2023年全国高中学生化学竞赛决赛理论试题.pdf

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1、营号姓名2023年全国高中学生化学竞赛决赛理论试题2 0 2 3.1.15.上海竞赛时间4.5 小时。迟到超过3 0 分钟者不能进考场。开始考试后1 小时内不得离场。时间到，把试题和答卷纸装入信封，放在桌面上，立即撤离考场。试卷和答卷装订成册，不得拆散。所有解答必须写在答卷纸的指定位置；用黑色墨水笔或圆珠笔答题。不得携带任何其它纸张进入考场。需要额外的答卷纸或草稿纸时可举手向监考老师索取。在答卷纸页眉自填总页数和页码。必须在试题首页左边和每页答卷纸左边指定位置填写营号及姓名，否则按废卷论。允许使用非编程计算器以及直尺等文具。不得携带铅笔盒、通讯工具入场。第 1 题（8 分）白色晶体X 是用浓硫

2、酸与尿素反映产生的。X 不含结晶水，不吸潮，易溶于水,摩尔质量小于lOOg-mor,用途广泛，如造纸、纺织、电镀、水解决和有机合成等。野外地质人员用它来鉴定石灰岩远比用盐酸方便。在酸性条件下摩尔X与过量亚硝酸钠水溶液反映，释放出1 摩尔氮气，接着加入过量的BaCb水溶液,产生1摩尔BaS04沉淀。1-1 写出X 的结构式和化学名称。（写不出结构式可从监考教师处得到答案，但要当场扣2分;仍应回答本题其他问题）。1-2 写出上述制备X 的化学方程式。1-3 写出X在酸性条件下与亚硝酸钠反映的化学方程式。在近中性溶液中 m o l 高碘酸与过量碘化物反映产生1 mol h,将所得溶液酸化，又产生3

3、m ol 31-4 用配平的化学方程式来说明上述现象。油气井开采到后期一般需要注水以开采深层油气，过一段时间后往往还要再注入甲醇之类有机溶剂才干产出更多的油气。1-5简述注入甲醇的作用。第2题（6分）2-1 在答卷纸给出的空模板上画出f r 二 氯 二（2,3-丁二胺）合钻（II I）离子的所有几何异构体的结构式。（注：2,3一丁二胺又名2,3-二氨基丁烷）2-2指出其中有旋光性的异构体。2-3 已知其中有一种异构体的氯被其他负一价阴离子取代的速率最慢。它是哪一种？如何理解它的这种性质？第3题（10分）目前商品化的锂离子电池正极几乎都是锂钻复合氧化物，其抱负结构如答卷纸的图3-1所示。3-1在

4、答卷纸的图3-1上用粗线框出这种抱负结构的锂钻复合氧化物晶体的一个晶胞。3-2 这种晶体的一个晶胞里有几个锂原子、几个钻原子和几个氧原子？3-3 给出这种抱负结构的锂钻复合氧化物的化学式（最简式）。3-4锂离子电池必须先长时间充电后才干使用。写出上述锂钻氧化物作为正极放电时的电极反映。3 -5 锂镒复合氧化物是另一种锂离子电池正极材料。它的抱负晶体中有两种多面体:L i C 4四周体和M n 0 6八面体，个数比1 :2,L i C U四周体互相分离，MnO。八面体的所有氧原子所有取自L i 04四周体。写出这种晶体的化学式。3-6 从下图获取信息，说明为什么锂锦氧化物正极材料在充电和放电时晶

5、体中的锂离子可在晶体中移动，并且个数可变。并说明晶体中锂离子的增减对铳的氧化态有何影响。图3-2锂钵复合氧化物正极材料的抱负晶体的结构示意图第 4 题（6 分）用 ED TA配位滴定法可测定与C d+和 Z iP+共存的A 1 的含量,以P A N 为指示剂，测定的相对误差 0.1%o测定过程可表述如下（注:表中的配合物电荷数被省略;游离的E D T A 的各种形体均被简写为丫）：Zn2+Cu2+Al3+EDTA（过量，匕）.pH-3,AZnYCuYA1YAl3+Y六次（亚）甲 基 四 胺r PANrZnYCuYA1YPANYCu?土 溶液滴定丫2,pH5 6,AABCZnYCuYA1YCu-

6、PANNH4F 一ZnYCuYAIF63-PANYc E+溶 液 滴 定 _匕ZnYCuYAIF63-?沸一DEF附：配合物稳定常数的对数值Ig K 枪的数据：Cu Y 1 8.8 Zn Y 1 6.5 A 1 Y 1 6.1 A1FW-19.7Cu-P AN 164-1 写出从D框状态到E框状态的反映式并配平。4-2 F框状态内还应存在何种物质？4-3是否需确知所用E D T A 溶液的准确浓度?H 是否需要准确读取并记录？简述因素。4-4若从C框状态到D框状态时C i?+溶液滴过量了，问：(i )对最终的测定结果将引入正误差还是负误差？还是无影响？(i i)如你认为有影响，在实验方面应如何

