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化学竞赛——原子、分子结构



原子、分子结构 原子、分子结构
(2002年)1.(12分) ⑴如果已经发现 167号元素A,若已知的原子结构规律不变, 167号元素应是第 周期、第 族元素;可能的最高氧化态为 ;氢化物的化学式为 。 ⑵某一放射性物质衰变20%需15天,该物质的半衰期是 。 CH CH CH ⑶化合物 种化学环境不同的氢原子。 如果用氯取代分子中 2 分子中有 3

/>O
的氢原子,生成的一氯代物可能有 种。 ⑷硅与碳为同族元素,呈四价。然而,与碳化合物相比,硅化合物的数量要少得多。碳易于形 成双键,硅则不易形成双键。但据美国《科学》杂志2000年报道,已合成了分子中既有Si-Si单键, 又有Si=Si双键的化合物X。 X的分子式为Si5H6, 红外光谱和核磁共振表明X分子中氢原子的化学环境 有2种,则X的结构式是: 。 1.(共 12 分) ⑴ 8 Ⅶ A +7 HA (每空 1 分,共 4 分) ⑵ 47 天 (2 分) ⑶ 4 (2 分) 7 (2 分) H H ⑷
Si H Si H Si Si H Si H (2分)

(2002年)2.(13分) ⑴ 磷和氢能组成一系列的氢化物,如PH3,P2H4,P12H16等。其中最重要的是PH3。PH3称为膦, 它是一种无色剧毒的有类似大蒜臭味的气体。 它可由NaOH和白磷反应来制备, 其制备反应的化学方 程式为 ,P2H4的沸点比PH3 (填“高”或“低”),原 因是 。AsH3又称胂,试写出由As2O3制备胂的反应方 程式 ,胂的汽化热比膦 (填“大”或“小”)。 - + ⑵ ① 根据VSEPR理论,SCl3 和ICl4 的空间构型分别是 和 ,S和I分别以 _______和 杂化轨道同Cl形成共价键。 ②SCl3+和PCl3是等电子体,其S-Cl键键长 (填>、=或<)P-Cl键键长,原因 是 。 2.(共 13 分) △ ⑴ P4+3NaOH+3H2O PH3↑+3NaH2PO2 (2 分) 高 (1 分) P2H4 的相对分子质量大,分子间作用力比较大 (1 分) As2O3+6Zn+6H2SO4 2AsH3↑+6ZnSO4+3H2O (2 分) 大 (1 分) 3 ⑵① 三角锥 (1 分) 平面正方形 (1 分) sp (1 分) sp3d2 (1 分) ② < (1 分) S 有较大核电荷,处于较高氧化态 (1 分) (2003年)第2题(共8分) ⑴ 根据杂化轨道理论, 下列离子或分子: NH3、 NF3、 NO2+中氮分别采用 、 、 __________杂化轨道同相应的键合原子成键。其中 NH3的键角 (填“大于”或“小于”)NF3 的键角的原因是 。 ⑵ 最近,德国科学家在医学杂志《柳叶刀》上发表文章,他们研究发现一种名为甘草甜素的物质 可以有效抑制非典病毒的增殖,有望用其研制出治疗非典的特效药。此前医学家已用甘草甜素作 为有效成分开发出药物,治疗丙肝与艾滋病等,并取得了一定效果。甘草甜素(甘草素)是甘草的根 和茎中所含的一种五环三萜皂苷,其结构如图1所示:
1

原子、分子结构

甘草甜素的(A)苷键构型为 和两分子的(填名称)

,将其水解可得到一分子的甘草次酸(如图2) ,其结构为: 。

2.(共8分) ⑴ sp3 sp3 sp 大于 氟的电负性大于氢,因此用于N-F成键的电子对更偏向氟 (或离氮原子核较远),氮周围 电子密度减小(或N-F成键电子对间的“距离”较远),斥力较小,因而键角较小。

(2) β D 葡萄糖醛酸



COOH O OH
OH

OH

OH

(或 : 2, 3, 4, 5 四羟基 6 己醛酸 )

COOH

( 每空 1 分 )

