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1998-2000年全国高中学生化学竞赛


1998 年全国高中学生化学竞赛(初赛)试题评析
1.某芳香烃 A,分子式 C9H12。在光照下用 Br2 溴化 A 得到两种一溴衍生物(B1 和 B2) ,产率约为 1 : 1。 在铁催化下用 Br2 溴化 A 也得到两种一溴衍生物(C1 和 C2) ;C1 和 C2 在铁催化下继续溴化则总共得到 4 种二溴衍生物(D1、D2、D3、D4) 。(13 分) (1)写出

A 的结构简式。(5 分) (2)写出 B1、B2、C1、C2、D1、D2、D3、D4 的结构简式。(8 分)

2.100.0g 无水氢氧化钾溶于 100.0g 水。在 T 温度下电解该溶液,电流强度 I = 6.00 安培,电解时间 10.00 小时。电解结束温度重新调至 T,分离析出的 KOH·2H2O 固体后,测得剩余溶液的总质量为 164.8g。已 知不同温度下每 100g 溶液中无水氢氧化钾的质量为: 温度/oC KOH/g 0 49.2 10 50.8 20 52.8 30 55.8

求温度 T,给出计算过程,最后计算结果只要求两位有效数字。 (15 分) 注:法拉第常数 F = 9.65X104 C/mol,相对原子质量:K 39.1 O16.0 H 1.01

3.迄今已合成的最重元素是 112 号,它是用 30 Zn 高能原子轰击 82 Pb 的靶子,使锌核与铅核熔合而得。 科学家通过该放射性元素的一系列衰变的产物确定了它的存在,总共只检出一个原子。该原子每次衰变都 放出一个高能?粒子,最后得到比较稳定的第 100 号元素镄的含 153 个中子的同位素。 (7 分) (1)112 号是第几周期第几族元素? (2)它是金属还是非金属? (3)你认为它的最高氧化态至少可以达到多少? 208 (4)写出合成 112 元素的反应式(注反应式中的核素要用诸如 3 1H、 82 Pb 等带上下标的符号来表示,112 号元素符号未定,可用 M 表示) 。

70

208

1

???? 4. 100.00mL SO32–和 S2O32–的溶液与 80.00mL 浓度为 0.0500mol/L 的 K2CrO4 的碱性溶液恰好反应, 反应只 有一种含硫产物和一种含铬产物; 反应产物混合物经盐酸酸化后与过量的 BaCl2 溶液反应, 得到白色沉淀, 沉淀经过滤、洗涤、干燥后称量,质量为 0.9336g。相对原子质量:S 32.06 Cr 51.996 O 15.999 Ba 137.34 (1)写出原始溶液与铬酸钾溶液反应得到的含硫产物和含铬产物的化学式。 (2)计算原始溶液中 SO32–和 S2O32–的浓度。 (10 分)

5.钨酸钠 Na2WO4 和金属钨在隔绝空气的条件下加热得到一种具有金属光泽的、深色的、有导电性的固 体,化学式 NaxWO3,用 X 射线衍射法测得这种固体的立方晶胞的边长 a = 3.80X10–10m,用比重瓶法测得 它的密度为 d = 7.36g/cm3。已知相对原子质量:W 183.85,Na 22.99,O 16.00,阿伏加德罗常数 L = 6.022X1023mol–1。求这种固体的组成中的 x 值(2 位有效数字), 给出计算过程。(12 分)

6. 化合物 C 是生命体中广泛存在的一种物质,它的人工合成方法是: (1)在催化剂存在下甲醇与氨气反 应得到 A。 (2)在催化剂存在下乙烯跟氧气反应得到 B。 (3)在水存在下 A 和 B 反应得到 C。C 的脱水产 物的结构如下:
CH2 CH N(CH3)3OH

写出 C 的合成反应的化学方程式,A、B、C 要用结构式表示。 (10 分)

2

7.三种等摩尔气态脂肪烷烃在室温(25oC)和常压下的体积为 2 升,完全燃烧需氧气 11 升;若将该气态 脂肪烃混合物冷至 5oC,体积减少到原体积的 0.933 倍。试写出这三种脂肪烃的结构式,给出推理过程。 注:已知该混合物没有环烃,又已知含 5 个或更多碳原子的烷烃在 5oC 时为液态。(12 分)

