2006年第二届“我爱奥赛杯”高中化学竞赛试题.pdf

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1、2006 年第一届“我爱奥赛杯”高中化学竞赛试题（考试时间：（考试时间：20062006 年年 5 5 月月 6 6 日日 9 9：0000 - - 1212：0000）题号题号1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010 1111总分总分满分满分4 49 98 88 88 8 1111 8 8 1010 1212 1010 1212 100100得分得分评卷人评卷人竞赛时间竞赛时间 3 3 小时。迟到超过小时。迟到超过 3030 分钟者不能进考场。开始考试后分钟者不能进考场。开始考试后 1 1 小时内不得离场。时小时内不得离场。时间到，把试卷间到，把试卷( (背面朝上背面朝

2、上) )放在桌面上，立即起立撤离考场。放在桌面上，立即起立撤离考场。姓名、考号和所属学校必须写在首页左侧指定位置，写在其他地方者按废卷论。姓名、考号和所属学校必须写在首页左侧指定位置，写在其他地方者按废卷论。请将答案写在指定的位置。请将答案写在指定的位置。允许使用非编程计算器以及直尺等文具。允许使用非编程计算器以及直尺等文具。 1.008Zr NbMo Tc RuRhPdAgCdInSnSbTe I Hf TaW Re OsIrPt AuHgTl PbBiPoAtAc-LrHLiBeBCNOFNaMgAlSiPClSKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrRbCsFrS

3、rBaRaYLa Lu-6.9419.01222.99 24.3139.1040.0885.47 87.62132.9137.3223 22644.96 47.8850.94 52.00 54.94 55.85 58.9363.5558.6965.3910.8126.9869.7212.0128.0972.61114.8204.4118.7207.2112.4200.6107.9197.0106.4195.1102.9192.2101.1190.298.91186.295.94183.992.91180.991.22178.588.9114.01 16.0019.0030.9774.92121

4、.8209.032.0778.96127.6210210210126.979.9035.454.00320.1839.9583.80131.3222HeNeArKrXeRnRfDbSgBhHsMt第第 1 1 题（题（4 4 分）分）1-1 23992U 经过连续衰变直到20782Pb,期间经过 次 衰变， 次 衰变。1-2 现已知的一千多种放射性同位素中，绝大部分是人工产生的。如就是用中子轰击 而得到的人造元素，写出该核反应式。第第 2 2 题（题（9 9 分）分）等电子原理通常是指原子数和价层电子数都相同的化合物，可能具有相似的结构。例如：CO32-、SO3、NO3-都有 24 个价电子，

5、都为平面三角形结构，都有 3 个 键和 1 个46键。试根等电子原理、VSEPR 理论和八电子隅规则讨论以下化合物或离子的结构。2-1 SCl3+和 PCl3是等电子体， SCl3+空间构型是 ，S 以 杂化轨道与 Cl 形成共价键。SCl3+中 SCl 键键长 (填、或) PCl3中 PCl 键键长，原因是什么？2-2 2-2-1 化合物 A 的分子中原子的连接顺序为 NSF，A 与 为等电子体，结构式为 （要体现分子的几何构型） 。A 可以结合一个 F_ _成为阴离子 B，B 与 为等电子体；A 还可以失去一个 F_ _成为阳离子 C，C 的结构式为 ；2-2-2 A、B、C 中具有最短的

6、 S-N 键的是 。第第 3 3 题（题（8 8 分）分）化学物质的制备方法种类繁多，千差万别，下面涉及到几种物质的制备。请回答提出的问题：3-1 原子序数小于 10 的几种元素组成的两种气态化合物分子式均为 AB3形式，将他们在常温下通入真空瓶中，生成一种白色粉末，除此之外没有其他生成物，试推断生成该白色化合物的反应方程式。3-2 为了得到铬()的乙二胺(en)配合物，的一位网友在 CrCl3的水溶液中边搅拌边加入乙二胺，结果得到一种灰蓝色的沉淀，沉淀中并无乙二胺配体。试用方程式解释实验现象，并提出实验的改进方法。3-3 某些羰基化合物也可以由氧化物与 CO 反应制得，与铁为同一族的锇的四氧

