2005.1.15 Shanghai
El tiempo de la competencia es de 4,5 horas. Aquellos que lleguen más de 30 minutos tarde no podrán ingresar a la sala de examen. No se le permite salir dentro de 1 hora después de comenzar el examen. Cuando se acabe el tiempo, coloque las preguntas del examen y las hojas de respuestas en el sobre, colóquelas sobre la mesa y abandone la sala de examen inmediatamente.
Los cuestionarios y hojas de respuestas deben estar encuadernados en un volumen y no deben desmontarse. Todas las respuestas deben escribirse en los espacios designados en la hoja de respuestas; responda las preguntas con bolígrafo o bolígrafo de tinta negra. No traiga ningún otro papel a la sala de examen. Puede levantar la mano y pedirle al supervisor hojas de respuestas adicionales o papel borrador. Complete el número total de páginas y los números de página en el encabezado de la hoja de respuestas.
El número y el nombre del campamento se deben rellenar en el lado izquierdo de la primera página de las preguntas del test y en el lado izquierdo de la hoja de respuestas de cada página, de lo contrario se considerará papel de desecho.
Se permiten calculadoras, reglas y otros artículos de papelería no programados. No se permiten estuches ni herramientas de comunicación en el recinto.
Pregunta 1 (8 puntos)
El cristal blanco X se produce por la reacción de ácido sulfúrico concentrado y urea. x ¿No contiene agua cristalina, no absorbe humedad, es fácilmente soluble en agua y tiene una masa molar inferior a 100 g? Mol-1 se usa ampliamente, como en la fabricación de papel, textiles, galvanoplastia, tratamiento de agua, síntesis orgánica, etc. Para los geólogos de campo, es mucho más fácil identificar la piedra caliza que el ácido clorhídrico. En condiciones ácidas, 1 mol
1-1 Escribe la fórmula estructural y el nombre químico de
1-2 Escribe la ecuación química para X preparada anteriormente.
1-3 Escribe la ecuación química de la reacción entre X y nitrito de sodio en condiciones ácidas.
En una solución casi neutra, 1 mol de ácido periódico reacciona con un exceso de yoduro para producir 1 mol de I2, y la solución resultante se acidifica para producir 3 moles de I2.
1-4 Utilice una ecuación química balanceada para ilustrar el fenómeno anterior.
En las últimas etapas de la explotación de pozos de petróleo y gas, generalmente se requiere la inyección de agua para extraer petróleo y gas profundos. Después de un período de tiempo, a menudo se inyectan solventes orgánicos como el metanol para producir más petróleo y gas. .
1-5 Describir brevemente la función de la inyección de metanol.
Pregunta 2 (6 puntos)
2-1 ¿Dibujar dicloruro de trans en la plantilla vacía que se encuentra en la hoja de respuestas? Fórmulas estructurales de todos los isómeros geométricos del ion bis (2,3-butanodiamina) cobalto (iii). (Nota: la 2,3-butanodiamina también se llama 2,3-diaminobutano)
2-2 representa el isómero ópticamente activo.
2-3 Se sabe que el cloro de un isómero es sustituido por otros aniones monovalentes negativos a un ritmo más lento. ¿Qué tipo es? ¿Cómo entender su esencia?
Pregunta 3 (10): Actualmente, el cátodo de las baterías comerciales de iones de litio es casi todo óxido compuesto de litio y cobalto, y su estructura ideal se muestra en la Figura 3-1 de la hoja de respuestas.
3-1 Utilice un marco de líneas gruesas para dibujar la celda unitaria de la estructura ideal del cristal de óxido compuesto de cobalto y litio en la Figura 3-1 en la hoja de respuestas.
3-2 ¿Cuántos átomos de litio, átomos de cobalto y átomos de oxígeno hay en una celda unitaria de este cristal?
3-3 proporciona la fórmula química (la fórmula química más simple) de este óxido compuesto de litio y cobalto de estructura ideal.
