第23届全国高中学生化学竞赛理论试题-掌门1对1

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化学教育

２０１０年第４期

第２３届全国高中学生化学竞赛理论试题

２０１０年１月１６日

杭州

第１题用传统的工艺方法从矿物中提取锰和锌存在能耗高、三废排放量大和工艺流程长等缺点。２００９年报道，采用１：１硫酸溶液同槽浸出锰结核矿［质量分数Ｗ（Ｍｎ０２）＝０．２０１和锌精矿［质量分数Ｗ

（ＺｎＳ）一ｏ．７０］的工艺方法提取锰和锌获得成功，对资源综合利用、节能减排和清洁生产都有重要的实际意义。已知Ｅｅ（Ｆｅ３＋／Ｆｅ２＋）一Ｏ．７７Ｖ，Ｅｏ（Ｆｅ２＋／

Ｆｅ）＝一０．４４Ｖ，Ｅ９（Ｍｎ０２／Ｍｎ２＋）一１．２３

Ｖ，矿

（Ｓ／ＺｎＳ）一０．２６５

Ｖ。

１—１锰结核矿和锌精矿单独酸浸结果很不理想。请通过热力学计算，说明锰结核矿和锌精矿同

槽酸浸时发生化学反应的可行性。

１—２模拟实验发现，二氧化锰和硫化锌同槽酸浸时反应速率很慢，若在酸溶液中加入少量的铁屑则能明显使反应速率加快。写出铁进入溶液后分别与二氧化锰和硫化锌发生化学反应的离子方程式，并简述反应速率加快的原因。

１—３研究发现，２种矿物同槽酸浸４小时后，锰和锌的浸出率只有～８０％，为了提高浸出率，在实际工艺中，须将过滤后的滤渣用四氯乙烷处理后再做二次酸浸，请简要说明四氯乙烷的作用。

１—４锌精矿中常有部分铅共生，同槽酸浸工艺回收铅的方法之一是在浸渣中加入足量的食盐水使铅溶出，写出溶出铅的化学方程式。第２题

我国的稀土资源约占世界总量的８０％，居世界

第一位。稀土元素的化学性质极其相似，分离十分

困难，仅从１７９４年发现钇到１９４５年从铀裂变产物

中得到钷就花了１５０年。稀土萃取化学的研究为大

规模分离和提纯稀土元素带来了新飞跃。２００８年国家最高科学技术奖授予化学家徐光宪，以表彰他在创立稀土“串级萃取理论”及其工艺方面的杰出贡献，该项成就使我国高纯稀土产品成本下降３／４，单一高纯稀土产品占世界产量的９０％以上。

２—１

目前在稀土分离工业中广泛应用国产萃

取剂Ｐ－５０７，它的化学名称为（２一乙基己基）膦酸（２一乙基己基）酯，画出其化学结构简式，写出萃取三价

稀土离子的化学反应方程式（萃取剂用ＨＡ表示，

稀土离子用ＲＥ３＋表示）。

２—２设萃取反应平衡常数为Ｋ。；，ＨＡ的解

离常数为Ｋ。，配合物在水相中的稳定常数为风，配

合物和萃取剂在有机相和水相间的分配常数分别为Ｄｍ和Ｐ。，试推导用诸常数表达Ｋ。。的关系式。

２—３

图２．１是用酸性磷酸酯萃取镨离子

（Ｐｒ３＋）得到的配合物结构的一部分。

（ａ）

∞

ＯＰｔ

ＯＰ（ＯＩ！）２

ｏＯ

图２．１

（１）２图的Ｒ不同，若Ｒ为ＣＨ。和Ｃ２Ｈ５，写出（ａ）和（ｂ）的化学式。

（２）若烷酯基上碳链增大，萃合物将取（ａ）结构还是（（ｂ）结构？请简述理由。

（３）在稀土分离工业中，一般应保持萃取剂与稀

土的比例在６：１以上以避免乳化现象，为什么？

２—４石油工业的副产品环烷酸是工业上分离稀土的另一重要萃取剂，其通式为ＲＣＯＯＨ（Ｒ为环烷基）。

（１）图２．２示出环己基乙酸煤油溶液萃取分离

镧（Ｌａ）和钇（Ｙ）的选择性关系。图中阻Ｙ为分离系

Ⅳ

圈２．２

２０１０年第４期化学教育

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数，即镧的萃取分配比和钇的萃取分配比的比值，Ｎ为平衡水相中镧和钇的物质的量之比。请回答，当Ｎ值增大或减小时何种元素容易被萃取（注：分配比Ｄ＝ｃ（ｏ）／ｃ（聊，ｃ为被萃取物总浓度）

