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2008年省化学竞赛初赛试题及答案


2008 年福建省高中学生化学竞赛预赛试题

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2008 年福建省高中学生化学竞赛预赛试题
(2008 年 5 月 18 日 8:30—11:30 共计 3 小时) 题号 得分 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分

一. (10分)填空 1.教科书中将铝酸盐表面描述为强 Br

φnsted 酸,而硅胶则是非常弱的酸。SiO2 晶格中有 了 Al3+后酸性加强的原因 。

2.已知有两种形式的氮化硼,常见的一种是滑的灰色的物质,第二种是在高压下合成的, 是已知最硬的物质之一。在 300℃以下,两者皆保持固体状态,这两种构型的氮化硼分别 类似于 和 。

3.已知某黄色固体是一种主族元素的简单化合物,它不溶于热水而溶于热的稀盐酸,生 成一种橙红色溶液。当这一溶液冷却时,有一种白色晶态沉淀物析出。加热溶液时,白色 沉淀物又溶解,这个化合物是 4.酸化某溶液得 S 和 H2SO3,则原溶液中可能含哪些含硫化合物 。 二. (10分)绿色化学法制备天青石有效地克服了传统生产方法中转化率较低、三废污染 严重、能耗高、生产复杂等种种弊端。制备的碳酸锶产品化学纯度平均达到99. 5%,并且 可制备质量较高的工业副产品硫酸铵,从而大大降低了生产成本。我国鄂东某地的天青石, 其中有效成分的平均质量分数为80% ,同时含有少量的Ba, Ca, Mg, SiO2 , Fe2O3 , FeO 等杂 质。天青石可以同NH4HCO3 溶液在一定的条件下发生化学反应,而生成含有某些杂质的 SrCO3 粗级产品。在上述反应过程中,添加适量的NH4Cl作为催化剂,可以使反应速度明显 加快。将分离出(NH4)2SO4溶液后的沉淀物用HCl溶解,以制取含有可溶性SrCl2及某些杂质 的锶盐溶经净化除去其中的Ba2 + , Ca2 +等杂质后,即可制成纯度较高的SrCl2溶液。此时向 其中加入经过净化的碳酸氢铵溶液,经反应生成纯净的碳酸锶沉淀,沉淀物碳酸锶经脱水、 洗涤、干燥、粉碎,得到高纯碳酸锶产品。 (已知Ksp(SrSO4) = 3. 2 ×10- 7 , Ksp(SrCO3) = 1. 1 ×10- 10 。) 1.试简要说明该绿色反应的原理并写出主要反应的方程式。 2.添加适量的 NH4Cl 作为催化剂的原因何在? 。

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三. (10 分)碳的化合物十分常见,回答下列几个问题: 1.在温热气候条件下的浅海地区往往发现有厚层的石灰岩沉积,而在深海地区却很少 见到,说明为什么? 2.CO2 中形成大∏键情况,并画出 CO2 的结构式。 3.已知从手册中查出的H2CO3的Ka1= 4.45×10 ,该数据是H2CO3的表观解离常数,在溶 液中实际仅有0.166%的CO2转化为H2CO3,求算H2CO3 真实的第一步解离常数。
-7

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四. (10 分) 1.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。你认为是什么原因?(请 用化学方程式表达) ; 2.如何用简单的实验验证你的想法。 (请用化学方程式表达) ; 3.亚硫酸盐和硫酸盐都常用于造纸业制浆,亚硫酸盐浆较白, 返黄现象较轻, 为什么? 4.纸浆多要经过漂白粉液漂白,其温度要控制在 35-38℃,不能超过 40℃,为什么? 5.若纸浆白度已达到,残氯尚高,必须终止漂白作用,一般加什么化合物?并写出化 学反应。

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五. (10 分)试写出 COCl2 的路易斯(Lewis)结构;用(VSEPR)价电子对互斥理论预 测 COCl2 的几何构型;用(VB)价键法说明分子成键的过程,并讨论分子中键的性质, 预测并说明∠ClCO 及∠ClCCl 大小。

六. (10 分)为解决能源危机,有人提出用 CaCO3 制取 C2H2 作燃料。具体反应为: (1) CaCO3 (s) ?? CaO(s)+CO 2 (g) →
?