3-4 Las baterías de iones de litio deben cargarse durante un tiempo prolongado antes de poder utilizarse. Escriba la reacción del electrodo cuando se utiliza óxido de cobalto y litio como electrodo positivo para la descarga.
3-5 El óxido compuesto de litio y manganeso es otro material catódico para las baterías de iones de litio. Hay dos tipos de poliedros en su cristal ideal: tetraedro LiO_4 y octaedro MnO_6. La proporción numérica es 1:2. Los tetraedros LiO_4 están separados entre sí. Todos los átomos de oxígeno del octaedro MnO_6 se toman del tetraedro LiO_4. Escribe la fórmula química de este cristal.
3-6 Obtenga información de la figura siguiente y explique por qué los iones de litio en el cristal pueden moverse en el cristal y el número es variable cuando el material del cátodo de óxido de litio y manganeso se carga y descarga. También se explicó el efecto del aumento o disminución de iones de litio en el cristal sobre el estado de oxidación del manganeso.
Figura 3-2 Diagrama esquemático de la estructura cristalina ideal del material catódico de óxido compuesto de litio y manganeso
Pregunta 4 (6 puntos) El contenido de Al3+ existente en Cu2+ y Zn2+* * puede formularse con EDTA Determinación por método de titulación. Utilizando PAN como indicador, el error relativo de la determinación es ≤0,65438±0%. El proceso de determinación se puede expresar de la siguiente manera (Nota: el número de carga complejo se omite en la tabla; varias formas de EDTA libre se abrevian como y):
Adjunto: Datos de estabilidad logarítmica lgK de la constante de estabilidad compleja ;
CuY 18.8 ZnY 16.5 AlY 16.1 alf 63-19.7 Cu-PAN 16
4-1 Escriba la ecuación de reacción del estado del marco D al estado del marco E y equilibre.
¿Qué otras sustancias deberían existir en el estado del Cuadro 4-2 F?
4-3 ¿Es necesario conocer la concentración exacta de la solución de EDTA utilizada? ¿Necesita V1 leer y grabar con precisión?
Explica brevemente por qué.
4-4 Si la solución de Cu2+ cae excesivamente del cuadro C al cuadro D, pregunte:
(I) ¿Se introducirá un error positivo o negativo en el resultado de la determinación final? ¿Aún no funciona?
(2) Si crees que tiene un impacto, ¿cómo deberías manejar el experimento?
4-5 Suponga que los volúmenes de muestra V0 y V1, V2 y V3 están todos en ml, y MAl es la masa molar de Al (g? Mol-1), c (EDTA) y c (Cu) respectivamente es la concentración de solución de EDTA y Cu2+ (Mol? L-1), y enumera el contenido de Al (g? L-1) en la solución de prueba.
Pregunta 5 (6 puntos) Los átomos (grupos) en las moléculas isoméricas tienen orientaciones específicas en el espacio, lo que hace posible que los enantiómeros y sus imágenes especulares no se superpongan. Estas moléculas se denominan moléculas quirales.
Se sabe que el signo de la actividad óptica del (R-)CHBrClF puede expresarse por (+). ¿Cuál de las siguientes cuatro fórmulas estructurales (1 ~ 4) es para zurdos?
5-2 Señale los compuestos aquirales entre los siguientes compuestos y describa brevemente las razones de su aquiralidad.
5-3 arsinas con tres sustituyentes diferentes, como CH3As(C2H5)(C6H5CH2), son ópticamente activas, mientras que aminas con tres sustituyentes diferentes, como CH3N(C2H5)(C6H5CH2) no tienen actividad óptica. ¿Por qué? Pero las aminas ópticamente activas con estructuras similares a 1 pueden estabilizarse nuevamente. ¿Por qué?
Pregunta 6 (8 puntos) El formaldehído también se llama "formaldehído". Una solución acuosa que contiene entre un 37% y un 40% de formaldehído y un 8% de metanol se conoce comúnmente como "formalina". El formaldehído es una importante materia prima sintética orgánica ampliamente utilizada en la producción de resinas, fibras sintéticas, medicamentos, revestimientos y desinfección de casas, muebles y semillas.
