发布时间 : 星期一 文章最全2014年全国化学竞赛---第20届全国高中化学竞赛决赛(冬令营)理论试题及答案更新完毕开始阅读90bcf919793e0912a21614791711cc7930b77843
中国化学会第20届全国高中学生化学竞赛（决赛）
理论试题
2007年1月17日
● 本竞赛试题共8题，总分120分，竞赛时间4小时。迟到超过30分钟者不得进入考场，考试开始后1小时内不得离开考场。解答完毕，将试卷和答卷及草稿纸折好，背面朝上放于桌面，撤离考场。
● 试卷和答卷已分别装订成册，不得拆散，所有解答必须写在答卷的指定位置，写于其他 位置无效．
● 选手营号写在答卷每页左边指定位置，不得写所属地区，学校名称和姓名，否则按废卷 论。
● 使用黑色墨水钢笔或圆珠笔答题，不得使用铅笔(包括作图)。使用提供的草稿纸．不得携带任何其他纸张进入考场。
● 允许使用非编程计算器及直尺，橡皮、涂改液等文具，不得将文具盒以及手机、小灵通、BP机等通讯工具带入考场，一经发现将严肃处理。
原予量： H 1.008 B 10.81 C 2.01 N 14.01 O 16.00
第1题 (14分)
钛及其合金具有密度小、强度高、耐腐蚀等优良性能，被广泛用于航天、航空、航海、石油、化工、医药等部门。我国四川省有大型钒钛磁铁矿。从由钒钛磁铁矿经“选矿”得到的钛铁矿提取金属钛(海绵钛)的主要工艺过程如下：
碳钛铁矿生铁高钛渣焦炭 氯气镁还原熔炼氯化、精制TiCl4还原海面钛
l-1 钛铁矿的主要成分为FeTiO3。控制电炉熔炼温度(<1500K)，用碳还原出铁，而钛则进入炉渣浮于熔融铁之上，使钛与铁分离，钛被富集。已知：
FeTiO3+CFeTiO3FeTiO3=TiO+Fe+CO+4C=TiC+Fe+3CO+3C=Ti+Fe+3CO2①②③rGmrGmrGmJ.molJ.mol-1-1J.mol-1=190900-161T=750000-500T=913800-519T
通过计算判断在电炉熔炼中主要发生以上哪个反应? (3分)
1-2 写出在1073—1273K下氯化反应的化学方程式。 (1分) 1-3 氯化得到的TiCl4中含有的VOCl3必须用高效精馏的方法除去，为什么? 实际生产中常在409 K下用Cu还原VOCl3，反应物的摩尔比为1：l，生成氯化亚铜和难溶于TiCl4的还原物，写出还原反应方程式。 (2分) 1-4 精制后的TiCl4用金属镁还原可得海绵钛，写出化学反应方程式。 (1分) 1-5 菱镁矿(主要成分为MgCO3)煅烧分解后与焦炭混合在氯化器中加热到1373 K，通入氯气生成MgCl2。在1023 K电解熔融MgCl2得到金属镁。
(1)写出用菱镁矿煅烧及氯化制取MgCl2的化学反应方程式。 (2分) (2)写出电解熔融MgCl2的电极反应式和电解反应式。 (2分) (3)已知1023K MgCl2(l) 的标准摩尔生成焓ΔfH?Mg(l)、Cl2(g)m为–596.32kJ?mol ,MgCl2(l) 、的标准摩尔熵S?m分别为231.02、77.30、268.20 kJ?mol。计算MgCl2的理论分解电压。(3分)
第2题(14分)
自然界中许多金属和非金属形成的矿物微粒的粒度介于纳米-微米之间，并呈现出不同的晶体形貌和特殊的物理化学性能，我国已发现多个储量丰富的大型天然纳米非金属矿床。 2-1 膨润土是一种天然纳米矿物材料，主要成分为蒙脱石。蒙脱石是层状结构的硅酸盐矿物，在一定地质条件下可形成厚度为纳米尺寸的层状晶体。不考虑层间水和阳离子置换时，化学式为A12Si4O10(OH)2。将下面蒙脱石晶体结构图中与中心Al原子配位的O原子和OH原子团用短线连接起来(Al的配位多面体共边)，指出配位多面体的空间构型。(4分)
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2-2 非金属纳米矿物开采出来后，需经选矿、化学提纯才能应用。
