2023年全国高中化学竞赛决赛冬令营理论试题及解答2.pdf

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1、2 0 23年全国高中学生化学竞赛（冬令营）理论试题2 02 3年1月5日湖南长沙 竞赛时间4 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。试卷装订成册，不得拆散。所有解答必须写在答卷纸的指定地方（方框内），不得用铅笔填写，写在其他地方的应答一律无效。使用指定的草稿纸。不得持有任何其他纸张。把营号写在所有试卷（涉及草稿纸）右上角处，不写姓名和所属学校，否则按废卷论。允许使用非编程计算器、直尺、橡皮等文具，但不得带文具盒进入考场。H1.0 08相对原子质量He4.003Li6.941Be9.0 12B1 0.81C12

2、.01N14.01016.00F19.00Ne20.18Na2 2.99Mg24.31AI26.98Si28.09P30.97s32.07CI35.45Ar39.95K39.10Ca40.0 8Sc44.96Ti47.88V5 0.94Cr52.00Mn54.94F e55.85Co58.93Ni58.69Cu63.55Zn63.39Ga6 9.72Ge72.61As74.92Se78.96Br79.90K r83.80R b8 5.47Sr87.62Y88.91Zr91.22Nb9 2.91Mo9 5.94Tc98Ru1 01 .1Rh1 02.9Pd106.4Ag107.9Cd1 1 2.

3、4In114.8Sn1 18.7Sb1 21.8TeI27.6I1 26.9Xe131.3Cs1 32.9Ba1 37.3La-L uHf1 7 8.5Ta180.9W183.8Re1 86.2Os1 9 0.2Ir192.2P t195.1AuI 97.0Hg200.6T 12 0 4.4Pb207.2Bi209.0Po2 10A t(210Rn|2221F r22 3 Ra22 6 Ac-La第 1 题绿矶（化学式FeSO4-7&0）是硫酸法生产钛白粉的重要副产物，每生产1 吨钛白粉，副产4.5-5.0 吨绿矶，目前全国每年约副产7 5 万吨，除很少量被用于制备新产品外，绝大部分作为废料弃

4、去，对环境导致污染。因此开发综合运用绿砒的工艺，是一项很故意义的工作。某研究者提出如下图所示的绿色工艺流程。先条K其中B是氯化物，C是不含氯的优质钾肥,D是一种氮肥，E是红色颜料;A、B、C、D均是盐类，E和F是常见的化合物。该工艺实现了原料中各重要成分的运用率均达9 4%以上，可望达成综合运用工业废弃物和防治环境污染的双重目的。1-1写出A、B、C、D、E、F的化学式；1-2写出反映(1)、(2)、(3)的化学方程式；1-3指出反映(3)需要加入DFA(一种有机熔剂)的理由；1-4判断DFA是否溶于水。第2题NO是大气的污染物之一。它催化Ch分解，破坏大气臭氧层;在空气中易被氧化为N 0%氮

5、的氧化物参与产生光化学烟雾。空气中NO最高允许含量不超过5mg/L。为此，人们一直在努力寻找高效催化剂，将NO分解为N2和O?。2-1用热力学理论判断NO在常温常压下能否自发分解(已知NO、N2和O2的解离焰分别为 9 4 1.7、63 1.8 和 49 3.7kJ/m 0 1)。2-2有研究者用载负Cu的ZSM5分子筛作催化剂，对NO的催化分解获得了良好效果。实验发现,高温下，当氧分压很小时,Cu/ZSM 5催化剂对N 0的催化分解为一级反映。考察催化剂活性常用如下图所示的固定床反映装置。反映气体(NO)由惰性载气(He)带入催化剂床层，发生催化反映。某实验混合气中NO的体积分数为4.0%,

6、混合气流速为4 0cm3/min（已换算成标准状况），6 3 7 K和732K时，反映2 0秒后，测得平均每个活性中心上NO分解的分子数分别为1.9 1和5.0 3。试求N O在该催化剂上分解反映的活化能。催化剂23在上述条件下，设催化剂表面活性中心（Cu+）含 量1.0 X 1（?6mo,试计算N O在732 K时分解反映的转化率。2-4研究者对N。在该用幽上的分解反映提出如下反映机理：NO+M v NO M 1-2NOM N?+2 0 M 220 M%O2+2M（快）M表达催化剂活性中心,N O为弱吸附,NOM浓度可忽略。试根据上述机理和M的物料平衡，推导反映的速率方程，并解释当Ch分压很

