十年奥赛（奥林匹克竞赛）真题分类汇总-碳族元素和硼族元素.doc

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1、碳族元素和硼族元素第1题 (共6分) 实验室制备少量硅一般采用镁粉还原SiO2的方法，然后用稀盐酸洗涤产品以除去杂质。某同学在进行上述操作时，在制得的产品中加HCl洗涤时突然起火。(1)请用化学方程式解释：稀盐酸洗涤产品可除去哪些主要杂质?为什么加HCl洗涤时突然起火?(2)请设计一个实验来验证你的解释。(不必画出装置图，也不必指出具体化学药品，不要写方程式，只要简明指出方法。)1(共6分) (1) 2HCl+MgOH2O+MgCl2 2HCl+MgH2+MgCl2 SiO2+4Mg Mg2Si +2MgO Mg2Si+4HClSiH4+2MgCl2 SiH4+2O2SiO2+2H2O (2)

2、 在N2保护下(或惰性气体)，对硅烷气体进行检验。 SiH4+2KMnO4H2+K2SiO3+2MnO2+ H2O (不要求) (方程式各1分，检验1分)第2题(8分) C60的发现开创了国际科学的一个新领域，除C60分子本身具有诱人的性质外，人们发现它的金属掺杂体系也往往呈现出多种优良性质，所以掺杂C60成为当今的研究热门领域之一。经测定C60晶体为面心立方结构，晶胞参数a=1420pm。在C60中掺杂碱金属钾能生成盐，假设掺杂后的K+填充C60分子堆积形成的全部八面体空隙，在晶体中以K+和C60存在，且C60可近似看作与C60分子半径相同的球体。已知C的范德华半径为170pm，K+的离子半

3、径133pm。11-1 掺杂后晶体的化学式为 ；晶胞类型为 ；如果为C60顶点，那么K+所处的位置是 ；处于八面体空隙中心的K+到最邻近的C60中心的距离是 pm。11-2 实验表明C60掺杂K+后的晶胞参数几乎没有发生变化，试给出理由。11-3 计算预测C60球内可容纳的掺杂原子的半径。第11题(8分)11-1 KC60 面心立方晶胞 体心和棱心 710pm (各1分,共4分)11-2 C60分子形成面心立方最密堆积,由其晶胞参数可得C60分子的半径： 所以C60分子堆积形成的八面体空隙可容纳的球半径为：r(容纳)=0.414×r(堆积)=0.414×502=208pm这

4、个半径远大于K+的离子半径133pm，所以对C60分子堆积形成的面心立方晶胞参数几乎没有影响(2分)11-3 因r(C60)=502pm，所以C60球心到C原子中心的距离为：502-170=332 pm所以空腔半径，即C60球内可容纳原子最大半径为：332-170=162 pm第3题 (共11分)2005年1月美国科学家在Science上发表论文，宣布发现了Al的超原子结构，并预言其他金属原子也可能存在类似的结构，这是一项将对化学、物理以及材料领域产生重大影响的发现，引起了科学界的广泛关注。这种超原子是在Al的碘化物中发现的，以13个Al原子或14个Al原子形成Al13或Al14超原子结构，量

5、子化学计算结果表明，Al13形成12个Al在表面，1个Al在中心的三角二十面体结构，Al14可以看作是一个Al原子跟Al13面上的一个三角形的3个Al形成AlAl键而获得的。文章还指出，All3和All4超原子都是具有40个价电子时最稳定。(1) 根据以上信息可预测Al13和Al14的稳定化合价态分别为 和 。A114应具有元素周期表中哪 类化学元素的性质，理由是： (2) 对Al13和A114的AlAl键长的测定十分困难，而理论计算表明，Al13和Al14中的AlAl键长与金属铝的AlAl键长相当，已知金属铝的晶体结构采取面心立方最密堆积，密度约为2.7g/cm3，请估算Al13和Al14：

