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中国化学会第25届全国高中学生化学竞赛试题


中国化学会第 25 届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试卷 2011 年 9 月 11 日

中国化学会第 25 届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试卷
第 1 题(15 分) 1-1 2011 年是国际化学年,是居里夫人获得诺贝尔化学奖 100 周年。居里夫人发现的两种化 学元素的元素符号和中文名称分别是________和________。 1-2 向 TiOSO4 水溶液中加入锌粒,反应后溶液变为紫色。在清液中滴加适量的 CuCl2 水溶液, 产生白色沉淀。生成白色沉淀的离子方程式是 ; 继续滴加 CuCl2 水溶液,白色沉淀消失,其离子方程式是 。 1-3 20 世纪 60 年代维也纳大学 V.Gutmann 研究小组报道,三原子分子 A 可由 SF4 和 NH3 反应 合成;A 被 AgF2 氧化得到沸点为 27℃的三元化合物 B。A 和 B 分子中的中心原子与同种端位原子 的核间距几乎相等; 分子有一根三重轴和 3 个镜面。 B 画出 A 和 B 的结构式 (明确示出单键和重键, 不在纸面上的键用楔形键表示,非键合电子不必标出) 。 1-4 画出 Al2(n-C4H9)4H2 和 Mg[Al(CH3)4]2 的结构简式。 θ θ 1-5 已知 E (FeO2- /Fe3+)=2.20V,E [FeO2- /Fe(OH)3]=0.72V。(i)写出氯气和三氯化铁反应形成高 4 4 铁酸根的离子方程式。(ii)写出高铁酸钾在酸性水溶液中分解的离子方程式。(iii)用高铁酸钾与镁等 组成碱性电池,写出该电池的电极反应。 第 2 题(11 分) 2-1 画出 2,4-戊二酮的钠盐与 Mn3+形成的电中性配合物的结构式(配体用 O ⌒O 表示) 。 2-2 已知该配合物的磁矩为 4.9 玻尔磁子,配合物中 Mn 的未成对电子数为 。2-2 4; 2-3 回答:该配合物有无手性?为什么? 2-4 画出 2,4-戊二酮负离子的结构简式(须明确示出其共轭部分) ,写出其中离域 ? 键的表示符 号。 2-5 橙黄色固体配合物 A 的名称是三氯化六氨合钴(ⅢA),是将二氯化钴、浓氨水、氯化铵和过 氧化氢混合,以活性炭为催化剂合成的。机理研究发现,反应过程中首先得到 Co(NH3)2+ 离子,随 6 4+ 后发生配体取代反应,得到以新配体为桥键的双核离子 B ,接着发生桥键均裂,同时 2 个中心原 子分别将 1 个电子传递到均裂后的新配体上,得到 2 个 C2+离子, 最后 C2+离子在活性炭表面上发生 配体取代反应,并与氯离子结合形成固体配合物 A。写出合成配合物 A 的总反应方程式;画出 B4+ 和 C2+离子的结构式。 总反应方程式: 第 3 题(8 分)近年来,某些轻元素的含氢化合物及其复合体系作为氢源受到广泛关注。化合 物 A (XYH2)和 B (XH)都是具有潜在应用价值的释氢材料。A 受热分解生成固体化合物 C 并放出刺 激性气体 D,D 可使润湿的 pH 试纸变蓝。A 和 B 混合可优化放氢性能。研究发现,该混合体系的 放氢反应分三步进行: 2A=C+D (1) D+B = A+H2 (2) C+B = E+H2 (3) 将 A 和 B 按 1:2 的摩尔比混合,在催化剂作用下,所含的氢全部以氢气放出,失重 10.4%。 A、C、E 均能水解生成 F 和 D。G 是由 X 和 Y 组成的二元化合物,其阴离子是二氧化碳的等 电子体,G 分解生成 E 和一种无色无味的气体 I。写出 A、B、C、D、E、F、G 和 I 的化学式。 第 4 题(9 分)固溶体 BaInxCo1-xO3-δ 是兼具电子导电性与离子导电性的功能材料,Co 的氧化 数随组成和制备条件而变化,In 则保持+3 价不变。为测定化合物 BaIn0.55Co0.45O3-δ 中 Co 的氧化数, 确定化合物中的氧含量, 进行了如下分析: 称取 0.2034 g 样品,加入足量 KI 溶液和适量 HC1 溶液, 与样品反应使其溶解。以淀粉作指示剂,用 0.05000 mol· -l Na2S2O3 标准溶液滴定,消耗 10.85 mL。 L 4-1 写出 BaIn0.55Co0.45O3-δ 与 KI 和 HCl 反应的离子方程式。 4-2 写出滴定反应的离子方程式。 4-3 计算 BaIn0.55Co0.45O3-δ 样品中 Co 的氧化数 SCo 和氧缺陷的量 δ(保留到小数点后两位)。
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第 5 题(10 分)1965 年合成了催化剂 A,实现了温和条件下的烯烃加氢。 5-1 A 是紫红色晶体,分子量 925.23,抗磁性。它可通过 RhCl3· 2O 和过量三苯膦(PPh3)的乙 3H 醇溶液回流制得。画出 A 的立体结构。 5-2 A 可能的催化机理如下图所示(图中 16e 表示中心原子周围总共有 16 个价电子) :

