1、第 1 页 共 98 页 1黄冈中学化学奥赛培训教程第一章 化学反应中的物质变化和能量变化第一节 氧化还原反应1、根据下列三个反应，排出氧化剂氧化性的强弱顺序：A4HClMnO 2 MnCl2Cl 22H 2O B16HCl2KMnO 4=2KCl2MnCl 25Cl 28H 2OC4HClO 2 2Cl2 2H2Oul50解析：这三个反应中还原剂都是盐酸。不同的氧化剂与同一还原剂反应时，若反应越易发生，则氧化剂的氧化性越强，反之就弱，故其氧化性顺序由强到弱：KMnO4MnO2O2。2、配平氧化还原方程式：P 4OCl 2FY=POCl3P 2Cl5解析：本题中 P4O 中的 P 元素对应有两
2、种产物，故设 P4O 的化学计量数为“1” 。用待定系数法配平的关键是选准一种物质的化学计量数为 1。令 P4OaCl 2=bPOCl3cP 2Cl5，由原子守恒得： 42,21/4,135,3/bcaba解 得代入整理得：4P 4O21Cl 2=4POCl56P 2Cl53、配平下列方程式：Fe 3C HNO3=Fe(NO3)3NO 2CO 2H 2O解析：复杂物质 Fe3C 按常规化合价分析无法确定 Fe 和 C 的具体化合价，此时可令组成该物质的各元素化合价为零价，再根据化合价升降法配平。第 2 页 共 98 页 23Fe(0)9C +4 N513升 共 升升降再用观察法，不难确定各物质
3、的化学计量数为：1、22、3、13、1、11，故为Fe3C22HNO 3=3Fe(NO3)313NO 2CO 211H 2O4、配平 NH4NO3FY=N2HNO 3H 2O解析：NH 4NO3 中 N 的平均化合价为 1 价，则元素化合价升降关系为：2N 2(10) 降 21N 15 升 41用观察法调整确定各物质的化学计量数，故：5NH4NO3=4N29H 2O2HNO 3注：若配平时不用此平均标价法，则要分析同种元素化合价升降关系。决不会出现化合价交叉现象，即不会出现 的情况。+4232NH,ON,43NHO5、问四氧化三铁中铁的氧化数为多少？解析：已知氧的氧化数为2，设铁的氧化数为x，
4、则 3x4(2)=08故所以 Fe3O4中 Fe 的氧化数为 。83注：氧化数可以为分数。6、用离子电子法配平下列方程：KMnO4FeSO 4H 2SO4FY=MnSO4Fe 2(SO4)3K 2SO4H 2O解析：写出反应的离子表达式：第 3 页 共 98 页 3Fe 2+ H+FY=Mn2+Fe 3+H 2O4MnO分别写出氧化和还原半反应：Fe 2+e Fe 3+58H +5e Mn 2+4H 2O14n根据反应过程中得失电子相等原则，配平氧化剂和还原剂系数：5Fe 2+8H +=Mn2+ 5Fe3+4H 2O4MnOH 2SO4 作介质时，化学方程式可写为：2KMnO410FeSO 4
5、8H 2SO4=K2SO42MnSO 45Fe 2(SO4)38H 2O注：离子电子法配平的关键是把氧化还原反应方程式拆为两个半反应式，再利用电子得失守恒即可消去电子，得方程式。7、计算由标准氢电极和标准镉电极组成的电池的自由能。解析： E Cd /=-0.42 6VE H+/20+2代数值较小的电极应作原电池的负极， 代数值较大的电极为正极，因此电池= =的符号可表示为：（）Cd|Cd 2+(1mol/L)/H+(1 mol/L)|H2(Pt)()0E -E -( 0.42 6)= +0.42 6VE -G=-nF296 5000.402 6=77 701.8J/mol第二节 离子反应和离子
6、方程式1、在 pH=1 的无色透明溶液中不能大量共存的离子组是（ ）AAl 3+、Ag +、Cl BMg 2+、 Cl43NHOCBa 2+、K +、 CH3COO 、Fe 3+DZn 2+、Na +、 24S第 4 页 共 98 页 4解析：A 组由于 Ag+Cl =AgCl而不能共存；C 组因生成弱电解质(H+CH 3COO =CH3COOH)而不能共存，且 Fe3+是棕黄色的，故答案为 A、C。注：解答此类题的关键是掌握离子能否共存的判断规则。2、重金属离子有毒性。实验室有甲、乙两种废液，均有一定毒性。经化验甲废液呈碱性，主要有毒离子为 Ba2+离子，如将甲、乙废液按一定比例混合，毒性明
