复习迎考2020年全国高中学生化学竞赛(冬令营)理论试题

2021年1月26日发(作者：extreme)
2020
年全国高中学生化学竞赛（冬令营）理论试题

2002
年
1
月
22
日


山东·济南


本卷须知：

．竞赛时刻
4
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。考
试时刻一到，把试卷和答卷还放在桌面上〔背面朝上〕
，持监考老师收完卷子后起立离开
考场。

．把营号写在所有答卷统的客封线外和草稿 纸的右上角处，不写姓名和所属学校，否那么
按废卷处理。

．试卷装订成册，不得拆 散。所有答案必须写在答卷纸的指定地点〔方框内〕
，用钻笔答
卷或写在其他地点的答案一律无 效。使用指定的草稿纸。不得特有任何其他纸张。

．承诺使用非编程运算器、直尺、橡皮等文具，但不得带文具盒进人考场。


第
1
题

1
－
1
．用容量法测定磷肥含磷 量的要紧步骤如下：准确称取磷肥
0.385g
，用硫酸和高氯酸
在高温下使之分解， 磷转化为磷酸。过滤，洗涤，弃去残渣。以硫酸－硝酸为介质，加入
过量钼酸铵溶液生成铝磷酸铵沉淀< br>(NH
4
)
3
H
4
PMo
12
O< br>42
?
H
2
O
。
过滤，
洗涤，
沉淀 溶于
40
．
00cm
3

1
．
026
mol
·
dm
-3
NaOH
标准溶液中，以酚酞为指示剂 ，用
0
．
1022
mol
·
dM
-3
盐 酸标准
溶液滴定至终点〔
MoO
4
2-
〕
，耗去

15
．
20cm
3
。运算磷肥中磷的百分含量〔以
P
2
O
5
计〕
。

1
－
2
．测定土壤中

SO
4
2-
含量的要紧步骤如下：称取

50g
风 干土样，用水浸取，过滤，滤
液移入
250cm
3
容量瓶中，
定容。
用移液管移取
25
．
00 cm
3
浸取液，加入
1
：

4
盐酸
8
滴，
-3
加热至沸，
用吸量管缓慢地加入过量钡镁混合液
〔浓 度各为

0
．
0200mol
?
dm
〕

V
1
〔
cm
3
〕
。
连续微沸

5
分钟，冷却后，加入氨缓冲溶液〔
pH
＝
10
〕

2
cm
3
，以铬黑

T
为指示剂，用


0
．
0200 mol
·
dm
-3
ED TA
标准溶液滴定至溶液由红色变蓝色即为终点，消耗
V
2
〔
cm< br>3
〕
。另
取

25
．
00
cm
3
蒸馏水，加入

1
：

4
盐酸
8
滴，加热至佛，用吸量管缓慢地加入钡镁混合
液
V
1
〔
cm
3
〕
，同前述步骤处理，滴定消耗

EDTA V
3
〔
cm
3
〕
。另取

25
．
00 cm
3
浸出液，加
入
1
：< br>4
盐酸
8
滴，加热至沸，冷却后，加入氨缓冲溶液〔
pH=10
〕
2
cm
3
；同前述步骤处
理，滴定消耗
EDTA V
4
〔
cm
3
〕
。运算每
100
克干土中< br>SO
4
2-
的克数。


第
2
题

钢中加入微量钒可起到脱氧和脱氮的作用，改善钢的性能。

测定钢中钒含量的步骤如 下：
钢试样用硫磷混合酸分解，
钒以四价形式存在。
再用
KMnO
4
将其氧化为五价，过量的
KMnO
4
用
NaNO
2
除去，过量的
NaNO
2
用尿素除去。五价钒与
N-
苯甲酰
-N-
苯基羟胺在
3
．
5~5 mol
·
dm
-3
盐酸介质中以

