2022年化学竞赛物质结构与性质.pdf
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1、全国化学竞赛初赛强化训练原子结构、晶体和氢键11984 年,联邦德国达姆施塔特重离子研究机构阿姆布鲁斯特和明岑贝格等人在重离子加速器上用58Fe 离子轰击208Pb靶时发现了265X。(1)X的元素符号是,X最高价氧化物的化学式是。(2)用元素符号并在左上角和左下角分别标注其质量数和质子数,写出合成X 的核反应方程式(方程式涉及的其他符号请按常规书写)。(3)最近有人用高能26Mg核轰击248Cm核,发生核合成反应,得到 X的另一种同位素;然后释放出粒子,得到质量数为265 的另一种核素。分别写出核反应方程式。答案:(1)Hs(1 分) HsO4(1 分)(2)5826Fe20882Pb265
2、108Hs10n(1 分)(3)2612Mg 24896Cm 269108Hs510n 269108Hs265106Sg42He(各 1分)2 在我们地球的物质世界里的周期系是根据4 个量子数建立的, 即 n1, 2, 3, ;l 0,1,(n 1) ;ml0, 1, 2, l ;ms 1/2 。如果在另一个星球,那里的周期系也是由4 个量子数建立的, 但它们的关系为n1, 2, 3, ;l 0, 1, 2, , (n1) ;ml0,1,2, l 1;ms 1/2 。如果在地球上的基本原理在这个星球上也是适用的(但不发生能级交错现象),回答下列问题:(1)这个星球中第一、二、三、四、五、六层各
3、有几个亚层?(2)这个星球中s、p、d、f 、g、h 亚层各有几个轨道?(3)这个星球中第一、二、三、四、五、n 层各有几种元素?(4)写出 9、33 号元素的价电子构型;(5)写出前112 号元素电负性最大和最小的元素的原子序数;(6)写出第二周期中可能的杂化轨道。(7)在这个星球中的有机化学是最可能以哪一种元素为基础的?写出原子序数。(8)在这个星球中,有哪些规则和地球上所用的8 电子和 18 电子规则相当?(9)如果这个星球中每个轨道只容纳1 个电子 (ms1/2 ) ,其它量子数和基本原理不变,写出前100 号元素的稀有气体的原子序数。答案:(1)1、3、5、7、9、11(1 分)(2
4、)1、2、3、4、5、6(1 分)(3)2、 12、30、56、90(1 分) 、 2n(2n 1) (1 分)(4)1s22s22p22d3 1s22s22p42d63s23p43d63f7(各 1 分)(5)13 101 (各 1 分)(6)sp、sp2、sp2d、sp2d、sp2d2、sp2d3、pd、pd2、pd3、p2d、p2d2、p2d3(2 分)(7)8( 1 分)( 8)12、30(1 分)(9)2、 11、31、66(1 分)3已知等电子体间具有相似的空间构型和成键形式,SO3、 BF3、NO3、CO32互为等电子体。(1)指出上述等电子体的空间构型和成键情况;(2)为什么上
5、述等电子体不包括SiO32、O4?(3)列举与N2为等电子体的分子或离子4 种答案:(1)平面正三角形(1 分)除 3 个键外还有1 个64大键( 1 分)(2)SiO32和 O4都不是 ABn型。 SiO32是化学式( 1 分) ,它是SiO44以 2 个氧分别和另外 2 个 SiO2相联成长链或环状物质的化学式,不像CO32等那样是一个单独存在的离子单元( 1 分) ;O4的构型为( 1 分) 。(3)CO 、NO、CN、C22(2 分)4NF3是一种三角锥体分子A,键角 102,沸点 129;可在铜的催化作用下由F2精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - -
6、- 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页,共 8 页 - - - - - - - - - - 和过量 NH3反应得到。(1)写出制备NF3的化学反应方程式;(2)为什么NF3的键角比 NH3的键角()小得多?(3)为什么NF3的沸点比 NH3的沸点( 33)低得多?(4)用和 表示出 NH3和 NF3分子中键的极性,预测这两个分子极性大小,并解释原因。(5)预测 NF3酸碱性情况?(6)在 NF3中 NF 键能为 280kJ/mol ,比在 BF3中 BF键能( 646kJ/mol )的 1/2 还小,请解释原因。(7) NF3不易发生水解, 而 NCl3却能发
7、生水解。 分析 NF3不发生水解的3点理由和NCl3的水解反应方程式。答案:(1)4NH33F2NF33NH4F(1 分)(2)F 电负性大于氢,故NF3中 N周围电子密度相对小于NH3中情形(分)(3)NH3中有氢键, NF3只有范德华力(分)(4)(1 分)NF3分子的极性比NH3分子的极性小(1 分)在 NF3中,孤对电子产生的偶极方向和NF 健产生的偶极方向相反而抵消,在NH3中NH 键的净偶极矩和孤对电子的偶极矩方向一致(1 分, NF3偶极矩 1030Cm ;NH3偶极矩 1030Cm )(5)具有弱碱性,且碱性比NH3弱(1 分)(6) B原子半径比N原子小,且B、F电负性差比N
