2001-2010年十年化学赛题重组卷答案13元素化学dds区元素

2001-2010年十年化学赛题重组卷13
元素化学（d 、ds 区元素）
【初赛要求】
1、离子方程式的正确书写。

2、卤素、氧、硫、氮、磷、碳、硅、锡、铅、硼、铝。

碱土金属、碱金属、稀有气体。

钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、银、金、锌、汞、钼、钨。

过渡元素氧化态。

氧化物和氢氧化物的酸碱性和两性。

常见难溶盐。

氢化物的基本分类和主要性质。

常见无机酸碱的形态和基本性质。

水溶液中的常见离子的颜色、化学性质、定性检出（不使用特殊试剂）和分离。

制备单质的一般方法。

【决赛要求】
元素化学描述性知识达到国际竞赛大纲三级水平。

2002年第1题（5分）阅读如下信息后回答问题：元素M ，其地壳丰度居第12位，是第3种蕴藏最丰富的过渡元素，是海底多金属结核的主要成分，是黑色金属，主要用途：炼钢，也大量用来制作干电池，还是动植物必需的微量元素。

1．M 的元素符号是Mn （1分）。

2．M 的最重要矿物的化学式是MnO 2（1分）。

3．M 的三种常见化合物是MnO 2、MnSO 4和KMnO 4。

（3分）注：必须答MnO 2和KMnO 4，而Mn(II)盐也可答硝酸锰等。

1999年第4题（12分）
市场上出现过一种一氧化碳检测器，其外观像一张塑料信用卡，正中有一个直径不到2cm 的小窗口，露出橙红色固态物质。

若发现橙红色转为黑色而在短时间内不复原，表明室内一氧
化碳浓度超标，有中毒危险。

一氧化碳不超标时，橙红色虽也会变黑却能很快复原。

已知检测器的化学成分：亲水性的硅胶、氯化钙、固体酸H 8[Si(Mo 2O 7)6]·28H 2O 、CuCl 2·2H 2O 和PdCl 2·2H 2O （注：橙红色为复合色，不必细究）。

1．CO 与PdCl 2·2H 2O 的反应方程式为：CO ＋PdCl 2·2H 2O ＝CO 2＋Pd ＋2HCl ＋H 2O （4分）。

化学方程式写PdCl 2不写PdCl 2·2H 2O 同时也配平，给2分。

2．题1的产物之一与CuCl 2·2H 2O 反应而复原，化学方程式为：Pd ＋2CuCl 2·2H 2O ＝PdCl 2·2H 2O ＋2CuCl ＋2H 2O （4分）。

写Pd ＋CuCl 2·2H 2O ＝PdCl 2·2H 2O ＋Cu 给2分
3．题2的产物之一复原的反应方程式为：4CuCl ＋4HCl ＋6H 2O ＋O 2＝4CuCl 2·2H 2O （4分）。

2004年 第9题（6分）
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：
H 2O 2＋Cl －＋H ＋
＝H 2O ＋HOCl （1分）
2．在上面的无机反应中，被氧化的元素是氯；被还原的元素是氧（共1分）。

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。

H 2C ＝CH 2＋HOCl ＝HOH 2C —CH 2Cl （举其他含C ＝C 双键的有机物也可）（2分）
4．试分析图中钒的氧化态有没有发生变化，简述理由。

没有变化。

理由：（1）过氧化氢把过氧团转移到钒原子上形成钒与过氧团配合的配 合物并没有改变钒的氧化态，所以从三角双锥到四方锥体钒的氧化态并没有发生变化；（2） 其后添加的水和氢离子都不是氧化剂或还原剂，因此，过氧团变成次氯酸的反应也没有 涉及钒的氧化态的变化，结论：在整个循环过程中钒的氧化态不变。

（2分）
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 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
2001年第7题（10分）
某不活泼金属X在氯气中燃烧的产物Y溶于盐酸得黄色溶液，蒸发结晶，得到黄色晶体Z，其中X的质量分数为50％。