7、化物与 CO制备得到锇的羰基化合物，写出反应方程式。第第 4 4 题（题（8 8 分）分）磁性材料在人们的日常生活中有着重要的应用，对磁性材料的研究也是日渐深入。回答下列问题。4-1 磁致冷材料是用于磁致冷系统的具有磁热效应的物质，用它可制成磁冰箱。磁致冷首先是给材料加磁场，使磁矩按磁场方向整齐排列，如 A 状态所示；然后再撤去磁场使磁矩的方向变得杂乱，如 B 状态所示，通过这个过程达到致冷的目的。请从热力学的角度解释上述过程。4-2 磁光盘机(Magnetic Optical Disk Drive,MO)：这是一种可重写的光盘驱动器，它使用磁光盘片作存储媒体。磁光存储是一种采用激光和磁场共同

8、作用的存储技术，磁光存储的研究是 Williams 等在 1957 年使 MnBi 薄膜磁化并用光读取之后开始的。下图是 MnBi 的晶体结构，属于六方晶系，晶胞参数为a=b=427pm，c=615pm4-2-1 Mn 原子在 Bi 原子所形成的_空隙中，Mn 原子的配位数为 。 4-2-2 试估算 MnBi 晶体的密度。4-2-3 从原子结构上简要解释 MnBi 适合做磁光材料的原因。 第第 5 5 题（共题（共 8 8 分）分）胰岛素是一种信号激素，它在动物体内对脂肪和碳水化合物的代谢起重要作用。近年来科学家发现金属钒化合物有很好的体外胰岛素活性。通过选择适当的配体与钒化合物形成的钒配合物

9、，可以有效降低有机毒性，延长药物作用时间。某钒的配合物A具有VO（N2O2）配位结构形式，所有的氮、氧原子都为配位原子。且配合物中只检测到一种V-N 键，两种V-O键。经检测配合物A中含钒元素15.3%,氢元素4.20%,该配合物可由钒的乙酰丙酮盐三乙酰丙酮合钒（III）在配体salen的甲醇溶液中搅拌制得。配体salen可由配比为2:1的水杨醛（邻羟基苯甲醛）和乙二胺合成。回答下列问题：5-1 写出合成配体salen的化学方程式。5-2 推测配合物A的化学式。5-3 画出配合物A的结构, 指出配合物A中钒氧化态。第第 6 6 题（题（1111 分）分）6-1 水解：水解反应可以看成是“正”

10、“负”结合的复分解反应。如 AB 型化合物的水解是发生在 A+、B-、H+、OH-四种微粒之间的“正” 、 “负”结合，即 AB+H2O=AOH+HB。如果水解产物不稳定则产物可能继续发生歧化反应。完成下列水解反应。BC13 + H2O-ICl + H2O-6-2 溶剂解：H2O 是常用的含质子的溶剂和含羟基的溶剂。其它含质子的溶剂有 NH3（液） 、C2H5OH 等，含有羟基的试剂有 CH3COOH、O2NOH 等，它们也可发生类似于水解的溶剂解反应。6-2-1 写出下列含质子溶剂的氨解或醇解反应。6-2-2 写出下列含羟基溶剂的酸解反应。6-2-3 溶剂解是在“纯”溶剂中的反应，如液氨、冰

11、醋酸等。如果在溶剂的水溶液（如氨水）中发生反应，则一般发生水解反应，而不是溶剂解反应，原因是什么？6-3 BaTiO3是一种压电材料，以往是用 TiO2和 BaCO3磨成细粉， （半径约 10-6m） ，混匀，在 1800反应 24h，只在细粉表面形成极薄的一层 BaTiO3。目前的方法：使TiC14、BaC12进行醇解，醇解产物可以在分子级水平上混匀，而后进行水解、过滤、加热干燥得质量极高的压电材料。 写出新法制 BaTiO3材料的化学方程式。OHHCOPNHOPOHHCBCl5210436452332BClNOHOCOOHCHPOC331第第 7 7 题（题（8 8 分）分）二氯二氨合铂有