7、底时，总反映表现出一级反映动力学特性。第3题生物体内重要氧化还原酶大都是金属有机化合物，其中金属离子不止一种价态，是酶的催化性中心。研究这些酶的目的在于阐述金属酶参与的氧化过程及其电子传递机理，进而实现这些酶的化学模拟。据最近的文献报道，以（Cy3PCmChCCHzCChH）（式 中Cy-为环己基的缩写）与正丁 酸 铜（II）在某惰性有机溶剂中僦气氛下反映1小时,然后真空除去溶剂，得到淡紫色的沉淀物。该沉淀被重新溶解，真空干燥，如此反复4次，最后在CH2c 1 2中重结晶，得到配合物A的纯品，产率7 2%。元素分析：A含C（61.90%）H（9.2 5%）、P（8.16%）,不含氯。红外谱图显

8、示，A中一CO2一基团 u（-co.）（CH2cL 中）有 3 个吸取峰：1 6 28,1 576,14 13cm-1,表白竣基既有单氧参与配位，又有双氧同时参与配位;核磁共振谱还表白A具有Cy、-C H,-,不含-CH3基团，C y的结合状态与反映前相同。单晶X一射线衍射数据表白有2种化学环境的Cu,且A分子呈中心对称。（已知相对原子质量C：1 2.0,H:l,0 1,N：14.0,Cu:63.5,P:31,0,O:l 6.0）3-1写出配合物A的化学式;3 -2写出配合物A的生成化学方程式;3 -3淡紫色沉淀物被重新溶解，真空干燥，如此反复操作多次的目的是除去何种物质？3-4画出配合物A的

9、结构式；3-5 文献报道，如用(P h 3 P)2 C u (O 2 C C H 2 co z H)(P h-为苯基)代替(C y 3 P)z C u (02C C H 2 C O 2 H),可发生同样反映,得到与A相似的配合物B。但B的红外谱图C H2C I2中u C 1 E i F e z C h F：C O21-2 反映(1)：(m+n)F e S O4+2(m+n)N H4HCO3=F e m+n(O H)2 n(C O 3)m I +(m+n )(N I I4)2S O 4 +(2 n+m)C O?t +m H?。N H 4 H C O 3 写成(N H 4)2 C C)3,F e

10、m+n (0 H)2 n(C 0 3)m 写成F e 2(O H)4 一 2 m(C O 3)m，F e z(O H)2 C O 3F e z(O H)2 和 F e C C h 且配平的也得分。反映(2)：2 F e m+n(O H )2 n(C O 3)m +j-,O2 +3 (m+n)H z O=2(m+n)F e (0 H)3 I+2 m C O2 t对于F e m+n(O H)2 n(C O 3)m 的其它表达式，平分原则同上。DFA反映(3):(N H)2 S O.+2KC1-=KZS O 4 I +2 N H4C 11-3 减少七 S O ,的溶解度，使之结晶析出，促使平衡向右移

11、动。1-4 能溶于水。第 2 题2-1 NO(g)一 N2(g)+1O2rH 631.8-1(-9 4 1.7-493.7)=-85.9kJ/molA,.S：a 0(反映前后气体的总分子数没变化)“=-85.9kJ/mol v 0,自发进行2-2 r(6 7 3 K)/r(7 2 3 K)=k(6 7 3 K )/k (7 2 3 K)1 n 粤=G 箴 D Ea=米73Kx723K 1 n 得=78kJ/ml(有效数字错，扣分)2-3 每分钟通过催化剂的NO 的物质的量:n =产 ,=7.I x l 0-5m o 122400cnr/mol每分钟分解的 N O 的物质的量:n r=x 5.0

12、 3 x l.0 x l(y 6m o 1 =1.5x 1 0-5m o l转化率=皆 需 吗 迹xlOO%=2 1%(有效数字错，扣 0 .5 分)7.1x10 in2 4 由反映机理 1 ：r =d c N o/d t=kCN O,CM 由 M 的物料平衡：C=C M+CO M +CN O-M H CM+CO M (2)由反映机理 3:K=卷=嗜 C0 _M=等 0)1(3)代 入(2)Co =C”cM=/0,(4)K2 1+4/入(4)代 入(1)r=女/。设占=%=K 则有r =-2 r1+C&/K2 K2 l+Kc之当氧的分压很小时，1所 以r=ktcNO第3题31 化学式：C78

