舞狮英文2004年全国高中学生化学竞赛初赛试题及答案

2021年1月26日发(作者：bilateral)
中国化学会
2004
年全国高中学生化学竞赛（初赛）试题及答案

（
200
4
年
9
月
12
日
9
：
00 - 12
：
00
共计
3
小时）

题

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
号

满

分

4
4
6










得

分

评卷
人

总

100




























?

竞赛时间
3
小时。迟到超过半小时者不能进考场。开始考试后< br>1
小时内不得离场。时
间到，把试卷
(
背面朝上
)
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 须写在指定的方框内，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。


第
1
题（
4
分）

2004
年
2
月
2
日，俄国杜布纳实验室宣布用核反应得到了两种新元素
X
和243
Y
。
X
是用高能
48
Ca
撞击
95
Am
靶得到的。经过
100
微秒，
X
发生
α< br>-
衰变，得到
Y
。然后
Y
连续发生
4
次α
-
衰变，转变为质量数为
268
的第
105
号元素< br>Db
的同位素。以
X
和
Y
的原
子序数为新元素的代号
（左上角标注该核素的质量数）
，
写出上述合成新元素
X
和
Y
的核反
应方程式。

48
243
答案
：

95
Am
+
20
Ca =
288
115+3n



（
2
分）
不写
3n
不得分 。答
291
115
不得分。








288
115 =
284
113 +
4
He


（
2
分）

质量数错误不得分。


4
He
也可用符号α。

（答下式不计分：
284
113-4
4
He =
268< br>105
或
105
Db
）
（
蓝色
为答案
，
红色为注释，
注释语不计分，
下同
）

第
2< br>题（
4
分）
2004
年
7
月德俄两国化学家共同宣布 ，在高压下氮气会发生聚合得到高聚
氮
,
这种高聚氮的
N-N
键的键能为
160 kJ/mol (N
2
的键能为
942 kJ/mol)
，晶体结构如图所
示。在这种晶体中，每个氮原子的配位数为




；按键型分类时，属于








晶体。这种
固
体
的
可< br>能
潜
在
应
用
是















，
这
是
因
1
/
8
第

1
页

共

8
页

268
为：
















































。

答案
：

3


原子
晶体



炸药（
或
高能材料）


高聚氮分解成
N
2
释放大量能量。
（各
1
分）


第
3< br>题（
6
分）
某实验测出人类呼吸中各种气体的分压
/Pa
如下 表所示：



气体





吸入气体

79274
21328
40
667
呼出气体

75848
15463
3732
6265

3
－
1
请将各种气体的分子式填入上表。

3
－
2
指出表中第一种和第二种呼出气体的分压小于吸入气体分压的主要原因。

答案
：


气体

N
2

O
2

吸入气体

79274
21328
呼出气体

75848
15463
3732
6265
CO
2

40
H
2
O
667


























































（每空
1
分，共
4
分）


呼出气中的< br>N
2
的分压小于吸入气中的分压的主要原因是呼出气中的
CO
2
和水蒸气有较大分
压，总压不变，因而
N
2
的摩尔分数下降
（1
分）
；呼出气中的
O
2
的分压小于吸入气中的分
压< br>的
主
要
原
因
是
吸
入
的
O< br>2
被
人
体
消
耗
了
。






（
1
分
）


















（共
2
分）

第
4
题（
15
分）
在铜的催化作用下氨和氟反应得到一种铵盐和一种三角锥体分子
A
（键角
10 2
o
，偶极矩
0.78x10
-30
C
·
m；对比：氨的键角
107.3
o
，偶极矩
4.74x10
-30
C
·
m)
；