12、两种几何异构体，一种是顺式，一种是反式，简称顺铂和反铂。顺铂是一种常用的抗癌药，而反铂没有抗癌作用。7-1 鉴别顺铂和反铂可以采用什么方法？7-2 若用 1，2-二氨基环丁烯二酮代替两个 NH3与铂配位，则生成的产物 （填有或无）顺反异构体？写出产物的结构式。7-3 若把 1，2-二氨基环丁烯二酮上的 C=C 双键加氢后，再代替两个 NH3与铂配位，写出生成物与产物的结构式。第第 8 8 题（题（1010 分）分）化合物 A 能发生如下列框图的转化关系（A-J 均含相同元素），化合物 A 是一种黑色固体，不溶于水、稀醋酸及稀 NaOH 溶液中，而易溶于热 HCl 溶液中，红色沉淀 H 不溶于稀

13、酸或稀碱中，但可溶于热 HNO3中。判断框图中 AJ 各物质中该元素的主要存在形式的化学式。 热盐酸热 HNO3锌粉加 KCN水稀释黑色固体 A蓝色沉淀 J蓝色溶液 F绿色溶液 B土黄色溶液 C白色沉淀 D无色溶液 ENaOH 溶液溶于 氨水蓝色溶液 I红色沉淀 H无色溶液 G煮沸铜丝过滤 强热在空 气中第第 9 9 题（题（1212 分）分）瑞典皇家科学院把 2005 年度诺贝尔化学奖授予三位有机化学家法国科学家伊夫肖万（Yves Chauvin）和美国科学家理查德施罗克（Richard R.Schroch）、罗伯特格拉布（Robert H.Grubbs），以表彰他们在烯烃复分解反应研究方面

14、做出的贡献。（一）烯烃复分解反应是由金属烯烃配合物（也称金属卡宾）催化的不饱和碳碳双键或三键之间的碳架重排反应。金属卡宾是指一类含有金属钼、钌等的有机物，其结构可示意为R-M=CH2(R 表示有机基团、M 表示金属原子)或M=CH2，烯烃复分解反应的主要类型有：9-1 请在上图方框中写出生成物的结构。（二）烯烃复分解反应的伊夫肖万机理如右图：（以关环复分解为例）9-2 请用文字简单描述该反应机理： 9-3 若把 C6H5CH=CHCH3与催化剂M=CH2在一定条件下混合反应，则可能生成的新化合物有什么？（三）Grubbs 催化剂，具有非常广泛的官能团实用性，且稳定、易制备。反应产物的产率高，催

15、化剂的用量少。它可催化关(成)环复分解反应，它的结构如下：9-4 写出上述 Grubbs 催化剂的分子式。9-5 完成下列化学方程式。第第 10 题（题（10 分）分）氮芥类药物是目前临床应用的一类重要抗肿瘤药物，近几年，国际上每年都有大量文献报道新型氮芥类衍生物的合成。以下是两种新型氮芥衍生物（6）和（7）的合成路线，请在在框内填入适当的结构简式。 R R NNRuPCy3Ph Cl Cl Grubbs 催化剂 R：2,4,6-三甲苯基 Cy：环已基+注：N,N-二环己基碳二亚胺(DCC)是于 1955 年开发出来的第一个碳二亚胺型缩合剂，至今DCC 仍是多肽合成中最常用的缩合剂之一。第第

