中国化学会第20届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题.docx

中国化学会第 20 届全国高中学生化学竞赛省级赛区试题及答案和评分标准题号总分值得分评卷人2023 年 9 月 10 日 9：00 - 12：00 共 3 小时123456789101112总分45876911910 101110100l 竞赛时间 3 小时。迟到超过半小时者不能进考场。开头考试后 1 小时内不得离场。时间到，把试卷(反面朝上)放在桌面上，马上起立撤离考场。l 试卷装订成册，不得拆散。全部解答必需写在指定的方框内，不得用铅笔填写。草稿纸在最终一页。不得持有任何其他纸张。l 姓名、报名号和所属学校必需写在首页左侧指定位置，写在其他地方者按废卷论处。l 允许使用非编程计算器以及直尺等文具。H1.008相对原子质量LiBeBCNOHe4.003FNe6.9419.01210.81 12.01 14.01 16.00 19.00 20.18NaMgAlSiPSClAr22.99 24.3139.10 40.08 44.96 47.8850.94 52.00 54.94 55.85 58.93 58.69 63.55 65.39 69.72 72.61 74.92 78.96 79.90 83.80KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZn26.98 28.09 30.97 32.07 35.45 39.95KrGaGeAsSeBrRbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe85.4787.62 88.91 91.22 92.91 95.94 98.91 101.1 102.9 106.4 107.9 112.4 114.8 118.7 121.8 127.6 126.9 131.3Rn132.9137.3 La-Lu 178.5 180.9 183.9 186.2 190.2 192.2 195.1 197.0 200.6 204.4 207.2 209.0 210221100 222CsBaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtFr223 226 Ac-LrRaRfDbSgBhHsMt第 1 题4 分 2023 年 3 月有人预言，未知超重元素第126 号元素有可能与氟形成稳定的化合物。按元素周期系的规律，该元素应位于第 八 周期，它未填满电子的能级应是 5g ，在该能级上有 6 个电子，而这个能级总共可填充 18 个电子。各 1 分第 2 题 5 分 以下反响在 100oC 时能顺当进展：HHHMeHHDoCHHHH+HDMeMeHMeEtII100DMeEtHEtMeI2-1 给出两种产物的系统命名。4 分2-2 这两种产物互为以下哪一种异构体？1 分A旋光异构体B立体异构体C非对映异构体D几何异构体2-1假设不把氘视为取代基，则I：7S，3Z，5Z)-3-甲基-7-氘代-3,5-辛二烯 II：7R，3E，5Z)-3-甲基-7-氘代-3,5-辛二烯2 分或 假设把氘视为取代基，则I：2S，3Z，5Z)-2-氘代-6-甲基-3,5-辛二烯 II：2R，3Z，5E)-2-氘代-6-甲基-3,5-辛二烯2 分2-2B立体异构体1 分第 3 题 8 分下面四张图是用计算机制作的在密闭容器里，在不同条件下进展的异构化反响 XY 的进程图解。图中的“”是X，“”是 Y。ABCD3-1 图中的纵坐标表示填入物理量，下同；横坐标表示。3-2 平衡常数 K 最小的图是。3-3 平衡常数 K 最大的图是。答案：3-1X 和Y 的摩尔百分数或答：物质的量的分数或物质的量的百分数；时间，分或答：以分为单位的反响进程(2 分)3-2A(2 分)3-3B(2 分)3-4C(2 分)3-4 平衡常数 K=1 的图是。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(NH ) SO /mMnCO 1.5；焙烧温度 450oC；焙烧时间 1.5 小时。4 2434-1 写出焙烧反响方程式：(NH ) SO MnCO MnSO 2NH CO HO分4 24343224-2 其次，将焙烧产物转化为高品位的“菱锰矿砂”，写出反响方程式：MnSO 2NH CO H O (NH ) SO MnCO 2 分43224 2434-3 假设焙烧温度过高或时间过长，将导致什么结果？MnSO ，MnCO 分解生成高价锰的氧化物而导致锰浸出率下降。2 分434-4 从物料平衡角度看，生产过程中是否需要添加(NH ) SO ？说明理由。4 24不需加。开头投料时(NH ) SO 132gmol-1过量MnCO ,115 gmol-1,反响生成的NH 、CO 以及4 24332(NH4)2SO4 可循环利用。2 分第 5 题 6 分配制 KI(0.100mol·L-1) I2的水溶液，用 0.100mol·L-1 NaS O2 23标准溶液测得 c(I )4.85×10-32mol·L-1。