6、中AlAl的键长。(3) Al13三角二十面体中有多少个四面体空隙，假设为正四面体空隙，如果在其中搀杂其他原子，请通过计算估计可搀杂原子的半径最大为多少?12(共11分) (1)1 +2 (Al13- Al142+) (2分，各1分) 碱土金属 因为Al14容易失去2个电子而呈现+2价 (1分) (2) 根据晶体密度公式可得： 故晶胞参数=405pm 因为金属铝形成面心立方晶胞，所以原子半径与晶胞参数之间的关系为： 所以估计Al-Al键长约为：2r=2×143pm=286pm (3分) (3) 有20个四面体空隙 (2分) 设Al的半径为R，正四面体空隙可以填充的内切球半径为r，则正

7、四面体边长b=2R，立方体边长，立方体对角线为：所以 (3分)（2003）第5题（8分）  在30oC以下，将过氧化氢加到硼酸和氢氧化钠的混合溶液中，析出一种无色晶体X。组成分析证实，该晶体的质量组成为Na 14.90，B 7.03 %，H 5.24 %。加热X，得无色晶体Y。Y含Na 23.0%，是一种温和的氧化剂，常温下在干燥空气里稳定，但在潮湿热空气中分解放氧，广泛用作洗涤剂、牙膏、织物漂白剂和美发产品，也用于有机合成。结构分析证实X和Y的晶体中有同一种阴离子Z2-，该离子中硼原子的化学环境相同，而氧原子却有两种成键方式。41 写出X、Y的最简式，给出推理过程。 &#

8、160;   X的最简式；NaBH8O7    Y的最简式；NaBH2O4 (各1分；写成水合物也可)      推理过程：    Na               B              &#

9、160; H             O           14.90/23.0 = 0.648   7.03/10.8 = 0.651    5.24/1.008= 5.20  72.83/16.0=4.55         

10、           1                          1              &#

11、160;             8                     7      X变成Y是脱水过程。X为NaBH2O4·3H2O, 则Y中Na的质量百分数为23/99.8 = 0.23    （若X

12、是NaBO3·4H2O，则Y中Na的质量分数为23/81.8=0.28 不符合题意。） (1分)42 用最恰当的视角画出Z2-离子的立体结构（原子用元素符号表示，共价键用短线表示）。      (5分； 不写“2”不扣分。)      参考图形：（2004年）第13题（9分）88.1克某过渡金属元素M同134.4升（已换算成标准状况）一氧化碳完全反应生成反磁性四配位络合物。该配合物在一定条件下跟氧反应生成与NaCl属同一晶型的氧化物。1推断该金属是什么；2在一定温度下MO可在三氧化二铝

13、表面自发地分散并形成“单分子层”。理论上可以计算单层分散量，实验上亦能测定。(a)说明MO在三氧化二铝表面能自发分散的主要原因。(b)三氧化二铝表面上铝离子的配位是不饱和的。MO中的氧离子在三氧化二铝表面上形成密置单层。画出此模型的图形；计算MO在三氧化二铝（比表面为178 m2/g）表面上的最大单层分散量（g/m2）（氧离子的半径为140 pm）。1（88.1g/MM）（134.4L/22.4L·mol1）14（1分）MM58.7g·mol1 M是 Ni （1分） （共2分）2(a)主要原因是混乱度（熵）增加了（从表面化学键角度讨论焓变、熵变和自由能变化也可）。（1分）(

14、b)氧离子在氧化铝表面作密置单层排列，镍离子有规律地填入三角形空隙（图）。（密置层1分，填隙1分，共2分）1个“NiO”截面：(2rO2)2sin120°(2×140×1012m)2sin120°6.79×1020m2（2分）1m2Al2O3表面可铺NiO数：1m2/6.79×1020m21.47×1019（1分）相当于：74.7g·mol1×1.47×1019m2÷6.022×1023 mol11.82×103g(NiO)/m2(Al2O3)（1分）（共4分）（将

15、1个“NiO”截面算成6.78×1020 m2，相应的1m2Al2O3表面可铺NiO数为1.48×1019，不扣分。（2006年）第11题（11分） 磷化硼是一种受到高度关注的耐磨涂料，它可用作金属的表面保护层。磷化硼可由三溴化硼和三溴化磷在氢气中高温反应合成。11-1.写出合成磷化硼的化学反应方程式。 BBr3PBr33H2BP6HBr （1分）11-2.分别画出三溴化硼分子和三溴化磷分子的结构。 (画不画磷上的孤对电子不影响得分） 平面三角形 三角锥 （2分） 11-3 磷化硼晶体中磷原子作立方最密堆积，硼原子填入四面体空隙中。画出磷化硼的正当晶胞示意图。 