Utilice los datos proporcionados en la siguiente tabla para responder la pregunta (¿suponga que δH m? ¿Utilice Sm? No cambia con la temperatura).
Datos termodinámicos de algunas sustancias (298,15 K)
Material fH m? /kJ? mol-1 Sm? /J? ¿K-1? Mol-1
Etanol (g)-235,10 282,70
Metanol (g)-200,66 239,81
HCHO (g)-108,57 218,77
H2O(g)-241,818 188,825
Monóxido de carbono (g)-110,525 197,674
Ag2O(s)-31,05 121,3
Plata 0 42,55
H2 0 130.684
Oxígeno (g) 0 205.138
6-1 La deshidrogenación de metanol es el método industrial más simple para producir formaldehído;
Metanol La oxidación es otro método industrial para producir formaldehído, es decir, el vapor de metanol y una cierta cantidad de aire pasan a través de la capa de catalizador de Ag, y el metanol se oxida para obtener formaldehído;
Mediante un análisis termodinámico simple, en 298.438+ 05 K, se evaluaron los dos métodos anteriores.
6-2 De hecho, la reacción de oxidación del metanol a formaldehído es una combinación de la reacción de deshidrogenación del metanol y la reacción del compuesto de hidróxido. Intente calcular y analizar el significado práctico de la combinación de estas dos reacciones en la formación de formaldehído.
La figura 6-3 a la derecha muestra la IgK para la reacción relacionada con metanol-formaldehído.
Cambios con la temperatura t. Indique qué reacciones químicas corresponden a las curvas (1), (2) y (3) de la figura. ¿Por qué?
Las reacciones relevantes son:
Y la inevitable reacción de oxidación profunda durante el proceso de oxidación:
6-4 Cuando se oxida el formaldehído para formar, 550 ℃, presión total Una mezcla de metanol y aire a 101325 Pa pasa a través del catalizador de plata y la plata pierde gradualmente su brillo y se rompe. Intente determinar mediante cálculos si el fenómeno anterior es causado por la oxidación de Ag a Ag2O(s).
El monóxido de carbono y el H2 pueden sintetizar 6-5 metanol. A 500 ℃ y 25 MPa, en presencia de catalizador ZnO-Cr2O3-Al2O3, el gas de síntesis con una relación en volumen de CO y H2 de 1:2 tiene las dos reacciones paralelas siguientes ① y ②:
Cálculo de prueba Equilibre la relación de fracción molar de los productos CH3OH y C2H5OH.
Pregunta 7 (6 puntos) Las reacciones químicas generalmente constan de varias reacciones elementales, por lo que en principio, la ecuación de velocidad de la reacción se puede establecer a través del mecanismo de reacción. En la investigación científica, los mecanismos de reacción generalmente se formulan hipótesis basadas en la experiencia práctica, y luego se verifica la exactitud de los mecanismos de reacción a través de diversos métodos y medios experimentales.
La reacción de descomposición de la nitramida en solución acuosa es la siguiente:
NO2 NH2 N2O (g) + H2O
Los resultados experimentales muestran que la ecuación de velocidad es :
7-1 Algunos investigadores han propuesto los siguientes tres mecanismos de reacción ¿Cuál crees que es más razonable? y escribe la expresión para k.
①NO2·NH2·N2 O(g)+H2 O
② NO2 NH2+H3o+NO2 NH3+H2O (alcanzando instantáneamente el equilibrio)
NO2 NH3+ N2 O(g)+H3O+(reacción lenta)
(3) NO2 NH2+H2O+H3o+(equilibrio instantáneo)
N2 O(g)+(reacción lenta)
p>
H3O++2H2O (reacción rápida)
7-2 En el medio tampón con temperatura experimental y pH constantes, la reacción se lleva a cabo en un recipiente cerrado, y la presión P del gas N2O cambia con el tiempo. Los datos de medición se muestran en la siguiente tabla:
t/min 0 5 10 15 20 25 *
Presión/kPa 0 6,80. 12.40 17.20 20.80 24.00 40.00
Descubrir Se determinó la vida media t1/2 de la reacción de descomposición y se demostró que lg t1/2 tiene una relación lineal con el pH del medio tampón.
