1997年全国高中学生化学竞赛(初赛)试题与试题研究.pdf
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1、1997 年全国高中学生化学竞赛(初赛)试卷与试卷分析编者按:今年的全国高中学生化学竞赛的初赛刚刚结束。我们认为这次竞赛的试卷较好地体现了今年5 月全国高中学生化学竞赛工作会议上再次肯定的试卷的水平要求:原理水平大致与人民教育出版社的化学读本相当,基本上不涉及更高一级的,即大学化学的原理,但考虑到冬令营的优胜选手以及参加国际竞赛的选拔,需要补充一定量的静态立体化学的知识(包括立体异构),当然试卷涉及的具体化学内容本身对中学生是陌生的,但用竞赛学生的已有知识以及适当增加的知识为基础是可以理解的。为进一步考察试卷的难易,我们对试卷作如下的分析。第一题(10 分)次磷酸 H3PO2是一种强还原剂,将
2、它加入CuSO4水溶液,加热到4050,析出一种红棕色的难溶物A。经鉴定:反应后的溶液是磷酸和硫酸的混合物;X 射线衍射证实A 是一种六方晶体,结构类同于纤维锌矿(ZnS),组成稳定;A 的主要化学性质如下:温度超过60,分解成金属铜和一种气体;在氯气中着火;与盐酸应放出气体。回答如下问题:1写出 A 的化学式。2写出 A 的生成反应方程式。3写出 A 与氯气反应的化学方程式。4写出 A 与盐酸反应的化学方程式。【解题思路】整个试卷围绕着A 是什么物质。可以把有关的信息用如下的图形来综合:AH3PO2+CuSO4(+H2O)A+H2SO4+H3PO4A 是红棕色难溶物A具有 MX型的组成,即
3、1:1型化合物A加热分解得到 Cu和一种气体,可见A中有 CuA与氯气反应,是一个氧化还原反应A与盐酸反应放出气体,这种气体不可能是A中的 Cu一定是A中的另一组成产生的,可假设 X+HCl 产生的气体,可假设 M=Cu首先可以把A 写成 MX。其中的M 是铜是无疑的,因A 经加热分解可以得到铜(M Cu)。X 是什么?这是本题的难点。先根据MX 具有 ZnS 的结构,是M:X11 的组成,A 只可能是CuS,CuP,CuO 和 CuH 等等,显然,只有CuH 才是与其他信息对应的,若是CuS 或 CuO,生成反应中就找不到被强还原剂(NaH2PO2)还原的元素,若是CuP,与铜和磷的化合价矛
4、盾(按化合价,应是Cu3P 或者 Cu3P2,均不是ZnS 的组成),所以A 是 CuH。如果选手以为A 是 Cu、Cu2O、CuH2PO3、Cu3P、Cu3P2、CuH2P、CuHP 等等物质,与A 的晶体结构属ZnS 型(1 1 的 MX)矛盾,更无后面所述的几种化学性质,不可取。解决了A 是什么(本题的关键),其余的问题引刃而解。【解】1CuH(4分)24CuSO43H3PO26H2O4CuH3H3PO44H2SO4(2 分)【分析】题面已经告诉反应在水溶液里进行,配平时加水应在情理之中,题面已经告诉得到磷酸和硫酸,因此得到其他别的产物不得分;不配平也不得分,后面的反应式也要配平,不配平
5、不得分。32CuH3Cl22CuCl22HCl(2分)【分析】把 CuCl2写成 CuCl 不给分,因铜与氯气反应得到氯化铜属于中学化学知识点。4CuH HCl CuClH2(2分)【分析】单单写成CuCl2不给分,但如果写成CuCl2Cu 可以考虑给一半分,因这种错误不属于中学的知识点。或写成CuH2HCl HCuCl2H2或者 CuH3HClH2CuCl3H2也得分。因各小题明显相关,答不出CuH 则后面各小题均无分,因此后几小题分值较低。【评论】本题涉及的化学概念有氧化还原反应的本质、化合价、化合物的基本类型等。本题涉及的ACuH 在中学教案内容中根本没有(大学化学里也没有),完全是新的
6、,但试卷本身的信息迫使学生认可它的若干基本性质。中学化学里有NaH 的知识点,因此,不能认为负氢离子是新知识,问题是负氢离子的性质中学化学并没有,但试卷给了足够的信息:在高温下发生分解(自身氧化还原反应);负氢离子是强还原剂(与氯气反应,当然CuH 中的 Cu同时也被氧化);与正氢离子反应放出氢气。本题的思路中的科学假设与科学论证是科学思维的最基本形式;本题较好地考察了竞赛学生思维的严密性、敏捷性、深刻性、广阔性和创造性;既考察发散,又考察收敛;既需要逻辑思维,又需要高度的想象:解题本身就是一种创新思维。考虑到学生可能没有关于一价铜的性质的具体化学知识,在给分的设计中,应答超过中学化学知识水平
7、的,或者答错的,也给分,这种尝试不知大家是否认可。可惜,据考察某省市的实际应答结果,绝大多数学生得不出A 是什么,本题得零分,尤其是那些其他题做得较好的可以被选入冬令营的学生得零分。这个结果出乎命题人的预料,也出乎许多预先看过本题的中学老师和中学教研员的预料。这是怎么回事?仔细查阅学生的应答,发现大多数学生以为A 是铜的磷化物,而且多数认为是Cu3P2或者Cu3P!这显然不符合试卷给出的信息。老师们认为,其可能原因是:应试学生不理解A 的晶体结构类同于ZnS 意味着什么;缺乏加热温度的半定量概念。题面给出A 的分解温度是很低的,学生意识不到;某次高考题里出现过磷化铜,学生就拿来套。这是不是“题
