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第38届国际化学奥林匹克选训营初选试题(台湾)


第三十八届国际化学奥林匹克选训营初选试题(台湾)
考试时间:120 分钟 成绩满分:100 分(100%)

注意!!! ※ 学生证(或身份证)置于桌面右上角备查。 ※ 必须在答案纸上作答。 ※ 本试题答案纸的每一页,都要写上姓名,试卷连同试题一起缴交监考老师。 ※ 请将呼叫器、行动电话、计时器必须关机。 ※ 作答时请用蓝、黑色原子笔,可使用立可白涂

改,如修改不清楚不予计分。 ※ 本试题共有二大部分: 第一部分,选择题共 60 分(60%),单选题与多选题各 10 题,每题 3 分。单选题答错倒 扣 1 分;多选题条错不倒扣.考生不得带电子计算机. 第二部分, 非选择题共 40 分(40%)。 作答必须分开在第 10-12 页标明题号处作答,题目提 供必要之常数与资讯,考生不得带电子计算机。 ※ 考试 40 分钟后才可以开始交卷。 ※ 考试时间共 120 分钟。 第一部分: 选择题(占 60%) 一、单选题(每题答对得 3 分,答错倒扣 1 分,共 30 分) 1-4 为题组 化学反应常伴随着能量的变化,而以能量的形式放出或吸收的能量通称为化学反应热 (△H)。反应热又因化学反应的分类给予不同的名称。物质 1 摩尔,由其成分元素化合生成时 的反应热称为生成热(△Hf),例如甲烷的生成热:

C( s ) ? 2H 2( g ) ? CH 4( g )

?H f ? ?x kJ m o l
?Hc ? ? y kJ m o l

而物质 1 摩尔完全燃烧时,所产生的热量称为燃烧热(△HC),例如甲烷的燃烧热:

CH 4( g ) ? 2O2( g ) ? CO2( g ) ? 2H2O( g )
CH 4( g ) ? C( s ) ? 4H( g )
?H ? z

而要切断分子内特定的结合键时,所吸收的能量称为键结能(△Hb),例如:

在甲烷要切断其四个 C-H 键中的每一个 C-H 键所需的能量各不同,而在实用上常取其平 均值,因此 C-H 的键结能是上式中总键结能 Z 的四分之一,亦即 ?H b ? z 4 。 下徇两个图中的数据分别表示水与二氧化碳各 1mol 分解时,能量变化的示意图,其中的 各数据是以 kJ 为单位所表示者.试根据此两图回答题 1-4(答案要选取数据最接近者):

1. 求 H2O(g)的生成热为几 kJ/mol? (A) -243 (B) -247 (C) -436 (D) -463 (E) -679

2. 求 CO(g)的燃烧热为几 kJ/mol? (A) -109 (B) -285 (C) -394 (D) -494 (E) -603

3. 求 O-H 的键结能为几 kJ/mol? (A) 243 (B) 436 (C) 463 (D) 679 (E) 926

4. 求 CO( g ) ? H 2O( g ) ? CO2( g ) ? H 2( g ) 的反应热为几 kJ/mol? (A) -42 (B) 67 (C) -67 (D) 436 (E) -926

5. 工业上制造硫酸常使用五氧化二钒为催化剂,而制造中的有关过程,都可用化学反应式来 表示.试问下列哪一反应最难进行,须用五氧化二钒来催化? (A) S8( s ) ? 8O2( g ) ? 8SO2( g ) (B) 2SO2( g ) ? O2( g ) ? 2SO3( g ) (C) SO3( g ) ? H 2O(l ) ? H 2 SO4( aq ) (D) SO3( g ) ? H 2 SO4(conc)* ? H 2 S2O7(l ) (E) H 2 S2O7(l ) ? H 2O(l ) ? 2H 2 SO4(l ) * 表示 98%的浓硫酸

6. 一氧化氮是大气污染物,严重危害人体健康.倘若化学家有能力研究出某种催化剂,使其在 适当的温度下,能使 NO 与过量的甲气体在密闭的反应室作用,将 NO 转变为无害的气体,并且 可避免二次环境污染.试问最有可能的甲气体是下列的哪一种? (A) SO2 (B) H2S (C) CH4 (D) NH3 (E) NO2