16、1111 题（题（1212 分）分）近年来锂离子二次电池由于其优异的性能备受关注，与传统的锂电池相比具有能量密度高，电压高，循环性能好等优点，现在已经广泛的用于数码产品中。锂离子电池负极一般用改性石墨等碳材，目前的发展比较成熟。而正极材料的开发已经成为制约锂离子电池性能进一步提高、价格进一步降低的重要因素，正极材料一般都是锂的氧化物,如 LiCoO2，LiNiO2和钒的氧化物等。11-1 下图是锂离子二次电池工作原理示意图，请说明其工作原理（100 字以内）。(mol 比1：1)11-2 某一种正极材料具有 LixMnyOz的化学式，在该材料的晶胞中，O 离子的堆积方式与NaCl 晶胞中 Cl

17、 离子堆积方式相同，Li 离子占据 1/8 的 O 离子形成的四面体空隙，Mn 离子占据 1/2 的 O 离子形成的八面体空隙。试求 x,y,z 的值。11-3 电容量（单位：mAh/g）是衡量电池性能的一个重要指标，试计算正极材料物质LiCoO2的理论电容量。11-4 如何衡量正极材料的好坏？请至少从 3 个方面进行分析。20062006 年第一届年第一届“我爱奥赛杯我爱奥赛杯”高中化学竞赛高中化学竞赛参考答案及评分细则参考答案及评分细则第第 1 1 题（共题（共 4 4 分）分）1-1 8，6，（各 1 分） 1-2 （2 分）第第 2 2 题题 ( (共共 9 9 分，每空分，每空 1

18、1 分分) )2-1 三角锥、sp3 、 、 S 有较大核电荷，处于较高氧化态 。2-22-2-1 O3或 SO2 SN SOCl2 ( 或 SO32- 、 NO3- 等) :NS:+2-2-2 C第第 3 3 题（共题（共 8 8 分）分）3-1 BF3+NH3=F3B NH3 （2 分） （或写成 BF3+NF3=F3B NF3也给分）3-2 乙二胺水溶液为碱性，铬()易发生水解 Cr(H2O)63+ + 3en = Cr(OH)3+ 3enH+ + 3H2O 或反应物写成 Cr3+,生成物为 enH22+亦给分（2 分）改进方法：用 CrCl3的无水盐，以乙醚（其他合理有机溶剂亦可）为溶

19、剂，加入乙二胺搅拌（2 分）3-3 OsO4 +9CO=Os(CO)5 + 4CO2 （2 分）第第 4 4 题（共题（共 8 8 分）分）4-1 磁致冷首先是给材料加磁场，使磁矩按磁场方向整齐排列，磁熵变小；然后再撤去磁场，使磁矩的方向变得杂乱，磁熵变大，这时材料从周围吸收热量，通过热交换使周围环境的温度降低，达到致冷的目的。或 B 至 A，S0，TS0，吸热，反之放热。(2 分)4-24-2-1 八面体，6 （各 1 分）4-2-2 a2sin60ocNa=2 M(MnBi) =9.04g/cm3 （2 分）4-2-3 Mn 和 Bi 都有较多的未成对电子，表现为顺磁性，外加磁场时可以被磁

20、化（提到未成对电子较多即可） (2 分)第第 5 5 题（共题（共 8 8 分）分） 5-1（2分）5-2V原子为一个，式量为 50.9/0.153=333，F-OH-CHO+ H2NCH2CH2NH22+ 2H2O含H量求出H原子数: 333/0.0420=14,N为2个，O为3个，求出C 16个，所以分子式为：C16H14N2O3V（3分）5-3 配合物A的结构（2分） 钒氧化态+4 （1分）第第 6 6 题题( (共共 1111 分，各分，各 1 1 分分) )6-1 BCl3+3H2O=B(OH)3+3HCl5ICl+5H2O=5HCl+HIO3+2I2+2H2O6-26-2-1)()