7、显降低。乙废液中不可能含有的离子是（ ）ACu 2+和 BCu 2+和 Cl24SOCK +和 DAg +和 3NO解析：沉淀 Ba2+必须用 ，而在 A、C 两选项中均含有 ，但 C 项中 K+无毒24 24SO性，A 项中 Cu2+可与甲废液中 OH 反应生成 Cu(OH)2 沉淀，从而降低毒性。本题答案为A。注：设法使重金属离子转化为沉淀，使其毒性明显降低。若仅考虑将 Ba2+沉淀为BaSO4，即选 C。3、下列反应的离子方程式错误的是（ ）A等物质的量的 Ba(OH)2 与 NH4HSO4 在溶液中反应：Ba2+2OH =BaSO4NH 3H2O H2O+4NHSOB氢氧化铁与足量的氢
8、溴酸溶液反应：Fe(OH)33H +=Fe2+3H 2H 2OC足量的 CO2 通入饱和碳酸钠溶液中：CO2 H 2O=3O3CD向碳酸氢钠溶液中滴加少量澄清石灰水：Ca2+ 2OH =CaCO3 2H 2O32第 5 页 共 98 页 5解析：对于 A： 在水溶液中进一步电离成 H+和 ，且 Ba(OH)2 与 NH4HSO44HSO 24SO等物质的量反应，故 NH4+与 H+分别与 OH 反应，故 A 正确。对于 B，氢溴酸是强酸，Fe(OH)3 为难溶物，故也正确。对于 C，由于 NaHCO3 溶解度小于 Na2CO3，且 Na2CO3 为饱和溶液，故析出的是 NaHCO3 晶体，故
9、C 错误。对于 D，Ca(OH) 2 少量，故溶液中还有存在，若 Ca(OH)2 过量，则不能有 存在。故 D 正确。本题答案为 C。23CO 23O注：本题结合元素化合物的知识，从多个侧面考查对离子方程式正误的判断。有的同学对 D 选项产生怀疑：产物中的阴离子是 还是 OH ？仔细分析可发现，加入的石灰23C水是少量，n(OH )Q1Q3第 8 页 共 98 页 8CQ 2Q3Q1 DQ 2=Q3Q1解析：酸在水中电离成 H+和酸根是一个吸热过程，所以，酸越弱，电离热就越大；反之越小。因此，CH 3COOH 的电离热最大；按理H2SO4（第一级）与 HNO3 同是强酸，特别在水中，由于水的拉
10、平效应，使它们都显强酸性，似乎中和热应相同，实际上并不相同，HNO 3 有一个分子内氢键（如图） ，所以它比 H2SO4（第一级）酸性要弱，在电离成 时要破坏氢键而消耗能量。其NO次，H 2SO4 分子间虽然也有氢键，但在溶解过程中首先形成水合硫酸放出大量热量，破坏氢键并促使离解，所以硫酸的中和热要大于硝酸的中和热。应选 C。3、已知 273K 时，N 2(g)3H 2(g) 2NH3(g)Q (Q0)，在相同温度条件下，向一密闭=容器中通入 1 mol N2 和 3 mol H2，达到平衡时，放出能量为 Q1，向另一体积相同的密闭容器中通入 0.5mol N2 和 1.5 mol H2，达到
11、平衡时，放出能量为 Q2。则 Q1 和 Q2 应满足的关系是（ ）AQ 2 Q2Q1/2解析：热化学反应方程式中 Q 是指 1 mol N2 和 3mol H2 完全反应，生成 2 mol NH3 时放出的热量，而实际反应平衡时，并没有完全反应，即没有生成 2 mol NH3，比 2 mol NH3少，所以 QQ1。当在相同体积的密闭容器通入物质的量为一半的气体时，相应压力也降了一半，所以 NH3 的得率相应要比 1 mol N2和 3 mol H2 的低。所以放出的热量 。21Q因为合成氨反应是体积缩小的反应，总压增大有利平衡向正方向移动，相反，则逆向移动。因此，应选 A 和 B。OHON第
12、 9 页 共 98 页 9注：合成氨的反应是一个可逆反应，所以不可能完全反应。故热量不等于 Q。4、反应 在恒温下的密闭容器中进行，SO 3 的产率为 a；25VO231SO(g)+()S=而在绝热密闭的同一容器中反应，SO 3 的产率为 b，则 a 与 b 的正确关系为（ ）Aab Ba=b CaHEGJDDBIA ）确定它们的相对位置。同性相似的元素在周期表中位置相邻，其中相对原子质量相差较大的为同族相邻，相对较小的为同周期相邻。然后，按照相对原子质量小的元素其原子序数小原则排列，故上述元素在表中的相对位置为：AI BC D J G EH F4、下图表示元素 X 的前五级电离能的对数值，试