7. 物质甲会有下列的现象或反应: (1). 物质甲溶于稀盐酸得乙溶液 (2). 乙溶液中加入硝酸银并搅拌后,过滤得丙溶液 (3). 丙溶液中加入不足量的锌粉,搅拌后过滤得沉淀丁 (4). 沉淀丁与氧反应即得物质甲

试问:物质甲是什么? (A) Cu (B) CuO (C) ZnO (D) MgO (E) Mg

8. 下列分子化合物中,何得的沸点最高? (A) 丙醛(MW=58) (D) 醋酸(MW=60) (B) 丙酮(MW=58) (E) 丁烷(MW=58) (C)2-丙醇(MW=60)

9. 分子式为 C7H7Br 的芳香族化合物,共有几种异构物? (A) 2 种 (B) 3 种 (C) 4 种 (D) 5 种 (E) 6 种

10. 某酯类 C8H16O2 经水解后,所得的醇再用 KMnO4 氧化,结果得到的酸与原水解得到的酸 相同。此酯的结构为何? (A) CH3CH2CH2COOCH2CH2CH2CH3 (B) CH3CH2CH2CH2COOCH2CH2CH3 (C) CH3CH2COOCH2CH2CH2CH2CH3 (D) CH3CH2COOCH2CH2CH3 (E) CH3CH2CH2CH2COOCH2CH2CH3 二、多选题(每题 3 分,共 30 分) 11. 某三价金属 M 能与酸反应产生氢气。已知 2 摩尔的金属 M 与某酸(HnA,n 为小于 3(含 3) 的正整数完全反应,可得 3 摩尔的氢气,之外可得一盐类,则下列选项中的化学式,哪些符 合题意? (A) MA (B) M2A (C) M3A2 (D) M2A3 (E) MA3

12. 下列分子或离子中氮原子的键结轨域,有哪些是属于 sp2 混成轨域?

13. 下列各反应中,不生成醇类产物的有哪些? (A) 丁酸丙酯的水解 (C) 丙醛与多仑试剂反应 (E) 2-甲基-2-溴丙烷与水反应 14. 下列各物质中含有葡萄糖结构单元的有哪些? (A) 淀粉 (B) 麦芽糖 (C) 乳糖 (D) 蔗糖 (E) 果糖 (B) 在酸性条件下 2-戊烯与水的作用 (D) 利用镍金属催化丁酮与氢气的反应

15. 下列有关碳的同类异形体的叙述,何者正确? (A) 目前已知有四种碳的同素异形体,即石墨、金刚厂(钻石)、碳六十、奈米碳管 (B) 奈米碳管与石墨应属于同一种物质 (C) 碳六十是二十个六元环与十二个五元环组成的分子化合物 (D) 根据石墨的性质判断,奈米碳管应属电的导体 (E) 一般环境中,石墨很难转变成金刚石是因为此反应极度吸热(△H>500KJ/mol)

16. 下列有关 H2CCH2、H2CCCH2 及 H2CCCH2 三个化合物键结的叙述,何者正确? (A) 所有不与氢原子键结的碳原子均为 sp 混成 (B) 所有与氢原子键结的碳原子均为 sp2 混成 (C) 三个化合物中只有乙烯没有共振结构 (D) 三个化合物的碳链均为直线结构 (E) 三个化合物均为平面分子 17. 在一容器中使 0.02mol/L 过氧化物 A 发生分解,反应物浓度 A 随时间改变的图形如下所 示,下列叙述何者正确?

(A) 此反应属于一级反应 (B) 此反应的半生期随 A 浓度的下降而增长 (C) 此反应的反应速率常数约为 1×10-4min-1 (D) 此反应的反应速率常数约为 2.0 min-1 (E) 此反应的初速率约为 0.0004+0.0001mol/L· min 18. 下列关于右图中结构的叙述,何者正确? (A) 此图结构是依 ABCABC……的重复顺序堆积 (B) 此图结构属于面心立方排列 (C) 此图结构属于立方最密堆积 (D) X 与 Y 原子可属于相同的层 (E) 此结构可旋转一个适当角度,使 X 原子恰在 Y 原子的垂直上 方 19. 下图为一张氢原子放射光谱,下列叙述何者正确?

