2017年第31届中国化学奥林匹克试题及答案.docx

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1、2017年第31届中国化学奥林匹克试题及答案第31届中国化学奥林匹克(初赛)试题2017年8月27日9:0012:00时间到，把试卷反面朝上放在桌面上，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。第1根据条件书写化学反响方程式。1-1工业上从碳酸氢铵和镁硼石Mg2B2O4(OH)2在水溶液中反响制备硼酸。1-2从乏燃料提取钚元素的经过中，利用亚硝酸钠在强酸溶液中将Pu3+氧化为Pu4+。1-3NaBH4

2、与氯化镍摩尔比2:1在水溶液中反响，可得到两种硼化物：硼化镍和硼酸摩尔比1:3。1-4通过KMnO4和H2O2在KF-HF介质中反响获得化学法制F2的原料K2MnF6。1-5磷化氢与甲醛的硫酸溶液反响，产物仅为硫酸鏻盐。第2题10分2-1氨晶体中，氨分子中的每个H均介入一个氢键的构成，N原子邻接几个氢原子？1摩尔固态氨中有几摩尔氢键？氨晶体融化时，固态氨下沉还是漂浮在液氨的液面上？2-2P4S5是个多面体分子，构造中的多边形虽非平面状，但仍符合欧拉定律，两种原子成键后价层均知足8电子，S的氧化数为-2。画出该分子的构造图用元素符号表示原子。2-3水煤气转化反响CO(g)+H2O(g)H2(g)

3、+CO2(g)是一个重要的化工经过，已知如下键能(BE)数据：BE(CO)=1072kJmol-1，BE(O-H)=463kJmol-1，BE(C=O)=799kJmol-1，BE(H-H)=436kJmol-1估算反响热，该反响低温还是高温有利？简述理由。2-4硫粉和S2-反响能够生成多硫离子。在10mLS2-溶液中参加g硫粉，控制条件使硫粉完全反响。检测到溶液中最大聚合度的多硫离子是S32-且Sn2-(n=1,2,3,)离子浓度之比符合等比数列1,10,10n-1。若不考虑其他副反响，计算反响后溶液中S2-的浓度c1和其起始浓度c0。第3题12分在金属离子M3+的溶液中，参加酸HmX，控制

4、条件，能够得到不同沉淀。pH7，得到沉淀BMX(OH)，A在空气气氛中的热重分析显示，从30C升温至100C，失重%，对应失去5个结晶水部分；继续加热至300C，再失重%，放出无色无味气体，残留物为氧化物M2O3，B在氮气气氛中加热至300C总失重%。3-1通过计算，指出M是哪种金属，确定A的化学式。3-2写出A在空气中热解的反响方程式。3-3通过计算，确定B在N2气氛中失重后的产物及产物的定量组成用摩尔分数表示。3-4写出B在氮气气氛中分解的反响方程式。第4题10分随着科学的发展和大型实验装置好像步辐射和中子源的建成，高压技术在物质研究中发挥着越来越重要的作用。高压不仅会引发物质的相变，也会

5、导致新类型化学键的构成。近年来就有多个关于超高压下新型晶体的构成与构造的研究报道。4-1NaCl晶体在50-300GPa的高压下和Na或Cl2反响，能够构成不同组成、不同构造的晶体。下列图给出其中三种晶体的晶胞大球为氯原子，小球为钠原子。写出A、B、C的化学式。4-2在超高压300GPa下，金属钠和氦可构成化合物。构造中，钠离子按简单立方排布，构成Na4立方体空隙如右图所示，电子对2e-和氦原子交替分布填充在立方体的中心。4-2-1写出晶胞中的钠离子数。4-2-2写出体现该化合物构造特点的化学式。4-2-3若将氦原子放在晶胞顶点，写出所有电子对2e-在晶胞中的位置。4-2-4晶胞边长a=395