13、推测 X 可能是哪些元素？解析：本题考查对图形的分析，要注意图中纵坐标的标度是对数值，因此 X 元素的第二和第三三电离能之间有突变，说明它有两个电子容易电离，电离第三个电子需要破坏 8电子构型，所以它是 IIA 族元素。图中示出 5 个电子的电离能值，因此它不可能是 Be。因lgIE+1 2 3 4 5 第 28 页 共 98 页 28为 Be 原子总共只有 4 个电子，综合分析，X 可能是 Mg、Ca、Sr 或 Ba。所以 X 可能是Mg、Ca、Sr 或 Ba。第三节 化学键1、BF 3 的几何构型为平面正三角形，而 NF3 却是三角锥形，试用杂化轨道加以说明。解析：用 sp2 杂化轨道、s
14、p 3 杂化轨道的空间构型及等性杂化和不等性杂化轨道加以说明。在 BF3 中 B 原子以三个 sp2 杂化轨道分别与三个 P 原子的 2p 轨道形成 3 个 sp2p 键，B 原子的三个 sp2 杂化轨道是等性杂化轨道，其空间构型为平面正三角形，所以 BF3 的几何构型的为平面正三角形。而 NF3 中，N 原子形成 4 个 sp3 杂化轨道，其中有一个杂化轨道已排布两个电子（弧电子对） ，能量稍低，另外 3 个杂化轨道仅排 1 个电子，能量稍高。N 原子用这 3 个能量相等、各排布有 1 个电子的 sp3 杂化轨道分别于 3 个 F 原子的 2p 轨道形成 3 个 sp3p 键间的夹角小于 1
15、0928(实为 102.5)。因此 NF3 分子的几何构型为三角锥形。2、试分别用价键理论和分子轨道理论说明稀有气体不能形成双原子分子的理由。解析：从稀有气体原子间的电子不能配对成键和它们的键极为零分别进行说明。稀有第 29 页 共 98 页 29气体外层电子结构为 ns2np6（He 除外） ，是稳定的 8 电子构型，现以 Ne 为例加以说明。价键理论认为：氖的外层电子结构为 2s22p6 或 2s 2p，所有电子都已互相成对，当两个 Ne原子接近时，不能再相互配对（原子中无未成对电子） ，所以 Ne 不能形成 Ne2 分子。分子轨道理论认为：若能形成 Ne2 分子，则其分子轨道排布式为：K
16、K( 2s)2 *22*2*()()()(xyzyzxppp80成 键 电 子 数 -反 键 电 子 数其 键 极 =所以 Ne 不能形成双原子分子。3、NSF 是一种不稳定的化合物，它可以聚合成三聚分子 A，也可以加合一个 F 生成B，还可以失去一个 F 变成 C。（1）试写出 NSF 和产物 A、B、C 的 Lewis 结构式。（2）预期 A、B、C 中哪一个 NS 键最长？哪一个 NS 键最短？为什么？（3）假设有 NSF 的同分异构体存在SNF，请按照（1） 、 （2）内容回答问题。解析：（1）本题可采用 Lewis 结构理论，计算出 NSF 的化学键数。因应该是三条共价键，即 N=S
17、F，但它存在形式电荷：8(567)3,2sn而 N=SF 中各原子的形式电荷为零，所以只要修正 S 原子的 nr=10 即可。NS,=所以 NSF 的 Lewis 结构式为 NSF，其中，N、S、F(108)(567)4,22sn的形式电荷均为零。第 30 页 共 98 页 30NA.3NSFNSFFSSFNB C.NSF0.F0.NS+,.（2）从 A、B、C 的结构看， C 的 NS 键最短，因为 NS 之间为共价叁键，A、B结构式中 NS 之间都为共价键，但 A 中可认为有离域 键存在，所以 A 中 NS 键最长。（3）当 SNF 排列时，Lewis 结构式为 ，所以0SNFNA.3NN
18、SFFSSFNB C.SF.NS+,.N+NF从结构上看，C 中的 NS 键仍然最短，A 中 NS 键最长。4、1919 年 Langmuir 提出：“凡原子数与电子总数相等的物质，则结构相同，物理性质相近， ”称为等电子原理，相应的物质互称为电子体。(BN) n 是一种新型无机合成材料，它与某单质互称为等电子体。工业上制造(BN) n 的方法之一是用硼砂和尿素在 1 0731 273 K 时反应，得到 -(BN) n 及其他元素的氧化物。-(BN) n 可作高温润滑剂，电器材料和耐热的涂层材料等。如在高温下反应，可制得 -(BN)n， -(BN)n 硬度特高，是作超高温耐热陶瓷材料、磨料、精密刀具的优良材料。试问：（1）它与什么单质互为等电子体？