（２）高纯氧化钇是彩色电视和三基色荧光灯的红色荧光粉基质材料，过去用两步萃取技术获得，后徐光宪等用环烷酸体系经一步萃取分离就可获得９９．９９％的高纯氧化钇，创立了国际领先水平的新工艺。该工艺需在煤油中添加１５％＂－－－２０％（体积分

实验对该化合物进行分析，以确定其组成。

［实验１］准确称取０．９２９１

１００

ｇ

Ａ于三颈瓶中，加入ｍｏｌ／ＬＨＣｌ标准

Ｎａ０Ｈ

ｍＬ蒸馏水和１５０ｍＬ２０％ＮａＯＨ溶液，加热煮

ｍＬ０．１０００

沸，生成的氨气用５０．００

溶液吸收。加入酸碱指示剂，用０．１０００ｍｏｌ／Ｌ

标准溶液滴定剩余的ＨＣｌ标准溶液，终点时消耗

１９．８８ｍＬ

ＮａＯＨ标准溶液。

ｇ

［实验２］准确称取０．３０９７

入４０ｍＬ

５０

１．５

Ａ于锥形瓶中，加

ｍｏｌ／ＬＨ２Ｓ０４，微热使之溶解。加入

ｇ

数）的混合醇，如正庚醇和正癸醇，请简要说明混合醇对改善萃取剂结构性能和萃取作业所起的作用。

第３题

钒在生物医学、机械、催化等领域具有广泛的应用。多钒酸盐阴离子具有生物活性。溶液中五价钒的存在形体与溶液酸度和浓度有关，在弱酸性溶液中易形成多钒酸根阴离子，如十钒酸根Ｖ，。０２ｆ、

ＨＶ，ｏ

ｍＬ蒸馏水和１ＮａＨＳ０３，搅拌５分钟，使反应

完全，五价钒被还原成四价。加热煮沸１５分钟，然后用０．０２００５ｍｏｌ／ＬＫＭｎ０４标准溶液滴定，终点时消耗２５．１０ｍＬＫＭｎ０４标准溶液。

３—１图３．１为滴定曲线图，请回答哪一个图为实验１的滴定曲线；请根据此滴定曲线选择一种最佳酸碱指示剂，并简述做出选择的理由。有关指示剂的变色范围如下：

甲基橙（ｐＨ３．１－－－４．４），溴甲酚绿（ｐＨ３．８～５．４），酚酞（ｐＨ８．０－－－１０．０）。

０ｌｆ和Ｈ２Ｖ，。ｑｆ等。将ＮＨ。Ｖ０３溶于弱酸

性介质中，加入乙醇可以得到橙色的十钒酸铵晶体（ＮＨ４）：Ｈ６一：Ｖ１００２８ ｎＨ２０（用Ａ表示）。元素分析结果表明，Ａ中氢的质量分数为３．１３％。用下述

渣定百分数（％）

滴定百分数（％）

（ａ）（ｂ）田３．１

（ｃ）

３—２在实验２中，加ＮａＨＳ０３还原Ｖｌ。０２Ｆ，铁磁性共存于同一晶体中的成功范例。

反应完全后需要加热煮沸１５分钟。煮沸的目的是

什么？写出ＫＭｎ０４滴定反应的离子方程式。

３—３

ｒ０１

根据实验结果，计算试样Ａ中Ｍ讨（和

Ｖ１。０留的质量分数，确定Ａ的化学式Ｑ和九取整数）。第４题

（兰为Ｌｏ√

磁性材料广泛应用于航空航天高科技领域及电视、电脑、手机等日常生活用品。据报道，苯并［１８］

冠－６（以Ｘ表示，图４．１）与铯离子可形成一种夹心

型的超分子阳离子，它与镍的配合物［Ｎｉ（ｄｍｉｔ）ｚ］一（以Ｙ表示，图４．２）结合后可形成复合物并产生独

特的晶体结构，具有优越的磁学性能，是铁磁性和反

ｓ≤页×页≥ｓ

化学教育２０１０年第４期

图４．３是Ｘ、Ｙ与Ｃｓ＋形成的复合物的晶体结构。在此晶体结构图中，ａ）为沿ｂ轴看晶胞，ｂ）为

沿ｎ轴看晶胞，ｃ）为在ｃ＝０的面上镍配合物的二维排列，ｄ）为镍配合物的７ｒ二聚体链。

４—１给出该晶体晶胞的组成，并写出该晶体结构基元的化学式（苯并［１８］冠－６用Ｘ表示，镍配

合物用Ｙ表示） …… 此处隐藏：3391字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……