(2) CaO(s)+3C(s) ?? CaC2 (s)+CO(g) →
?

(3) CaC2 (s)+H 2 O(l) ??? CaO(s)+C 2 H 2 (g) →
298 K

1. 制备 1 mol C2H2(g)需多少 C(s),这些炭燃烧可放热多少? 2. 若 1 mol C2H2 完全燃烧可放出热量 1298 kJ,则将 C2H2(g)作为燃料是否合算? 3. 上述三个反应的熵变是大于零还是小于零?为什么反应(1)和(2)需要高温,而 反应(3)只需常温? 已知有关物质的ΔfH $ (298 K)/kJ·mol-1 为: m CaC2(s) :-60, CO2(g) :-393, H2O(l) :-285, C2H2(g) 227, : CaO(s) :-635, CaCO3(s) :-1207, CO(g) :-111

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七. 10 分) ( 某一元有机弱酸 HA 1.000g, 溶于适量水后, 用仪器法确定终点, 0.1100 mol/L 以 NaOH 滴定至化学计量点时, 消耗 24.60ml.当加入 NaOH 溶液 11.00ml 时, 该溶液的 pH=4.80. 计算该弱酸 HA 的 pKa 值。

八. 分)有机分子中不饱和键(双键或叁键)与单键相互交替排列的体系称为π-π共 (5 轭体系,这种共轭体系吸收光的波长在紫外光区,可用于定性或定量分析。化合物 A 是 一种作用于中枢神经系统的药物,A 在硫酸存在下加热得到互为异构且都在紫外光区有 吸收的两个化合物 B 和 C,分子式都是 C7H7Cl。

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CH2CH3 HO C C CH H C C Cl H A
1. 请画出 B 和 C 的结构式并指出 B 和 C 属于哪种异构体; 2. 用系统命名法命名化合物 A; 3. 化合物 A 是否存在旋光异构体(对映异构体)?

九. (12 分)苯是重要的有机化工原料,由苯可以制得多种有机化合物。下面所列的是 由苯制备一部分有机化合物的反应:

O (CH3)2CHCH2CCl AlCl3 A

HNO3 H2SO4 Zn-Hg HCl E

B D C KMnO4, ? Br2, Fe F

Br2 hv

CH3ONa E

G HBr I

(CH3)3COK H ? NH3 J (过量)

1. 写出上述反应中的主要有机产物化合物 A-J 的结构式; 2. 上述反应中,C→D,C→E,C→F,E→G,E→H,H→I 分别属于什么反应类型(取 代反应、加成反应、消去反应、氧化反应)? 3. 实验室采用上述方法在制备化合物 A 的反应过程中,不断有氯化氢气体产生逸出,为 避免污染空气,应如何处理?请写出处理氯化氢所需的实验装置和试剂名称。

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十. (13 分)抗高血压药物维普罗斯托(Viprostol)中间体化合物 5 的合成方法如下:

A CHO 1 C HO 4
1. 请写出上述合成路线中空格 A-C 所需的试剂;

B OH K2CO3 CH3OH CH2 C CSi(CH3)3 HO 5 CH2 C CH O

2

3

2. 化合物 1 可由乙烯、丙烯经下列步骤合成,请写出化合物 6-8 的结构式和空格 D-G 所需的试剂。

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D CH2 CH2 E CH2 CHCH3 OH

化合物 6 F (1) 化合物 6 (2) H3O+

化合物 7 G

化合物 8

CHO 1

3. 化合物 1 还可由 1-戊炔经下列两种方法转化而得: (1)1-戊炔先与试剂 J 反应后再用 试剂 K 处理,得到化合物 1; (2)1-戊炔先与试剂 L 反应得化合物 9,再用稀酸水溶 液处理得化合物 1。请写出 J,K,L 所代表的试剂并用系统命名法命名化合物 9。 ,

H CH3CH2CH2 C C

OCH2CH3 H

化合物 9

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2008 年福建省高中学生化学竞赛预赛试题答案及评分标准
一.填空(10 分) 填空( 1.(1) Al3+代替 Si4+后多了用以平衡电荷的一个额外质子(2 分) 2.石墨和金刚石。 分) (2 3.铬酸铅。 分) (2 4. 分)有几种可能: (4 (1) 含 S 2 O 3
2?