8.锇的名称源自拉丁文,原义“气味” ,这是由于锇的粉末会被空气氧化为有恶臭的 OsO4(代号 A,熔点 40oC, 沸点 130oC) 。 A 溶于强碱转化为深红色的[OsO4(OH)2]2–离子 (代号 B) , 向含 B 的水溶液通入氨, 生 成 C,溶液的颜色转为淡黄色。C 十分稳定。C 是 A 的等电子体,其中锇的氧化态仍为+8。红外图谱可以 检出分子中某些化学键的振动吸收。红外谱图显示 C 有一个四氧化锇所没有的吸收。C 的含钾化合物是黄 色的晶体,与高锰酸钾类质同晶。 (8 分) (1) 给出 C 的化学式。 (2) 给出 A、B、C 最可能的立体结构。

3

9.1932 年捷克人 Landa 等人从南摩拉维亚油田的石油分馏物中发现一种烷(代号 A) ,次年借 X-射线技 术证实了其结构,竟是由一个叫 Lukes 的人早就预言过的。后来 A 被大量合成,并发现它的胺类衍生物具 有抗病毒、抗震颤的药物活性,开发为常用药。下图给出三种已经合成的由 2,3,4 个 A 为基本结构单元 “模块”像搭积木一样“搭”成的较复杂笼状烷。 (13 分) (1) 请根据这些图形画出 A 的结构, 并给出 A 的分子式。 (2) 图中 B、C、D 三种分子是否与 A 属于一个同系列中 的 4 个同系物?为什么? (3) 如果在 D 上继续增加一“块”A“模块” ,得到 E, 给出 E 的分子式。E 有无异构体?若有,给出异构 体的数目,并用 100 字左右说明你得出结论的理由, 也可以通过作图来说明。

B

C

D

1999 年全国高中学生化学竞赛(初赛)试题分析
第一题(12 分)12.0g 含 2 种化合物(由常见元素组成)的近白色固体溶于过量盐酸, 释放出 2.94L 气体(标准状 态), 气体密度为同温度下空气密度的 1.52 倍; 剩余的不溶性残渣含氧 53.2%,既不溶于酸又不溶于稀碱溶 液。通过计算分别写出 2 种化学物质的化学式。

第二题(10 分)A 和 B 两种物质互相溶解的关系如图 1 所示,横坐标表示体系的总组成,纵坐标为温度, 由下至上,温度逐渐升高。T1 时 a 是 B 在 A 中的饱和溶液的组成,b 是 A 在 B 中的饱和溶液的组成(T2 时相应为 c、d) 。T3 为临界温度,此时 A 和 B 完全互溶。图中曲线内为两相,曲线外为一相(不饱和液) 。 某些物质如 H2O 和(C2H5)3N,C3H5(OH)3 和间-CH3C6H4NH2 有低的临界温度(见示意图 2) 。请根据上述事
4

实,回答下列问题: T3 T2 T1 a c d b
18.5? C A 100% 80% 60% 40% 20% 0% 0% 20% 40% 60% 80% 100% B H2O (C2H5)3N

图 1

图 2

2-1 解释图 1 中 T3 存在的原因。 2-2 说明图 2 所示的两对物质存在低的临界温度的原因。 2-3 描述图 2 所示的两对物质的互溶过程。

第三题(12 分)铬的化学丰富多采,实验结果常出人意料。将过量 30% H2O2 加入(NH4)2CrO4 的氨水溶液, 热至 50oC 后冷至 0oC,析出暗棕红色晶体 A。元素分析报告:A 含 Cr 31.1%,N 25.1%,H 5.4%。在极性 溶剂中 A 不导电。红外图谱证实 A 有 N-H 键,且与游离氨分子键能相差不太大,还证实 A 中的铬原子 周围有 7 个配位原子提供孤对电子与铬原子形成配位键,呈五角双锥构型。 3-1 以上信息表明 A 的化学式为: ;可能的结构式为: 3-2 A 中铬的氧化数为: 。 3-3 预期 A 最特征的化学性质为: 。 3-4 生成晶体 A 的反应是氧化还原反应,方程式是: 。