4-1

写出
A
的分子式和它的合成反应的化学方程式。





答案
：

NF
3

（
1
分）


4NH
3
+ 3F
2
= NF
3
+ 3NH
4
F
（
1
分）












（共
2
分）

4-2

A
分子质子化放出的热明显小于氨分子质子化放出的热。为什么？






答案
：
N-F
键的偶极方向与 氮原子孤对电子的偶极方向相反，导致分子偶极矩很小，
因此质子化能力远比氨质子化能力小。

画图说明也可
，如
：






















（
1
分）

4-3

A
与汞共热，得到一种汞盐和一对互为异构体的
B
和
C
（相对分子质量
66
）
。写出化
学方程式及
B
和
C
的立体结构。






答案
：


2NF
3
+2Hg = N
2
F
2
+ 2HgF
2

（
1
分）

2
/
8
第

2
页

共

8
页


(14+19)X2=66


（每式
1
分）
















（共
3
分）








































4-4

B
与四氟化锡反应首先得到平面构型的
D
和负二 价单中心阴离子
E
构成的离子化合
物；
这种离子化合物受热放出
C< br>，
同时得到
D
和负一价单中心阴离子
F
构成的离子化合物。< br>画出
D
、
E
、
F
的立体结构；写出得到它们的化学方 程式。

答案
：




D



E



F
（每式
1
分）



2 N
2
F
2
+ SnF
4
= [N
2
F
+
]
2
[SnF
6
]
2-



（
1
分）







[N
2
F
+
]
2
[SnF
6< br>]
2-
= [N
2
F]
+
[SnF
5
]
-
+ N
2
F
2

（
1
分）






















（共
5
分）

4-5

A
与
F
2
、
BF
3
反应得到一种四氟硼酸盐，
它的阳离子水解能定 量地生成
A
和
HF
，
而同
时得到的
O
2< br>和
H
2
O
2
的量却因反应条件不同而不同。
写出这个 阳离子的化学式和它的合成反
应的化学方程式，并用化学方程式和必要的推断对它的水解反应产物作出解 释。





答案
：






阳离子的化学式为
NF
4
+。
（
1
分）





NF
3
+ F
2
+ BF
3
= NF
4
+
BF
4
-



（
1
分）






NF
4
+
水解反应首先得到
HOF
（否则写不出配平的
NF
4
+
水解反应）
:





NF
4
+
+H
2
O = NF
3
+HOF+H
+

定量生成
NF
3
。
（
1
分）





而反应
2HOF = 2HF+O
2
和反应
HOF+H
2
O = HF+H
2
O
2

哪一反应为主与反应条件有关，
但无论哪 一反应为主却总是定量生成
HF
。
（
1
分）



















（共
4
分）


第
5
题（
7分）
研究发现，钒与吡啶
-2-
甲酸根形成的单核配合物可增强胰岛素降糖作用， 它
是电中性分子，
实验测得其氧的质量分数为
25.7 %,
画出它的立体结构，
指出中心原子的氧
化态。要给出推理过程。

答 案
：
吡啶甲酸根的相对分子质量为
122
。
设钒与
2
个吡啶甲酸根络合，
50.9
＋
244
＝

295
，
氧的质量分数为
21.7%;
设钒与
3
个吡啶甲酸根络合，50.9
＋
366
＝
417
，氧的质量分数
为
23.0
%;
设钒与
4
个吡啶甲酸根结合，
50.9
＋< br>488
＝
539
，氧的质量分数为
23.7%
；
设钒 与
5
个吡啶甲酸根结合，
50.9
＋
610
＝
66 1
，氧的质量分数为
24.2%
；钒与更多吡啶
甲酸根络合将使钒的氧化态超 过
+5
而不可能，
因而应假设该配合物的配体除吡啶甲酸根外
还有氧，设配合 物为
VO(
吡啶甲酸根
)
2
,
相对分子质量为
5 0.9
＋
16.0
＋
244
＝
311
，氧的
质量分数为
25.7%,
符合题设。
（
3
分）

结论：该配合物的结构如下：


































(
其他合理推论也可
)