16、( 注：填入另外四个四面体空隙也可，但不能一层空一层填）（2分）11-4 已知磷化硼的晶胞参数a = 478 pm，计算晶体中硼原子和磷原子的核间距（dB-P）。 dB-P或 dB-P( 2分) 11-5 画出磷化硼正当晶胞沿着体对角线方向的投影（用实线圆圈表示P原子的投影，用虚线圆圈表示B原子的投影）。 ( 4分)（2007）第6题（12分）尿素受热生成的主要产物与NaOH反应，得到化合物A（三钠盐）。A与氯气反应，得到化合物B，分子式C3N3O3Cl3。B是一种大规模生产的化工产品，全球年产达40万吨以上，我国年生产能力达5万吨以上。B在水中能持续不断地产生次氯酸和化合

17、物C，因此广泛用于游泳池消毒等。10-1 画出化合物A的阴离子的结构式。10-2 画出化合物B的结构式并写出它与水反应的化学方程式。10-3 化合物C有一个互变异构体，给出C及其互变异构体的结构式。10-4 写出上述尿素受热发生反应的配平方程式。2007第7题（12分）通常，硅不与水反应，然而，弱碱性水溶液能使一定量的硅溶解，生成Si(OH)4。1-1 已知反应分两步进行，试用化学方程式表示上述溶解过程。 早在上世纪50年代就发现了CH5+的存在，人们曾提出该离子结构的多种假设，然而，直至1999年，才在低温下获得该离子的振动-转动光谱，并由此提出该离子的如下结构模型：氢原子围绕着碳原子快速转

18、动；所有C-H键的键长相等。1-2 该离子的结构能否用经典的共价键理论说明？简述理由。1-3 该离子是（ ）。A.质子酸 B.路易斯酸 C.自由基 D.亲核试剂2003年5月报道，在石油中发现了一种新的烷烃分子，因其结构类似于金刚石，被称为“分子钻石”，若能合成，有可能用做合成纳米材料的理想模板。该分子的结构简图如下：1-4 该分子的分子式为 ；1-5 该分子有无对称中心？ 1-6 该分子有几种不同级的碳原子？ 1-7 该分子有无手性碳原子？ 该分子有无手性？ 第2题（13分）化合物SOCl2是一种液态化合物，沸点77，实验室中可用CaSO3和PCl5混合共热制备。在工业生产和化学实验中，SO

19、Cl2是一种重要的化学试剂。在盛有10mL水的锥形瓶中小心地滴加810滴SOCl2，可观察到反应剧烈发生，液面上有白雾形成，并逸出刺激性气味的气体。1写出CaSO3与PCl5共热制备SOCl2的化学方程式。2写出SOCl2与H2O完全反应的化学方程式。3设计一些简单实验来验证你写出的化学方程式是正确的。（只需给出实验原理和现象，无须描述实验仪器和操作）。4工业上往往用ZnCl2·3H2O和SOCl2混合共热来制取无水ZnCl2。说明该种制法可行性的原因。5SOCl2在有机化学中作氯化剂。写出苯甲酸和SOCl2反应的化学方程式。6为了使（5）生成的有机物与混溶在其中的过量的SOCl2分

20、离，可以采用的分离操作是 。1CaSO32PC15CaC122POCl3SOC12（2分）2SOCl2H2OSO22HCl（2分）3向水解产物的水溶液中通入H2S气体有淡黄色（硫磺）沉淀析出（2H2SSO23S2H2O）；向另一份水解产物的水溶液中加入AgNO3溶液有白色（AgCl）沉淀析出（AgClAgCl）（4分）4直接加热ZnCl2·3H2O，由于Zn2水解得不到ZnCl2。SOCl2与晶体ZnCl2·3H2O混合共热时，SOCl2优先于Zn2与水结合生成HCl，减少了Zn2与H2O反应的程度，同时生成的HCl抑制Zn2水解，最终得到无水ZnCl2。（2分）5COOHSOCl2COClSO2HCl（2分）6蒸馏（1分）