第四题(12 分)市场上出现过一种一氧化碳检测器,其外观像一张塑料信用卡,正中有一个直径不到 2cm 的小窗口,露出橙红色固态物质。若发现橙红色转为黑色而在短时间内不复原,表明室内一氧化碳浓度超 标,有中毒危险。一氧化碳不超标时,橙红色虽也会变黑却能很快复原。已知检测器的化学成分:亲水性 的硅胶、氯化钙、固体酸 H8[Si(Mo2O7)6]·28H2O、CuCl2·2H2O 和 PdCl2·2H2O(注:橙红色为复合色, 不必细究) 。 4-1 CO 与 PdCl2·2H2O 的反应方程式为: 。 4-2 4-1 的产物之一与 CuCl2·2H2O 反应而复原,化学方程式为: 。
5

4-3

4-2 的产物之一复原的反应方程式为:



第五题(16 分)水中氧的含量测定步骤如下: 步骤 1:水中的氧在碱性溶液中将 Mn2+氧化为 MnO(OH)2。 步骤 2:加入碘离子将生成的 MnO(OH)2 再还原成 Mn2+离子。 步骤 3:用硫代硫酸钠标准溶液滴定步骤 2 中生成的碘。 有关的测定数据如下: 1:Na2S2O3 溶液的标定。取 25.00 mL KIO3 标准溶液(KIO3 浓度:174.8 mg· L-1)与过量 KI 在酸性介质中反 应,用 Na2S2O3 溶液滴定,消耗 12.45 mL。 2:取 20.0° C 下新鲜水样 103.5mL,按上述测定步骤滴定,消耗 Na2S2O3 标准溶液 11.80 mL。已知该温度 下水的饱和 O2 含量为 9.08 mg· L-1。 3.在 20.0° C 下密闭放置 5 天的水样 102.2 mL,按上述测定步骤滴定,消耗硫代硫酸钠标准溶液 6.75 mL。 5-1 5-2 5-3 5-4 5-5 写出上面 3 步所涉及的化学反应方程式。 计算标准溶液的浓度(单位 mol· L-1) 。 计算新鲜水样中氧的含量(单位 mg· L-1) 。 计算陈放水样中氧的含量(单位 mg· L-1) 。 以上测定结果说明水样具有什么性质?

第六题(10 分)曾有人用金属钠处理化合物 A(分子式 C5H6Br2,含五元环) ,欲得产物 B,而事实上却得 到芳香化合物 C(分子式 C15H18) 。 6-1 请画出 A、B、C 的结构简式。 6-2 为什么该反应得不到 B 却得到 C? 6-3 预期用过量酸性高锰酸钾溶液处理 C,得到的产物是 D,写出 D 的结构式。

6

第七题(12 分)在星际云中发现一种高度对称的有机分子(Z) ,在紫外辐射或加热下可转化为其他许多生 命前物质,这些事实支持了生命来自星际的假说。有人认为,Z 的形成过程如下: (1)星际分子 CH2=NH 聚合生成 X; (2)X 与甲醛加成得到 Y(分子式 C6H15O3N3) ; (3)Y 与氨(摩尔比 1:1)脱水缩合得到 Z 。 试写出 X、Y 和 Z 的结构简式。

第八题(16 分)盐酸普鲁卡因是外科常用药,化学名:对-氨基苯甲酸-?-二乙胺基乙酯盐酸盐,结构式如 右上。作为局部麻醉剂,普鲁卡因在传导麻醉、浸润麻醉及封闭疗法中均有良好药效。它的合成路线如下, 请在方框内填入试剂、中间产物或反应条件。
CH2=CH2 O2 NH(C2H5)2

H3C

2) ? ·? ?

? ú ? ?

H+
? ? ? ?

提示:
CH2=CH2 O2

A I
2) · ? ? ?

NH(C2H5)2

B D

H
H3C

+

III E
? ? ? ?

F
ú ? ? ?

