2001年全国高中学生化学竞赛决赛理论试题.pdf

4 2 化学教育2 0 0 1 年第2 期2 o o1 年全国高中学生化学竞赛( 决赛)理论试题( 湖南省化学化工学会命题组)第l 题绿矾( 化学式F e S o 7 H 。o ) 是硫酸法生产钛白粉的主要副产物，每生产1 吨钛白粉，副产4 5 5 o 吨绿矾，目前全国每年约副产7 5 万吨，除极少量被用于制备新产品外，绝大部分作为废料弃去，对环境造成污染。因此开发综合利用绿矾的工艺，是一项很有意义的工作。某研究者提出如下图所示的绿色工艺流程。H 2oH2o其中B 是氯化物，c 是不含氯的优质钾肥，D 是一种氮肥，E 是红色颜料；A 、B 、c 、D 均是盐类，E 和F 是常见的化合物。该工艺实现了原料中各主要成分的利用率均达9 4 以上，可望达到综合利用工业废弃物和防治环境污染的双重目的。】一l写出A 、B 、c 、D 、E 、F 的化学式；l 一2 写出反应( 1 ) 、( 2 ) 、( 3 ) 的化学方程式；1 3 指出反应( 3 ) 需要加入D F A ( 一种有机溶剂) 的理由；1 4 判断D F A 是否溶于水。第2 题N o 是大气的污染物之一。它催化o s 分解，破坏大气臭氧层；在空气中易被氧化为N o z ，氮的氧化物参与产生光化学烟雾。空气中N o 最高允许含量不超过5m g L 。为此，人们一直在努力寻找高效催化剂，将N o 分解为N z 和o z 。2 一J用热力学理论判断N o 在常温常压下能否自发分解( 已知N 2 、N o 和0 2 的解离焓分别为9 4 1 7 、6 3 1 8 和4 9 3 7k J m 0 1 ) 。2 2 有研究者用载负c u 的z s M 5 分子筛作催化剂，对N o 的催化分解获得了良好效果。实验发现，高温下，当氧分压很小时，c u z S M 一5 催化剂对N o 的催化分解为一级反应。考察催化剂活性常用如下图所示的固定床反应装置。反应气体( N o ) 由惰性载气( H e ) 带入催化剂床层，发生催化反应。某试验混合气中N o 的体积分数为4 o ，混合气流速为4 o l oc m 3 m i n ( 已换算成标准状况) ，6 7 3K 和7 2 3K 时，反应2 0 秒后，测得平均每个活性中心上N o 分解的分子数分别为1 9 l 和5 0 3 。试求N o 在该催化剂上分解反应的活化能。2 3 在上述条件下，设催化剂表面活性中心( c u + ) 含量1 0 1O “m o l ，试计算N o 在7 2 3K 时分解反应的转化率。N O 催化剂2 4 研究者对N o 在该催化剂上的分解反应提出如下反应机理：N o + Mj N o M2 N o M N 2 + 2 0 M 1 2 万方数据2 0 0 1 年第2 期化学教育4 3 2 0 M ；三上0 2 + 2 M( 快) 3 七一3M 表示催化剂活性中心，N o 为弱吸附，N o M 浓度可忽略。试根据上述机理和M 的物料平衡，推导反应的速率方程。并解释当o ：分压很低时，总反应表现出一级反应动力学特征。第3 题生物体内重要氧化还原酶大都是金属有机化合物，其中的金属离子不止一种价态，是酶的催化活性中心。研究这些酶的目的在于阐述金属酶参与的氧化过程及其电子传递机理，进而实现这些酶的化学模拟。据最近的文献报道，以( c y s P ) z c u ( o z c c H z c o z H ) ( 式中c y 一为环已基的缩写) 与正丁酸铜( ) 在某惰性有机溶剂中，氩气氛下反应1 小时，然后真空除去溶剂，得到淡紫色的沉淀物。该沉淀被重新溶解，真空干燥，如此反复4 次，最后在c H z c l z 中重结晶，得到配合物A 的纯品，产率7 2 。元素分析：A 含c ( 6 1 9 0 ) 、H ( 9 2 5 ) 、P ( 8 1 6 ) ，不含氯。红外谱图显示，A 中一c o z 一基团u 一。一( c H ：c l 。中) 有3 个吸收峰：1 6 2 8 ，1 5 7 6 ，1 4 1 3c m ，表明羧基既有单氧参与配位，又有双氧同时参与配位；核磁共振谱还表明A 含有c y 、一c H ：一，不含一c H s 基团，c y 的结合状态与反应前相同。单晶x 一射线衍射数据表明有2 种化学环境的c u ，且A 分子呈中心对称。( 已知相对原子质量c ：1 2 O ，H ：1 0 1 ，N ：1 4 o ，c u ：6 3 5 ，P ：3 1 o ，o ：1 6 0 ) 。