2020高中化学竞赛练习

2020高中化学竞赛练习（1）第1题研究离子晶体，常考察以一个离子为中心时，其周围不同距离的离子对它的吸引或排斥的静电作用力。

设氯化钠晶体中钠离子跟离它最近的氯离子之间的距离为d，以钠离子为中心，则：1－1 第二层离子有个，离中心离子的距离为d，它们是离子。

1－2 已知在晶体中Na＋离子的半径为116pm，Cl－离子的半径为167pm，它们在晶体中是紧密接触的。

求离子占据整个晶体空间的百分数。

1－3 纳米材料的表面原子占总原子数的比例极大，这是它的许多特殊性质的原因，假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰等于氯化钠晶胞的大小和形状，求这种纳米颗粒的表面原子占总原子数的百分比。

1－4 假设某氯化钠颗粒形状为立方体，边长为氯化钠晶胞边长的10倍，试估算表面原子占总原子数的百分比。

第2题SiC是原子晶体，其结构类似金刚石,为C、Si两原子依次相同排列的正四面体空间网状结构。

如图为两个中心重合，各面分别平行的两个正方体，其中心为Si原子，试在小正方体的顶点画出与Si最近的CSi（用表示）的位置。

设Si－C键长为acm。

（1）两个正方体的边长之比为：_______________________________。

（2）用余弦的反三角函数表示一个四面体中Si－Si—Si的连线的夹角为____________，Si－C——Si的键角为__________________________。

（3）用N0表示阿伏加德罗常数，该晶体的密度为_________g·cm-3。

（4）该结构单元中Si与最近的Si形成的正四面体的体积为________________cm3。

第3题下面是一组探讨有关气体水合物结构的试题。

（1）气体水合物是一类通过O－H…O氢键将H2O分子结合成三维骨架型的主体结构，在其中有多面体孔穴，孔穴中包含作为客体的气体小分子，形成笼形水合包合物晶体。

根据客体分子的大小和形状，水分子可组成多种形式的主体骨架结构。

已知有上百种气体分子和水形成水合包合物。

下图列出了五个多面体的结构：（〔〕内数字表示笼形多面体的多边形边数，上标表示该多边形的数目。

）A〔512〕B〔51262〕C〔51264〕D〔43596273〕E〔4668〕①已知A、B分别由20、24个水分子组成，请再确定构成C、D、E笼形多面体的H2O分子数。

②笼形多面体E可认为哪种正多面体削去其顶点得到。

③请用题干表示方法写出足球烯（C60）结构笼形多面体的构成。

④由24个水分子构成的14个面的笼形多面体除上面的结构外，请再举两例，用题干的表示方法表示。

（2）甲烷水合物（nCH4·46H2O）是一种具有重要经济价值的化合物，在海洋深处蕴藏量非常大，是未来的重要能源之一。

它的晶体结构可看作由五角十二面体〔512〕和十四面体〔51262〕共面连接堆积形成。

在立方晶胞中，〔512〕的中心处在顶角和体心位置；〔51262〕中心位置在面上，坐标为（1/4，1/2，0）、（3/4，1/2，0）……计6个。

它们彼此共用六角形面连成柱体，再和五角十二面体共面连接。

右图所示出甲烷水合物中水骨架的结构。

①确定晶胞中其余4个〔51262〕中心的坐标；②CH4分子由于体积较小，可包合在这两种多面体中，若全部充满时，确定晶胞的组成为（即n值）。

③已知该晶胞参数a＝1180pm，计算1cm3甲烷水合物晶体中可释放CH4的体积（标准状况下）。

④有的文献中报导开采1m3的甲烷水合物晶体可得到164m3的甲烷气体，请根据③的结果给出一合理解释。

第4题红磷在KOH溶液中的悬浊液和KOCl作用，可以生成K6P6O12的钾盐。

该盐酸根（P6O126－）结构式中磷元素和氧元素的化学环境完全一样。

K6P6O12用稀酸酸化则生成H6P6O12，H6P6O12在强酸性条件下可以水解，生成含单个磷元素的含氧酸。

请回答：1．写出K6P6O12生成的化学方程式：。

2．P6O126－中P元素杂化类型，其中的大π键类型，画出P6O126－的结构式：3．写出K6P6O12两步酸解的反应方程式：、。

第5题通常，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)45-1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，人们曾经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动；所有C−H键的键长相等。

5-2该离子的结构能否用经典的共价键理论说明？简述理由。

5-3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，有可能用作合成纳米材料的理想模板，该分子的结构简图如下：5-4该分子的分子式为__________。

5-5该分子有无对称中心？__________。

5-6该分子有几种不同级的碳原子？______。

5-7该分子有无手性碳原子？__________。

5-8该分子有无手性？__________。

第6题羟胺和同位素标记氮原子（N*）的亚硝酸在不同介质中发生反应，方程式如下：NH2OH+HN*O2→A+H2O，NH2OH+HN*O2→B+H2O。

A、B脱水都能形成N2O，由A得到N*NO和NN*O，而由B只得到NN*O。

请分别写出A和B的路易斯结构式。

第7题X−射线衍射实验表明，某无水MgCl2晶体属三方晶系，呈层型结构，氯离子采取立方最密堆积（ccp），镁离子填满同层的八面体空隙；晶体沿垂直于氯离子密置层的投影图如下。