量取 50.0mL KI-I2溶液和 50.0mL CCl4置于分液漏斗中振荡达平衡，分液后测知 CCl4相中 c(I )2.602×10-3 mol·L-1。试验温度下 CCl4从水溶液中萃取I2的安排比为 85 : 1。求水溶液中 I I¯ I¯23的平衡常数。设萃取平衡时，水溶液中 c(I )为 xc(I ,CCl )c(I ,HO)2.60x10-3 mol·L-1x8522422x2.60x10-3 mol·L-1853.06×10-5 mol·L-1(2 分)水溶液中I2平衡浓度mol·L-1:I¯ I ¯3I ：3.06×10-5； I¯ :0.1002.22×10-30.098(1 分)1 分2I¯ :(4.852.60)×10-33.06×10-52.22×10-3(1 分)3K2.22×10-3 mol·L-1(0.098 mol·L-1×3.06×10-5 mol·L-1)7.4×102 L·mol-1不写单位不扣分(1 分)第 6 题9分 潜在储氢材料化合物 A 是其次周期两种氢化物形成的路易斯酸碱对，是乙烷的等电子体，相对分子质量30.87，常温下为白色晶体，稳定而无毒。刚刚溶化的 A 缓慢释放氢气，转变为化合物B乙烯的等电子体。B 不稳定，易聚合成聚合物 C聚乙烯的等电子体。C 在155oC释放氢气转变为聚乙炔的等电子体，其中聚合度为3的化合物 D 是苯的等电子体。高于500oC时 D 释放氢气，转变为化合物 E，E 有多种晶型。6-1 写出 A、B、C、D、E 的化学式。AH B:NH 或 BNHBHB=NH 或 BNH C HB-NH 33622422nD B N H336E BN5分6-2 化合物 A 转变为 E 各步释放的氢所占的质量分数以及总共释放的氢气所占的质量分数多大？AB 2.016/30.87 = 6.531 %或0.06531)BD2.016/28.85 = 6.988 % (或0.06988DE 6.048/26.84 = 22.5 %或0.225 AE6.048/30.87 = 19.59 % (或0.1959)2分6-3 为使 A 再生，有人设计了化合物 D 在水蒸气存在下与甲烷反响，写出化学方程式。3 CH + 2(HBNH) + 6 H O = 3 CO + 6 H BNH2 分432233第 7 题 11 分 化合物 A 是近十年开头承受的锅炉水添加剂。A 的相对分子质量 90.10，可形成无色晶体， 能除去锅炉水中溶解氧，并可使锅炉壁钝化。7-1 A 是用碳酸二甲酯和一水合肼在 70oC 下合成的，收率 80%。画出 A 的构造式。OH2NNCNNH2HH注：C-N-N 角必需不是直线。2 分7-2 写出合成 A 的反响方程式。O=C(OCH ) + 2H NNH ·H O=O=C(NHNH ) + 2CH OH + 2H O1 分)3 22222 2327-3 低于 135oC 时，A 直接与溶解氧反响，生成三种产物。写出化学方程式。(N H ) CO + 2O = 2N + CO +3HO(1 分23 222227-4 高于 135oC 时，A 先发生水解，水解产物再与氧反响。写出化学方程式。(N H )CO + H O = 2N H + CON H + O = N + 2HO1 分23 22242242227-5 化合物 A 能使锅炉壁钝化是基于它能将氧化铁转化为致密的四氧化三铁。写出化学方程式。(N H ) CO + 12Fe O = 8Fe O + 2N + CO + 3HO2 分23 223342227-6 化合物 A 与很多金属离子形成八面体协作物，例如 Mn(A) 2+。构造分析证明该协作物中的 A 和游离3态的 A 相比，分子中原本等长的两个键不再等长。画出这种协作物的构造简图氢原子不需画出，讨论异构现象。NNCNNONN NCNMnONON C NN2 分有一对经式、面式异构体几何异构体(1 分它们分别有一对对映异构体手性异构体1 分画不画异构体的构造不影响得分。第 8 题 9 分 超硬材料氮化铂是近年来的一个争论热点。它是在高温、超高压条件下合成的50GPa、2023K。由于相对于铂，氮原子的电子太少，衍射强度太弱，单靠X-射线衍射试验难以确定氮化铂晶体中氮原子数和原子坐标，2023 年以来，先后提出过氮化铂的晶体构造有闪锌矿型、岩盐型NaCl和萤石型，2023 年 4 月 11 日又有人认为氮化铂的晶胞如以以以以下图所示图中的白球表示氮原子，为便于观看，该图省略了一些氮原子。构造分析证明，氮是四配位的，而铂是六配位的；PtN 键长均为 209.6pm，NN 键长均为 142.0 pm比照：N 分子的键长为 110.0pm。2备用图8-1 氮化铂的上述四种立方晶体在构造上有什么共同点？铂原子面心立方最密积存。2 分8-2 分别给出上述四种氮化铂构造的化学式。依次为PtN、PtN、PtN2、PtN22 分8-3 试在图上选择一个氮原子，不添加原子，用粗线画出所选氮原子的配位多面体。3 分8-4 请在此题的附图上添加六个氮原子添加的氮请尽可能靠前。