可以观察到阴极区附近首先产生白色沉淀， 随后整个溶液变浑浊。烧杯壁变热。 4 小时后观察，阳极区下部有黑色沉淀，阳极石墨棒变 细。烧杯壁发烫，阴极区堆积了大量白色沉淀( 其中也夹杂有 少量黑色沉淀，看得出黑色沉淀来自阳极) ，沉淀堆积左侧低， 右侧高( 如图3 所示) 。烧杯的上部溶液不再是那么浑浊。 阳 鲁 二 A I C h 溶液 图2 极阳 g7 L 0 仨 I 二 一 】瞳蚕 A I C l 3 溶液 图3 2 4 小时后观察，两电极产生气泡少而慢，阴极区溶液中 已看不出有沉淀产生，用湿润的K I 一淀粉试纸检验，短时间 内看不出试纸变蓝。烧杯内的上层清液p H 约为5 ，用滴管 吸取烧杯内的上层清液，在试管中慢慢滴加2 氨水或稀 N a O H 溶液，看不出有沉淀产生。 4 结论 分析上述实验，烧杯中两电极相距较近，使用6V 电压电 解速率也快，并且溶液中离子扩散快，阳极上有一些石墨脱落 变为沉淀，阴极附近产生大量舢( O H ) 。白色沉淀，沉淀始终 不溶解，阴极区溶液始终不显碱性。U 形管中两电极相距较 远，使用1 6V 电压电解速率也慢，并且溶液中的离子能随电 解的进行即时扩散，只有在u 形管底部充满大量胶状 ( 0 H ) 。沉淀，不利于阴极区和阳极区之间的离子扩散时，阴极 区溶液才显碱性，但碱性极弱，不会使( O H ) s 沉淀溶解。 理论分析、计算和实验都证明，用石墨电极电解A 1 C 1 3 溶 液，阴极区附近会产生白色沉淀，但沉淀不会溶解。2 0 0 7 年高 考北京理科综合第2 7 ( 2 ) 题的答案“后沉淀逐渐溶解至消失” 是错误的，是对电解C 1 。溶液片面认识的结果，应予纠正。 参考文献 1 北京师范大学，华中师范大学，南京师范大学无机化学教研室 极 无机化学( 上册) 北京：高等教育出版社，2 0 0 2 ：3 4 2 - - 3 4 3 2 人民教育出版社化学室全日制普通高级中学教科书( 必修 加选修) ·化学( 第二册) 北京：人民教育出版社，2 0 0 3 ：8 2 8 3 根据K i r c h h o f f 定律，4 7 3K 下的反应焓变为：第7 题 ，印( 4 7 3K ) 一，_ o ( 2 9 8K ) + ，C 。X A T7 - - 1 r C p 一2 C p 。( C 0 2 ，g ) - - 2 C p ，。( C O ，g ) 一C p ，m ( 0 2 ，g )配合物1 的红外光谱中应无氨基和羰基的特征吸收峰， 一( 2 ×2 7 4 3 7 2 ×2 9 5 5 6 2 9 5 2 6 ) J ·K 一1而应有席夫碱的特征吸收峰。 一一3 3 7 6 4J ·K 一17 2 r 即( 4 7 3K ) 一- - 5 6 6 0k J + ( - 3 3 7 6 4J ·K _ 1 ) X 配合物4 的谱图上有羟基的特征峰，而配合物5 没 ( 4 7 3K - - 2 9 8K ) 有。 一一5 7 1 9k J 7 - - 3 6 - - 6 稳态近似法： C 原子周围的键角和为1 2 6 o 。+ 1 1 2 5 。+ 1 2 1 5 。= 3 6 0 o 。，C d C 0 2 万( a d s ) 一是。 C O ( a d s ) 0 ( a d s ) 一 为s p 2 杂化，C _ N 键长1 2 4 7p m 基本位于c N 双键的 是。 c ( ) 2 ( a d s ) 一o 键多等围所以应为配合物1 而非配合物2 。 d C O 刁( - a d s ) 一是， c 0 M 一女， C ( ) ( a d s ) 一 A ：间甲酰基苯甲酸，B ：间苯二甲醛，c ：间苯二甲醛。 k 3E c o ( a d s ) O ( a d s ) 0 ( a ) 图中， C 8 H s Q + H + + ( m z 一1 5 1 1 对应于间甲 d O ( a 厂d s ) 叫( ) 2 聊一 酰基蕞氅) 3 ) 2 + H 寸( 批= 3 0 1 2 对应于通过氢键形 k 3 C O ( a d s ) O ( a d s ) = 0 成的二聚体) 掣一b c ( ) 2 ( a d s ) 一 7 5 砥 C ，O s ，般竺c 根 生了能H - - 。鼬C = 艘N - - 基¨N9 0 p 篇鬈篙嵩鬻兹 = 2 k z ( ) 2 l - M 2 ( 根据)= 。 。 一 。 一k E ( X 世。 万方数据