在500mL浓度为0.10mol/L的Y水溶液中投入锌片，反应结束时固体的质量比反应前增加4.95g。

X是Au（2分）；Y是AuCl3（2分）；Z是HAuCl4·3H2O（2分）。

推理过程如下：
要点1：X为不活泼金属,设为一种重金属, 但熟悉的金属或者其氯化物与锌的置换反应得到的产物的质量太小,或者其水溶液颜色不合题意, 均不合适, 经诸如此类的排他法假设X为金，由此Y=AuCl3，则置换反应的计算结果为：2AuCl3＋3Zn＝3ZnCl2＋2Au
反应得到Au的质量＝0.100mol/L×0.500L×197g/mol＝9.85g
反应消耗Zn的质量＝0.100mol/L×0.500L×65.39g/mol×3/2＝4.90g
反应后得到的固体质量增重：9.85g－4.90g＝4.95g (2分)
要点2：由AuCl3溶于盐酸得到的黄色晶体中Au的含量占50%, 而AuCl3中Au的含量达65%, 可见Z不是AuCl3, 假设为配合物HAuCl4, 含Au 58%, 仍大于50%, 故假设它是水合物, 则可求得：HAuCl4·3H2O的摩尔质量为393.8 其中Au的含量为197/394＝50%。

(2分) 其他推理过程，只要合理，也得满分。

2006年第4题（7分）
已探明我国锰矿储量占世界第三位，但富矿仅占6.4%，每年尚需进口大量锰矿石。

有人设计了把我国的菱锰矿（贫矿）转化为高品位“菱锰矿砂”的绿色工艺。

该工艺首先将矿砂与硫酸铵一起焙烧，较佳条件是：投料比m[(NH4)2SO4]/m[MnCO3]＝1.5；焙烧温度450o C；焙烧时间1.5 小时。

4-1 写出焙烧反应方程式：
(NH4)2SO4＋MnCO3＝MnSO4＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O↑（１分）
4-2 其次，将焙烧产物转化为高品位的“菱锰矿砂”，写出反应方程式：
MnSO4＋2NH3＋CO2＋H2O＝(NH4)2SO4＋MnCO3↓（2分）
4-3 若焙烧温度过高或时间过长，将导致什么结果？
MnSO4，MnCO3分解生成高价锰的氧化物而导致锰浸出率下降。

（2分）
4-4 从物料平衡角度看，生产过程中是否需要添加(NH4)2SO4？说明理由。

不需加。

开始投料时(NH4)2SO4（132g﹒mol-1）过量（MnCO3,115 g﹒mol-1）,反应生
成的NH3、CO2以及(NH4)2SO4可循环利用。

（2分）
2010年第5题( 11分)
把红热的玻棒插入橙红色固体A中，A受热后喷射出灰绿色粉末B和无色无味气体C。

镁在C中加热生成灰色固体D。

B在过量的NaOH溶液中加热溶解，得到绿色溶液E。

将适量H2O2加入E中，加热，得到黄色溶液F。

F酸化后变为橙色溶液G。

向G中加入Pb(NO3)2溶液，得到黄色沉淀H。

5-1 写出A、B、C、D、E、F、G和H的化学式。

A(NH4)2Cr2O7B Cr2O3C N2D Mg3N2
E NaCr(OH)4
F Na2CrO4
G Na2Cr2O7
H PbCrO4
每个化学式0.5分 E 写NaCrO2也得满分。

（4分）
5-2 写出由E转变为F，F转变为G，G转变为H的离子方程式。

E转变为F()-2
2242
4
2Cr OH+3H O2OH2CrO+8H O
--
+=
F转变为G2-+2
4272
2CrO2H Cr O H O
-
+=+
G转变为H2+2-+
2724
2Pb+Cr O+H O2PbCrO+2H
=↓
每个方程式1分。

E转变为F，写CrO2-配平，也得满分。

（3分）
5-3 A中的金属元素M可以形成M O2和Zn M2O4, 它们均为磁性材料，广泛用于制作磁带和磁盘。

分别写出M O2和Zn M2O4中M的价电子组态。

3d2，3d3 （1分）
5-4A中的金属元素M可以形成不同形式的羰基化合物或者羰基阴离子，按照18电子规则画出Na2[M2(CO)10]的阴离子结构，指出M的氧化态。

Cr Cr
CO
OC
OC
OC CO
CO
OC CO
OC CO
2-
Cr的氧化态-1 结构式2分，氧化态1分（3分）1997年第3题（19分）
用黄铜矿炼铜按反应物和生成物可将总反应可以写成：
CuFeS2＋SiO2＋O2Cu＋FeSiO3＋SO2
事实上冶炼反应是分步进行的。