(A) 可见光左边的谱线区,频率的数量级为 1014Hz (B) 可见光区左边的谱线基础能皆为 n=3 (C) 紫外光区与可见光区的最左一条谱线有相同的激发态 (D) 紫外光区与可见光区的最右一条谱线有相同的基础态 (E) 紫外光区最左一条谱线 1 的波长为 121.6nm,谱线 3 的波长为 97.3nm,则谱线 2 的 波长约为 103nm 20. 下图是一水溶液在 pH 值 0-14 的范围内,H2CO3、HCO3-、CO32-三种成分平衡时的组成百 分率,下列叙述何者正确?

(A) 此图可完全根据 1.0 MHCl 溶液滴定 1.0M 碳酸钠溶液的实验数据绘出 (B) 1.0 MHCl 溶液滴定 1.0M 碳酸钠溶液的当量点为中性 (C) 当 pH 值在 6.37 及 10.25 时为碳酸钠的缓冲溶液区 (D) 在 pH 为 pKa1 及 pKa2 时,溶液中[H2CO3]=[HCO3-]=[CO32-] (E) 二氧化碳溶液在血液中多以 HCO3-的形式存在

第二部分:非选择题(共四大题,占 40%) (作答必须标明题号,提供必要之常数与资讯.考生不得使用电子计算机,共 40 分) 一、某有机物(液体)含有碳、氢、氧。经元素分析得碳 64.8%、氢 13.5%.为了要知道该有机 物的化学式,王同学先做了下列的实验,以便计算出该有机物的大约分子量。

1. 取一个长颈烧瓶,瓶口塞住一个中间有一短玻 璃管的橡有胶瓶塞,如图 1 中的烧瓶,称重得 210.50 克。 2. 在室温 20℃将烧瓶装满清水并用原来的橡皮塞 塞住瓶口后, 置于 92℃的恒温槽(水浴)一段相当长 的时间,使瓶内的清水也保持 92℃恒温。然后取出 烧瓶置于桌上。冷却擦干瓶子,称重得 745.10 克。 3. 倒出烧瓶内的清水,烘干烧瓶,确认瓶内完全 干燥后,将该有机物液体约 6 毫升倒入烧瓶内, 塞住橡皮塞后,再将烧瓶置于 92℃恒温槽,即见 液体完全气化。 4. 取出烧瓶后置于室内桌面,即见随温度下降,瓶底出现液滴。又将瓶外擦干后称重,得 211.81 克。 已知实验当天的大气压为 730mmHg,清水在 92℃的密度为 0.972 克/毫升。(本题的计算 均要列出计算式子,尽量先约分,并了解计算的目的,可简化计算)(15%) (1) 试求烧瓶在 92℃时的容积(瓶内的体积)。(2 分) (2) 试求该有机物的分子量(假定当液体完全气化后,烧瓶内的气体全是该有机物的蒸气)并写 出该有机物的分子式与精确分子量。(6 分) (3) 写出该有机物的可能异构物(为了简化,除了官能基以外的 H 均应省略,例如异丙醇(2-丙 醇),应写成 C C OH )(5 分)
C

(4) 要推估该有机物的结构式,还需要再做什么实验(限定在高中的一般化学实验室即可做的 实验.使用贵义不给分)?(2 分) (注:原子量 H=1.008 C=12.01 O=16.00)

二、 利用质谱仪来分析分子结构已经成现代化学重要的技术, 其原理为利用电子撞击分子(M) 使它产生阳离子团(M+)或分子裂解产生的阳离子团在磁场飞行的差异,而侦测各种离子, 下图 为氯甲烷的质谱分析。图谱的横坐标为质量与电荷比(m/z),从坐标为强度代表所产生粒子数 的多寡。氯甲烷的质谱分析中,m/z=15 是氯甲烷经过裂解产生甲基阳离子[CH3]+的讯号,而 m/z=50 与 52 则是氯甲烷阳离子[CH3Cl]+的讯号。 利用图谱资料, 说明自然界中氯的同位素为 何?且其含量比为何?(6%)(6 分)

