【化學競賽試題】2001-2010年十年化學賽題重組卷答案13 元素化學（d、ds區(qū)元素）

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2001-2010年十年化學賽題重組卷13 元素化學（d、ds區(qū)元素） 【初賽要求】 1、離子方程式的正確書寫。 2、鹵素、氧、硫、氮、磷、碳、硅、錫、鉛、硼、鋁。堿土金屬、堿金屬、稀有氣體。鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、銀、金、鋅、汞、鉬、鎢。過渡元素氧化態(tài)。氧化物和氫氧化物的酸堿性和兩性。常見難溶鹽。氫化物的基本分類和主要性質。常見無機酸堿的形態(tài)和基本性質。水溶液中的常見離子的顏色、化學性質、定性檢出（不使用特殊試劑）和分離。制備單質的一般方法。 【決賽要求】 元素化學描述性知識達到國際競賽大綱三級水平。 Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo 1.008 Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Ac-Lr H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P Cl S K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Rb Cs Fr Sr Ba Ra Y La Lu - 6.941 9.012 22.99 24.31 39.10 40.08 85.47 87.62 132.9 137.3 [223] [226] 44.96 47.88 50.94 52.00 54.94 55.85 58.93 63.55 58.69 65.39 10.81 26.98 69.72 12.01 28.09 72.61 114.8 204.4 118.7 207.2 112.4 200.6 107.9 197.0 106.4 195.1 102.9 192.2 101.1 190.2 98.91 186.2 95.94 183.9 92.91 180.9 91.22 178.5 88.91 14.01 16.00 19.00 30.97 74.92 121.8 209.0 32.07 78.96 127.6 [210] [210] [210 ] 126.9 79.90 35.45 4.003 20.18 39.95 83.80 131.3 [222] He Ne Ar Kr Xe Rn 元素周期表 Rf Db Sg Bh Hs Mt 2002年第1題（5分）閱讀如下信息后回答問題：元素M，其地殼豐度居第12位，是第3種蘊藏最豐富的過渡元素，是海底多金屬結核的主要成分，是黑色金屬，主要用途：煉鋼，也大量用來制作干電池，還是動植物必需的微量元素。 1．M的元素符號是Mn（1分）。 2．M的最重要礦物的化學式是MnO2（1分）。 3．M的三種常見化合物是MnO2、MnSO4和KMnO4。（3分）注：必須答MnO2和KMnO4，而Mn(II)鹽也可答硝酸錳等。 1999年第4題（12分） 市場上出現(xiàn)過一種一氧化碳檢測器，其外觀像一張塑料信用卡，正中有一個直徑不到2cm的小窗口，露出橙紅色固態(tài)物質。若發(fā)現(xiàn)橙紅色轉為黑色而在短時間內不復原，表明室內一氧化碳濃度超標，有中毒危險。一氧化碳不超標時，橙紅色雖也會變黑卻能很快復原。已知檢測器的化學成分：親水性的硅膠、氯化鈣、固體酸H8[Si(Mo2O7)6]28H2O、CuCl22H2O和PdCl22H2O（注：橙紅色為復合色，不必細究）。 1． CO與PdCl22H2O的反應方程式為：CO＋PdCl22H2O＝CO2＋Pd＋2HCl＋H2O（4分）。 化學方程式寫PdCl2不寫PdCl22H2O同時也配平，給2分。 2．題1的產物之一與CuCl22H2O反應而復原，化學方程式為：Pd＋2CuCl22H2O＝PdCl22H2O＋2CuCl＋2H2O（4分）。寫Pd＋CuCl22H2O＝PdCl22H2O＋Cu給2分 3．題2的產物之一復原的反應方程式為：4CuCl＋4HCl＋6H2O＋O2＝4CuCl22H2O（4分）。2004年 第9題（6分） 下圖摘自一篇新近發(fā)表的釩生物化學的論文。