3 一l 写出配合物A 的化学式；3 2 写出配合物A 的生成反应方程式；3 3 淡紫色沉淀物被重新溶解，真空干燥，如此反复操作多次的目的是除去何种物质?3 4 画出配合物A 的结构式；3 5文献报道，如用( P h 3 P ) 2 c u ( o z c c H ：c o z H ) ( 式中P h 一为苯基) 代替( c y 3 P ) 2 c u ( o ：c c H z c 0 2 H ) ，可发生同样反应，得到与A 类似的配合物B 。但B 的红外谱图( c H 。c l ：中) u c o 。只有2 个特征吸收峰：1 6 3 3 和1 3 4 4c m ，表明它只有单氧参与配位。画出配合物B 的结构式。第4 题固体电解质是具有与强电解质水溶液的导电性相当的一类无机固体。这类固体通过其中的离子迁移进行电荷传递，因此又称为固体离子导体。固体电解质取代液体电解质，可以做成全固态电池及其他传感器、探测器等，在电化学、分析化学等领域的应用日益广泛。碘化银有a 、B 、和Y 等多种晶型。在水溶液中A g 十与I 一沉淀形成的是Y A g I 和阻A g I 的混合物，升温至1 3 6 全变为阻A g l ，至14 6 C 变为a A g I 。即A g I 是一种固体电解质，导电率为1 3 1Q _ 1 c m _ 1 ( 注：强电解质水溶液的导电率为1 0 _ 3 1Q “c m 一1 ) 。y oy 一ay 一ay 一手a4 1Y A g I 和阻A g l 晶体的导电性极差。其中Y _ A g I 晶体属立方晶系，其晶胞截面图如上所示。图中实心圆和空心圆分别表示A g + 和I 一，a 为晶胞边长。试指出Y A g I 晶体的点阵型式和A g + 、I 一各自的配位数( 已知通常I 一的半径为2 2 0p m ，A g + 的半径为1 0 0 1 5 0p m ) 。4 2 “一A g I 晶体中，I 一离子取体心立方堆积，A g + 填充在其空隙中。试指出* A g I 晶体的晶胞中，八面体空隙、四面体空隙各有多少?4 3 为何通常A g + 离子半径有一个变化范围?4 4实验发现，o A g I 晶体中能够迁移的全是A g + ，试分析A g + 能够发生迁移的可能原因。4 5用一价正离子( M ) 部分取代“一A g I 晶体中的A g + 离子，得通式为M A g x l l + 。的化合物。如R b A g l s 晶体，室温导电率达o 2 7Q “c m 。其中迁移的物种仍全是A g + 。利用R b A g 。l s 晶体，可以制成电化学气敏传感器，下图是一种测定o z 含量的气体传感器示意图。被分析的D z 可以通过聚四氟乙烯薄膜，由电池电动势变化可以得知o z 的含量。( 1 ) 写出传感器中发生的化学反应和电极反应。( 2 ) 为什么由电池电动势的变化可以得知o z 的含量?烯膜电极0 1 1 0j - |0lL占 万方数据4 4 化学教育2 0 0 1 年第2 期第5 题由银( 7 4 ) 、铅( 2 5 ) 、锑( 1 ) 等制成的合金是一种优良的电镀新材料。对其中的银的分析，可采用络合滴定法，具体分析步骤概括如下：I1 、试样- 沉淀( A ) 一溶液( B ) 一溶液( c ) 一溶液( D )其中( I ) 加入H N o 。( 1 ：1 ) ，煮沸，再加入H c l ( 1 ：9 ) ，煮沸，过滤，依次用H c l ( 1 ：9 ) 和水洗涤沉淀；( ) 加入浓氨水，过滤，用5 氨水洗涤沉淀；( ) 加入氨水一氯化铵缓冲溶液( p H 一1 0 ) ，再加入一定量的镍氰化钾固体；( f v ) 加入紫脲酸铵指示剂( 简记为I n ) ，用乙二胺四乙酸二钠( 简写为N a z H z Y ) 标准溶液滴定至近终点时，加入氨水l om L ( 为了使其终点明显) ，继续滴定至溶液颜色由黄色变为紫红色为终点。已知有关数据如下配合物 A g Y 3 N i Y 2 一 A g ( c N ) 2 一 N i ( c N ) | 2 一 A g ( N H 3 ) 2 + N j ( N H 3 ) 6 2 +l g 厍稳7 3 21 8 6 22 1 13 1 37 0 58 7 4酸H 4 YH 3 Y H 2 Y 2 一H Y 3 一l g K 。一2 O一2 6 76 161 0 2 65 1写出A 和D 中A g 存在形体的化学式。5 2 写出第步骤的主反应方程式和第1 步骤滴定终点时的反应方程式。5 3 试样加H N o 。溶解后，为什么要煮沸? 