三、 实验室有一瓶酚(C6H5OH)与环已醇(C6H11OH)的混合物重 97 克.某学生取 0.97 克的样品放 入 50mL 的水中,加入数滴的酚酞,用 1.0M 的 NaOH 溶液滴定.经加入 5.0mL 的 1.0M NaOH 溶 液后,使溶液变成桃红色.于是学生取 48.5 克的混合物,加入 3M NaOH 溶液 50mL,然后加入乙 醚 70mL,经过摇光萃取后,溶液分成两层,分离了有机层;之后再加入乙醚 70mL 至水层溶液萃 取一次,分离后将两次萃取的有基层合并,加热将溶剂蒸发,得到的残留物中却发现还有 8.5 克 的酚.(9%)[酚的 pKa=9.95][C=12.0;H=1.0,O=16.0,Na=23.0] (1) 请问此瓶药剂中含有环已醇几克?(3 分) (2) 此分离的过程,是利用何种原理?即学生为什么要加 NaOH 溶液到混合物中再用乙醚萃 取?(3 分) (3) 这个分离效果非常不好,其主要原因为何?(3 分) 四、下图是两个高温超导物质的单位晶格结构(10%)

(1) 决定物质 A 的化学式.(3 分) (2) 决定物质 B 中 Mg 及 B 原子的氧化数.(4 分) (3) 画出物质 B 中硼原子部分的电子点式.(3 分)

第三十八届国际化学奥林匹克选训营初试题答案卷
第一部分:选择题(占 60 分)
一、单选题(30%)(每题答对得 3 分,答错倒扣 1 分,共 30 分) 题号 答案 1 A 2 B 3 C 4 A 5 B 6 D 7 B 8 D 9 C 10 A

二、多选题(30%)(每题答对得 3 分,不完全对或答错不给分也不扣分,共 30 分) 题号 答案 题号 答案 11 ADE 16 ABD 12 ACD 17 AE 13 C 18 BCD 14 任何答案都给 3 分 ABCD 19 ABE 15 CD 20 CD

第二部分:非选择题(共四大题,占 40%)
(作答必须分开在下面第 10-12 页标明题号处作答,题目提供必要之常数与资讯,考生不得使用 电子计算机,共 40 分) 一、(15%) (1) 空瓶重 210.50g 水重 745.10-210.50=534.60 烧瓶的体(容)积 V=V/d=534.60/0.972=550mL (2) 有机物的蒸气重=211.81-210.50=1.31g 大约分子量 PV=gRT/M M=(gRT)/(PV)=(1.31×82.05×365)/(730×550/760)=74.26 实验式 C=64.8% G=13.5% O=21.9% C:H:O=4:10:1 64.8/12.01=5.4 13.5/1.008=13.5 21.9/16=1.35

C4H10O 精确实验式量:(12.01×4)+(1.008×10)+16.00=74.12 精确分子量=74.12 分子式 C4H10O

(3) C4H10O 醇

C C C C OH
OH C C C C

C C C OH C

C C C OH C


C O C C C

C C O C C
C C O C C
(4) 例如:沸点的测定 二、(15%)
35

Cl

37

Cl

50-15=35 52-15=37 100:35

三、 1.0×0.005=0.005mol-酚 9.4×0.005=0.47g-酚 0.97-0.47=0.5g 环已醇 0.5/100×0.97/97=0.5mol 100×0.5=50g- 环已醇 (2) 酚离子呈水溶性,藉以分离环已醇 (3) 添加 NaOH 不足 3M×0.05=0.15 mol NaOH 但 48.5g 混合物中有 0.25mol 的酚

四、(10%) (1) 决定物质 A 的化学式. Y: 1/8×8=1(corner), Ba: 1/4×8=2(edge), Cu: 3 O: (1/2×10)+2=7 YBa2Cu3O7 (2) 决定物质 B 中 Mg 及 B 原子的氧化数. Mg: (1/2×2)+(1/6×12)=3 Face MgB2 氧化数: Mg: +2 , B: -1 corner

(3) 画出物质 B 中硼原子部分的电子点式.


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