中国化学会第25届全国高中学生化学竞赛试题及答案.pdf

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1、中国化学会第 25 届全国高中学生化学竞赛（省级赛区）试题答案（2011 年 9 月 11 日 900 1200 共计 3 小时）题号12345678910总分满分1511891010910108100得分评卷人 竞赛时间 3 小时。迟到超过半小时者不能进考场。开始考试后 1 小时内不得离场。时间到，把试卷（背面朝上）放在桌面上，立即起立撤离考场。 试卷装订成册，不得拆散。所有解答必须写在指定的方框内，不得用铅笔填写。草稿纸在最后一页。不得持有任何其他纸张。 姓名、报名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处。 允许使用非编程计算器以及直尺等文具。 1.008Zr NbM

2、o Tc RuRhPdAgCdInSnSbTe I Hf TaW Re OsIrPt AuHgTl PbBiPoAtAc-LrHLiBeBCNOFNaMgAlSiPClSKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrRbCsFrSrBaRaYLa 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 58.9363.5558.6965.3910.8126.9869.7212.0128.0972.61114.8204.4118.7207.2

3、112.4200.6107.9197.0106.4195.1102.9192.2101.1190.298.91186.295.94183.992.91180.991.22178.588.9114.01 16.0019.0030.9774.92121.8209.032.0778.96127.6210210210126.979.9035.454.00320.1839.9583.80131.3222HeNeArKrXeRnRfDbSgBhHsMt评分通则：1凡要求计算的，没有计算过程，即使结果正确也不得分。2有效数字错误，扣 0.5 分，但每大题只扣 1 次。3单位不写或表达错误，扣 0.5 分，但

4、每大题只扣 1 次。4只要求 1 个答案、而给出多个答案，其中有错误的，不得分。5方程式不配平不得分。6不包括在此标准答案的 0.5 分的题，可由评分组讨论决定是否给分。第第 1 题题（15 分）分）1-1 2011 年是国际化学年，是居里夫人获得诺贝尔化学奖 100 周年。居里夫人发现的两种化学元素的元素符号和中文名称分别是 和 。1-2 向 TiOSO4水溶液中加入锌粒，反应后溶液变为紫色。在清夜中滴加适量的 CuCl2水溶液，产生白色沉淀。生成白色沉淀的离子方程式是 ；继续滴加 CuCl2水溶液，白色沉淀消失，其离子方程式是 。1-3 20 世纪 60 年代维也纳大学 V.Gutmann

5、 研究小组报道，三原子分子 A 可由 SF4和 NH3反应合成；A 被 AgF2氧化得到沸点为为 27的三元化合物 B。A 和 B 分子中的中心原子与同种端位原子的核间距几乎相等；B 分子有一根三种轴和 3 个镜面。画出 A 和 B 的结构式（明确示出单键和重键，不在纸面上的键用楔形键表示，非键合电子不必标出） 。1-4 画出 Al2(n-C4H9)4H2和 MgAl(CH3)42的结构简式。1-5 已知 E(FeO42/Fe3+) = 2.20 V，E(FeO42/Fe(OH)3) = 0.72 V。 写出氯气和三氯化铁反应形成高铁酸根的离子方程式。 。 写出高铁酸钾在酸性水溶液中分解的离子

6、方程式。 。 用高铁酸钾与镁等组成碱性电池，写出该电池的电极反应 。第第 2 题题（11 分）分）2-1 画出 2,4-戊二酮的钠盐与 Mn3+形成的电中性配合物的结构式（配体用表示） 。OO2-2 已知该配合物的磁矩为 4.9 玻尔磁子，配合物中 Mn 的未成对电子数为 。2-3 回答：该化合物有无手性？为什么？2-4 画出 2,4 戊二酮负离子的结构简式（必须明确其共轭部分） ，写出其中离域键的表示符号。2-5 橙黄色固体配合物 A 的名称是三氯化六氨合钴()，是将二氯化钴、浓氨水、氯化铵和过氧化氢混合，以活性炭为催化剂合成的。机理研究发现，反应过程中首先得到 Co(NH3)62+离子，随