2 分第 9 题10 分 环磷酰胺是目前临床上常用的抗肿瘤药物，国内学者近年打破常规，合成了类似化合物， 其毒性比环磷酰胺小，假设形成药，可改善病人的生活质量，其中有一个化合物的合成路线如下，请完成反 应，写出试剂或中间体的构造。CH3O2NNH2Ac2OA NBShB H2OCCaCO3H2OHCl中和 DEO2NOPN CH2CH2Cl 2ON HHNNCH 3FHClG注：NBS 即N-溴代丁二酰亚胺答案：C H N O PCl1625 54ABCCH 3O2NNHAc1 分O2NCH2Br NHAc1 分O2NCH 2OH NHAc1 分DECH 2OHOClPN CH2CH2Cl 2O2NNH 21 分Cl(二氯改为二溴也可2 分FGO2NO+PNNNOHCl-NCH33 分F·HCl1 分第 10 题 10 分 以氯苯为起始原料，用最正确方法合成 1-溴-3-氯苯(限用具有高产率的各反响，标明合成的各个步骤)。ClHNO3/H2SO4ClFe + HClClClAc2OClNO2NH2ClNHAcBr2/FeBr3OH-NaNO2/HClBrNHAcBrN2 Cl-ClH3PO2浓 HClClNH2BrBr< 5oC6 个中间物每个 1 分，共 6 分；每步的试剂 0.5 分，共 4 分用C H OH 代替H PO 得分一样2532第 11 题11 分 磷化硼是一种受到高度关注的耐磨涂料，它可用作金属的外表保护层。磷化硼可由三溴化硼和三溴化磷在氢气中高温反响合成。11-1.写出合成磷化硼的化学反响方程式。BBr3PBr33H2BP6HBr1 分11-2.分别画出三溴化硼分子和三溴化磷分子的构造。BrBBrBrPBrBrBr(画不画磷上的孤对电子不影响得分平面三角形三角锥2 分11-3 磷化硼晶体中磷原子作立方最密积存，硼原子填入四周体空隙中。画出磷化硼的正值晶胞示意图。( 注：填入另外四个四周体空隙也可，但不能一层空一层填2 分11-4 磷化硼的晶胞参数 a = 478 pm，计算晶体中硼原子和磷原子的核间距d。B-Pd13a = 13 ´ 478pm = 207pmB-P44或 d( 2 分)B-P11-5画出磷化硼正值晶胞沿着体对角线方向的投影用实线圆圈表示P 原子的投影，用虚线圆圈表示B原子的投影。( 4 分)第 12 题10 分) 有人设计了如下甲醇(methanol) 合成工艺：其中，为甲烷气源，压强 250.0kPa，温度 25oC，流速 55.0 m3s-1。为水蒸气源，压强 200.0kPa,温度 150oC， 流速 150.0 m3s-1。合成气和剩余反响物的混合物经管路进入 25oC 的冷凝器(condenser)，冷凝物由管路 流出。在B 中合成的甲醇和剩余反响物的混合物经进入 25oC 的冷凝器，甲醇冷凝后经管路流出，其密度为 0.791gmL-1。12-1. 分别写出在步骤A 和步骤B 中所发生的化学反响的方程式。CH (g)H4O(g)CO(g)3H2(g)(1 分)2CO(g)2H (g)CH OH(g)(1 分)2312-2. 假定：全部气体皆为抱负气体，在步骤A 和 B 中完全转化，气液在冷凝器中完全分别，计算经步骤A和步骤B 后，在一秒钟内剩余物的量。n(CH )(250.0×103×55.0)(8.314×298) 5.55×103(mol)4n HO(g)(200.0×103×150.0)(8.314×423) 8.53×103(mol)2经步骤A 后在中过量的HO(g)(8.53×1035.55×103) mol 2.98×103 mol(1 分)2在步骤A 中生成的CO 和H2的摩尔比为 1:3，而在步骤B 中消耗的CO 和 H2的摩尔比为 1:2，故经步骤B 后剩余的H2为 5.55×103mol(1 分)12-3. 实际上，在步骤B 中 CO 的转化率只有三分之二。计算在管路中CO、H2和 CH OH 的分压总压强3为 10.0 MPa。n n(CO)n(H )n(CH OH)T235.55×103×1/3(16.65×1035.55×103×2/3×2) 5.55×103×2/3mol 14.8×103mol(1 分)p(i) p ×n nTiTp(CO) 10.0 MPa×(5.55×103×1/3(14.8×103) 1.25 MPa(1 分)p(H) 10.0 MPa×(9.25×103(14.8×103) 6.25 MPa( 1 分)2p(CH OH) 10.0 MPa×(5.55×103×2/3(14.8×103) 2.50 MPa( 1 分)312-4. 当甲醇反响器足够大，反响到达平衡，管路中的各气体的分压听从方程p(CH )´ p2KR =(3)(0)p CO ´ p2 H2式中 p =0.100 MPa, 计算平衡常数 K 。0pK 2.50×(0.100)2(1.25×6.252) 5.12×10-4( 2 分)p本 试 题 的 答 案 将 于 2023年 9 :/ 上公布。月 12日 12:00在 网 站 :/edu.sina .cn/ccs;严峻声明；本试题的版权属中国化学会全部，不经中国化学会化学竞赛负责人授权，任何人不得翻印、不得在出版物或互联网网站上转载、贩卖、赢利，违者必究。