6、pm。计算此构造中Na-He的间距d和晶体的密度单位:gcm-1。第5题10分由元素X和Y构成的化合物A是一种重要的化工产品，可用于制备润滑剂、杀虫剂等。A可由生产X单质的副产物FeP2与黄铁矿反响制备，同时得到另一个二元化合物B。B溶于稀硫酸放出气体C，而与浓硫酸反响放出二氧化硫。C与大多数金属离子发生沉淀反响。纯净的A呈黄色，对热稳定，但遇潮湿空气极易分解而有臭鸡蛋味。A在乙醇中发生醇解，得到以X为单中心的二酯化合物D并放出气体C，D与Cl2反响生成制备杀虫剂的原料E、放出刺激性的酸性气体F并得到Y的单质产物的摩尔比为1:1:1。A与五氧化二磷混合加热，可得到两种与A构造对称性一样的化合物

7、G1和G2。5-1写出A、C到F以及G1和G2的分子式。5-2写出由生产X单质的副产物FeP2与黄铁矿反响制备A的方程式。5-3写出B与浓硫酸反响的方程式。第6题12分钌的配合物在发光、光电、催化、生物等领域备受关注。6-1研究者制得一种含混合配体的Ru(II)配合物Ru(bpy)n(phen)3-n(ClO4)2配体构造如下列图。元素分析结果给出C、H、N的质量分数分别为%、%、%。磁性测量表明该配合物呈抗磁性。6-1-1推算配合物化学式中的n值。6-1-2写出中心钌原子的杂化轨道类型。6-2利用显微镜观察生物样品时，常用到一种被称为“钌红的染色剂，钌红的化学式为Ru3O2(NH3)14Cl

8、6，由Ru(NH3)6Cl3的氨水溶液暴露在空气中构成，钌红阳离子中三个钌原子均为6配位且无金属-金属键。6-2-1写出生成钌红阳离子的反响方程式。6-2-2画出钌红阳离子的构造式并标出每个钌的氧化态。6-2-3写出钌红阳离子中桥键原子的杂化轨道类型。6-2-4经测定，钌红阳离子中Ru-O键长为187pm，远小于其单键键长。对此，研究者解释为：在中心原子和桥键原子间构成了两套由d和p轨道重叠构成的多中心键。画出多中心键的原子轨道重叠示意图。第7题6分嵌段共聚物指由不同聚合物链段连接而成的聚合物。若其同时拥有亲水链段和疏水链段，会构成内部为疏水链段，外部为亲水链段的核-壳组装体如胶束。下列图所示

9、为一种ABA型嵌段共聚物，该嵌段共聚物在水中能够构成胶束并包载药物分子，在氧化或复原的条件刺激下，实现药物的可控释放。ABA型三嵌段共聚物7-1该共聚物的合成方法如下：先使单体X与稍过量单体Y在无水溶剂中进行聚合反应，构成中部的聚氨酯链段，随后参加过量乙二醇单甲醚CH3(OCH2CH2)nOH进行封端。写出单体X与Y的构造式。7-2在氧化复原条件下二硫键可发生断裂，采用R-S-S-R简式，写出其断键后的氧化产物O和复原产物P。7-3该嵌段共聚物所构成的胶束能够包载右图中哪种抗癌药物？简述理由。第8题13分8-1判定下面分子能否有手性。8-2画出下面反响所得产物的立体构造简式，并写出反响类型SN

10、1或SN2。反响原料反响试剂产物反响类型1H2S/KOH2K2CO33H2O4CH3OH第9题10分画出下面转换的中间体和产物A-E的构造简式。元素分析结果表明化合物E含C，%；H，%，N，%。化合物B不含羟基。第10题7分影响有机反响的因素较多。例如，反响底物中的取代基不同往往会使反响生成不同的产物。10-1当R=CH3时，产物为A，分子式为C15H12O4。研究表明A不含羟基，它的1HNMR(CDCl3，ppm)：(3H)，(2H)，(2H)，(1H)，(4H)。画出A的构造简式。提示：不同，氢的化学环境不同。10-2当R=Ph时，产物为B，分子式为C20H14O4。研究表明B含有一个羟基

