2001-2010年十年化學(xué)賽題重組卷4（原子和分子結(jié)構(gòu)）

1 2001十年化學(xué)賽題重組卷 4 原子和分子結(jié)構(gòu) 1. 原子結(jié)構(gòu)。核外電子運動狀態(tài) : 用 s、 p、 d 等來表示基態(tài)構(gòu)型（包括中性原子、正離子和負離子）核外電子排布。電離能、電子親合能、電負性。 2. 元素周期律與元素周期系。 周期。 1 18 族。 主族與副族。過渡元素。主、副族同族元素從上到下性質(zhì)變化一般規(guī)律；同周期元素從左到右性質(zhì)變化一般規(guī)律。原子半徑和離子半徑。 s、 p、 d、 素在周期表中的位置與核外電子結(jié)構(gòu)（電子層數(shù)、價電子層與價電子數(shù)）的關(guān)系。最高氧化 態(tài)與族序數(shù)的關(guān)系。對角線規(guī)則。金屬性、非金屬性與周期表位置的關(guān)系。金屬與非金屬在周期表中的位置。半金屬（類金屬） 。主、副族重要而常見元素的名稱、符號及在周期表中的位置、常見氧化態(tài)及主要形態(tài)。鉑系元素的概念。 3. 分子結(jié)構(gòu)。路易斯結(jié)構(gòu)式（電子式）。價層電子對互斥模型對簡單分子（包括離子）幾何構(gòu)型的預(yù)言 。雜化軌道理論對簡單分子（包括離子）幾何構(gòu)型的解釋。共價鍵。配價鍵（配位鍵、配鍵） 。鍵長、鍵角、鍵能。 鍵和 鍵。離域 鍵。共軛（離域）的一般概念。等電子體的一般概念。鍵的極性和 分子的極性。相似相溶規(guī) 律。 【決賽要求】 1. 原子結(jié)構(gòu)。四個量子數(shù)的物理意義及取值。氫原子和類氫原子 單電子原子軌道能量的計算。 S、 p、 d 原子軌道圖像。 2. 分子結(jié)構(gòu)。分子軌道基本概念。定域鍵鍵級。分子軌道理論對氧分子、氮分子、一氧化碳分子、一氧化氮分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的理解 。一維箱中粒子模型對共軛體系電子吸收光譜的解釋。 超分子的基本概念。 第 1 題（ 3 分） 在正確選項上圈圈。 1下列化學(xué)鍵中碳的正電性最強的是 A C F B C 一 O C C D C 電子構(gòu)型為 元素是 A稀有氣體 B過渡元素 C主族元素 D稀土元素 1下列離子中最外層電子數(shù)為 8 的是 A B C D 第 2 題 (8 分 ) 鉑系金屬是最重要的工業(yè)催化劑。但其儲藏已幾近枯竭，上小行星去開采還純屬科學(xué)幻想。研究證實，有一類共價化合物可代替鉑系金屬催化劑。它們是堅硬的固體，熔點極高，高溫下不分解，被稱為“千禧催化劑”（ 下面 3 種方法都可以合成它們： 在高溫下將烴類氣體通過鎢或鉬的氧化物的表面。 高溫分解鎢或鉬的有機金屬化合物（即：鎢或鉬與烴或烴的鹵代物形成的配合物）。 在高度分散的碳表面上通過高溫氣態(tài)鎢或鉬的氧化物。 2合成的化合物的中文名稱是 和 。 2為解釋這類化合物為什么能代替鉑系金屬，提出了一種電子理論，認為這些化合物是金屬原子與非金屬原子結(jié)合的原子晶體，金屬原子周圍的價電子數(shù)等于同周期的鉑原子或釕原子的價電子數(shù)。這類化合物的化學(xué)式（即最簡式或 實驗式）是 和 。 第 3 題（ 4 分） 2004 年 2 月 2 日，俄國杜布納實驗室宣布用核反應(yīng)得到了兩種新元素 X 和 Y。 X 是用高能 48擊24393得到的。經(jīng)過 100 微秒， X 發(fā)生 到 Y。然后 Y 連續(xù)發(fā)生 4 次 變?yōu)橘|(zhì)量數(shù)為 268 的第 105 號元素 同位素。以 X 和 Y 的原子序數(shù)為新元素的代號（左上角標注該核素的質(zhì)量數(shù)），寫出上述合成新元素 X 和 Y 的核反應(yīng)方程式。 第 4 題（ 11 分） 離子液體是常溫下呈液態(tài)的離子 化合物，已知品種幾十種，是一類“綠色溶劑”。