1
：

2
形成紫红色单核电中性配
合物，比色测定。回答如下咨询题：

2
—
1
．高价钒在酸性溶液中通常以含氧阳离子的形式存在。写出钒与浓硫酸作用的反应 方
程式。

2
－
2
．以反应方程式表示上述测定过程中KMnO
4
、
NaNO
2
和尿素的作用。

2
－
3
．写出紫红色配合物的结构式。


第
3
题

生物体中有许多含过渡金属离子的蛋白，其中有些金属蛋白 在一定条件下能够吸取、开释
氧气以供机体生命活动之需。这些天然载氧体的结构较复杂。研究发觉，某 些简单配合物
也具有类似的载氧性质，可用作载氧体的模型化合物。研究较多的是钴〔
II〕配合物。制
备模型化合物的方法如下：水杨酸〔邻羟基苯甲醛〕和乙二胺在
95
％的乙醇溶液中反应，
生成黄色晶体人通入氮气，
加热，
待黄色晶体溶解后，
缓慢地加入醋酸钴，
生成棕色沉淀。
连续加热并搅拌，沉淀全部转变为暗红色
B
后，冷至室温，撤去氮气，滤出结晶，干燥之
B
是二聚体，在室温下稳固，不吸取氧气。但< br>B
在某些溶剂中可与溶剂
L
〔如
DMF
或
Py
等〕配位，并迅速吸取氧气形成暗黑色的分子氧加合物
C
。
C
在氯仿或苯中 有细微气泡放
出，并转变为暗红色。载氧试验结果：

360
mg
样品
B
在

15
℃，


102.9kPa
及饱和水蒸
气压

1
．
2 kPa
下，吸取

O
2
〔设为理想气体〕

12
．
90cm
3
。

3
－
1
．写出
A
的化学式。

3
－
2
．运算载氧试验中，
Co
与被吸取氧气的物质的量之比。

3
－
3
．画出
C
的结构示意图。

3
－
4
．写出
C
在氯仿中的反应方程式。


第
4
题

〔一〕
石墨晶体由层状石墨〝分子〞按
ABAB
方式堆积而成，
如图一所示，
图中用虚
线标出了石墨的一个 六方晶胞。

4-1
．试确定该晶胞的碳原子个数。

4-2
．写出晶胞内各碳的原子坐标。

4-3
．石墨的层间距为

334
．
8 pm
，
C
－
C
键长为

142 pm
，运算石墨晶体的密度。





〔二〕石墨可用作锂离子电池的负极材料，充电时发生下述反应：











Li
1
-xC
6
+ xLi
+
+ xe
-

→
Li C
6

其结果是，
Li
+
嵌入石墨的
A
、
B
层间，导致石墨的层堆积方式发生改变 ，形成化学式为
LiC
6
的嵌入化合物。

4-4
．
图二给出了一个
Li
+
沿
C
轴投影在
A
层上的位 置，
试在图上标出与该离子临近的其它
十
六个

Li
的投影位置。

4-5
．在

Li C
6
中，
Li
+
与相邻石墨六元环的作用力属何种键型？

4-6
．某石墨嵌入化合物每个六元环都对应一个
Li
+
，写出它的 化学式，画出它的晶胞〔
C
轴向上〕
。

〔三〕锂离子电池的正极材 料为层状结构的
LiNiO
2
。
LiNiO
2
中
L i
+
和
Ni
3+
均处于氧离
子组成的正八面体体心位置，但 处于不同层中。

4
－
7
．
将化学计量的


NiO
和


LiOH
在空气中加热到


700
℃可得
LiNiO
2
，
试写出反应方程式。

小
8
．写出
LiNiO
2
正极的充电反应方程式。

49
．

锂离子完全脱嵌时
LiNiO
2
的层状结 构会变得不稳固，用铝取代部分镍
形成
LiNi
1-y
Al
y
O
2
可防止锂离子完全脱嵌而起到稳固结构的作用，什么缘故？














图一

第
5
题

5
－
1
．今有两种燃料，甲烷和氢气，设它们与氧气的反应为理想燃烧，利用以下
298 K
的
数据〔设它们与温度无关〕分不运算按化学计量比发生的燃烧反应所能达到的最高温度。< br>