8、海”副作用?学生习惯于用头脑中已知的知识作为套路来解决未知的问题,并不善于用大量信息来得出新的知识。这反映了我国基础教育中的一个大问题:不讲知识是如何形成的,不着重训练综合实际获得的知识信息来得出新的知识。这样下去,我们的学生的创造性思维从何而来?创造性主要来自于归纳而不文档编码:CD3H4K9V2K5 HT10J4Q6N9E1 ZB8G8S8D1F6文档编码:CD3H4K9V2K5 HT10J4Q6N9E1 ZB8G8S8D1F6文档编码:CD3H4K9V2K5 HT10J4Q6N9E1 ZB8G8S8D1F6文档编码:CD3H4K9V2K5 HT10J4Q6N9E1 ZB8G8S8D1F6
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15、D1F6出自演绎。我们认为,为了培养出具有创造性的人才,应当在中学的科学课程里加强综合、归纳、创新的训练。附带可以指出,此题的应答差,花费了参赛学生大量的时间,大大影响了学生的心理承受力,致使他们不能正确地答出后面的试卷,这也是命题人始料不及的。这为今后命题提供了一个经验教训。第二题(13 分)PCl5是一种白色固体,加热到160不经过液态阶段就变成蒸气,测得180下的蒸气密度(折合成标准状况)为9.3g/L,极性为零,PCl 键长为204pm 和 211pm 两种。继续加热到250时测得压力为计算值的两倍。PCl5在加压下于148液化,形成一种能导电的熔体,测得PCl 的键长为198pm 和
16、 206pm 两种。(P、Cl 相对原子质量为 31.0、35.5)回答如下问题:1180下 PCl5蒸气中存在什么分子?为什么?写出分子式,画出立体结构。2在 250下 PCl5蒸气中存在什么分子?为什么?写出分子式,画出立体结构。3PCl5熔体为什么能导电?用最简洁的方式作出解释。4PBr5气态分子结构与PCl5相似,它的熔体也能导电,但经测定其中只存在一种P-Br 键长。PBr5熔体为什么导电?用最简洁的形式作出解释。【解题思路与试卷分析】本题与上题是两种不同类型的信息题。上题是先集中到一点,攻破这个关键,其余问题不难解决。本题是四个虽相关却又相互独立的问题。问题1 只涉及第一句话给出的
17、信息。由折合成标准状态的蒸气密度和五氯化磷的化学式量,经过属于中学教案内容的简单的计算,就可以得出:180下的PCl5是单体,即PCl5就是它的分子式。PCl5分子有5 个 Cl 原子围绕着P 原子排列,信息表明其中有两种不同键长的P Cl键,可见不可能是平面的五角形的分子(它的磷氯键是一种),一定具有三维立体结构;三维立体结构还可能有两种:三角双锥或者四角锥体,后者的极性不等于零,所以 PCl5分子是三角双锥型分子。问题2 的相关信息是第二句话给出的。该信息无疑表明,PCl5分子在加热到250时分解了,生成等量/摩尔的两种气态分子。这种分解反应从类型上说,有的学生可能是熟悉的,例如氧化铜分解
18、生成氧化亚铜和氧气,二氧化锰分解生成四氧化三锰和氧气,三氧化硫分解生成二氧化硫和氧气等等。本题是将这种知识迁移到氯化物上来。所以,可以想见,五氯化磷的分解产物是三氯化磷和氯气。如果答不上来,也不会影响解答后面的问题,这叫做东方不亮西方亮,即便受点挫折,也要经受考验,本题在设计时有这种心理素质考验,因而对第二问的信息提供得较少。问题3 涉及的是电解质的基本概念:电解质的定义之一是它的熔体能够导电。但是中学课本里对熔体的导电粒子的讨论很少。本问题首先给出PCl5熔体能导电的信息,由这个信息应当想见其中有正、负两种离子存在。那么,是哪两种离子呢?本题的信息是该熔体中有两种不同的PCl 键长,这就排除
19、了一种是Cl另一种是PCl4的可能,因为四配位的PCl4+无论如何不会有两种不同的键长(不管它是正四面体型还是平面四边形),所以两种离子可能是PCl4+和 PCl6。这个小题在表述中避免了画出结构式之类的用语,是为减少暗示。问题4 是对问题3 的一个反馈性的暗示。意思无非是说,若将氯改换成溴,与PCl6相似的PBr6是不能形成的,因而其中的阴离子文档编码:CD3H4K9V2K5 HT10J4Q6N9E1 ZB8G8S8D1F6文档编码:CD3H4K9V2K5 HT10J4Q6N9E1 ZB8G8S8D1F6文档编码:CD3H4K9V2K5 HT10J4Q6N9E1 ZB8G8S8D1F6文档编
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- 1997 全国 高中学生 化学 竞赛 初赛 试题 研究
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