①黄铜矿在氧气作用下生成硫化亚铜和硫化亚铁；②硫化亚铁在氧气作用下生成氧化亚铁，并与二氧化硅反应生成矿渣；③硫化亚铜与氧气反应生成氧化亚铜；④硫化亚铜与氧化亚铜反应生成铜。

1．写出上述各个分步反应（①，②，③，④）的化学方程式。

2CuFeS2＋O2＝Cu2S＋2FeS＋SO2 （1分）（写S、SO3不写SO2不得分）
FeS＋O2＝FeO＋SO2 （1分）（写S、SO3不写SO2不得分）
FeO＋SiO2＝FeSiO3 （1分）（写其他产物不得分）
2Cu2S＋3O2＝2Cu2O＋2SO2 （1分）（写S、SO3不写SO2不得分）
Cu2S＋2Cu2O＝6Cu＋SO2（1分）（写S、SO3不写SO2不得分）
2．给出总反应方程式的系数。

2CuFeS2＋2SiO2＋5O2＝2Cu＋2FeSiO3＋4SO2 （2分）
3．据最新报道，有一种叫Thibacillus ferroxidans的细菌在氧气存在下可以将黄铜矿氧化成硫酸盐。

反应是在酸性溶液中发生的。

试写出配平的化学方程式。

4CuFeS2＋2H2SO4＋17O2＝4CuSO4＋2Fe2(SO4)3＋2H2O（4分）
（注：不写硫酸铁而写硫酸亚铁给一半分）
4．最近我国学者发现，以精CuFeS2矿为原料在沸腾炉中和O2 (空气)反应, 生成物冷却后经溶解、除铁、结晶，得到CuSO4·5H2O，成本降低了许多。

实验结果如下：
沸腾炉温度/℃560 580 600 620 640 660
生成物水溶性Cu/% ** ** ** ** ** ** 酸溶性Cu/% ** ** ** ** ** ** 酸溶性Fe/% ** ** ** ** ** **
回答如下问题：
（1）CuFeS2和O2主要反应的方程式为
4CuFeS2＋17O2＝4CuSO4＋2Fe2O3＋8SO2 （4分）
（2）实际生产过程的沸腾炉温度为600～620℃。

控制反应温度的方法是
控制加入CuFeS2的速度，因CuFeS2与O2反应放热。

（2分）
（3）温度高于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）的反应产物不写氧化铁写氧化亚铁或四氧化三铁也可以给一半分。

虽然实际反应产物是氧化铁, 但对中学生，做出正确判断根据可能不足。

）
北京2009第8题（12分）
已知在K2CrO4的溶液中存在着如下的平衡：
2CrO42–+ 2H+ ⇌Cr2O72–+ H2O，平衡常数K=1014
（1）浅黄色难溶化合物BaCrO4和过量的硫酸作用后，能产生白色沉淀，则有关的离子方程式为：
2 BaCrO4 + 2 H+ + 2 SO42－= 2 BaSO4↓ + Cr2O72－+ H2O
（2）向K2Cr2O7溶液中加入Pb(NO3)2并充分搅拌后，溶液的pH明显降低，其原因是：Cr2O72－和Pb2+、H2O反应，生成难溶物PbCrO4，同时放出H+
（3）用0.05mol K2Cr2O7配制成1 L K2CrO4溶液，其中Cr2O72－的浓度小于10－5mol/L。

则配制时除K2Cr2O7、H2O外还用到的试剂是：KOH，溶液的pH应：大于8.5 (填大于、等于或小于多少)。

（4）在碱性(c OH－= 1 mol/L)介质中铬和过氧化氢分别有如下的元素电势图：
--
--
---
-
2
442
22
0.120.8 1.4
CrO Cr(OH)Cr(OH)Cr
0.0650.87
O HO OH
指出把H2O2写成HO2－的原因。

若向KCr(SO4)2溶液中，加过量的NaOH和过量的H2O2，写出HO2－参与反应的离子方程式为：
H2O2显弱酸性，在强碱介质中以HO2－为主要存在型体
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年第三题（共9分）
一种硫酸铜(II)溶液含CuSO4质量百分数15.00%，其密度为1.169 g/mL，取25.00 mL该溶液，往其中加入过量浓氨水，生成一种深蓝色溶液。