S 2 O 2? + 2H+ 3

= H SO
2

3

+S
2

(2) 含 S2-和 SO 2? 3
2? (3) 含 S2-和 S 2 O 3

2+ SO 2? +2S + 6H 3

= 3S +3H O

n(

SO 2? 3

) / n (S2-) > 1/2

2? n ( S 2 O 3 ) / n (S2-) > 1/2

(10 分) 二. ( 1.根据溶度积原理(2分),该反应可以发生, 反应方程式为 SrSO4 + 2NH4HCO3 = SrCO3 ↓ + (NH4 ) 2 SO4 +CO2 ↑ +H2O,(2分) SrCO3 + 2HCl = SrCl2 +H2O + CO2 ↑ (2 分) SrCl2 + 2NH4HCO3 = SrCO3 ↓ + 2NH4Cl +H2O +CO2 ↑ (2 分) 2.在催化剂的作用下反应方程式为: (2分) SrCO3 + 2NH4Cl = SrCl2 + (NH4 ) 2CO3 SrCl2 + 2NH4HCO3 = SrCO3 ↓ + 2NH4Cl + CO2 ↑ +H2O (10 三. ( 分) 1.石灰岩的形成是 CaCO3 的沉积结果,海水中溶解一定量的 CO2,因此 CaCO3 与 CO2, H2O 之间存在着下列平衡: CaCO3(s) + CO2(g) + H2O Ca(HCO3)3(aq) (1 分) 海水中 CO2 的溶解度随温度的升高而减小,随压力的增大而增大,在浅海地区,海水 底层压力较小,同时水温比较高,因而 CO2 的浓度较小,根据平衡移动的原理,上述平衡 向生成 CaCO3 方向移动,因而在浅海地区有较多的 CaCO3 沉淀。 分) (2 深海地区情况恰相反,故深海底层沉积的 CaCO3 很少。 分) (1 2.两个∏34(1 分)

(1 分)
3.设:碳酸真实的第一步解离常数为 Ka1′ -7 Ka1= [H+][HCO3-] / [ H2CO3+ CO2] = 4.45×10 (2 分) 据题意: [ CO2] / [H2CO3] = 601 -7 真实的 Ka1′= [H+][HCO3-] / [ H2CO3] = 602 ×4.45×10 = 2.68×10-4 (2 分) (10 四. ( 分) 1.4Na2SO3=3Na2SO4+Na2S,由于 Na2S 的碱性较强。 分) (2 2.将加热过的产物溶于水,检验溶液中是否含有 SO4 2 、S2
- - - -

SO42 离子的检出:SO42 +Ba2+=BaSO4 ↓ 不溶于盐酸。 分) (1

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S 离子的检出: 分) (1 方法 1: 加沉淀剂:S2 + Pb2+=PbS↓ (黑) 其他特征沉淀剂也可得分。 方法 2: 醋酸铅试纸变黑 方法 3:加盐酸 S2 +2H+=H2S↓(可闻到硫化氢特殊气味) 3. 因为亚硫酸盐浆液以亚硫酸和酸性亚硫酸盐的混合液为蒸煮剂,在蒸煮过程中会产生 SO2,与有机色素结合为无色化合物。 分) (2 4. 3Ca(ClO)2=Ca(ClO3)2 + 2CaCl2 (1 分) ClO-的歧化速率与温度有关, 温度愈高, 歧化越快, 温度高漂白液分解, 氯耗增加, 所以温度不能高。 分) (1 5. 加 Na2S2O3 (1 分) 2Ca(ClO)2 + Na2S2O3 + H2O = 2CaCl2 + Na2SO4 + H2SO4 (1 分) (10 分) 五. (
- -