Pregunta 8 (10) La artemisinina fue extraída de Artemisia annua por científicos chinos en 1972, y su estructura fue confirmada en 1976. Según un artículo publicado en la revista británica Nature en agosto de 2003, la artemisinina tiene una vida media corta e interactúa directamente con la membrana celular de los parásitos de la malaria, lo que dificulta que los parásitos de la malaria desarrollen resistencia a los medicamentos. Además, la artemisinina no tiene los efectos secundarios causados por la quinina, un fármaco antipalúdico de uso común. La artemisinina, un fármaco desarrollado en China, ganó el premio médico más importante de Tailandia en 2004. La fórmula estructural de la artemisinina se muestra en 1.
8-1 ¿Qué grupos funcionales hay en la molécula de artemisinina?
8-2 ¿Cuántos átomos de carbono quirales hay en la molécula de artemisinina?
Investigadores chinos también completaron por primera vez la síntesis total de 8-3 artemisinina. Según el proceso de reacción dado, escriba los reactivos de reacción representados por A, B, C, D, E, F, G, H, I y J.
¿Qué reacciones químicas intervienen en el paso final de la síntesis total de 8-4 de 10 a 1?
Preguntas experimentales del Concurso Nacional de Química de Escuelas Secundarias 2005
2005.1.16.Shanghai
Camp No.
Extrae siete compuestos del lodo salado Hidrato de sulfato de magnesio
Notas:
1. La puntuación total del examen experimental es 100. El examen experimental consta de dos partes: "Preguntas experimentales" e "Informe experimental". La sexta página de preguntas experimentales será distribuida una a una por el supervisor.
2. El tiempo del examen experimental será de 5 horas, deduciéndose 3 puntos por cada 5 minutos superados, no pudiendo exceder el tiempo máximo de 20 minutos. Lea atentamente las preguntas del examen y organice su tiempo de manera razonable. Puede utilizar su propia calculadora para procesar los datos.
3. Verifique los instrumentos proporcionados antes del experimento. Si tiene alguna pregunta, infórmela al supervisor.
4. Si el experimento de preparación falla, podrá solicitar al supervisor un análisis del producto, pero se descontarán 30 puntos.
Si se repite el experimento de preparación, se descontarán 10 puntos por cada solicitud de materia prima. En el experimento de análisis, se deducirán 3 puntos por omitir una medición paralela y se deducirán 2 puntos por un pesaje.
5. Se requiere la firma del supervisor y los candidatos deben cooperar activamente. Los resultados de la prueba de quienes no firmen se considerarán inválidos. Quienes falsifiquen datos recibirán cero puntos.
6. Preste atención a la seguridad y use gafas y guantes protectores.
7. Los residuos y disolventes reciclados deben colocarse en contenedores designados.
8. Después de completar todos los contenidos experimentales, entregue el producto, el informe experimental y las preguntas experimentales al supervisor, y el supervisor firmará. Limpie los instrumentos y ordene el escritorio antes de salir de la sala de examen (el tiempo de limpieza no está incluido en el tiempo experimental).
1. Contenido experimental
El lodo salino es el residuo de la industria cloro-álcalina y se divide en lodo salino primario y lodo salino secundario. El lodo salino nativo contiene magnesio, calcio, hierro, aluminio, silicato y carbonato de manganeso, de los cuales el magnesio (calculado como Mg(OH)2) representa aproximadamente el 15%. Este experimento requiere la extracción de sulfato de magnesio de lodo salino nativo. 7H2O.
El contenido específico de esta evaluación experimental incluye las siguientes tres partes:
1. ¿Extraer sulfato de magnesio de lodo salino nativo? 7H2O.