7、解决？4-5 设试液取量的和0、%、匕均以mL为单位,MA I为A 1 的摩尔质量(g.m o1 ),c(E D T A),c(C u)分别为E D T A 和 C u 2+溶液的浓度(m o l-L1),列出试液中A l 含量(g.L“)的计算式。第5题(6分)同分异构体分子中的原子(团)在空间有特定取向而使它有也许与其镜像不相重合而呈现对映异构体，这类分子被称为手性分子。5 -1 已知(R)C H B r C I F 的旋光活性的符号可用(+)来表达，下 列1所示的4个结构式中哪个是左旋的？5-3 带有三个不同取代基的月申化物如C H 3 A s(C 2 H 5)(C 6H 5 c H 2

8、)有光学活性,但带有三个不同取代基的胺如CH3NC2H5)(C 6H5cH2)没有光学活性，为什么？但类似L那样结构的光学活性的胺又是可以稳定存在的了，为什么？第6题(8分)甲醛亦称“蚁醛”。含甲醛3 7 40%、甲醇8%的水溶液俗称“福尔马林”。甲醛是重要的有机合成原料，大量用于生产树脂、合成纤维、药物、涂料以及用于房屋、家具和种子的消毒等。运 用 下 表 所 给 数 据 回 答 问 题(设 和 Sm均不随温度而变化)。一些物质的热力学数据(298.15 K)6-1 甲醇脱氢是制甲醛最简朴的工业方法:物质Af77me/kJ-m 0 1 -1Sne/J-K-moF1C zH50H(g)-23

9、5.1 0282.70CH3OH(g)-2 0 0.66239.8 1HCHO(g)-1 0 8.57218.77H2O(g)-2 4 1.81818 8.825CO(g)-110.525197.67 4Ag2 0(s)-31.051 2 1.3A g(s)042.55H2(g)0130.684O2(g)0205.138CH30H(g)=HCHO(g)+H2(g)甲醇氧化是制甲醛的另一种工业方法，即甲醇蒸气和一定量的空气通过Ag催化剂层，甲醇即被氧化得到甲醛：CH30H(g)+1 o2(g)=HCHO(g)+H2O(g)试通过简朴的热力学分析，对 298.1 5 K 时的上述两种方法作出评价。

10、6-2 事实上，甲醇氧化制甲醛的反映，是甲醇脱氢反映和氢氧化合反映的结合。试通过计算分析两反映结合对制甲醛的实际意义。6-3右图是甲醇制甲醛有关反映的IgK随温 度T的变化。试指出图中曲线(1)、(2)、(3)分别相应哪个化学反映？为什么？30有关反映有:CH,OH(g)=HCHO(g)+H2(g)CH,OH(g)+1 o2(g)=HCHO(g)+H2O(g)和在氧化法中不可避免的深度氧化反映：HCHO(g)+1 o2(g)=CO(g)+H2O(g)6-4氧化法制甲醛时温度为5 50。、总 压 为101 325 P a的甲醇与空气混合物通过银催化剂,银逐渐失去光泽并且碎裂。试通过计算判断上述现

11、象是否由于Ag氧化成Ag2O(s)所致。6-5 以C O和H2为原料可以合成甲醇。500C和25 M Pa时，CO和H2的体 积 比 为1 :2的合成气，在催化剂ZnO-SChA 1 2O3存在下，发生如下两平行反映和：%CHQH8+2 H,彳 1 1 -C2H5OH+-H2O试计算平衡产物CH30H和C2H50H的摩尔分数之比。第7题(6分)化学反映一般是由若干基元反映构成的，所以原则上可由反映机理建立反映的速率方程。在科学研究工作中，往往根据实践经验先假设反映机理，然后再用各种实验方法和手段，检查所设反映机理的对的性。硝酰胺在水溶液中的分解反映为：NO2NH2 N2o（g）+H2O实验测得

12、其速率方程为：dcNOzNH?_ ,.rNO2NH2=J _=幺CNOZNH?/。小。，7-1 有研究者提出下列三种反映机理，你认为什么者是合理的?并写出在的表达式。NO2NH2 k-N2 0（g）+H2 0k。NO2NH2+H30+、j N 02 NH3+H20（瞬间达k-i成平衡）N 02 NH3+N20 （g）+H3O（缓慢反映）NO,NH,+H20 r _ NO,NET+H30+（瞬间达成平衡）NO2NH-N2O（g）+O H-（缓慢反映）H Q+OH-2H2O（快速反映）7-2 在实验温度和pH恒定的缓冲介质中，将反映在密闭的容器中进行，测得N2O气体的压力p随时间的变化数据如下表：