2-

1、

成键电子对数:4 (1 分)未成键电子对数:8 (1 分)

2、三角形(1 分) 3、VB 法 ⑴中心原子 C 采用 SP2 杂化(1 分)⑵形成σ键(1 分) ⑶形成π键(1 分) C 2S22P2 (SP2)1 (SP2)1 (SP2)1 (2Pz)1 σ Cl 3S
2

3Py23Pz23Px1

σ σ π

Cl 3S23Py23Pz2 3Px1 2S22Py2 2Px1 2Pz1

O

4、成键:3 个σ (1 分) 1 个π(1 分) 5、由于电子排斥作用,C=O>C-Cl(1 分) 6、预测∠ClCO>∠ClCCl,即∠ClCO>120o,而∠ClCCl<120o (1 分) 六(10 分) 本题印刷时漏印下列已知条件: 本题印刷时漏印下列已知条件:

已知有关物质的ΔfH $ (298 K)/kJ·mol-1 为: m CaC2(s) :-60, CaO(s) :-635, CO2(g) :-393, H2O(l) :-285, C2H2(g) 227, : CaCO3(s) :-1207, CO(g) :-111
(1 分) (1 分)

1. 制取 1 mol C2H2(g)需 3 mol C(s)(36 g ) 反应 3C(g)+3O2(g) →3CO2(g)

2008 年福建省高中学生化学竞赛预赛试题

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ΔrH $ (298 K,(4))=-1179 kJ 2. 虽然燃烧 1 mol C2H2(g)放热多于燃烧 3 mol C(s)。但反应 (1)ΔrH $ (298 K,(1))=179 kJ (2)ΔrH (298 K,(2))=464 kJ
$ (3)ΔrH (298 K,(3))=-63kJ $

(1 分)

即制取 1 mol 乙炔还需消耗(179+464)kJ 热量,且有 63kJ 热量散失,不能完全利用。故若 单纯作为燃料并不合算。 3. 三个反应的熵变均大于零。 反应(1)和(2)是吸热反应,因此高温有利于反应。 反应(3)是放热反应,因此常温有利于反应。 (10 分)HA 的总量为: 七. ( 0.1100×24.60=2.706(m mol) × (1 分) (1 分) (1 分) (1 分)

当滴入 NaOH 溶液 11.00ml 时已知 pH=4.80, 即溶液中 A- 的量为: 0.1100×11.00=1.210(m mol) 则 HA 的量为: 0.1100×24.60-0.1100×11.00=1.496(m mol) (2 分) (2 分) (4 分) (2 分)

1.210 1.496 ∴ pKa=4.80+0.09=4.89

4.80=pKa+ lg

八.(5 分)
H C H C Cl C H C C CH B, C CH3 H C Cl C H CH3 C C C CH H

4. 本小题 3 分

( 1分 )

( 1分 )

B 和 C 属于 Z,E 异构体(或答:属于顺反异构体) 分) (1 5. 本小题 1 分,凡与本答案有异者均不给分。 (E)-3-乙基-1-氯-1-戊烯-4-炔-3-醇 6. 本小题 1 分。是 或答:存在旋光异构体(对映异构体) (12 分)1.本小题 8 分,见下页 九. ( 见下页 2. C→D 氧化反应,C→E 取代反应,C→F 取代反应,E→G 取代反应,E→H 消去反应, H→I 加成反应(本小题 3 分,每个反应 0.5 分。 ) 3.用气体吸收装置处理氯化氢(0.5 分)(只要答出“气体吸收装置”即给分) 。 ; 所需试剂:氢氧化钠(或氢氧化钾,用分子式 NaOH,KOH 表示亦给分) (0.5 分)

2008 年福建省高中学生化学竞赛预赛试题
O C C H 2 C H (C H 3 )2 O 2N O C CH 2 CH (CH 3 ) 2

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CH 2 CH 2 C H(C H 3 ) 2 C (1分 )