(2003年)第4题(共6分) 世界各国科学家,从关注人类生存质量角度出发,将保护地球自然生态环境研究作为重大任务 之一。并对与之相关的宇宙空间的复杂体系如太阳系进行了初步研究。结果发现太阳是一个巨大能 源。它时刻都在向太空发射大量能量,其能量来源就是太阳时刻不停地进行着的链式聚变反应。在 那里,氢原子核在极高温度下发生聚变反应。这种反应放出的能量,一方面用以维持反应必需的高 温,另一方面则向太空辐射出能量。其中一种重要的聚变过程是碳一氮循环。这一循环是由一系列 由碳-氮作媒介的反应组成的,并按下列步骤进行: ① ③ ⑤
1 1 13 H ?12 6 C? 7 N

② ④ ⑥

13 7
1 1

H ?yxC ? e? ? ve
n

1 1
xn yn

H ? yxC?yx??N

H ? yx??N ? yxn O
1 1 x??? H ? yx??????N ?12 6 C ? 2 He
1

O? yx??????N ? e ? ? ve

上述过程,放出的净能量为25.7MeV。每消耗1kg 1 H约产生6.2× 1014J的能量。核聚变反应是太阳 能够在几十亿年内稳定地发光释能的主要原因。 ⑴ 在上述过程中x= ,y= ;x′= ,y′= ; x ??? = , y ??? (均填数

值)。 ⑵ 写出与净能量产生对应的反应方程式: 。
2

原子、分子结构
⑶ 在反应中碳原子的作用是 4. (共6分) ⑴ 13,6 14,7 15,7 ?????????(3分) 。

1 4 ⑵ 41 H ?2 He ? 2e? ? 2ve ? 25.7MeV ????(2分)

⑶ 催化剂 ????????????????(1 分) (2004 年)第 1 题(共 8 分) ⑴ 越来越多的事实表明:在环境与生物体系中,元素的毒性、生物可给性、迁移性和再迁移性 不是取决于元素的总量,而是与该元素的化学形态密切相关。例如,在天然水正常 pH 下,铝处于 _________态, 对鱼类是无毒的; 但是, 若天然水被酸雨酸化, 铝则转化为可溶性有毒形态 , 会造成鱼类的大量死亡。再如,铝离子能穿过血脑屏障进入人脑组织,引起痴呆等严重后果,而配 合态的铝,如处于 形态时就没有这种危险。 ⑵ 在元素周期表第 4、第 5 周期中成单电子数最多的过渡元素的电子构型分别为 和 ;元素名称是 和 。依据现代原子结构理论,请你推测,当出现5g电子 后,成单电子最多的元素可能的价层电子构型为 ,可能是 元素。 1.(共 8 分) - ⑴ 聚合的 Al(OH)3 胶体 [Al(OH)2]+ AlF4 (3 分) ⑵ [Ar]3d54s1 [Kr]4d55s1 铬 钼 5g98s1 128 (5 分) (2004 年)第 12 题(共 8 分) 在元素周期表中,位于金属锰(Mn)之下的是锝(Tc)和铼(Re)。铼是 1925 年由 W.Noddack 等人发 现的,并以莱茵河的名字给她取名为铼。高铼酸的氧化性比高锰酸弱的多,用稀 HNO3 氧化 Re3+即 可得之。 ⑴ 在乙二铵水溶液中,用金属钾 K 与 KReO4 反应可得到无色化合物 A,已知该化合物含 K 28.59%,含 Re 68.09%,则 A 的化学式为 ; 反应的化学方程式为 。 ⑵ 你认为化合物 A 是顺磁性还是抗磁性的?为什么? ⑶ 在 A 的阴离子结构中,Re 处于中心位置,另一原子 L 与之配位,L 有两种不同的位置,其 比例关系为 1∶2, 试画出该阴离子的草图。 核磁共振(NMR)实验结果却只显示了一种 L 粒子的信号, 试简要解释其原因。 12.(共 8 分) ⑴ K2ReH9 (2 分) 18K+KReO4+13H2O K2ReH9+17KOH (2 分) ⑵ 抗磁性,Re 化合价+7,所有的电子参与成键 (2 分) ⑶