火箭所能达到的最大速度与喷气速度及 火箭结构有关，
由此可得到如下运算火箭推动
力
Isp
的公式：


式中
T
和

C
p

分不为热力学温度和平均等压摩尔热容，
K
为与火箭结构有关的特性常数。

5
－
2
．请咨询：式中的
M
是一个什么物理量？什么缘故？ 用上述两种燃料作为火箭燃料，
以氧气为火箭氧化剂，按化学计量比发生燃烧反应，推动火箭前进，分不 运算
M
值。

5
－
3
．
设火箭特性常数< br>K
与燃料无关，通过运算讲明，上述哪种燃料用作火箭燃料的性能
较好？


第
6
题

2002
年伊始第一台磁冰箱咨询世。 磁冰箱的概念形成干
6
年前，美国、中国、西班牙、荷
兰和加拿大都进行了研究，最低 制冷温度已达
-140oC
，能量利用率已比传统冰箱高
l
／
3。
1997
年，美国
Ames
实验室设计出磁冰箱原型，其制冷装置可简 单地用以下图表示：





一转轮满载顺磁性物质，高 速旋转，其一侧有一强大磁场，顺磁
性物质转入磁场为状态
A
，转出磁场为状态
B
，即：








回答以下咨询题：

6-1
．用热力学差不多状态函数的变化定性地讲明：磁 制冷物质发生
A
?
B
的状态变化什
么缘故会引起冰箱制冷？不要不记 得指出磁场是在冰箱内依旧在冰箱外。

6-2
．
Ames
实验室的 磁致冷物质最早为某金属
M
，
后改为其合金，
以
M
5
(SixGe
1
-x)
4
为通式，
最近又研究了以
MA< br>2
为通式的合金，
A
为铝、钴或镍。依照原子结构理论，最优选的
M< br>应为元素周期系第几号元素？什么缘故？〔可不写出该元素的中文名称和元素符号〕


第
7
题

阶式聚合是分子自组装的方式之一；
其差不多过程 是：
把阶式构件逐级连接到核心构件上，
获得具有一定结构、单一分子量的高分子。核心构件能 够是单官能团或多官能团〔必须完
全等价〕的小分子；阶式构件是具备以下特点的小分子：含有一个〔只 有一个〕可与核心
构件缩合的官能团，同时含有一个或多个完全等价的能够转化成跟核心构件相同官能团 的
基团。如：一元醇
ROH
能够用作制备核心构件，
3-
氨基丙睛< br>H
2
NCH
2
CH
2
CN
能够作为阶
式构件。核心构件的制备及阶式聚合反应示意如下：







〔
l
〕

ROH + CH
2
=CHCN
→

ROCH
2
CH
2
CN
→













ROCH
2
CH
2
COOH
→

ROCH
2
CH
2
COCl






〔
2
〕

ROCH
2
CH
2
COCl + H
2
NCH
2
CH
2
CN
→













ROCH
2
CH
2
CONHCH
2
CH
2
CN










以下步骤同〔
l
〕中的第
2
、
3
步。







〔
3
〕通过
n
次重复得到











ROCH
2CH
2
CO
〔
NHCH
2
CH
2
CO
〕
n
NHCH
2
CH
2
CN






〔
4
〕最后通过水解、酯化封端，得到性质稳固的高分子阶式聚合物。

为了使阶式聚合物的分子量尽快增加，能够选用多向核心构件和多向阶式构件，

如： 双向核心构件：
〔
CH
2
OCHCH
2
COCl
〕
2









双向阶式构件：

HNCH
2
CH
2
OCH
2
CHCN
〕
2

7-1
．
写出上述双向核心构 件与单向阶式构件的一次、
两次和
n
次缩合得到的阶式聚合物的
结构式〔不要 不记得封端！
〕
。

7-2
．选择适当原料制备双向阶式构件

HNCH
2
CH
2
OCH
2
CH
2
CN
〕
2
。< br>
7-3
．写出上述双向核心构件和双向阶式构件一次和两次缩合得到的阶式聚合物的结 构式
〔不要不记得封端！
〕
。

7-4
．讲明这种阶式聚合的名称中〝阶式〞二字的意义。

7-5
．
什么缘故多向阶式聚合需要的核心构件和阶式构件要求相关的官能团〝完全等价〞？