A

(1分 ) Br

B (1分 ) C HC H 2 CH (CH 3 ) 2 E (1分 ) CH 2 C H 2 C H (C H 3 ) 2

C O 2H D (1分 ) C H 2 C H 2 C H (CH 3 ) 2 + Br (0.5分 ) F CH CH C H (C H 3 ) 2 Br (0.5分 ) Br

O CH 2 C H 3 CH C H 2 C H (C H 3 )2

G (0.5分 ) NH2 CH C H 2 CH (C H 3 ) 2

CH CH 2 CH (CH 3 ) 2

H (0.5分 )

I (0.5分 )

J (0.5分 )

(13 分) 十. ( 4. 本小题 3 分,A~C 各 1 分

A (1分) (1) CH2 CHMgBr (或 CH2 CHMgCl 或 CH2 CHLi ) (2) H3O+ B (1分) CrO3 /吡啶 或 PCC 只写CrO3 或写成CrO3/H2SO4 或用KMnO4、K2Cr2O7不给分 C (1分) (1) (CH3)3SiC CCH2MgBr 或 (CH3)3SiC CCH2MgCl (2) H3O+
5. 本小题 7 分,其中化合物 6-8 的结构式和空格 D-G 每个 1 分
O 化合物 6 (1分) CH2 CH2 化合物 7 (1分) CH3CH2CH2Br 化合物 8 (1分) CH3CH2CH2MgBr D (1分) O2, Ag E (1分) HBr,过氧化物(或ROOR,写成H2O2不给分) F (1分) Mg, 无水乙醚(没写溶剂或写成“乙醚”扣0.5分) G (1分) CrO3 /吡啶 或 PCC 只写CrO3 或写成CrO3/H2SO4 或用KMnO4、K2Cr2O7不给分 6. 本小题 3 分

J (0.5分) B2H6 (或 BH3) K (0.5分) H2O2, OH L (1分) CH3CH2ONa / CH3CH2OH 化合物 9的系统命名(1分): (E)-1-乙氧基-1-戊烯 凡与本答案有异者均不给分

2008 年福建省高中学生化学竞赛预赛试题

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全国高中学生化学竞赛基本要求
初赛基本要求对某些化学原理的定量关系、物质结构、立体化学和有机化学作适当补充, 一般说来,补充的内容是中学化学内容的自然生长点。

初赛基本要求
1. 有效数字 在化学计算和化学实验中正确使用有效数字。定量仪器(天平、量筒、移 液管、滴定管、容量瓶等等)测量数据的有效数字。数字运算的约化规则和运算结果 的有效数字。实验方法对有效数字的制约。 2. 气体 理想气体标准状况(态)。理想气体状态方程。气体常量 R 。体系标准压力。 分压定律。气体相对分子质量测定原理。气体溶解度(亨利定律)。 3. 溶液 溶液浓度。溶解度。浓度和溶解度的单位与换算。溶液配制(仪器的选择)。 重结晶方法以及溶质/溶剂相对量的估算。过滤与洗涤(洗涤液选择、洗涤方式选择)。 重结晶和洗涤溶剂(包括混合溶剂)的选择。胶体。分散相和连续相。胶体的形成和 破坏。胶体的分类。胶粒的基本结构。 4. 容量分析 被测物、基准物质、标准溶液、指示剂、滴定反应等基本概念。酸碱滴定 曲线(酸碱强度、浓度、溶剂极性对滴定突跃影响的定性关系)。酸碱滴定指示剂的 选择。以高锰酸钾、重铬酸钾、硫代硫酸钠、EDTA为标准溶液的基本滴定反应。分析 结果的计算。分析结果的准确度和精密度。 5. 原子结构 核外电子的运动状态: 用 s、p、d 等表示基态构型(包括中性原子、正