氢的各种位置之间有迅速的交换作用 (2 分) (2005年)第5题 (共12分) 光合作用是绿色植物和其他自养型生物利用光能由简单化合物合成高能复杂分子的过程。光合 作用中叶绿素分子与特殊的酶分子受体(MS)相结合,发生一系列氧化还原反应。科学家们发现光合 作用还存在许多变化形式,如有些细菌可用H2S代替H2O进行光合作用生成结构与性质完全相似的产
3

原子、分子结构
物。 我国科学家早在1946年就发现铀吸收中子后可发生核裂变分裂成较小的碎片。如以一个慢中子
160 72 72 轰击 235 92 U 发生核裂变时,能产生两种核素 X、 62 Sm 和若干快中子。快中子再与核素 X反应可生
69 成 28 Ni ,继而生成以上MS中金属M的一种核素。M是应用最广泛的金属之一,在高温高压下与CO

作用生成淡黄色液体A(A在高温下可分解为M和CO)。 含有M的一种深红色化合物晶体B具有顺磁性, 2在碱性溶液中B能把Cr(Ⅲ )氧化为CrO4 ,而本身被还原成C。溶液中C可被氯气氧化成B。固体C在高 温下可分解,其产物为碳化物D,剧毒的钾盐E和化学惰性气体F。A继续与CO作用可形成满足18电 子规则的金属有机化合物M2(CO)9。(18电子规则指过渡金属有机化合物中,金属的价电子和配体提 供或共享的电子总数等于18)。 ⑴ M的元素符号为 ;B的化学式为 。 ⑵ 写出上述所有核化学反应方程式。

⑶ 写出B将Cr(Ⅲ )氧化为CrO42-的离子方程式。 ⑷ H2S代替H2O进行光合作用的主要产物是 主要原因是: ⑸ 指出M2(CO)9中共有几种不同的成键方式,画出M2(CO)9的结构式。 5.(共12分) ⑴ Fe K3[Fe(CN)6] ⑵ 235 92
1 0 72 30 160 62
72 30

,该反应能够发生的 。

(2分,各1分)

U ? n? Zn? Sm ? 41 0n;
1 69 4 Zn?0 n?28 Ni ? 2 He(或? )

69 28

1 66 4 Ni ?0 n?26 Fe? 2 He(或? )

(3分,各1分)
4? 2? 3Fe(CN )6 ? CrO4 ? 4H 2O

? ? ⑶ 3Fe(CN )3 6 ? Cr (OH )3 ? 5OH

(2分)

⑷ 碳水化合物(或葡萄糖)、硫
3

(1分)

(a) O和S是同族元素 (b) O2和S2的价电子数为12,可视为等电子体 (c) O2和S2中均有一个σ键, 2个2中心3电子π键( ? 2 键) (1分,答对任意1点即可) ⑸ 4种 (1分)

(2 分) (2006 年)第 1 题(9 分) 1-1 元素周期表是 20 世纪科学技术发展的重要理论依据之一。假设 NH4+是“元素”NH4 的阳离子, 则“元素” NH4 在周期表中的位置应该是 ; “元素” NH4 的单质常温常 压下应为______(填“高”或“低”)熔点 (填“固”、“液”或“气”)体, (填“能”或“不能”) 导电;NH4 的碳酸盐应 (填“易”或“不易”)溶于水。 1-2 放射性元素的发现 19 世纪末 20 世纪初物理学发生巨大变革的基础。最早发现的具有放射性
235 的元素是铀,铀也是核电厂的燃料。 235 92 U 是自然界存在的易于发生裂变的唯一核素。 92 U 吸收一个
142

中子发生核裂变可得到

Ba 和 91 Kr ,或 135 I 和 97Y 等。请写出上述核反应方程式:

1-3

利用核能把水分解,制出氢气,是目前许多国家正在研究的课题。下图是国外正在研究中的
4

原子、分子结构
一种流程(碘—硫法) ,其中用了过量的碘。

O2

。 900 C 轻相 ,含 H2SO4

核能
重 相 ,含 H I 和 I2 100~ 120 。 C
分离

H2
。 450 C

反应②

HI

HI 、 I2 、 H2O

反应③

SO2 + H2O

I2 、 H2O

反应①

I2


请写出反应①②③的化学方程式并注明条件: 反应① 反应② 反应③ 上述流程中循环使用的物质是 第 1 题(9 分) 1-1 第三周期第 IA 族 (1 分) 低 固 能 易 (每空 0.5 分,共 2 分) 1-2 1-3
235 92 1 91 1 U ?0 n? ??142 56 Ba?36 Kr ?30 n 235 92 1 97 1 U ?0 n? ??135 53 I ? 39Y ?40 n (各 1 分,共 2 分)