2. ¿Determinar sulfato de magnesio? Contenido de 7H2O.
3. Responde las preguntas de pensamiento y completa el informe experimental.
En segundo lugar, algunas propiedades de la materia
1. [Mg(OH)2]= 6,0×10-10 Ksp? [Hidróxido de calcio]=3,7×10-6
Ksp? [Fe(OH)3]=3,0×10-39 Ksp? [Fe(OH)2]= 8,0×10-16
Ksp? [Mn(OH)2]= 4,0×10-14 Ksp? [Hidróxido de aluminio]=1,3×10-33
2. Solubilidad de la sustancia (g/100gH2O)
3. Masa atómica relativa: H l.01, O 16,00, S. 32,07, Mg 24,31, Zn 65,39.
3. Principales reactivos e instrumentos
1. Reactivos
Cada mesa experimental: barro salino industrial (26 gramos), 6 mol? ¿L-1HCl, 1:1 NH3? H2O, indicador Negro de Eriocromo T, solución estándar EDTA (500 ml).
Mesa experimental pública: ¿6mol? L-1H2SO4, trietanolamina al 25%, solución tampón NH3-NH4Cl (pH=10), solución de NaClO (C.P.), acetona y partículas de Zn (línea de base).
2. Herramientas
(1) Cristalería
Vaso de precipitados 150 ml 1 Bureta de ácido 50 ml 1.
Vaso 250ml 1 Matraz aforado 250ml 1
Vaso 400ml 1 Pipeta 25ml 1.
Vaso de precipitado 1000 ml 1 Erlenmeyer 250 ml 3.
Probeta graduada 50 ml 1 botella pesadora l.
Probeta graduada 10 ml 1 frasco 1
Plato evaporador 200 ml 1 gotero con punta de goma 2.
1 placa de Petri, 1 juego de varillas de vidrio.
Embudo Buchner L y 1 matraz filtro en cristal de reloj.
(2) Equipo: lámpara de gas, trípode, tablero de asbesto, red de asbesto, marco de hierro, clip de mariposa, papel para etiquetas, papel de prueba de pH extenso (1~14), papel de prueba de pH de precisión (0,5~5,0). ), papel de filtro, cuchara esquinero, bola para limpiar oídos, gafas protectoras, guantes, cepillo.
(3) Instrumentos de uso común: balanza electrónica (sensibilidad 0,01g), balanza analítica (sensibilidad 0,1mg), bomba de succión.
4. Pasos experimentales
l. ¿Sulfato de magnesio? Preparación de 7H2O (30 minutos)
En un vaso de precipitados que contenga 26 g de lodo salado, agregue 120 ml de agua, revuelva hasta formar una suspensión y deje caer 6 mol? L-1 H2SO4 son aproximadamente 18 ml. Revuelva bien mientras gotea para evitar que la suspensión se desborde. Cuando se observe que la reacción produce menos gas, comience a calentar y continúe agregando H2SO4 gota a gota, ajuste el valor de pH de la solución a 1 ~ 2, caliente durante 20 ~ 30 minutos y mantenga el volumen y el valor de pH de la reacción. solución. Una vez completada la reacción, filtrar y enjuagar con una pequeña cantidad de agua tibia. Deseche el residuo del filtro; vierta el filtrado en un vaso de precipitados de 250 ml, agregue la solución de NaClO gota a gota hasta que el valor de pH de la solución sea de 5 a 6, caliente y hierva durante aproximadamente 5 a 10 minutos para formar un precipitado de color marrón oscuro en la solución.
Cuando el volumen de la solución sea de aproximadamente 80 ~ 100 ml, filtrarla inmediatamente mientras esté caliente y enjuagar con una pequeña cantidad de agua caliente (si el filtrado se vuelve amarillo, agregar NaClO y repetir la operación anterior). Deseche el residuo del filtro, vierta el filtrado en un plato de evaporación, caliente y evapore para concentrar hasta que esté espeso, luego apague el fuego, retire el plato de evaporación y colóquelo sobre una tabla de asbesto, enfríe y luego filtre. Lavar los cristales con 15 ml de acetona. Coloque los cristales lavados en una placa de Petri y séquelos en una campana extractora durante 30 minutos.