该晶体的六方晶胞的参数：a=363.63pm，c=1766.63pm，晶体密度ρ=2.35g/cm3。

7.1以“□”表示空层，A、B、C表示Cl−离子层，a、b、c表示Mg2+离子层，给出该三方层型结构的堆积方式。

7.2计算一个六方晶胞中“MgCl2”的单元数。

7.3假定将该晶体中所有八面体空隙皆填满Mg2+离子，将是哪种晶体结构类型？石竹烯（Caryophyllene，C15H24）是一种含有双键的天然产物，其中一个双键的构型是反式的，丁香花气味主要是由它引起的。

可从下面的反应推断石竹烯及其相关化合物的结构。

反应1：反应2：反应3：反应4：石竹烯的异构体——异石竹烯在反应1和反应2中也分别得到产物A和B，而在反应3却得到了产物C的异构体，此异构体在经过反应4后仍得到了产物D。

8_1在不考虑反应生成手性中心的前提下，画出化合物A、C以及C的异构体的结构式。

8_2画出石竹烯和异石竹烯的结构式。

8_3指出石竹烯和异石竹烯的结构差别。

下图摘自一篇新近发表的钒生物化学的论文。

回答如下问题：1．此图钒化合物的每一次循环使无机物发生的净反应（的化学方程式）是：2．在上面的无机反应中，被氧化的元素是；被还原的元素是。

3．次氯酸的生成被认为是自然界的海藻制造C—Cl键的原料。

请举一有机反应来说明。

4．试分析图中钒的氧化态有没有发生变化，简述理由。

第10题（5分）今年3月发现硼化镁在39K呈超导性，可能是人类对超导认识的新里程碑。

在硼化镁晶体的理想模型中，镁原子和硼原子是分层排布的，像维夫饼干，一层镁一层硼地相间，图10－1是该晶体微观空间中取出的部分原子沿C轴方向的投影，白球是镁原子投影，黑球是硼原子投影，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。

10－1 由图5－1可确定硼化镁的化学式为：。

10－2 在图5－l右边的方框里画出硼化镁的一个晶胞的透视图，标出该晶胞内面、棱、顶角上可能存在的所有硼原子和镁原子（镁原子用大白球，硼原子用小黑球表示）。

a＝b≠c，c轴向上图10－1硼化镁的晶体结构示意图AX 4四面体 (A 为中心原子，如硅、锗；X 为配位原子，如氧、硫) 在无机化合物中很常见。

四面体T 1按下图所示方式相连可形成一系列“超四面体”（T 2、T 3···）：11-1上图中T 1、T 2和T 3的化学式分别为AX 4、A 4X 10和A 10X 20，推出超四面体T 4的化学式。

11-2 分别指出超四面体T 3、T 4中各有几种环境不同的X 原子，每种X 原子各连接几个A原子？在上述两种超四面体中每种X 原子的数目各是多少？11-3若分别以T 1、T 2、T 3、T 4为结构单元共顶点相连（顶点X 原子只连接两个A 原子），形成无限三维结构，分别写出所得三维骨架的化学式。

11-4 欲使上述T 3超四面体连接所得三维骨架的化学式所带电荷分别为+4、0和 4，A 选Zn 2+、In 3+或Ge 4+，X 取S 2-，给出带三种不同电荷的骨架的化学式（各给出一种，结构单元中的离子数成简单整数比）。

第12题 (9分)由烷基镁热分解制得镁的氢化物。

实验测定，该氢化物中氢的质量分数为7.6%，氢的密度为0.101 g cm 3，镁和氢的核间距为194.8 pm 。

已知氢原子的共价半径为37pm ，Mg 2+ 的离子半径为72 pm 。

12-1 写出该氢化物中氢的存在形式，并简述理由。

12-2 将上述氢化物与金属镍在一定条件下用球磨机研磨，可制得化学式为Mg 2NiH 4的化合物。

X-射线衍射分析表明，该化合物的立方晶胞的面心和顶点均被镍原子占据，所有镁原子的配位数都相等。

推断镁原子在Mg 2NiH 4晶胞中的位置(写出推理过程)。

12-3 实验测定，上述Mg 2NiH 4晶体的晶胞参数为646.5 pm ，计算该晶体中镁和镍的核间距。

已知镁和镍的原子半径分别为159.9 pm 和124.6 pm 。

12-4 若以材料中氢的密度与液态氢密度之比定义储氢材料的储氢能力，计算Mg 2NiH 4的储氢能力（假定氢可全部放出；液氢的密度为0.0708 g cm 3）。

T 1 T 3T 213-1 文献中常用下图表达方解石的晶体结构：图中的平行六面体是不是方解石的一个晶胞？简述理由。

13-2 文献中常用下图表达六方晶体氟磷灰石的晶体结构：该图是c轴投影图，位于图中心的球是氟，大球是钙，四面体是磷酸根（氧原子未画出）。

试以此图为基础用粗线画出氟磷灰石晶胞的c轴投影图，设晶胞顶角为氟原子，其他原子可不补全。

13-3某晶体的晶胞参数为：a = 250.4 pm, c = 666.1 pm，γ = 120o；原子A的原子坐标为0，0，1/2和1/3，2/3，0，原子B的原子坐标为1/3，2/3，1/2和0，0，0。

(1)试画出该晶体的晶胞透视图（设晶胞底面即ab面垂直于纸面，A原子用“○”表示，B原子用“●”表示）。

(2) 计算上述晶体中A和B两原子间的最小核间距d(AB)。