7、后发生配体取代反应，得到以新配体为桥键的双核离子 B4+，接着发生桥键断裂，同时 2 个中心原子分别将 1 个电子传递到均裂后的新配体上，得到 2 个 C2+离子，最后 C2+离子在活性炭表面上发生配体取代反应，并与氯离子结合形成固体配合物 A。写出合成配合物 A 的总反应方程式；画出 B4+和 C2+离子的结构式。总反应方程式：B4+和 C2+离子的结构式：第第 3 题题（8 分）分）近年来，某些轻元素的含氢化合物及其复合体系作为氢源受到广泛关注。化合物 A（XYH2）和 B（XH）都是具有潜在应用价值的释氢材料。A 受热分解生成固体化合物 C 并放出刺激性气体 D，D 可使湿润的 pH 试

8、纸变蓝。A 和 B 混合可优化放氢性能。研究发现，该混合体系的放氢反应分三步进行：2A = C + D D + B = A + H2 C + B = E + H2 将 A 和 B 按 12 的摩尔（物质的量）比混合，在催化剂作用下，所含的氢全部以氢气放出，失重 10.4%。A、C、E 均能水解生成 F 和 D。G 是由 X 和 Y 组成的二元化合物，其阴离子是二氧化碳的等电子体，G 分解生成 E 和一种无色无味的气体 I。写出 A、B、C、D、E、F、G和 I 的化学式。第第 4 题题（9 分）分）固溶体 BaInxCo1-xO3-是兼具电子导电性与离子导电性的功能材料，Co 的氧化数随组成和

9、制备条件而变化，In 则保持+3 价不变。为测定化合物 BaIn0.55Co0.45O3-中Co 的氧化数，确定化合物中的氧含量，进行了如下分析：称取 0.2034 g 样品，加入足量KI 溶液和适量 HCl 溶液，与样品反应使其溶解。以淀粉为指示剂，用 0.05000 mol/L Na2S2O3标准溶液滴定，消耗 10.85 mL。4-1 写出 BaIn0.55Co0.45O3-与 KI 和 HCl 反应的离子方程式。4-2 写出滴定反应的离子方程式。4-3 计算 BaIn0.55Co0.45O3-样品中 Co 的氧化数 SCo和氧缺陷的量 （保留到小数点后两位）。第第 5 题题（10 分）

10、分）1965 年合成了催化剂 A，实现了温和条件下的烯烃加氢。5-1 A 是紫红色晶体，分子量 925.23，抗磁性。它通过 RhCl33H2O 和过量三苯膦（PPh3）的乙醇溶液回流制得。画出 A 的立体结构。5-2 A 可能的催化机理如下图所示（图中 16e 表示中心原子周围总共有 16 个电子）：画出 D 的结构式。5-3 确定图中所有配合物的中心原子的氧化态。5-4 确定 A、C、D 和 E 的中心离子的杂化轨道类型。5-5 用配合物的价键理论推测 C 和 E 显顺磁性还是抗磁性，说明理由。第第 6 题题（10 分）分）NO2和 N2O4混合气体的针管实验是高中化学的经典素材。理论估算

11、和实测发现，混合气体体积由 V 压缩为 V/2，温度由 298K 升至 311K。已知这两个温度下N2O4(g) 2NO2(g)的压力平衡常数 Kp分别为 0.141 和 0.363。6-1 通过计算回答，混合气体经上述压缩后，NO2的浓度比压缩前增加了多少倍。6-2 动力学实验证明，上述混合气体几微秒内即可达成化学平衡。压缩后的混合气体在室温下放置，颜色如何变化？为什么？第第 7 题题（9 分）分）12000 年前，地球上发生过一次大灾变，气温骤降，导致猛犸灭绝，北美Clovis 文化消亡。有一种假说认为，灾变缘起一颗碳质彗星撞击地球。2010 年几个研究小组发现，在北美和格林兰该地质年代的