13、min05101520250 0p/kPa06.8012.4017.2020.8024.004 0.00求NCNH?分解反映的半衰期4 2,并 证 明1 g f 2与缓冲介质的P H呈线性关系。第8题（10分）青蒿素是我国的科技工作者于1 9 7 2年从中药青蒿中提取得到的，其结构在1 9 7 6年得到确认。据英国的 自然杂志在2023年8月的一篇论文中报道，青蒿素与疟虫接触后直接与疟虫的细胞膜作用而起到杀虫效果，故半衰期短，疟虫也难以产生抗药性。此外，青蒿素还没有抗疟常用药“奎宁”所产生的副作用。我国研制的青蒿素类药物“蒿甲醛”于 2 023年接受了泰国最高医学奖的表彰。青蒿素的结构式如上所

14、示。8-1 青蒿素分子中有什么官能团？8-2 青蒿素分子中有几个手性碳原子？8-3 青蒿素的全合成工作也是由我国的科研人员初次完毕的，根据给予的反映过程写出a,。,c,d,e,f,g,h,i,J所代表的反映试剂。8-4 全合成工作中最后一步从 坨 到 L 的反映涉及到哪几种化学反映类型？H 9H3H O H;广吧 三 八十、O，/hvVsSV CH3CJHCO2C H 3 8 2 c A _7 式S.9H 4H-SrZTl HC(OMe)：-SOH(0 HH3c o,c rx7o H 1*-H O O-J I-鹘 女H3co2czill2 0 23年全国高中学生化学竞赛实验试题2 0 23.1

15、.1 6.上海营号_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _从盐泥中提取七水合硫酸镁注意事项：1、实验考试总分计为1 0 0分。实验考试用纸涉及“实验试题”和“实验报告”两部分。实验试题第6页由监考教师逐人发放。2、实验考试时间为5小时,每超过5分钟扣3分，最长不得超过2 0分钟。请考生仔细阅读试题内容，合理安排时间。可用自备的计算器解决数据。3、实验前请检查所提供的仪器，若有问题，向监考教师报告。4、若制备实验失败，可向监考教师索要产品进行分析，但要扣除3 0分。若出现制备实验重做，每索要一次原料扣除1 0分。分析实验中，平行测定少做一次扣3分，重称1次扣2分。5、需

16、监考教师签字处,考生务必积极配合，未签字者实验结果按无效论处。伪造数据者，按零分计。6、注意安全，必须配戴防护眼镜和手套。7、废弃物和回收的溶剂应放入指定的容器内。8、完毕所有实验内容后将产品、实验报告和实验试题交给监考教师,并由监考教师签字。清洗仪器并整理桌面后方可离开考场(清理时间不计入实验时间)。一、实验内容盐泥是氯碱工业中的废渣,分为一次盐泥和二次盐泥。一次盐泥中具有镁、钙、铁、铝、锅的硅酸盐和碳酸盐等成分，其中含镁(以Mg(OH)2计)约15%。本实验规定从一次盐泥中提取Mg SO4乡H2O。本实验考试具体内容涉及下列三个部分：1、从一次盐泥中提取Mg SO47H2。2、测 定MgS

17、O47H2。的含量。3、回答思考题并完毕实验报告。二、物质的某些性质1、左打Mg(0H)2=6.OX IO10&就Ca(0 H)2=3.7X 1 0-6Fe(OH)3=3.OX 1 0-K(OH)2=8.0X 1016A：seM n(OH)2=4.0X10-l4o (OH)3=1.3 XIO-332、物质的溶解度(g/100gH20)3、相对原子质量：H 1.0 1 ,O 16.0 0,S 3 2.07,Mg 2物市7版01020406080100MgSO4 7H2O20.323.325.230.835.335.833.4CaSO4 2H2O0.2230.2240.2550.2650.2440

18、.2340.2054.31,Zn 65.39三、重要试剂和仪器1、试剂各人实验桌上:工业盐泥（2 6 克）,6 mol-LHC 1 ,1:1 NH3 2O,铭黑T 指示剂,ED T A 标准溶液（5 00 m L）0公用实验桌上：6moiLrH2so4,25%三乙醇胺,N%-NH4cl缓冲溶液（pH=l 0）,NaC IO 溶液（C.P.）,丙酮，Zn粒（基准）。2、仪器（1）玻璃器皿烧杯mL1501个酸式滴定管mL501根烧杯mL2501个容量瓶mL2 501 个烧杯mL4001 个移液管mL2 51 支烧杯0 m L1 0 01个锥形瓶mL2503 只量筒 50 mL1个称量瓶1个量筒 1

