2006年第二届“我爱奥赛杯”高中化学竞赛试题.docx

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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：2006年5月6日 9：00 - 12：00）题号1234567891011总分满分4988811810121012100得分评卷人l 竞赛时间3小时。迟到超过30分钟者不能进考场。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。l 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。l 请将答案写在指定的位置。l 允许使用非编程计算器以及直尺等文具。 第1题（4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

2、，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2题（9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，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

3、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S-N键的是 。第3题（8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

4、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化物与CO制备得到锇的羰基化合物，写出反应方程式。第4题（8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

5、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5题（共8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

6、物形成的钒配合物，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6题（11分）6-1 水解：水解反应可以看成是“正”“负”结合

7、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、冰醋酸等。如果在溶剂的水溶液（如氨水

8、）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。第7题（8分）二氯二氨合铂有两种几何异构体，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

9、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8题（10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

10、H无色溶液G煮沸铜丝过滤 强热在空 气中第9题（12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

11、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，催化剂的用量少。它可催化关(成)环复分解反应，它的结构如下： R R NNRuPCy3Ph Cl Cl Grubbs催化剂 R：2,4,6-三甲苯基 Cy：环已基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10题（10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

12、，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。(mol比1：1)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11题（12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

13、 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）。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。2006年第一届“我爱奥赛杯”高中化学竞赛参考答案及评分细则第1题（

14、共4分）1-1 8，6，（各1分） 1-2 （2分）第2题 (共9分，每空1分)2-1 三角锥、sp3 、 、 S有较大核电荷，处于较高氧化态 。F2-22-2-1 O3或SO2 SOCl2 ( 或SO32- 、 NO3- 等) :NS:+2-2-2 C第3题（共8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

15、溶剂亦可）为溶剂，加入乙二胺搅拌（2分）3-3 OsO4 +9CO=Os(CO)5 + 4CO2 （2分）第4题（共8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化（提到未成对电子较多即可） (2分

16、)第5题（共8分） 5-1-OH-CHO+ H2NCH2CH2NH22+ 2H2O（2分）5-2V原子为一个，式量为 50.9/0.153=333，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6题(共11分，各1 分)6-1 BCl3+3H2O=B(OH)3+3HCl5ICl+5H2O=5HCl+HIO3+2I2+2H2O6-26-2-1(产物写成HPO(NH2)2和水也对)6-2-2 6-2-3 氨水电离生成OH-，且大部分氨分子被水缔合包围，无法发生

17、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+6C2H5OH第7题（共8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8题（共10分，各1分）A：CuO; B：CuCl42-; C：CuCl32- 或CuCl2-; D：CuCl; E：Cu(NH3)2+;F：Cu(NH3)42+; G：Cu(CN)2-; H：Cu; I：Cu(H2O)62+; J

18、：Cu(OH)2（离子写成对应的酸和盐的形式，得0.5分）第9题（共12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)C6H5CH H C=CH CHC6H5C6H5CH CH C6H5C=C H H CH3 CH3 C=C H HCH3 H C=CH CH39-3CH2=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

19、4分，每个方程式2分）第10题（共10分，各2分）(mol比1：1)第11题（共12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

20、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）