12、地层中存在超乎寻常浓度的纳米六方金刚石，被认为是该假设的证据。7-1 立方金刚石的晶胞如图 7-1 所示。画出以两个黑色碳原子为中心的 CC 键及所连接的碳原子。7-2 图 7-2 上、下分别是立方金刚石和六方金刚石的碳架结构。它们的碳环构型有何不同？7-3 六方硫化锌的晶体结构如图 7-3 所示。用碳原子代替硫原子和锌原子，即为六方金刚石。请在该图内用粗线框出六方金刚石的一个晶胞，要求框线必须包含图中已有的一段粗线，且框出的晶胞体积最小。7-4 立方金刚石中周期性重复的最小单位包含 个碳原子。第第 8 题题（10 分）分）化合物 B 是以-紫罗兰酮为起始原料制备维生素 A 的中间体。H3C

13、CH3CH3OBH3C CH3CH3CH3CH3CH2OH-紫罗兰酮 维生素 A由-紫罗兰酮生成 B 的过程如下所示：H3C CH3CH3OClCHCOOCH3H CH3O-Na+-CHCOOCH3HH3C CH3CH3O-H3COCH3ClO-Cl_H3C CH3CH3CH3OCH3ONaOH O H3C CH3CH3CH3ONaOOH+H3C CH3CH3CH3OHOO-CO2H3C CH3CH3CH3OHB8-1 维生素 A 分子的不饱和度为 。8-2 芳香化合物 C 是-紫罗兰酮的同分异构体，C 经催化氢解生成芳香化合物 D，D 的1H NMR 图谱中只有一个单峰。画出 C 的结构简式

14、。8-3 画出中间体 B 的结构简式。8-4 以上由-紫罗兰酮合成中间体 B 的过程中，、步反应分别属于什么反应类型（反应类型表述须具体，例如取代反应必须指明是亲电取代、亲核取代还是自由基取代） 。第第 9 题题（10 分）分）化合物 A、B 和 C 的分子式均为 C7H8O2。它们分别在催化剂作用和一定反应条件下加足量的氢，均生成化合物 D（C7H12O2） 。D 在 NaOH 溶液中加热反应后在酸化生成 E（C6H10O2）和 F（CH4O） 。A 能发生如下转化： A + CH3MgCl M（C8H12O）N（C8H10） 生成物 N 分子中只有 3 种不同化学环境的氢，它们的数目比为

15、113。9-1 画出化合物 A、B、C、D、E、M 和 N 的结构简式。9-2 A、B 和 C 互为哪种异构体？（在正确选项的标号前打钩）碳架异构体 位置异构体 官能团异构体 顺反异构体9-3 A 能自发转化为 B 和 C，为什么？9-4 B 和 C 在室温下反应可得到一组旋光异构体 L，每个旋光异构体中有 个不对称碳原子。第第 10 题题（8 分）分）威斯迈尔反应是在富电子芳环上引入甲酰基的有效方法。其过程首先是N,N-二甲基甲酰胺与 POCl3反应生成威斯迈尔试剂：HONPOCl3HClNCl接着威斯迈尔试剂与富电子芳环反应，经水解后在芳环上引入甲酰基。例如：HClNClOCH3OCH3A

16、H2OCHO10-1 用共振式表示威斯迈尔试剂正离子。10-2 由甲氧基苯转化为对甲氧基苯甲醛的过程中，需经历以下步骤：芳香亲电取代 分子内亲核取代 亲核加成 质子转移 消除。画出所有中间体的结构简式。OCH3(1)(2)OCH3(3)(4)(5)CHO10-3 完成下列反应：H3COOCH3NH2OCH3HCOOC2H5i) POCl3ii) H2O参考答案和评分标准：第 1 题（15 分）1-1 Ra 镭 Po 钋1-2 Ti3+ + Cu2+ + Cl + H2O = TiO2+ + CuCl+2H+ CuCl + Cl = CuCl2我析：Zn 是强还原剂，将 TiO2+还原到低（+3