C

II

7

2000 年全国高中学生化学竞赛(初赛)试题及答案
1.1999 年是人造元素丰收年,一年间得到第 114、116 和 118 号三个新元素。按已知的原子结构规律, 118 号元素应是第 周期第 族元素,它的单质在常温常压下最可能呈现的状态是 (气、液、固 选一填入)态。近日传闻俄国合成了第 166 号元素,若已知原子结构规律不变,该元素应是第 周期第 族元素。 (5 分) 2.今年是勒沙特列(Le Chatelier1850-1936)诞生 150 周年。请用勒沙特列原理解释如下生活中的 常见现象:打开冰镇啤酒瓶把啤酒倒入玻璃杯,杯中立即泛起大量泡沫。 (6 分)

3.1999 年合成了一种新化合物,本题用 X 为代号。用现代物理方法测得 X 的相对分子质量为 64;X 含碳 93.8%,含氢 6.2%;X 分子中有 3 种化学环境不同的氢原子和 4 种化学环境不同的碳原子;X 分子中 同时存在 C—C、C=C 和 C≡C 三种键,并发现其 C=C 键比寻常的 C=C 短。 1.X 的分子式是 (2 分) 2.请画出 X 的可能结构。 (4 分)

4. 理想的宏观单一晶体呈规则的多面体外形。 多面体的面叫晶面。 今有一枚 MgO 单晶如附图 1 所示。 它有 6 个八角形晶面和 8 个正三角形晶面。宏观晶体的晶面是与微观晶胞中一定取向的截面对应的。已知 MgO 的晶体结构属 NaCl 型。它的单晶的八角形面对应于它的晶胞的面。请指出排列在正三角形晶面上的 原子(用元素符号表示原子,至少画出 6 个原子,并用直线把这些原子连起,以显示它们的几何关系) 。 (6 分)

5.最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子,如右图所示,顶角和面心 的原子是钛原子,棱的中心和体心的原子是碳原子,它的化学式是______。

6.某中学同学在一本英文杂志上发现 2 张描述结构变化的简图如下(图中“—~—”是长链的省略 符号) :
H O H H H H O H C C N C C N C CN H H O H H C C N O H NH3 COO C C NC C NH3
+ +

O C NH2

H O H H H H O H C C N C C N C C N H H O C NHCH2OH H CH2 OH COOH C N C C N C

O NH CH2 C NH

C

O H H O

O H

O H H O

未读原文,他已经理解:左图是生命体内最重要的一大类有机物质 (填中文名称)的模型化 的结构简图,右图是由于左图物质与 (化学式) ,即 (中文名称)发生反应后的模型化的结 构简图。由左至右的变化的主要科学应用场合是:______________;但近年来我国一些不法奸商却利用这 种变化来坑害消费者,消费者将因___________________________ 7.最近,我国某高校一研究小组将 0.383g AgCl,0.160g Se 和 0.21g NaOH 装入充满蒸馏水的反应釜 中加热到 115℃,10 小时后冷至室温,用水洗净可溶物后,得到难溶于水的金属色晶体 A。在显微镜下观 察,发现 A 的单晶竟是六角微型管(如右图所示) ,有望开发为特殊材料。现代物理方法证实 A 由银和硒 两种元素组成,Se 的质量几近原料的 2/3;A 的理论产量约 0.39g。
8

1.写出合成 A 的化学方程式,标明 A 是什么。 (3 分) 2.溶于水的物质有:______________________________________。 (2 分) 注:Na2Se 是由于原料中过量的 Se 歧化产生的。 8.某中学生取纯净的 Na2SO3·7H2O 50.00 g,经 600℃以上的强热至恒重,分析及计算表明,恒重后 的样品质量相当于无水亚硫酸钠的计算值,而且各元素的组成也符合计算值,但将它溶于水,却发现溶液 的碱性大大高于期望值。经过仔细思考,这位同学解释了这种反常现象,并设计了一组实验,验证了自己 的解释是正确的。 1.他对反常现象的解释是: (请用化学方程式表达) (5 分) 2.他设计的验证实验是: (请用化学方程式表达) (5 分)

9. 最近,我国一留美化学家参与合成了一种新型炸药,它跟三硝基甘油一样抗 打击、抗震,但一经引爆就发生激烈爆炸,据信是迄今最烈性的非核爆炸品。该炸药 的化学式为 C8N8O16,同种元素的原子在分子中是毫无区别的。 1.画出它的结构式。 (4 分) 2.写出它的爆炸反应方程式。(2 分) 3.该物质为何是迄今最烈性的非核爆炸品。 (3 粉)