（1）当矿物中含有CuS、ZnS杂质时，将适量浓硫酸拌入矿粉，加热，充分搅拌，待反应完全后用水稀释、过滤、清洗，可将这些杂质分离除去。从环保和经济的角度，应尽量减少硫酸的用量，写出化学反应方程式。加水稀释的目的是什么？ (2.5分) （2）当矿物中含有As2S3、SnS2杂质时，加入硫化钠和少量氢氧化钠的混合溶液，加热搅拌，待反应完全后经过滤、消洗，可将杂质分离除去，写出主要化学反应方程式。为什么需加氢氧化钠溶液? (2.5分) 2-3 若膨润土中含Fe2O3时，白度就会受到影响，须进行漂白处理：在硫酸介质中用连二亚硫酸钠作漂白剂进行漂白；加水漂洗后加入氨基三乙酸钠(Na3A)，结合残留的亚铁离子，以维持产品的白度。
(1) 写出漂白过程的离子反应方程式。 (2分) (2) 写出氨基三乙酸钠与亚铁离子结合生成的2：1型单核配合物的化学式及阴离子的结构式。 (3分)
第3题(10分)
无机高分子絮凝刑具有效能高、价格低廉的优点，广泛用于给水排水、工业废水及城市污水处理。
3-1 大多数金属离子都能生成多核水解产物。铁盐溶于水后生成水合铁(Ⅲ)离子，当溶液pH升高时发生水解，首先生成黄色的水解产物[FeOH(H2O5)]2+，写出水解反应方程式。 (1分) 3-2 水解时发生聚合，写出[FeOH(H2O5)]2+聚合为二聚体(用结构式表示)的化学反应方程式。写出当溶液碱化度（[OH]/ [Fe]）为2.0时形成的链状多聚物的结构式。 (3分) 3-3 聚合氯化铝(PAC)通式为［(Al2(OH)nCl6-n］m，是无机高分子絮凝剂，它可用软铝矿(主 要成分A12O3·H2O)为原料通过酸溶法制备。其主要制备过程是：将经过焙烧的矿粉移入反应釜，加入适量盐酸溶解；用碱调高pH，得到［Al(OH)2(H2O)4］Cl；分成两份，将其中一份用 氨水中和得到凝胶；将此凝胶溶于另一份溶液，pH调高至4，充分反应，即可制得PAC。写出制备过程的化学反应方程式。 (4分) 3-4 聚合氯化铝(PAC)中存在一种三聚体，由二个铝氧八面体构成，其中三个八面体共用的顶点数为1，每两个八面体共用的顶点数为2。不标原子，用短线为八面体的棱，画出这种三聚体的空间构型图。 (2分)
第4题(22分)
硼氢化钠是一种重要的还原剂，可用于纸张漂白、醛酮的还原及含汞污水的处理等等。近年来，科学家十分关注硼氢化钠用作储氢介质的研究。2005年G.J.Gainsford和T．Kemmitt考查了硼氢化钠的醇解反应，发现它与乙醇反应的产物A是由互相平行的一维链组成的晶体。 4-1 写出硼氢化钠与乙醇反应的化学反应方程式。 (2分) 4-2 根据A中存在的作用力类型说明A属于何种晶体。 (2分) 4-3 画出A的一维结构示意图，确定A的结构基元，抽出一维点阵。 (6分) 4-4 A中Na的配位数为多少? 硼原子采取什么杂化? (2分) 4-5 硼的一种同素异构体是由B12 (以B为顶点的二十面体)单位和单个B原子组成的晶体，其晶胞参数为a=b=875.6pm，c=517.8pm，晶体密度ρ=2.310 g·cm-3。晶胞沿a、b、c轴的投影图如下：
B12沿a或b轴的投影沿c轴的投影单个B未画出
(1)计算晶胞中的原子数。 (4分) (2)画出晶胞示意图。 (2分) (3)确定晶体的结构基元、点阵型式及特征对称元素。 (4分)
第5题(16分)
用氨水与硝酸反应得硝酸铵水溶液，经蒸发、结晶得硝酸铵晶体。硝酸铵有多种晶型，其中晶型I、II和Ⅲ的密度分别为1.73、1.66和1.70g·cm-3。在标准压力、室温下，加热固体硝酸铵到305 K，晶型I转变为晶型II，晶变热为1.68 kJ?mol；加热到357 K时，晶型II转变为晶型Ⅲ，晶变热为1.75kJ?mol。单组分体系两相平衡的温度和压力满足克拉贝龙方程(可向监考员索要克拉贝龙方程，但要在本题得分中扣除4分)。
5-1 若两种晶型平衡共存的温度T和压力P呈线性关系，计算三种晶型同时平衡共存的温度和压力。 (7分) 5-2 求在三相点由晶型I直接转化为晶型Ⅲ过程的摩尔焓变和摩尔熵变。 (4分) 5-3 根据计算，在P-T坐标图(P用P?表示，T用K表示)上粗略绘出硝酸铵体系的相图，
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