2023年全国高中学生化学竞赛理论试题.doc

第25届高中学生化学竞赛理论试题12月3日 长春·竞赛时间4小时，迟到超过30分钟者不能进考场。开始考试后30分钟内不得离场。时间到，把试卷和答卷装入信封，放在桌面上，听到指令后方可离开考场。·试卷已装订成册，不得拆散。所有解答必要写在答卷上指定方框内，写在试卷上无效。·用黑色墨水笔或黑色圆珠笔答题，不得携带任何其她纸张进入考场。若需要草稿纸，可举手向监考教师索取。·将营号写在试卷首页和每页答卷指定位置，否则无效。·允许使用非编程计算器以及直尺等文具。不得携带铅笔盒、通讯工具入场。H1.008相对原子质量He4.003Li6.941Be9.012B10.81C12.01N14.01O16.00F19.00Ne20.18Na22.99Mg24.31Al26.98Si28.09P30.97S32.07Cl35.45Ar39.95K39.10Ca40.08Sc44.96Ti47.88V50.94Cr52.00Mn54.94Fe55.85Co58.93Ni58.69Cu63.55Zn65.39Ga69.72Ge72.61As74.92Se78.96Br79.90Kr83.80Rb85.47Sr87.62Y88.91Zr91.22Nb92.91Mo95.94Tc98Ru101.1Rh102.9Pd106.4Ag107.9Cd112.4In114.8Sn118.7Sb121.8Te127.6I126.9Xe131.3Cs132.9Ba137.3LaLuHf178.5Ta180.9W183.8Re186.2Os190.2Ir192.2Pt195.1Au197.0Hg200.6Tl204.4Pb207.2Bi209.0Po210At210Rn222第1题（13分） 同族金属A，B，C具有优良导热、导电性能，若以I表达电离能，I1最低是B，（I1+ I2）最低是A，（I1+ I2+ I3）最低是C。1-1 同族元素D，E，F（均为非放射性副族元素）基态原子价层电子组态符协议一种通式，在元素周期表中，位置在A、B、C所在族之前，请给出D、E、F元素符号及价层电子组态通式。1-2 元素A存在于动物血蓝蛋白中，人对A元素代谢紊乱可导致Wilson病。（1）A2硫酸盐在碱性溶液中加入缩二脲HN(CONH2)2会得到特性紫色物质，该物质为-2价配位阴离子，具有对称中心和不通过A二重旋转轴，无金属金属键，请画出该阴离子构造（A必要写元素符号，下同）。（2）通过A2与过量丁二酮肟形成二聚配合物，实现了A2平面正方形配位向A2四方锥形配位转化，请画出该配合物构造（丁二酮肟用表达）。1-3 用B原则溶液滴定KCl和KSCN中性溶液，得到电位滴定曲线，其拐点依次位于M、N、P处。（1）请分别写出在M、N、P处达成滴定终点离子反映方程式。（2）在N处物质是无支链聚合物，请至少画出三个单元表达其构造。1-4 元素C单质与单一无机酸不起作用，但可溶于王水。C与O2和F2作用制得化合物X，在X中C质量分数为57.43%，X构造与1962年N.Barlett开创性工作产物极为相似，通过推演给出X化学式。第2题（12分） 化合物A为非放射性主族元素M与氧化合物，将13.712gA与过量热稀硝酸充足反映后，得到不溶物B和溶液C，将B洗净后与过量草酸混合，加入过量稀硫酸并充足反映，生成气体所有通入过量熟石灰溶液中，得到4.004g不溶物质。控制温度，M单质与氧反映，生成具有较强氧化性D，D含氧10.38%。2-1 通过计算给出D化学式。2-2 通过计算给出A化学式。2-3 给出B在硫酸溶液中与草酸反映离子方程式。2-4 图2示出M一种氧化物晶体构造，写出该氧化物化学式，简述推理过程。 (a) (b) (c)图2 M一种氧化物晶体构造第3题（10分） 一容积可变反映器，如图3所示，通过活塞维持其内部压力由于恒外压相等。图3 容积可变反映器示意图在恒温、有催化剂条件下，反映器内进行如下反映N2(g)+3H2(g)2NH3(g)3-1 若平衡时，反映器容积为1.0L，各物质浓度如下：物质N2H2NH3c/(mol·l-1) 0.110.140.75 现向平衡体系中注入4.0mol N2。试计算反映平衡常数Kc和反映商Qc，并由此判断反映将向什么方向进行。3-2 若平衡时，反映器容积为V，各物质浓度分别为c(N2)，c(H2)和c(NH3)，现向平衡体系中注入体积为xVN2（同温同压）。设此条件下1mol气体体积为V0，试推导出Qc表达式，并判断反映方向。