19、0mL1个洗瓶1个蒸发皿 2 00mL1个胶头滴管2根培养皿1套玻璃棒1根表面皿1个布氏漏斗、抽滤瓶1套（2）器材：煤气灯，三角架，石棉板，石棉网，铁架台，蝴蝶夹，标签纸，广泛pH试 纸（114）,精密pH试 纸（0.5-5.0）,滤纸，角勺,洗耳球，防护眼镜，手套,毛刷，去污粉，抹布，点火枪（二人合用）。（3）公用仪器：电子天平（感量0.01g）,分析天平（感量0.Img）,抽滤水泵。四、实验环节1、MgSO4 7H2O 的 制 备（3 0 分）在 盛 有2 6 g盐泥的烧杯中，加 水120 m L,搅拌成浆，滴 加6mol-LrH 2 s O,约18 mL,边滴加边充足搅拌，防止浆料外溢。

20、待观测到反映产生的气体较少时,开始加热并继续滴加H2s。4调节溶液p H为1 2，加热微沸20 3 0分钟，保持溶液体积和pH值。待反映完全,抽滤，用少量温水淋洗。滤渣弃去;滤液倒入250 mL的烧杯中，滴 加NaCl 0溶液至溶液pH为56,加热煮沸约5 1 0分钟,使溶液中产生深褐色沉淀,待溶液体积约8 0-1 0 0 mL,立即趁热抽滤，用少量热水淋洗（滤液若发黄，则需再加Na CIO反复上述操作）。滤渣弃去，滤液倒入蒸发皿中加热蒸发浓缩至稀稠状后,熄火，取下蒸发皿置于石棉板上，冷却，抽滤。晶体用15 mL丙酮洗涤。洗涤后的晶体放入培养皿中，置于通风橱内，晾干3 0 分钟。晾干的M g

21、SO.7H2O 产品在电子天平上称重，记录产品质量并经监考教师签字。2、MgS。47H2。的含量测定（50分）注意：所有分析实验必须平行测定3 次，原始数据、计算结果及相对极差需填入实验报告中，并需经监考教师签字。（1）0.0 2 mol L-1 ED T A 标准溶液的标定自行计算标定0.02 mol-L-ED T A 标准溶液的锌粒称量范围，写在实验报告纸上，经监考教师签字后,由监考教师发放有关实验说明（实验试题纸第6 页），然后进行EDTA标定实验。若不会计算，可向监考教师直接索取有关实验说明（实验试题第6 页）继续实验，但要扣计算分。（2）M gSO4-7比0 的含量测定准确称取MgS

22、C）47H2O产品若干克（计算称量范围，写于实验报告纸上;若不会计算，可向监考教师直接索要称量范围，但要扣计算分）于 250 m L锥形瓶中，加去离子水2 5 mL,溶解，加入5 mL25%三乙醇胺，摇匀，再加入1 0 mL NH3-NH4CI缓冲溶液，摇匀，加入铭黑T 指示剂，溶液颜色呈酒红色，用EDTA标准溶液滴定至溶液恰变为纯蓝色，即为终点。记录EDTA消耗的体积V2 o用监考教师给你的EDTA标准溶液浓度计算M g SO4-7 H2O 的含量。五、思考题（见实验报告第4 页）（2 0 分）1、盐泥中加H2so4反映时，为什么需控制溶液的pH为 1 2?2、具体阐明在制备MgSCU 7乩

23、 0 时，加入NaC 1O 的作用。3、制备实验中，加NaClO加热煮沸后，为什么要立即趁热抽滤?4、估算MgSO4 7H2。的理论产量。（实验试题第6 页）0.0 2 m o l-L，EDT A 标准溶液标定的实验说明准确称取0.2 6 0.39克的锌粒于1 50 m L 的小烧杯中,盖上表面皿，沿烧杯嘴尖处滴加6 mol-L-1 HC1 6 mL,待锌粒完全溶解，定量转移至2 50 m L容量瓶中，用水稀释至刻度,摇匀。准确吸取25 m L 上述锌标准溶液于250 m L 锥形瓶中，滴加1:1NH3-HzO至白色沉淀刚好出现，再加入10 mLNH3-NH/Cl缓冲溶液，摇匀，加去离子水2 0 mL,加入铭黑T 指示剂，溶液颜色呈酒红色，用 EDTA标准溶液滴定至溶液恰变为纯蓝色为终点o记录E DTA消耗的体积%,计算E D T A 的浓度。