冷却该溶液析出深蓝色沉淀，过滤、干燥后得到6.127 g深蓝色固体。

取0.195 g该固体产物，用0.1036 mol/L的HCl标准溶液测定其中NH3含量，共消耗30.63 mL HCl溶液。

取0.150 g 该固体用0.0250 mol/L 的EDTA 溶液滴定测定其中铜（II）含量，耗用EDTA溶液24.43 mL，将0.200 g该固体在 110℃温度下加热脱水得到0.185 g 的无水产物。

（1）计算在原始CuSO4溶液中Cu2+的物质的量浓度，25.00 mL该溶液中含Cu2+的物质的量；
（a）
mL
g
1
169
.1
×
L
mL
1
1000
×
100
15
×
g
mol
62
.
159
1
= 1.0985 mol/L (Cu2+) （1.5分）
（b ） 1.0985 mol/L ×
1000
00
.25L = 0.0275 mol （1.5分）
（2）计算所制得的深蓝色化合物中，NH 3, Cu 2+, H 2O, SO -
24的质量百分含量；
NH 3 : 27.7%; Cu : 25.9%; H 2O : 7.5%; SO 4: 100− (27.7+25.9 +7.5) =38.92% （4分）
（3）依据（2）中计算结果，确定化合物的化学式。

Cu(NH 3)4SO 4•H 2O （2分）
北京2007年第二题（共8分）
向含有Fe 2＋
的溶液中加入NaOH 溶液后生成蓝绿色沉淀，该沉淀在空气中放置一段时间后变成棕色，过滤后，用盐酸溶解棕色沉淀得黄色溶液。

用离子方程式解释下列各实验现象：
（1） 向该黄色溶液中加入几滴KSCN 溶液则溶液立即变红；
Fe 3＋ ＋ 3SCN －
＝ Fe (SCN) 3
（方程式中SCN －
系数3－6均可，只要配平合理即可。

要看出明显颜色系数需3以上。

）
（2） 往该红色溶液中通入SO 2则红色消失；
2Fe (SCN) 3 ＋ SO 2 ＋ 2H 2O ＝ 2Fe 2＋ ＋ SO 42－ ＋ 4H ＋ ＋ 6SCN －
（方程式中只要能显示出Fe 被还原，S 被氧化，硫酸根写成H 2SO 4也可得分。

）
（3） 向此溶液中再滴入KMnO 4溶液，则KMnO 4紫色褪去；
MnO 4－ ＋ 5Fe 2＋ ＋ 8H ＋ ＝ Mn 2＋ ＋ 5Fe 3＋
＋ 4H 2O
（4） 最后加入黄血盐（K 4 [Fe(CN)6]）溶液时,生成蓝色沉淀。

Fe 3＋ ＋ [Fe(CN) 6] 4－ ＋ K ＋
＝ KFe [Fe(CN)6]↓
2011年第9题（ 8分）
NiO 晶体为NaCl 型结构，将它在氧气中加热，部分Ni 将氧化为Ni 3+,成为Ni x O(x <1)。

今有一批Ni x O ，测得密度 ρ 为6.47g·cm -3,用波长λ=154pm 的X 射线测得立方晶胞衍射指标为111的衍射角α=18.71°。

（Ni 的原子量为58.70） （1） 计算Ni x O 的立方晶胞参数a
2d 111sin α = λ；d 111 = 154/2sin18.71°= 240pm (1分)
a = d 111(h 2 + k 2 + l 2) ˉ1/2 = 416pm （1分） （2） 计算x 值，并标明Ni 的氧化数的化学式
M (Ni x O) = ρ N 0V /4 = 70.00， M (Ni x ) = M (Ni x O) – M o = 54.00，
x = M (Ni x )/M (Ni) = 0.92 （1分）
设NiO 为u ，Ni 2O 3为v ，建立方程组有 uM (NiO) + vM (Ni 2O 3) = M (Ni x O) = 70.00
u + v = x = 0.92 （1分） 求解得：u = 0.76， v = 0.16 （1分） Ni 的带氧化数的化学式：Ni 2+0.76Ni 3+0.16O
（3） N i 晶体中，O 2-的堆积方式怎样？Ni 在堆积中占据那种空隙？占有率多少？
A 1; 八面体空隙; 92/100 （2分）。