和
/
或
得分相同
（
2
分）





钒的氧化态为

+IV
（
或答
＋
4
或
V
+4
）

















（
1
分）


钒与吡啶甲酸根形成的五元环呈平面结构，
因此，
该配合物的配位结构为四 角锥体
（
或
四方锥体）
，
氧原子位于锥顶。

































（
1
分）











（共
7
分）

3
/
8
第

3
页

共

8
页

通过计算得出
VO(C
6< br>H
4
NO
2
)
2
，
但将配位结构画成三角双 锥，尽管无此配位结构，却也
符合题意，建议总共得
4
分，以资鼓励
。
用有效数字较多的原子量数据通过计算得出
V(C
6
H
4
NO2
)
3
·
H
2
O
，
氧含量为
25.7%
，
钒
+3
，
五角双锥，尽管由于环太大而不可能，却也符
合题意，建议总共得
4
分，以资鼓励
。

第
6题（
6
分）
最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。鉴于这 三种
元素都是常见元素，
从而引起广泛关注。
该晶体的结构可看作由镁原子和镍原子在 一起进行
(
面心
)
立方最密堆积
(ccp)
，它们的排列有 序，没有相互代换的现象（即没有平均原子或统计
原子）
，
它们构成两种八面体空隙，
一种由镍原子构成，
另一种由镍原子和镁原子一起构成，
两种八面体的数量比是
1 : 3
，碳原子只填充在镍原子构成的八面体空隙中。

6
－
1

画出该新型超导材料的一个晶胞（碳原子用小
球，镍原子用大
球）
。

6
－
2

写出该新型超导材料的化学式。

答案
：

6
－
1


































（
5
分）

在
（面心）
立方最密堆积－ 填隙模型中，
八面体空隙与堆积球的比例为
1
:
1,
在如图晶 胞中，
八面体空隙位于体心位置和所有棱的中心位置，
它们的比例是
1 : 3
，
体心位置的八面体由镍
原子构成，
可填入碳原子，
而棱心位置的八面体由
2
个镁原子和
4
个镍原子一起构成，
不填
碳原子。

6
－
2


MgCNi
3
（化学式中元素的顺序可不同，但原子数目不能错）
。







（
1
分）

第
7
题（
9
分）
用
2
份等质量的
XeF
2
和
XeF
4
混合物进行如下实验：

（
1
）

一份用水处理，得到气体
A

和溶液
B
，
A

的体积为
56.7 mL
（标准状况，下同）
，
其中含
O
2
22.7
mL
，余为
Xe
。
B
中的
XeO
3
能氧 化
30.0mL
浓度为
0.100mol/L
的
(NH
4< br>)
2
Fe(SO
4
)
2
。

（
2
）

另一份用
KI
溶液处理，生成的
I
2
被
0.200mol/L Na
2
S
2
O3
滴定，用去
Na
2
S
2
O
3
35.0
mL
。

求混合物中
XeF
2
和
XeF
4
各自的物质的量。

答案
：

由（
1
）
求
Xe
的总量
：







Xe

56.7mL-22.7mL=34.0mL



34,0 mL/2.24
x
10
4
mL/mol = 1.52
x
10
-3
mol

(1
分）







XeO
3
+ 6Fe
2+
+ 6H
+
= Xe + 6Fe
3+
+ 3H
2
O










1

:


6






















































（
1
分）









x




0.100mol/L
x
0.0300mL













x
= 5.0
x
10
-4
mol

















































(1
分）








Xe
的总量


1.52
x
10
-3
mol + 5.0
x
10
-4
mol = 2.02
x
10
-3
mol
















（
1
分）


由（
2
）







XeF
2
+ 2I
-








I
2
~ 2S
2
O
3
2-
















































1
















2










































（
1
分）









y
















z





z
= 2
y


































(1
分）







XeF
4
+ 4I
-








2I
2
~ 4S
2
O
3
2-
















1


















4








































（
1
分）







2.02
x
10
-3
-
y










0.200 mol/L
x
0.0350 L -
z

4
/
8
第

4
页

共

8
页

球，镁原子用大