第4题（13分）4-1 硅酸根基本构造单元是硅氧四周体（SiO4），可以用三角形表达硅氧四周体平面投影图形，三角形顶点代表一种O原子，中心是Si和一种顶角O重叠。若干硅氧四周体可以连接成层型构造，如图4-1(a)所示，两个硅氧四周体共用一种氧原子，又可以将其简朴地表达为图4-1(b)。 每一种层型构造可以用交于一点n元环及环数目来描述，例如图4-1(b)可以描述为63。 图4-1(c)至(h)给出在沸石分子筛中经常用到二维三连接层构造，图4-1(c)和图4-1(d)可分别描述为4.82和(4.6.8)(6.82)。试将对图4-1(e)至(h)描述分别写答卷上。图4-1 几种层型硅酸根构造图示办法4-2 分子筛骨架中存在某些特性笼型构造，见图4-2.笼型构造是依照构成它们多面体各种n元环进行描述。例如图4-2(a)所示笼可以描述为45.52；而图4-2(b)笼可以描述为46.62.63。 试将对图4-2(c)至图4-2(h)描述写在答卷上。图4-2 分子筛骨架中存在某些特性笼型构造4-3 分子筛骨架中笼型构造可以采用下述办法画出：将最上一层放在平面图最内圈，下一层放在次内圈，依此类推，直到最底层放在平面图最外圈。图中各原子之间连接关系、各种环及其位置固然要与笼型构造中保持一致。例如图4-3(a)所示笼，可以表达为图4-3(a)。 图4-3(b)至图4-3(d)构造不完整地图示在图4-3(b)至图4-3(d)，即只给出了构造最上层和最下层图示，试在答卷上画出完整平面图。图4-3 几种笼型构造及图示（或不完整图示）第5题（14分） 高温条件下反映机理研究始终是化学反映动力学基本课题，1956年诺贝尔化学奖获得者在该领域做出过杰出奉献。科研工作者研究了1000K下丙酮热分解反映并提出了如下反映历程： CH3COCH3CH3·+CH3CO· (1) Ea(1)=351KJ·mol-1 CH3CO·CH3·+CO (2) Ea(2)=42KJ·mol-1 CH3·+CH3COCH3CH4+CH3COCH2· (3) Ea(3)=63KJ·mol-1 CH3COCH2·CH3·+CH2CO (4) Ea(1)=200KJ·mol-1 CH3·+CH3COCH2·C2H5COCH3 (5) Ea(5)=21KJ·mol-15-1 上述历程是依照两个平行反映而提出，请写出反映方程式。5-2 实验测得1000K下热分解反映对丙酮为一级反映，试推出反映速率方程。 提醒：消耗丙酮重要基元环节是反映(3)；可忽视各基元反映指前因子影响。5-3 依照5-2推出速率方程，计算表观活化能。5-4 分解产物中CH4可以和水蒸气反映制备H2： CH4(g)+H2O(g)3H2(g)+CO(g) 试依照下表数据计算该反映在298K时 和平衡常数 ，并指出平衡常数随温度变化趋势。有关物质热力学数据（298K）物质 / KJ·mol-1 /J·mol-1·K-1CH4(g)-74.4186.3H2O(g)-241.8188.8H2(g)0130.7CO(g)-110.5197.7H2O(l)-285.869.9第6题（8分） 甲酸和乙酸都是重要化工原料。移取20.00ml甲酸和乙酸混合溶液，以0.1000mol·l-1NaOH原则溶液滴定至终点，消耗25.00ml。另取20.00ml上述混合溶液，加入50.00ml0.02500mol·l-1KMnO4强碱性溶液，反映完全后，调节至酸性，加入40.00ml0.02000mol·l-1Fe2原则溶液，用上述KMnO4原则溶液滴定至终点，消耗24.00ml。6-1 计算混合溶液中甲酸和乙酸总量。6-2 写出氧化还原滴定反映化学方程式。6-3 计算混合酸溶液中甲酸和乙酸浓度。第7题（18分） ，Scott等人初次完毕了C60化学全合成，该成果为此后合成更多和更丰富C60衍生物带来了也许。下面是其全合成路线（无机产物及副产物已略去）。 7-1 写出上述合成路线中a、b、c和d所相应试剂或反映条件。7-2 画出上述合成路线中中间体AI构造简式。7-3 写出中间体J对称元素。7-4 给出从中间体I 到J反映机理。第8题（12分） 近来研究表白，某种新型胍盐离子液体（GIL）对Michael加成反映有较好催化活性，进一步研究表白GIL还具有一定碱性。如下是某研究小组运用GIL为催化剂，合成多官能团化合物H路线：8-1 画出A和C构造简式。8-2 画出B、D、F和G构造简式。8-3 给出从中间体E到F反映机理。8-4 从周环反映角度看，反映中间体G转化为目的产物需通过一次 迁移，其驱动力为 。