回答如下問題： 1．此圖釩化合物的每一次循環(huán)使無機物發(fā)生的凈反應（的化學方程式）是： H2O2＋Cl－＋H＋＝H2O＋HOCl（1分） 2．在上面的無機反應中，被氧化的元素是氯；被還原的元素是氧（共1分）。 3．次氯酸的生成被認為是自然界的海藻制造C—Cl鍵的原料。請舉一有機反應來說明。 H2C＝CH2＋HOCl＝HOH2C—CH2Cl（舉其他含C＝C雙鍵的有機物也可）（2分） 4．試分析圖中釩的氧化態(tài)有沒有發(fā)生變化，簡述理由。 沒有變化。理由：（1）過氧化氫把過氧團轉移到釩原子上形成釩與過氧團配合的配 合物并沒有改變釩的氧化態(tài)，所以從三角雙錐到四方錐體釩的氧化態(tài)并沒有發(fā)生變化；（2） 其后添加的水和氫離子都不是氧化劑或還原劑，因此，過氧團變成次氯酸的反應也沒有 涉及釩的氧化態(tài)的變化，結論：在整個循環(huán)過程中釩的氧化態(tài)不變。（2分） 2001年第7題（10分） 某不活潑金屬 X在氯氣中燃燒的產物Y溶于鹽酸得黃色溶液，蒸發(fā)結晶，得到黃色晶體Z，其中 X的質量分數(shù)為50％。在500mL濃度為0.10mol/L的Y水溶液中投入鋅片，反應結束時固體的質量比反應前增加4.95g。 X是Au（2分）；Y是 AuCl3（2分）；Z是HAuCl43H2O（2分）。 推理過程如下： 要點1：X為不活潑金屬,設為一種重金屬, 但熟悉的金屬或者其氯化物與鋅的置換反應得到的產物的質量太小,或者其水溶液顏色不合題意, 均不合適, 經諸如此類的排他法假設X為金，由此Y=AuCl3，則置換反應的計算結果為：2AuCl3＋3Zn＝3ZnCl2＋2Au 反應得到Au的質量＝0.100mol/L0.500L197g/mol＝9.85g 反應消耗Zn的質量＝0.100mol/L0.500L65.39g/mol3/2＝4.90g 反應后得到的固體質量增重：9.85g－4.90g＝4.95g (2分) 要點2：由AuCl3溶于鹽酸得到的黃色晶體中Au的含量占50%, 而AuCl3中Au的含量達65%, 可見Z不是AuCl3, 假設為配合物HAuCl4, 含Au 58%, 仍大于50%, 故假設它是水合物, 則可求得：HAuCl43H2O的摩爾質量為393.8 其中Au的含量為197/394＝50%。(2分) 其他推理過程，只要合理，也得滿分。 2006年第4題 （7分） 已探明我國錳礦儲量占世界第三位，但富礦僅占6.4%，每年尚需進口大量錳礦石。有人設計了把我國的菱錳礦（貧礦）轉化為高品位“菱錳礦砂”的綠色工藝。該工藝首先將礦砂與硫酸銨一起焙燒，較佳條件是：投料比m[(NH4)2SO4]/m[MnCO3]＝1.5；焙燒溫度450oC；焙燒時間1.5 小時。 4-1 寫出焙燒反應方程式： (NH4)2SO4＋MnCO3＝MnSO4＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O↑　　　 　　　　（１分） 4-2 其次，將焙燒產物轉化為高品位的“菱錳礦砂”，寫出反應方程式： MnSO4＋2NH3＋CO2＋H2O＝ (NH4)2SO4＋MnCO3↓　　　　　　　?。?分） 4-3 若焙燒溫度過高或時間過長，將導致什么結果？ MnSO4，MnCO3分解生成高價錳的氧化物而導致錳浸出率下降?！　?（2分） 4-4 從物料平衡角度看，生產過程中是否需要添加(NH4)2SO4？說明理由。 不需加。開始投料時(NH4)2SO4（132g﹒mol-1）過量（MnCO3,115 g﹒mol-1）,反應生 成的NH3、CO2以及(NH4)2SO4可循環(huán)利用?！。?分）　　　　　 2010年第5題 ( 11分) 把紅熱的玻棒插入橙紅色固體A中，A受熱后噴射出灰綠色粉末B和無色無味氣體C。鎂在C中加熱生成灰色固體D。B在過量的NaOH溶液中加熱溶解，得到綠色溶液E。將適量H2O2加入E中，加熱，得到黃色溶液F。F酸化后變?yōu)槌壬芤篏。向G中加入Pb(NO3)2溶液，得到黃色沉淀H。 5-1 寫出A、B、C、D、E、F、G和H的化學式。 A (NH4)2Cr2O7 B Cr2O3 C N2 D Mg3N2 E NaCr(OH)4 F Na2CrO4 G Na2Cr2O7 H PbCrO4 每個化學式0.5分 E 寫NaCrO2也得滿分。 （4分） 5-2 寫出由E轉變?yōu)镕，F(xiàn)轉變?yōu)镚，G 轉變?yōu)镠的離子方程式。 E轉變?yōu)镕 F轉變?yōu)镚 G 轉變?yōu)镠 每個方程式1分。E轉變?yōu)镕，寫CrO2-配平，也得滿分。 （3分） 5-3 A中的金屬元素M可以形成MO2和ZnM2O4, 它們均為磁性材料，廣泛用于制作磁帶和磁盤。分別寫出MO2和ZnM2O4中M的價電子組態(tài)。 3d2 ，3d3 （1分） 5-4 A中的金屬元素M可以形成不同形式的羰基化合物或者羰基陰離子，按照18電子規(guī)則畫出Na2[M2(CO)10]的陰離子結構，指出M的氧化態(tài)。 Cr的氧化態(tài) -1 結構式2分，氧化態(tài)1分 （3分） 1997年第3題（19分） 用黃銅礦煉銅按反應物和生成物可將總反應可以寫成： CuFeS2＋SiO2＋O2Cu＋FeSiO3＋SO2 事實上冶煉反應是分步進行的。①黃銅礦在氧氣作用下生成硫化亞銅和硫化亞鐵；②硫化亞鐵在氧氣作用下生成氧化亞鐵，并與二氧化硅反應生成礦渣；③硫化亞銅與氧氣反應生成氧化亞銅；④硫化亞銅與氧化亞銅反應生成銅。 1．寫出上述各個分步反應（①，②，③，④）的化學方程式。 2CuFeS2＋O2＝Cu2S＋2FeS＋SO2 （1分）（寫S、SO3不寫SO2不得分） FeS＋O2＝FeO＋SO2 （1分）（寫S、SO3不寫SO2不得分） FeO＋SiO2＝FeSiO3 （1分）（寫其他產物不得分） 2Cu2S＋3O2＝2Cu2O＋2SO2 （1分）（寫S、SO3不寫SO2不得分） Cu2S＋2Cu2O＝6Cu＋SO2 （1分）（寫S、SO3不寫SO2不得分） 2．給出總反應方程式的系數(shù)。 2CuFeS2＋2SiO2＋5O2＝2Cu＋2FeSiO3＋4SO2 （2分） 3．據(jù)最新報道，有一種叫Thibacillus ferroxidans的細菌在氧氣存在下可以將黃銅礦氧化成硫酸鹽。反應是在酸性溶液中發(fā)生的。試寫出配平的化學方程式。 4CuFeS2＋2H2SO4＋17O2＝4CuSO4＋2Fe2(SO4)3＋2H2O（4分） （注：不寫硫酸鐵而寫硫酸亞鐵給一半分） 4．最近我國學者發(fā)現(xiàn)，以精CuFeS2礦為原料在沸騰爐中和O2 (空氣)反應, 生成物冷卻后經溶解、除鐵、結晶，得到CuSO45H2O，成本降低了許多。實驗結果如下： 沸騰爐溫度/℃ 560 580 600 620 640 660 生 成 物 水溶性Cu/% 90.12 91.24 93.50 92.38 89.96 84.23 酸溶性Cu/% 92.00 93.60 97.08 97.82 98.16 98.19 酸溶性Fe/% 8.56 6.72 3.46 2.78 2.37 2.28 回答如下問題： （1）CuFeS2和O2主要反應的方程式為 4CuFeS2＋17O2＝4CuSO4＋2Fe2O3＋8SO2 （4分） （2）實際生產過程的沸騰爐溫度為 600～620℃?？刂品磻獪囟鹊姆椒ㄊ? 控制加入CuFeS2的速度，因CuFeS2與O2反應放熱。（2分） （3）溫度高于600～620℃生成物中水溶性Cu（%）下降的原因是 CuSO4＝CuO＋SO3（2分）（答SO2＋1/2O2不扣分） （注：（1）的反應產物不寫氧化鐵寫氧化亞鐵或四氧化三鐵也可以給一半分。雖然實 際反應產物是氧化鐵, 但對中學生，做出正確判斷根據(jù)可能不足。） 北京2009第8題（12分） 已知在K2CrO4的溶液中存在著如下的平衡： 2CrO42– + 2H+ ? Cr2O72– + H2O， 平衡常數(shù) K=1014 （1）淺黃色難溶化合物BaCrO4和過量的硫酸作用后，能產生白色沉淀，則有關的離子方程式為： 2 BaCrO4 + 2 H+ + 2 SO42－ = 2 BaSO4 + Cr2O72－+ H2O （2） 向K2Cr2O7溶液中加入Pb(NO3)2并充分攪拌后，溶液的pH明顯降低，其原因是： Cr2O72－ 和Pb2+、H2O反應，生成難溶物PbCrO4，同時放出H+ （3）用0.05mol K2Cr2O7配制成1 L K2CrO4溶液，其中Cr2O72－的濃度小于10－5mol/L。則配制時除K2Cr2O7、H2O外還用到的試劑是：KOH ，溶液的pH應：大于8.5 (填大于、等于或小于多少)。 （4）在堿性(c OH－ = 1 mol/L)介質中鉻和過氧化氫分別有如下的元素電勢圖： 指出把H2O2寫成HO2－的原因。若向KCr(SO4)2溶液中，加過量的NaOH和過量的H2O2，寫出HO2－參與反應的離子方程式為： H2O2顯弱酸性，在強堿介質中以HO2－為主要存在型體 2 Cr(OH) 4－ + 3 HO2－ = 2 CrO42－ + 5 H2O + OH－ 或 2 Cr3+ + 3 HO2－ + 7 OH－ = 2 CrO42－ + 5 H2O 2 HO2－ = O2 + 2OH－ 北京2006年第三題（共9分） 一種硫酸銅(II)溶液含CuSO4質量百分數(shù)15.00%，其密度為1.169 g/mL，取25.00 mL該溶液，往其中加入過量濃氨水，生成一種深藍色溶液。冷卻該溶液析出深藍色沉淀，過濾、干燥后得到6.127 g深藍色固體。取0.195 g該固體產物，用0.1036 mol/L的HCl標準溶液測定其中NH3含量，共消耗30.63 mL HCl溶液。取0.150 g 該固體用0.0250 mol/L 的EDTA 溶液滴定測定其中銅（II）含量，耗用EDTA溶液24.43 mL，將0.200 g該固體在 110℃溫度下加熱脫水得到0.185 g 的無水產物。 （1）計算在原始CuSO4溶液中Cu2+ 的物質的量濃度，25.00 mL該溶液中含Cu2+ 的物質的量； （a） = 1.0985 mol/L (Cu2+) （1.5分） （b） 1.0985 mol/L L = 0.0275 mol （1.5分） （2）計算所制得的深藍色化合物中，NH3, Cu2+, H2O, SO的質量百分含量； NH3 : 27.7%; Cu: 25.9%; H2O: 7.5%; SO4: 100? (27.7+25.9 +7.5) =38.92% （4分） （3）依據(jù)（2）中計算結果，確定化合物的化學式。 Cu(NH3)4SO4?H2O （2分） 北京2007年第二題（共8分） 向含有Fe2＋的溶液中加入NaOH溶液后生成藍綠色沉淀，該沉淀在空氣中放置一段時間后變成棕色，過濾后，用鹽酸溶解棕色沉淀得黃色溶液。用離子方程式解釋下列各實驗現(xiàn)象： （1） 向該黃色溶液中加入幾滴KSCN溶液則溶液立即變紅； Fe3＋ ＋ 3SCN－ ＝ Fe (SCN) 3 （方程式中SCN－系數(shù)3－6均可，只要配平合理即可。要看出明顯顏色系數(shù)需3以上。） （2） 往該紅色溶液中通入SO2則紅色消失； 2Fe (SCN) 3 ＋ SO2 ＋ 2H2O ＝ 2Fe2＋ ＋ SO42－ ＋ 4H＋ ＋ 6SCN－ （方程式中只要能顯示出Fe被還原，S被氧化，硫酸根寫成H2SO4也可得分。） （3） 向此溶液中再滴入KMnO4溶液，則KMnO4紫色褪去； MnO4－ ＋ 5Fe2＋ ＋ 8H＋ ＝ Mn2＋ ＋ 5Fe3＋ ＋ 4H2O （4） 最后加入黃血鹽（K4 [Fe(CN)6]）溶液時,生成藍色沉淀。 Fe3＋ ＋ [Fe(CN) 6] 4－ ＋ K＋ ＝ KFe [Fe(CN)6]↓ 2011年第9題（ 8分） NiO晶體為NaCl型結構，將它在氧氣中加熱，部分Ni將氧化為Ni3+,成為NixO(x<1)。今有一批NixO，測得密度 r 為6.47gcm-3,用波長=154pm的X射線測得立方晶胞衍射指標為111的衍射角=18.71。（Ni的原子量為58.70） （1） 計算NixO的立方晶胞參數(shù)a 2d111sin α = λ；d111 = 154/2sin18.71= 240pm (1分) a = d111(h2 + k2 + l2) ˉ1/2 = 416pm （1分） （2） 計算x值，并標明Ni的氧化數(shù)的化學式 M(NixO) = r N0V/4 = 70.00， M(Nix) = M(NixO) – Mo = 54.00， x = M(Nix)/M(Ni) = 0.92 （1分） 設NiO為u，Ni2O3為v，建立方程組有 uM(NiO) + vM(Ni2O3) = M(NixO) = 70.00 u + v = x = 0.92 （1分） 求解得：u = 0.76， v = 0.16 （1分） Ni的帶氧化數(shù)的化學式：Ni2+0.76Ni3+0.16O （3） Ni晶體中，O2-的堆積方式怎樣？Ni在堆積中占據(jù)那種空隙？占有率多少？ A1; 八面體空隙; 92/100 （2分） 4