加入H c l ( 1 ：9 ) 后为什么还要煮沸?5 4假定溶液c 中A g ( I ) 的总浓度为o o l om o l L ，游离N Hs 浓度为2m 0 1 L ，要求滴定误差控制在o 2 以内，试计算溶液c 中N i ( ) 总浓度至少为若干?第6 题癌症又称恶性肿瘤，治疗癌症的传统方法是采用放疗和化疗，但这些方法对病情缓解率很低。近年来，利用“生物导弹”治疗癌症已取得成功。“生物导弹”( 又称靶向药物，如图) 就是利用对某些组织细胞具有特殊亲合力的分子作载体，将药物定向输送到病变部位，达到既攻克病魔，又减少毒副作用的目的。具有卟吩环的化合物对某些组织细胞具有特殊亲合力，可作为导向载体使用。某研究小组通过对卟吩环结构的修饰，设计合成了可用作导向载体的前体AA 的合成路线如下：6 16 26 36 4HAC H 2 0 HHo H( C H 3 C o ) 2 0n D 一葡萄糖写出( B ) 、( c ) 和( D ) 的结构式；RAC Ho o A c( B ) ! ! ! 里。( c )o A cCHoHN( D )兰。AC H 2 C 1 2阻D 一葡萄糖结构中的5 个羟基哪个最活泼? 用R 、s 法标记该糖中c ，和c s 的构型；D 一半乳糖与D 一葡萄糖相比，只有c 一构型不同。写出u D 一半乳糖的哈武斯结构式；A 在碱性条件下水解后才能作为导向载体，试分析其原因。 万方数据2 0 0 1 年第2 期化学教育4 5 2 0 0 1 年全国高中学生化学竞赛( 决赛) 实验试题( 湖南省化学化工学会命题组)富血铁的制备及含量测定l 实验内容富马酸亚铁，商品名富血铁，含铁量高( 3 3 ) ，较难被氧化为三价铁，在胃内铁不直接游离，血清铁值很快上升，对胃粘膜刺激较小，是一种治疗缺铁性贫血的安全有效的铁制剂。1 1中间产品反丁烯二酸的制备：顺丁烯二酸酐溶于水，以硫脲为催化剂，加热制得反丁烯二酸( 又称富马酸) 。1 2 产品富马酸亚铁的制备：以反丁烯二酸为原料，在适当的p H 条件下与F e s o 反应得富马酸亚铁。1 3 硫酸铈( ) 铵标准溶液的标定。1 4 产品的分析：用硫酸铈( ) 法测定。1 5 完成实验报告。2 主要仪器、试剂及材料2 1 主要仪器数显搅拌恒温电热套1 台三口瓶1 0 0m L1 个量筒1 0 0m L1 个1 0m L1 个锥形瓶2 5 0m L3 个塑料洗瓶1 个玻棒刮匙2 支1 个可调电炉球形冷凝管烧杯4 0 0m L2 5 0m L1 0 0m L5 0m L搪瓷盘表面皿1 个布氏漏斗和抽滤瓶1 支铁架台3 个酸式滴定管5 0m L1 个称量瓶2 个滴定管夹1 个洗耳球1 个角匙3 片培养皿 章e e e 越 薯 e 誓e e 誓e 亭e e e e e 誓皇j | e e j | e e e e e e 善e e e e 萱e e 誊业第7 题立体结构上特殊拥挤的2 ，3 ，4 ，5 ，6 一五苯基苯甲醛是合成新型红色荧光材料的重要中间体，该中间体的合成难度较P hP h大。文献报道了类似化合物的合成。( A ) + 眦H _ ：H C o o Hi c ) 专詈P h 之参c 一P hP hoo1 10O H化合物( A ) 可由下列反应制取：P h c c P h + ( E ) 一( A )某研究者根据相关文献资料，从易得的肉桂醛( F ) 出发，设计合成了2 ，3 ，4 ，5 ，6 一五苯基苯甲醛，反应路线如下：P hP h孙一C H H q H o +Fo以上各式中p _ T s o H 、D M s o 和T c Q 分别表示对甲基苯磺酸、二甲亚砜和四氯苯醌。7 1写出A 的分子式；7 2写出上述反应中A 、c 、E 、G 、H 、I 、J 的结构式；7 3 写出化合物A 和E 的名称；7 4 指出合成c 和合成A 的反应类型；7 5由F 合成G 的目的是什么? p T s o H 起什么作用? 为什么不能用干燥氯化氢代替p T s o H ?( 注：该题推导A 的结构式的提示装在密封的信封中，如打开信封，或不随试卷一同上交未开启的信封，则要扣除4 分，但2 4 问得分不够4 分时，不倒扣分。)( 参考答案见下期)套个支个个个个个ln l1l爻 l啬 f 蒜吼l 吗 万方数据2001年全国高中学生化学竞赛(决赛)理论试题2001年全国高中学生化学竞赛(决赛)理论试题作者：湖南省化学化工学会命题组作者单位：刊名：化学教育英文刊名：CHEMICAL EDUCATION年，卷(期)：2001，22(2)被引用次数：0次 本文链接：http:/