13、H l 3 6CU：,O8 P 43-2 2(Cy3P)2Cu(O2 CCH 2 CO2 H)+Cu (CH 3 c H 2 c H 2 COO)2 f 2 c H 3 c H 2 c H 2 COOH+(Cy 3 P )2 Cu(O 2 C C H2C O 2 )8H136CU3O8P4)3-3除去反映的另一产物正丁酸和未反映的反映物o=G(。C，33-4：2WV/H 2c y3/y、C u (O2 CCH 2 CO2)c u(P Cy 3)2 (或 Cr0vyP h3P-/ZP P h3Cu Cu CuPh3Pz PPh3oAA第 4 题4 一1 点阵型式:面心立方CN+=4 C N 一

14、=44-2 八面体空隙：6 个；四周体空隙：1 2 个4-3在不同的晶体中,Ag+离子占据不同空隙,按正负离子互相接触计算的Ag+离子半径自然有一个变化范围。4-4 要点:(1 )四周体空隙与八面体空隙相连，四周体空隙与四周体空隙通过三角形中心相连，构成三维骨架结构的开放性“隧道”供 A g+迁移；(2)有大量空隙(Ag+与空隙之比为1 ：9)可供Ag+迁移；(3)用适当的理论(如极化理论)说明A g+容易发生迁移。(注:迁移的激活能为0.0 5e V)4 一5(1)4 Al h+3 O2=2 A 1 2 O3+6 I 2 1 J正极反映：I z+2 Ag+2 e =2 AgI 2 负极反映：

15、2 A g-2 e =2 A g+3(2)当氧气的浓度大时，反 映 1 生成的游离I 2 浓度大，(p+电势增大，由E=c p+一中 一，所以E也增大。(不同的表达也得分)第 5 题5-1 A:AgCl D:Ag(CN)2 ,Ag(N H3)2+5-2 2 Ag(N H 3)+N i (CN)4 F+2 N H 3=2 Ag(CN)2+N i (N H3)62+N i I n+H YL=N i Y3-+H I n5-3 加 H N O 3 后继续煮沸是为了除去氮的氧化物；加 入 H C1 (1 ：9)后，再煮沸是为了使 AgC 1 胶状沉淀凝聚，便于过滤和洗涤。5-4 根据滴定误差规定，未被置

16、换的A g(N%)2+平衡浓度为：A g(N H3)2+W O.0 1 0 X 0.2%=2X 10-5m o l/L2 A g(N H3)2+E N i(C N )42 +2 N 比=2 A g(C N)2r +N i(N H3)6 2+开始浓度(mo 1 /L)0.0 1 0 c 00反映浓度(m ol/L)-0.010-0.0 0 5 0+0.0 100+。.0 050平衡浓度(m o l/L)2X1 O-5 c-0.005 0 2 0.010 0.0 0 50根据多重平衡原理:K =器渭=1055(0.010)2(0.0050)(2xlO-5)2(c-O.OO5O)(2)2c=6x 1

17、 O_3 mol L_,即：溶液C中N i（I I）总浓度法6x1 0-3 m o lL 7 （有效数字错,扣0.5分）CH2OACJ O OAcAc。、/6-1 B：OAc c：CH?OAc-O HOAcD：CH2OAC C H O、。Ac Ac。、/HOAc6-2半缩醛羟基（昔羟基，G上的羟基）G：R型 C3：S型第 6 题6-36-4碱性条件水解后，糖分子中出现了 4个羟基，与H2O易形成氢键，因而水解后的产物的水溶性大大增长。第 7 题7-1 C 29 H 20。OIIE.PhH2C C-CH2Ph7-3 A：四苯基环戊二烯酮（或2,3,4,5-四苯基环戊二烯酮）E：二羊 基 酮（或 二 千基酮，1,3.二苯基-2.丙酮）7 4合成C:D-A反映（环加成反映，周环反映，协同反映）合成A:缩合反映7-5保护醛基催化作用由于氯化氢会与不饱和醛、酮发生加成反映第 7 题密封信封中提供的补充信息在有机合成中，有时用到如下类型的消除反映:0