10.据统计,40%的飞机失事时机舱内壁和座椅的塑料会着火冒烟,导致舱内人员窒息致死。为此, 寻找装修机舱的阻燃聚合物是化学研究的热点之一。最近,有人 N O 合成了一种叫 PHA 的聚酰胺类高分子, 即主链内有 “酰胺键” (— CO—NH—) 。温度达 180~200℃时,PHA 就会释放水变成 PBO O N (结构式如右图所示) ,后者着火点高达 600℃,使舱内人员逃离 n 机舱的时间比通常增大 10 倍。 该发明创造的巧妙之处还在于, PHA 是热塑性的(加热后可任意成型) ,而 PBO 却十分坚硬,是热固性的(加热不能改变形状) 。 1.写出 PHA 的结构式。 (3 分) 2.根据高分子结构来解释,为什么 PHA 有热塑性而 PBO 却是热固性的。 (2 分)

11.已经探明,我国南海跟世界上许多海域一样,海底有极其丰富的甲烷资源。其总量超过已知蕴藏 在我国陆地下的天然气总量的一半。据报导,这些蕴藏在海底的甲烷是高压下形成的固体,是外观像冰的 甲烷水合物。 1.试设想,若把它从海底取出,拿到地面上,它将有什么变化?为什么?它的晶体是分子晶体、离 子晶体还是原子晶体?你作出判断的根据是什么?(2 分) 2.已知每 1 立方米这种晶体能释放出 164 立方米的甲烷气体,试估算晶体中水与甲烷的分子比(不 足的数据由自己假设,只要假设得合理均按正确论) 。 (6 分)

9

12.氯化亚砜(SOCl2) ,一种无色液体,沸点 79℃,重要有机试剂,用于将 ROH 转化为 RCl。氯化 亚砜遇水分解,需在无水条件下使用。 1.试写出它与水完全反应的化学方程式:__________________________(2 分) ; 2.设计一些简单的实验来验证你写的化学方程式是正确的。 (只需给出实验原理,无须描述实验仪器 和操作。评分标准:设计的合理性—简捷、可靠、可操作及表述。4 分)

13.某烃 A,分子式为 C7 H10,经催化氢化生成化合物 B( C7H14) 。A 在 HgSO 4 催化下与水反应 生成醇,但不能生成烯醇式结构(该结构可进一步转化为 酮) 。A 与 HOOCCH2CH2CCH2COOH KMnO 4 剧烈反应生成化合物 C,结构式如右图所示。试画 出 A 的可能 O 结构的简式。 ( 9 分)

14.铂系金属是最重要的工业催化剂。但其储藏已几近枯竭,上小行星去开采还纯属科学幻想。研究 证实,有一类共价化合物可代替铂系金属催化剂。它们是坚硬的固体,熔点极高,高温下不分解,被称为 “千禧催化剂” (millennium catalysts) 。下面 3 种方法都可以合成它们: ? ① 在高温下将烃类气体通过钨或钼的氧化物的表面。 ? ② 高温分解钨或钼的有机金属化合物(即:钨或钼与烃或烃的卤代物形成的配合物) 。 ? ③ 在高度分散的碳表面上通过高温气态钨或钼的氧化物。 1.合成的化合物的中文名称是______和__________。 (共 4 分,各 2 分) 2.为解释这类化合物为什么能代替铂系金属,提出了一种电子理论,认为这些化合物是金属原子与 非金属原子结合的原子晶体,金属原子周围的价电子数等于同周期的铂原子或钌原子的价电子数。这类化 合物的化学式(即最简式或实验式)是_______和_______。 (4 分,各 2 分)

15. 2.00 升 (标准状况测定值) 氢气和 5.00 克氯气混合经光照后直至检不出氯气剩余, 加入 9.00% NaOH 溶液 80.0 mL (密度 d=1.10g/mL)。问:需要加入多少毫升 0.100 mol/L 的 H2SO4 才能使溶液呈中性?(10 分)

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