據(jù)2002 年 4 月的一篇報道，最近有人進行了用離子液體溶解木漿纖維素的實驗，結(jié)果如下表所示：向溶解了纖維素的離子液體添加約 質(zhì)量）的水，纖維素會從離子液體中析出而再生；再生纖維素跟原料纖維素的聚合度相近；纖維素分子是葡萄糖（ 縮合高分子，可粗略地表示如下圖，它們以平行成束的高級結(jié)構(gòu)形成纖維；葡萄糖縮合不改變葡萄糖環(huán)的結(jié)構(gòu)；纖維素溶于離子溶液又從離子液體中析出，基本結(jié)構(gòu)不變。 n 400 1000 r o h g n b r g i t e B C N O F g i P K c n o u a s r s r a Y u - 223 226 210 210 2 222 e r n 元素周期表 b h t L a C e P r N d P m S m E u G d T b D y H o E r T m Y b c T h P a U N p P u A m C m B k C f E s F m M d N o L r 2 表中 l 是 1（正）丁基 3甲基咪唑正一價離子的代號，“咪唑”的結(jié)構(gòu)如右上圖所示?；卮鹑?下問題： 4在下面的方框中畫出以 為代號的離子的結(jié)構(gòu)式。 4符號 和 里的 表什么？答： 和 。 4根據(jù)上表所示在相同條件下纖維素溶于離子液體的差異可見，纖維素溶于離子液體的主要原因是纖維素分子與離子液體中的 之間形成了 鍵；纖維素在l、 r、 的溶解性下降 下降來解釋，而纖維素在 l、 l 和 l 中溶解度下降是由于 的摩爾分數(shù) 。 4在離子液體中加入水會使纖維素在離子液體里的溶解度下降，試解釋之。 4假設(shè)在 l 里溶解了 25%的聚合度 n 500 的纖維素，試估算，質(zhì)量）的水，占整個體系的摩爾分數(shù)多少？假設(shè)添水后纖維素全部析出，析出的纖維素的摩爾分數(shù)多大？ 第 5 題 (6 分） 據(jù)統(tǒng)計， 40%的飛機失事時機艙內(nèi)壁 和座椅的塑料會著火冒煙，導(dǎo)致艙內(nèi)人員窒息致死。為此，尋找裝修機艙的阻燃聚合物是化學(xué)研究的熱點之一。最近，有人合成了一種叫 聚酰胺類高分子，即主鏈內(nèi)有“酰胺鍵”（ ）。溫度達 180200時， 會釋放水變成 構(gòu)式如右圖所示），后者著火點高達 600，使艙內(nèi)人員逃離機艙的時間比通常增大 10 倍。該發(fā)明創(chuàng)造的巧妙之處還在于， 熱塑性的（加熱后可任意成型），而 十分堅硬，是熱固性的（加熱不能改變形狀）。 5寫出 結(jié)構(gòu)式。 5根據(jù)高分子結(jié)構(gòu)來 解釋，為什么 熱塑性而 是熱固性的。 第 6 題（ 12 分） 6 1 摩爾高錳酸鉀在 240 300加熱釋放出 氣，寫出反應(yīng)方程式。（已知40分解， 00分解。） 6 咖啡因?qū)χ袠猩窠?jīng)有興奮作用，其結(jié)構(gòu)式如下。常溫下，咖啡因在水中的溶解度為2g/100g 適量水楊酸鈉 H)(，由于形成氫鍵而增大咖啡因的溶解度。請在附圖上添加水楊酸鈉與咖啡因形成的氫鍵。 6 阿司匹林結(jié)構(gòu)式如右，難溶 于水。若和適量檸檬酸三鈉混合，即可增大溶解度。解釋原因。 表木漿纖維在離子液體中的溶解性 離子 液體 溶解條件 溶解度（質(zhì)量 %） l 加熱到 100 10% l 微波加熱 25%，清澈透明 r 微波加熱 5 7% 波加熱 5 7% 微波加熱 不溶解 微波加熱 不溶解 l 微波加熱 5% l 微波加熱 微溶 6 氯仿在苯中的溶解度明顯比 1， 1， 1三氯乙烷的大，請給出一種可能的原因（含圖示）。 - 第 7 題（ 10 分） 據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，全球約有 8000 萬婦女使用避孕環(huán)。常用避孕環(huán)都是含金屬銅的。