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化学竞赛

试卷|2018年“扬子石化杯”第32届中国化学奥林匹克竞赛(江苏赛区)夏令营暨选拔赛试题

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试卷|2018年“扬子石化杯”第32届中国化学奥林匹克竞赛(江苏赛区)夏令营暨选拔赛试题

第1题(10分)  氮是地球表面上以单质存在的最丰富的元素,它以双原子分子N2形式存在。

1-1 氮在元素周期表中处于第        周期、第        族,N2分子中两N原子间形成了         键和   

      键(请填键型和个数)。

1-2 用 VSEPR预测NO2和NF3的几何构型分别为          和          ,其中心氮原子的杂化类型分别为         和         。

1-3 平面型分子N2O4( )中存在的离域键为               。

第2题(6分)

2-1 写出下列化学反应方程式:

(1)将BCl3通入水中,发生水解反应:                                             。

(2)将白磷溶解在热浓碱中,发生歧化反应,生成膦:                                           。

2-2 人们常用加热(NH4)2Cr2O7来演示“火山喷发”趣味实验,(NIH)2Cr2O7受热分解产生的气体是            ,产生的灰绿色固体是               (填化学式)。

第3题(12分)

3-1 炎热而潮湿的夏天,人们需要适量喝水或饮料。许多饮料的主要成分是甜味剂、有机酸、矿物质和调味剂。饮料中比较常见的有机酸是抗坏血酸(C6H8O6)和柠檬酸(C6H8O7)。为测定仅由这两种酸组成的某样品的含量,进行以下实验。

(1)准确移取50.00 mL样品溶液于锥形瓶中,加入25 mL 1 mol/L HCl和2 mL 0.5 %的淀粉溶液,用0.010 00 mol/L的KIO3溶液滴定至出现稳定的蓝色,消耗了10.00 mL。据据此可算出样品中C6H8O6的含量为  

             (mg/100 mL)。

(2)准确移取25.00 mL样品溶液于锥形瓶中,加入2-3滴酚酞指示剂,用0.010 00 mol/L的NaOH溶液滴定至无色变为微红色(此时,1 mL抗坏血酸消耗1 mol NaOH),消耗了20.00 mL。已知一个柠檬酸分子中含有三个羧基,则柠檬酸与氢氧化钠反应的物质的量之比为         。样品中C6H8O7的含量为       

             (mg/100 mL)。

3-2 在工业污水处理中,经常通过沉淀的方法除去水中的重金属离子并进行资源化。例如,某化工厂用盐酸加热处理粗CuO的方法制各CuCl2,每100 mL所得的溶液中有0.055 g Fe2+杂质。为除去铁杂质,首先使Fe2+氧化成Fe3+,再调整pH使Fe3+成为Fe(OH)3沉淀。

(1)在KMnO4、H2O2、NH3•H2O、Na2CO3、ZnO、CuO等化学药药品中该厂应选的最合适的氧化剂为              ,调整pH的试剂为               。

(2)若用直接沉淀出Fe(OH)2的方法提纯CuCl2,计算可知,当Fe2+浓度小于1.0×10-5 mol/L时,若要不产生Cu(OH)2沉淀,Cu2+浓度必须小于或等于            mol/L,因此该方法是不可行的。

(已知Kspθ(Fe(OH)2 = 4.86×10-17,Kspθ(Cu(OH)2 = 2.2×10-20,Kspθ(Fe(OH)3 = 2.8×10-39)

第4题(10分)

4-1 用电解法精炼生产出来的铜称为“电解铜”,纯度高,可以用来制作电气产品。电解时将粗铜(含铜99%)预先制成厚板作为阳极,纯铜制成薄片作阴极,以硫酸和硫酸铜的混合液作为电解液。粗铜中含有的金属杂质包括比铜活泼的铁、锌等,以及不如铜活泼的金、银等。此处分别以金、铁为例,假设粗铜中仅含杂质Au和Fe。

(1)生产电解铜时,粗铜的三种主要组分的变化为:精铜在      极析出,     进入电解液,         进入阳极泥。

(2)写出在阳极发生的产生气体的电极反应方程式                                               。

4-2 近年来,室温钠离子电池因钠离子资源丰富、成本低廉,引起了人们的广泛关注。作为钠离子电池的负极材料,锑(Sb)因其储存钠离子容量高而更受研究工作者的青睐。然而锑在充放电过程中有较大的体积改变,使其容量快速衰减而阻碍其实际应用。解决这一问题的有效方法之一便是将锑与碳材料复合形成锑/碳复合材料,利用共同存在的碳材料,可以大大缓冲锑在充放电过程中的体积改变。最近,科学家利用电石(CaC2)为还原剂和碳源,固体Sb2O3为锑源,室温下在球磨机中球奢两者的固体混合物,得到含有锑和碳的复合材料,再经稀盐酸刻蚀、水洗、干燥,除去复合材料中非锑、碳成分,制得了电化学性能优异的多孔锑/碳复合材料。

(1)写出上述制备锑/碳复合材料的化学反应方程式                                              。

(2)写出稀盐酸刻蚀步驟对应的化学反应方程式:                                               。

(3)已知锑的储存钠离子的反应为:Sb(s) + 3Na + 3e- → NaSb(s),则计算可得锑的比容量(即单位质量锑所能放出的电量,以mAh/g为单位)为            mAh/g。

第5题(10分)  在人类物质文明的发展过程中,铁比其他任何元素更为重要,其既是引发工业革命的主要因素之一,亦为物质世界的基础之一。

5-1 铁单质的价电子组态为                    ;铁在地壳中的含量较高,仅次于金属           ;铁常见的氧化物有       色的Fe2O3、黑色的FeO和Fe3O4。

本世纪以来,铁单质因其价格低廉、环境友好等特点,在重金属、持久性有机物等环境污染的治理与修复中取得广泛的应用,其中,纳米零价铁颗粒因其反应活性高而备受关注。常见的实验室制备纳米零价铁的方法为:(1)用一定体积比的乙醇、水混合溶剂分别配制硫酸铁溶液与硼氢化钠溶液;(2)在无氧条件或氮气保护下,向硫酸铁溶液中缓慢滴加硼氢化钠溶液并不断搅拌。(3)反应完毕后,用无氧水及无水乙醇多次洗涤反应过程中生成的纳米铁颗粒并妥善保存备用。

5-2 上述制备过程中,硼氢化钠的作用为                            ,反应中采取无氧体系或氮气保护的目的是                            ;为确保Fe的完全反应,通常体系中应加入过量的硼氢化钠,请用离子方程式解释硼氢化钠过量的原因                                                  。

5-3 部分学者利用纳米零价铁去除水体中的重金属铅元素,为该类污染物的环境修复提供了新的技术与方法。研究表明,pH是影响铅元素去除效果的重要因素,从下图可以看出,中性条件下去除率最高,而酸性或碱性条件下去除效果均有明显下降,其主要原因是:




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