①SO2+I2+2H2O ②2H2SO4 ③2HI

110~120℃

2HI+H2SO4

(1 分) (1 分)

900℃

2SO2+O2 +2H2O (1 分)

450℃

H2I2

SO2、I2 (1 分,错任一个即 0 分) (2007 年)第 1 题(12 分) 1-1 根据原子结构理论可以预测:第八周期将包括______种元素;原子核外出现第一个 5g 电子的原 子序数是______。美、俄两国科学家在 2006 年 10 月号的《物理评论》上宣称,他们发现了 116 号元素。根据核外电子排布的规律,116 号元素的价电子构型为 ___________,它可能与元素 ____________的化学性质最相似。 1-2 多氮化合物均为潜在的高能量密度材料(HEDM) ,HEDM 可用作火箭推进剂及爆炸物。1999 + 年 K.O. Christe 及其同事成功合成了第一个 N5 的化合物 N5+AsF6-,它能猛烈的爆炸。光谱数 据及量子力学计算结果均表明,在 N5+的各种异构体中,V 型结构最为稳定,它有两个较短的末 端键和两个较长的中心键。 ⑴请写出 V 型结构的 N5+的 Lewis 共振式。 ________________________________________________________________________ ⑵根据杂化轨道理论,指出每个氮原子的杂化类型。 __________________________________________________________________________ ⑶中心键的 N-N 键级为______。 1-3 2008 北京奥运会和 2010 上海世博会将大力推广资源节约型、环境友好型的生物降解塑料包装 和餐饮具。目前,我国已实现规模化生产的应用于食品餐饮行业的可降解材料主要有:① 天然 高分子淀粉与聚乙烯或聚酯的共混/共聚物、 ② 聚乳酸 (PLA) 、 ③ 农业副产品基可成型共混物 (如 小麦秆,谷壳等) 、④ 聚己内酯、⑤ 聚乙烯醇。 其中,以小分子单体为原料合成的,能被自然界中阳光、水、微生物等完全生物降解,最终
5

原子、分子结构
生成二氧化碳和水,不污染环境,对保护环境非常有利的共有______种,它们分别是 ____________(填代号) 。 2 1-1 50 121 7s 7p4 Po(钋) (每空 1 分,共 4 分) 1-2

⑴ (2 分) (其他合理结构亦可) ⑵中心氮原子为 sp 和 sp 杂化,其余为 sp 杂化 (末端氮可不杂化) (2 分)
3 2



1

1
3

(1 分)

1-3 3 (1 分) ② ,④ ,⑤ (2 分) (写出两种得 1 分) (2008 年)第 1 题(6 分) 1-1 臭氧是大气中一种微量成分,臭氧层主要分布在距地面 15~35km 处,它吸收了 99%以上来 自太阳的紫外线,保护了人类和生物免遭紫外线辐射的伤害。臭氧分子是否有极性?___________, 请写出所有臭氧分子的 Lewis 结构式:______________________________________。 1-2 美国物理化学家 Lipscomb W 由于对硼烷和碳硼烷的研究成就卓越, 而荣获 1976 年诺贝尔 化学奖。硼的最简单氢化物是 B2H6 而不是 BH3,B2H6 中 B 的杂化形式是_____________,但硼的卤 化物却能以 BX3 形式存在, BF3、 BCl3、 BBr3 Lweis 酸性由小到大顺序是__________________________ 对此顺序的解释是: ________________________________________________________________。 + 第 1 题(6 分) O + O

O O - - O O 1-1 有(1 分) (2 分) 3 1-2 sp (1 分); BF3<BCl3<BBr3(1 分) ;从 F,Cl,Br 的电负性考虑,BX3 的酸性本应按 BF3,BCl3, BBr3 顺序减弱,但 BX3 表现酸性要改变结构,首先打开? 46 的大?键,而垂直于平面的 p 轨道形成 的?键强弱是随 F,Cl,Br 的顺序而减弱的 (1 分)。(其他合理结构亦可)。

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