據(jù)認為，金屬銅的避孕機理之一是，銅與子宮分泌物中的鹽酸以及子宮內(nèi)的空氣反應(yīng)，生成兩種產(chǎn)物，一種是白色難溶物 S，另一種是酸 A。酸 A 含未成對電子，是一種自由基，具有極高的活性，能殺死精子。 7寫出銅環(huán)產(chǎn)生 A 的化學(xué)方程式。 7 畫出 A 分子的立體結(jié)構(gòu)。 7 給出難溶物 S 和酸 A 的化學(xué)名稱。 S: A： 7 A 是一種弱酸， ：在 ， A 主要以什么形態(tài)存在？ 第 8 題（ 8 分） 在 30以下，將過氧化氫加到硼酸和氫氧化鈉的混合溶液中，析出一種無色晶體 X。組成分析證實，該晶體的質(zhì)量組成為 B H 加熱 X，得無色晶體 Y。 Y 含 是一種溫和的氧化劑，常溫下在干 燥空氣里穩(wěn)定，但在潮濕熱空氣中分解放氧，廣泛用作洗滌劑、牙膏、織物漂白劑和美發(fā)產(chǎn)品，也用于有機合成。結(jié)構(gòu)分析證實 X 和 Y 的晶體中有同一種陰離子 ，該離子中硼原子的化學(xué)環(huán)境相同，而氧原子卻有兩種成健方式。 8寫出 X、 Y 的最簡式，給出推理過程。 X 的最簡式： Y 的最簡式： 推理過程： 8用最恰當?shù)囊暯钱嫵?離子的立體結(jié)構(gòu)（原子用元素符號表示，共價鍵用短線表示）。 第 9 題（ 10 分） 等摩爾的丙酮和過氧化氫混合，在鹽 酸催化下生成白色粉末 A 和水，反應(yīng)進行完全，產(chǎn)物分子總數(shù)是反應(yīng)物分子總數(shù)的 2/3。 A 在撞擊、摩擦和加熱時發(fā)生爆炸，被稱為熵炸彈。 9 A 分子中氧的化學(xué)環(huán)境相同。畫出 A 的立體結(jié)構(gòu)（ H 原子不必畫出）。 9A 發(fā)生爆炸生成丙酮等物質(zhì)，并不燃燒起火。寫出爆炸的反應(yīng)方程式。 9 為什么 A 被稱為“熵炸彈”？ 9 合成 A 是十分危險的，不慎會在合成時瞬即發(fā)生爆炸，例如，溫度稍高，反應(yīng)將生成 A 的同系物 B， B 的相對分子質(zhì)量為 A 的 2/3。畫出 B 的結(jié)構(gòu)； B 比 A 更容易爆炸，應(yīng)如何 從結(jié)構(gòu)上理解？（注：在 子中的 H O O 夾角約 95，面夾角約 112 4 第 10 題 （ 12 分） 尿素受熱生成的主要產(chǎn)物與 應(yīng)，得到化合物 A（三鈉鹽）。 A 與氯 氣反應(yīng)，得到化合物 B，分子式 B 是一種大規(guī)模生產(chǎn)的化工產(chǎn)品，全球年產(chǎn)達 40 萬噸以上，我國年生產(chǎn)能力達 5 萬噸以上。 B 在水中能持續(xù)不斷地產(chǎn)生次氯酸和化合物 C，因此廣泛用于游泳池消毒等。 10 畫出化合物 A 的陰離子的結(jié)構(gòu)式。 10 畫出化合物 B 的結(jié)構(gòu)式并寫出它與水反應(yīng)的化學(xué)方程式。 10 化合物 C 有一個互變異構(gòu)體，給出 C 及其互變異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)式。 10 寫出上述尿素受熱發(fā)生反應(yīng)的配平方程式。 第 11 題 (16 分 ) 1合物 用于生產(chǎn)染料、光電材料和治療疣的藥物等。 一、二周期元素組成， 白色晶體，摩爾質(zhì)量 g/點 293常數(shù) 根離子 同種化學(xué)鍵是等長的，存在一根四重旋轉(zhuǎn)軸。 (1) 畫出 (2) 為什么 子 中 同種化學(xué)鍵是等長的 ？ (3) 子 有幾個 鏡面？ 11 順反丁烯二酸的四個酸常數(shù)為 x 102， 9.3 x 104， 2.9 x 105 和 x 107。 指出這些常數(shù)分別是哪個酸的幾級酸常數(shù)，并從結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的角度簡述你做出判斷的理由。 11氨基磺酸是一種重要的無機酸，用途廣泛，全球年產(chǎn)量逾