离子和负离子)核外电子排布。电离能、电子亲合能、电负性。 6. 元素周期律与元素周期系 周期。1~18族。主族与副族。过渡元素。主、副族同族元 素从上到下性质变化一般规律;同周期元素从左到右性质变化一般规律。原子半径和 离子半径。s、p、d、ds、f 区元素的基本化学性质和原子的电子构型。元素在周期 表中的位置与核外电子结构(电子层数、价电子层与价电子数)的关系。最高氧化态 与族序数的关系。对角线规则。金属与非金属在周期表中的位置。半金属(类金属)。 主、副族的重要而常见元素的名称、符号及在周期表中的位置、常见氧化态及其主要 形体。铂系元素的概念。 7. 分子结构 路易斯结构式。价层电子对互斥模型。杂化轨道理论对简单分子(包括离 子)几何构型的解释。共价键。键长、键角、键能。σ 键和 π 键。离域 π 键。 共轭(离域)体系的一般性质。等电子体的一般概念。键的极性和分子的极性。相似

2008 年福建省高中学生化学竞赛预赛试题

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相溶规律。对称性基础(限旋转和旋转轴、反映和镜面、反演和对称中心)。 8. 配合物 路易斯酸碱。配位键。重要而常见的配合物的中心离子(原子)和重要而常 见的配体(水、羟离子、卤离子、拟卤离子、氨、酸根离子、不饱和烃等)。螯合物 及螯合效应。重要而常见的配合反应。配合反应与酸碱反应、沉淀反应、氧化还原反 应的关系(定性说明)。配合物几何构型和异构现象的基本概念和基本事实。配合物 的杂化轨道理论。用杂化轨道理论说明配合物的磁性和稳定性。用八面体配合物的晶 体场理论说明Ti(H2O)6 的颜色。软硬酸碱的基本概念和重要的软酸软碱和硬酸硬碱。 9. 分子间作用力 范德华力、氢键以及其他分子间作用力的能量及与物质性质的关系。 分子间作用力 10. 晶体结构 分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体。晶胞(定义、晶胞参数和
3+

原子坐标)及以晶胞为基础的计算。点阵(晶格)能。配位数。晶体的堆积与填隙模 型。常见的晶体结构类型:NaCl、CsCl、闪锌矿(ZnS)、萤石(CaF2)、金刚石、石 墨、硒、冰、干冰、金红石、二氧化硅、钙钛矿、钾、镁、铜等。 11. 化学平衡 平衡常数与转化率。弱酸、弱碱的电离常数。溶度积。利用平衡常数的计 算。熵(混乱度)的初步概念及与自发反应方向的关系。 12. 离子方程式的正确书写 离子方程式的正确书写。 13. 电化学 氧化态。氧化还原的基本概念和反应式的书写与配平。原电池。电极符号、 电极反应、原电池符号、原电池反应。标准电极电势。用标准电极电势判断反应的方 向及氧化剂与还原剂的强弱。电解池的电极符号与电极反应。电解与电镀。电化学腐 蚀。常见化学电源。pH、络合剂、沉淀剂对氧化还原反应影响的说明。 14. 元素化学 卤素、氧、硫、氮、磷、碳、硅、锡、铅、硼、铝。碱金属、碱土金属、 稀有气体。钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、银、金、锌、汞、钼、钨。过渡元素 氧化态。氧化物和氢氧化物的酸碱性和两性。常见难溶物。氢化物的基本分类和主要 性质。常见无机酸碱的基本性质。水溶液中的常见离子的颜色、化学性质、定性检出 (不包括特殊试剂)和一般分离方法。制备单质的一般方法。 15. 有机化学 有机化合物基本类型——烷、烯、炔、环烃、芳香烃、卤代烃、醇、酚、 醚、醛、酮、酸、酯、胺、酰胺、硝基化合物以及磺酸的命名、基本性质及相互转化。 异构现象。加成反应。马可尼科夫规则。取代反应。芳环取代反应及定位规则。芳香 烃侧链的取代反应和氧化反应。碳链增长与缩短的基本反应。分子的手性及不对称碳 原子的R、S构型判断。糖、脂肪、蛋白质的基本概念、通式和典型物质、基本性质、 结构特征及结构表达式。 16. 天然高分子与合成高分子化学的初步知识 天然高分子与合成高分子化学的初步知识(单体、主要合成反应、主要类别、基本 性质、主要应用)。


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