17、）价态，而低价态 Ti 可能显还原性，将 Cu2+还原，从而生成 CuCl 沉淀。1-3 NSFANSFFFB1-4 AlHHAlMeAlMeMeMeMgMeMeAlMeMe1-5 2Fe3+ + 3Cl2 + 16OH = 2FeO42 + 6Cl + 8H2O 4FeO42 + 20H+ = 4Fe3+ + 3O2 + 10H2O 正极：FeO42 + 4H2O + 3e = Fe(OH)3 + 5OH 负极：Mg + 2OH - 2e = Mg(OH)2第 2 题（11 分）2-1 2-2 42-3 有。该化合物只有旋转轴（第 1 类对称元素） 。2-4 2-5 2CoCl2 + 10N

18、H3 + 2NH4Cl + H2O2 2Co(NH3)6Cl3 + 2H2O第 3 题（8 分）ALiNH2 BLiH CLi2NH DNH3ELi3N FLiOH GLiN3 IN2第 4 题（9 分）4-1 BaIn0.55Co0.45O3-+(1.45-2)I+(6-2)H+=Ba2+0.55In3+0.45Co2+(1.45-2)/2I2+(3-)H2O4-2 2S2O32 + I2 = S4O62+ 2I4-3 根据化合物的电中性原则，有 2 + 0.553 + 0.45SCo = 2(3-) （a）根据反应中的电子得失关系，有 0.45(SCo-2)n(样品) = 2n(I2) （

19、b）其中：n(样品) = 0.2034 g/M =0.2034/(275.0-16.00)mol n(I2) = n(S2O32)/2 = 0.05000M10.85 mL/2 = 0.271210-3mol解(a)和(b)联立方程得 SCo = 3.58 = 0.37第 5 题（10 分）5-1 A：5-2 D：5-2 A +1 B +1 C +3 D +3 E +35-4 A d2sp3 C dsp3 D d2sp3 E dsp35-5 顺磁性 理由可由下图表达： 第 6 题（10 分）6-1 设混合气体未被压缩，在 298K（V1、T1）达平衡，N2O4(g)的平衡分压为 p1，NO2(

20、g)的平衡分压为 p2，则 p1 + p2 = 1atm (a) KP(298K) = (p2/p)2/(p1/p) = 0.141 (b)解联立方程(a)和(b)，得： p1 = 0.688 atm， p2 = 0.312 atm 设针管压缩未发生平衡移动，已知 pT1 = 1atm，T1 = 298K，T2 = 311K，V2/V1 = 1/2，根据理想气体状态方程 pT1 V1/ T1 = pT2 V2/ T2，解得：pT2 = 2.087 atm，N2O4(g)的分压 p1 = 1.436 atm，NO2的分压 p2 = 0.651 atm 压缩引发压力变化，QP = 0.6512/1

21、.436 = 0.296 0.363 = KP(311K)，平衡正向移动。设达到平衡时 N2O4(g)分压减小 x atm，则 NO2的分压增加 2x atm，有： KP(311K) = (p2 +2x)/p2/(p1-x)/p = 0.363 (c)解得：x = 0.0317 atm。N2O4(g)的平衡分压 p1(311K) = 1.404 atm，NO2(g)的平衡分压为 p2(311K) =0.714 atm 浓度比等于分压比：p2(311K)/ p2(298K) = 0.714/0.312 = 2.29，增加了 1.29 倍。6-2 压缩后的混合气体在室温下放置，温度逐渐下降，平衡象

22、放热方向移动，NO2聚合成N2O4，颜色逐渐变浅，直到体系温度降至室温，颜色不再变化。第 7 题（9 分）7-1 7-2 立方金刚石的碳环构型全部为椅式，六方金刚石碳环构型既有椅式又有船式。7-3 7-4 4第 8 题（10 分）8-1 68-2 8-3 8-4 亲核取代反应 亲核取代反应 水解反应 脱羧反应第 9 题（10 分）9-1 A、 B、 C、 D、COOCH3COOCH3COOCH3COOCH3E、 M、 N、COOHOH9-2 9-3 B 和 C 分子中有更大的共轭体系，更稳定。9-4 4第 10 题（8 分）10-1HClNHClN10-2 OCH3CClNHOCH3HCNClOCH3NClH2OOCH3NHClHO10-3 H3COOCH3NHCHOOCH3H3COOCH3NOCH3