8、、F 电负性差大,因此BF 单键比 NF单键键能大(1 分) ;在 BF3中,由于 F 和 B的 p 轨道重叠,使BF 健具有双键特征(64) ,因此在BF3中的键能更大(1 分) 。(7)电负性FN ,N为,不接受 H2O的 H进攻,不能发生亲电水解(1 分) ; N只有 4 个价轨道,均被占据,不能发生亲核水解(1 分) ;NF 键能大,难断开。 (1分)NCl33H2ONH3 3HClO (1 分)5自发现稀有气体以来,人们对其反应活性的零星研究一直没有停止过,稀有气体化合物一度成为世界范围内的研究热门。(1)稀有气体氙能和氟形成多种氟化物,实验测定在353K、时,某气态氟化物试样的密度
9、为cm3,试确定该氟化物的分子式;(2)该化合物的电子排布为构型;(3)该化合物的晶体结构已由中子衍射测定,晶体属四方晶系产品,a,c699pm ,晶胞中有两个分子,其中 Xe: (0,0, 0) 、 (1/2 ,1/2 , 1/2 ) , F: (0, 0,z) 、 (0, 0, z) ,假设 Xe F键长 200pm ,计算非键FF、XeF的最短距离。并画出一个晶胞图。答案:(1)XeF2(1 分)(2)三角双锥( 1 分)(3)RF-F299pm ,RXe-Ag340pm (1 分) (2 分)6 (1)一种金属化合物中晶体结构为立方面心点阵,Mg原子采用类似金刚石的排列,每 4 个 C
10、u原子形成四面体,相互之间共用顶点连接起来,排布在Mg原子的空隙中。请问该晶胞中有个原子,该金属化合物最简式为。(2)以草酸铁和草酸锌为原料,按一定比例溶于水中充分搅拌混匀,加热并蒸去混合溶液的水分;逐渐共沉淀下来,产物几乎为Fe3与 Zn2均匀分布的的固溶体型草酸盐混合物,过滤、灼烧,即成很好的固相反应原料“前驱物”的制备即一种尖晶石型物质A:O2作立方最密堆积,Zn2占据 1/8 的四面体空隙, Fe3占据 1/2 的八面体空隙。 请写出精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页,共 8
11、页 - - - - - - - - - - 该反应的化学方程式。答案: (1)24,MgCu2(各 2 分)(2)Fe2(COO)23Zn(COO)2 ZnFe2O44CO 4CO2( 4 分)7日本的白川英树等于1977 年首先合成出带有金属光泽的聚乙炔薄膜,发现它具有导电性。这是世界上第一个导电高分子聚合物。研究者为此获得了2000 年诺贝尔化学奖。(1)写出聚乙炔分子的顺式和反式两种构型。再另举一例常见高分子化合物,它也有顺反两种构型(但不具有导电性)。(2)若把聚乙炔分子看成一维晶体,指出该晶体的结构基元。(3)简述该聚乙炔塑料的分子结构特点。(4)假设有一种聚乙炔由9 个乙炔分子聚合
12、而成,聚乙炔分子中碳碳平均键长为140pm。若将上述线型聚乙炔分子头尾连接起来,形成一个具有很好对称性的大环轮烯分子,请画出该分子的结构。(5)如果5 个或 7 个乙炔分子也头尾连接起来,分别形成大环轮烯分子,请画出它们的结构。(6)如果 3 个乙炔分子聚合,可得到什么常见物质。并比较与由5、7、9 个乙炔分子聚合而成的大环轮烯分子在结构上有什么共同之处。(7)预测由 3、5、7、9个乙炔分子聚合而成的化合物是否都具有芳香性?作出必要的说明。答案:(1) (顺式)(反式)(各 1 分)(1 分)(顺式)天然橡胶(反式)杜仲胶(2) CH CH CH CH ( 1 分)(3)聚乙炔的结构单元是C
13、H ,每个碳原子轨道都是sp2杂化,形成了三个共平面的,夹角约 120的杂化轨道,这些轨道与相邻的碳氢原子轨道键合构成了平面型的结构框架。其余未成键的PZ轨道与这一分子平面垂直,它们互相重叠,形成长程的电子共轭体。( 2分)(4) (2 分) (5)(各 1 分)(6)苯( 1 分)都有3 个顺式双键(苯看作单双键)(1 分)(7)6 轮烯(苯)、14 轮烯、 18 轮烯都具有芳香性;10 轮烯不具有芳香性。10 轮烯虽然电子也满足4n2,但环内的2 个氢原子的相对位置破坏了环的平面性。8 PdO属四方晶系,在其晶体中,Pd 原子和 O原子分别以层状排布,其中O原子层与层之间能够完全重合,而P
14、d 原子则每隔一层重复一次,试画出PdO的晶胞,并指出距Pd最近的原子有几个,呈何种立体构型?分析: PdO属四方晶系,其中Pd原子则每隔一层重复一次,说明晶胞中有两类不同空间环境的Pd原子,考虑到Pd 常采用四配位,Pd2采用 dsp2杂化呈平面四方形,故晶胞中含有四个Pd原子。做图如右。距离 Pd 原子最近的原子为氧原子,有4 个,呈平面四方形。9 氟硅酸 H2SiF6具有很好的防治小麦锈病的药效,但它易按下式分解而失效: H2SiF6(l)SiF4(g) + 2HF(g) 。后来人们将四氟化硅气体通入尿素的甲醇溶液制得了氟硅酸脲晶体,它易溶于水,和含量相同的氟硅酸具有相同的防锈药效,并有
15、许多优越性能而成为氟硅酸的替代产品。 晶体结构测试表明,氟硅酸脲属四方晶系,晶胞参数a, c, 晶体密度晶体由 (NH2)2CO2H+和 SiF62-两种离子组成,其中(NH2)2CO2H+是由两个尿素分子俘获一个质子形成的脲合质子。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页,共 8 页 - - - - - - - - - - (1)试分析脲合质子(NH2)2CO2H+的结构和成键情况;(2)计算说明一个氟硅酸脲晶胞中包含多少个这样的脲合质子;(3)与氟硅酸相比,氟硅酸脲能有效地保持药效并减小
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