21、(2)(26)()(2)(263)(3522252521042222364352523HOCOHPOHOCOHPOOHHCOPNHOHPNHOHPNHOPHClHOCBOHHCBCl6-2-2 3323233BOHClNOBClNOHO. 133134333COCCHPOHCOOHCHPOC6-2-3 氨水电离生成 OH-，且大部分氨分子被水缔合包围，无法发生氨解作用。所以水解倾向强于氨解或酸解，6-3 TiCl4+4C2H5OH=Ti(OC2H5)4+4HClBaCl2+2 C2H5OH =Ba(OC2H5)2+2HClTi(OC2H5)4+Ba(OC2H5)2+3H2O= BaTiO3+6

22、C2H5OH第第 7 7 题（共题（共 8 8 分）分）7-1 测量偶极矩（1 分） 7-2 无，(只有顺式配合物) （1 分） （2 分）7-3 （4 分，各 2 分）第第 8 8 题（共题（共 1010 分，各分，各 1 1 分）分）A：CuO; B：CuCl4 42-2-; C：CuCl3 32-2- 或 CuCl2 2- -; D：CuCl; E：Cu(NH3)2 2+ +;F：Cu(NH3)4 42+2+; G：Cu(CN)2 2- -; H：Cu; I：Cu(H2O)6 62+2+; J：Cu(OH)2(产物写成 HPO(NH2)2和水也对)（离子写成对应的酸和盐的形式，得 0.5

23、 分）第第 9 9 题（共题（共 1212 分）分）9-1（各 1 分）9-2 一个双键首先与金属卡宾发生环加成反应生成金属杂环丁烷中间体，然后开环还原消除形成新的金属卡宾，继而与另一双键发生环加成和开环消除反应。(2 分)9-3CH2=CHCH3 C6H5CH=CH2 CH2=CH2 C6H5CH=M CH3CH=M（共 3 分：错一个扣 0.5 分，漏一个扣 0.5 分，直至该小题 0 分）9-4 C46H64RuPN2Cl2 (1 分)9-5（共 4 分，每个方程式 2 分）第第 1010 题（共题（共 1010 分，各分，各 2 2 分）分） +CH3 H C=CH CH3 CH3 C

24、H3 C=C H HC6H5CH H C=CH CHC6H5C6H5CH CH C6H5C=C H H(mol 比1：1)第第 1111 题（共题（共 1212 分）分）11-1 充电时Li+从正极化合物中脱出并嵌入负极晶格,正极处于贫锂态;放电时Li + 从负极脱出并插入正极,正极为富锂态。为保持电荷的平衡,充、放电过程中应有相同数量的电子经外电路传递,与Li + 一起在正负极间迁移,使正负极发生氧化还原反应,保持一定的电位。（3 分）11-2 O 原子为面心立方结构，每个晶胞共有 8 个四面体空隙，4 个八面体空隙x=1, y=2, z=4, （3 分）11-3 1molLiCoO2 Li

25、 离子完全脱嵌时转移的电量为 96500C（法拉第常数） 由单位知 mAh/g 指每克电极材料理论上放出的电量：mAh=110-3A3600s=3.6CLiMnO2的理论电容量=96500C/M(LiCoO2)/3.6C=273.89mAh/g （3 分）11-4 （1）正极材料应有较高的氧化还原电位，从而使电池有较高的输出电压；（2）锂离子能够在正极材料中大量的可逆地嵌入和脱嵌，以使电池有高的容量；（3）在锂离子嵌入/脱嵌过程中，正极材料的结构应尽可能不发生变化或小发生变化，以保证电池良好的循环性能；（4）正极的氧化还原电位在锂离子的嵌入/脱嵌过程中变化应尽可能小，使电池的电压不会发生显著变化，以保证电池平稳地充电和放电；（5）正极材料应有较高的电导率，能使电池大电流地充电和放电；（6）正极不与电解质等发生化学反应；（7）锂离子在电极材料中应有较大的扩散系数，便于电池快速充电和放电；（8）价格便宜，对环境无污染。（3 分，写对一条得 1 分）