11、，它的1HNMR(CDCl3，ppm)：(1H)，(1H)，(1H)，(1H)，(1H)，(5H)，(4H)。画出B的构造简式；解释生成B的原因。10-3当R=OEt时，产物为C，分子式为C14H10O5。参照以上实验结果，画出C的构造简式。第30届中国化学奥林匹克(初赛)参考答案第1题10分1-12NH4HCO3+Mg2B2O4(OH)2=2MgCO3+2NH3+2H3BO32分NH4HCO3+Mg2B2O4(OH)2+2H2O=Mg2(OH)2CO3+NH3+2H3BO31-24H+2HNO2+4Pu3+=N2O+4Pu4+3H2O2分1-38NaBH4+4NiCl2+18H2O=6H3B

12、O3+2Ni2B+8NaCl+25H22分1-42KMnO4+3H2O2+2KF+10HF=2K2MnF6+3O2+8H2O2分1-52PH3+8HCHO+H2SO4=P(CH2OH)42SO42分第2题10分2-163个氢键、3个共价键；1分3mol1分；下沉1分。2-22分2-3H-2BE(C=O)+BE(H-H)-BE(CO)-2BE(O-H)=-36KJmol-11分该反响的H0，根据勒夏特列平衡移动原理，故而低温有利于平衡正向移动，因此低温有利。1分注：实际反响要用适宜的温度。第3题12分3-1由MX(OH)可知X为-2价，因此A为M2X3yH2O根据第一步失去5个结晶水能够确定其分

13、子量为mol-11分由于在热重分析中放出无色无味的气体，因此揣测该气体可能为CO21分当X为碳酸根时，验证无合理答案。因此揣测X为C2O42-，经过分子量计算可得M为Bi。1分因此A的化学式为：Bi2(C2O4)37H2O1分3-22Bi2(C2O4)37H2O+3O2=2Bi2O3+14H2O+12CO22分Bi2(C2O4)37H2O=Bi2(C2O4)32H2O+5H2O2Bi2(C2O4)32H2O+3O2=2Bi2O3+4H2O+12CO23-3Mr()=gmol-1，剩下的为2分所以产物为Bi%)+Bi2O3%)2分4Bi(C2O4)(OH)=2Bi+Bi2O3+2H2O+7CO2

14、+CO2分根据零价S守恒可得：10c1+2100c1=n(S)=10-3mol1分因而c1=10-3molL-11分c0=c1+10c1+100c1=molL-11分S32-100c1S22-10c1列式S2-c2-4根据题意可得溶液中只要三种含硫离子S2-,S22-,S32-4-1ANaCl3BNa3ClCNa2Cl每个1分4-2-181分4-2-2Na2(e2)He。1分4-2-3体心、棱心。1分4-2-4=zM/NAV=gmol-12分d=3/4a=171pm2分第5题10分5-1AP4S10CH2SDHSPS(OC2H5)2EClPS(OC2H5)2FHClG1P4S6O4G2P4O6

15、S4每个1分5-22FeP2+12FeS2=P4S10+14FeS1分5-32FeS+13H2SO4=2Fe(HSO4)3+10H2O+9SO22分第6题12分6-1-1n=2。1分6-1-2d2sp31分6-2-112Ru(NH3)63+O2+6H2O=4Ru3O2(NH3)146+12NH4+4NH32分6-2-3sp杂化1分6-2-41分第7题6分7-1每个1分7-2O：ROH、SP：RSH每个1分7-3紫杉醇。1分盐酸阿霉素中存在大量羟基、羰基以及铵盐基团，构成氢键的能力很强，倾向于与共聚物的亲水部分结合，难以被包和。1分第8题13分8-11.有2.有3.有4.有5.无每个1分8-2每个1分反响1234产物反响类型SN2SN2SN1SN1+3+4+3每个1分3分6+6-2-2NHHNNHHNHNRuORuORuNHNHNHHNHNNHHNHNNH每个2分第10题7分10-12分10-2生成了更大的共轭体系。1分2分10-32分