¿Sulfato de magnesio seco? Los productos 7H2O se pesan en una balanza electrónica y el supervisor registra y firma la calidad del producto.
2. ¿Sulfato de magnesio? Determinación del contenido de 7H2O (50 puntos)
Nota: Todos los experimentos de análisis deben medirse tres veces en paralelo. Los datos originales, los resultados del cálculo y el rango relativo deben completarse en el informe experimental y firmarse por el supervisor.
(1)0,02 moles? Calibración de la solución estándar L-1 EDTA
¿Calcule usted mismo la calibración de 0,02 mol? El rango de pesaje de partículas de zinc en la solución estándar de EDTA L-1 está escrito en la hoja del informe del experimento. Después de ser firmado por el supervisor, el supervisor emitirá las instrucciones experimentales pertinentes (página 6 del documento del experimento) y luego realizará el experimento. Experimento de calibración de EDTA. Si no sabe cómo calcular, puede pedirle directamente al supervisor las instrucciones experimentales pertinentes (preguntas experimentales en la página 6) para continuar el experimento, pero se deducirán los puntos de cálculo.
(2) ¿Sulfato de magnesio? Determinación del contenido de 7H2O
¿Pesar con precisión el sulfato de magnesio? Cuántos gramos de producto 7H2O (calcule el rango de pesaje y escríbalo en el informe de laboratorio; si no sabe cómo calcular, puede preguntarle directamente al supervisor el rango de pesaje, pero se deducirán los puntos de cálculo). en un matraz Erlenmeyer de 250 mL, agregar 25 mL Disolver en agua desionizada, agregar 5 mL 25% 25% trietanolamina, agitar bien, luego agregar 10 mL de solución tampón NH3-NH4Cl, agitar bien, agregar indicador T negro de cromo, el color de la solución será violeta, valore con solución estándar de EDTA hasta La solución simplemente se vuelve azul puro. Registre el volumen de V2 consumido por EDTA. ¿Calcule el sulfato de magnesio utilizando la concentración de la solución estándar de EDTA que le proporcionó el supervisor? 7 Contenido de H2O.
5. Preguntas para pensar (consulte la página 4 del informe del experimento) (20 puntos)
l. Al agregar H2SO4 al lodo salado para la reacción, ¿por qué debería variar el valor del pH de la solución? ser controlado?
2. ¿Preparación de sulfato de magnesio? 7H2O, el efecto de agregar NaClO.
3. En el experimento de preparación, después de agregar NaClO y calentar y hervir, ¿por qué es necesario filtrarlo inmediatamente mientras está caliente?
4. Estimar el rendimiento teórico de MgSO4?7H2O.
(Pregunta experimental página 6)
¿0,02 moles? Instrucciones del experimento de calibración de solución estándar L-1 EDTA
¿Pesar con precisión 0,26 ~ 0,39 g de partículas de zinc en un vaso de precipitados pequeño de 150 ml, cubrir con un cristal de reloj y dejar caer 6 moles a lo largo de la punta del vaso de precipitados? L-1 HCl 6 mL Cuando las partículas de zinc estén completamente disueltas, transferir cuantitativamente a un matraz aforado de 250 mL, diluir hasta la marca con agua y agitar bien.
Extraiga con precisión 25 ml de la solución estándar de zinc anterior en un matraz Erlenmeyer de 250 ml y agregue NH3 1:1. H2O hasta que aparezca un precipitado blanco, luego agregue 10 ml de solución tampón NH3-NH4Cl, agite bien, agregue 20 ml de agua desionizada, agregue el indicador T negro de cromo y valore con solución estándar de EDTA hasta que la solución se vuelva azul puro. Registre el volumen de V1 consumido por EDTA y calcule la concentración de EDTA.