画出 D 的结构式。5-2 5-3 确定图中所有配合物的中心原子的氧化态。 5-4 确定 A、C、D 和 E 的中心离子的杂化轨道类型。 5-5 用配合物的价键理论推测 C 和 E 显顺磁性还是抗磁性,说明理由。 第 6 题(10 分)NO2 和 N2O4 混合气体的针管实验是高中化学的经典素材。理论估算和实测发 现, 混合气体体积由 V 压缩为 V/2, 温度由 298K 升至 311K。 已知这两个温度下 N2O4(g) 2NO2(g) 的压力平衡常数 Kp 分别为 0.141 和 0.363。 6-1 通过计算回答,混合气体经上述压缩后,NO2 的浓度比压缩前增加了多少倍。 6-2 动力学实验证明,上述混合气体几微秒内即可达成化学平衡。压缩后的混合气体在室温下 放置,颜色如何变化?为什么? 第 7 题(9 分)12000 年前,地球发生过一次大灾变,气温骤降,导致猛犸灭绝,北美 Clovis 文化消亡。有一种假设认为,灾变缘起一颗碳质彗星撞击地球。2010 年几个研究小组发现,在北美 和格林兰该地质年代的地层中存在超乎寻常浓度的纳米六方金刚石,被认为是该假设的证据。 7-1 立方金刚石的晶胞如图 7-1 所示。画出以两个黑色碳原子为中心的 C-C 键及所连接的碳原 子。

图 7-1

图 7-2

图 7-3

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7-1



7-3



7-2 图 7-2 上、下分别是立方金刚石和六方金刚石的碳架结构。它们的碳环构型有何不同? 7-3 六方硫化锌的晶体结构如图 7-3 所示。用碳原子代替硫原子和锌原子,即为六方金刚石。 请在该图内用粗线框出六方金刚石的一个晶胞,要求框线必须包含图中已有的一段粗线,且框出的 晶胞体积最小。 7-4 六方金刚石中周期性重复的最小单位包含____个碳原子。7-4 4; 第 8 题(10 分)化合物 B 是以 β-紫罗兰酮为起始原料制备维生素 A 的中间体。

β-紫罗兰酮 由 β-紫罗兰酮生成 B 的过程如下所示:

维生素 A

8-1 维生素 A 分子的不饱和度为____。8-1 6; 8-2 芳香化合物 C 是 β-紫罗兰酮的同分异构体, 经催化氢解生成芳香化合物 D, 的 1H NMR C D 图谱中只有一个单峰。画出 C 的结构简式。 8-3 画出中间体 B 的结构简式。 8-4 以上由 β-紫罗兰酮合成中间体 B 的过程中,(2)、(3)、(4)、(6)步反应分别属于什么反应类 型(反应类型表述须具体,例如取代反应须指明是亲电取代、亲核取代还是自由基取代)。 第 9 题(10 分)化合物 A、 和 C 的分子式均为 C7H8O2。 B 它们分别在催化剂作用和一定反应条件 下加足量的氢,均生成化合物 D (C7H12O2)。D 在 NaOH 溶液中加热反应后再酸化生成 E(C6H10O2) 和 F(CH4O)。 A 能发生如下转化:

生成物 N 分子中只有 3 种不同化学环境的氢,它们的数目比为 1:1:3。
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9-1
A

画出化合物 A、B、C、D、E、M 和 N 的结构简式。
B C D

E

M

N

9-2 A、B 和 C 互为哪种异构体? (在正确选项的标号前打钩)9-2 ②; ①碳架异构体 ②位置异构体 ③官能团异构体 ④顺反异构体 9-3 A 能自发转化为 B 和 C,为什么? 9-4 B 和 C 在室温下反应可得到一组旋光异构体 L。每个旋光异构体中有____个不对称碳原子。 第 10 题(8 分)威斯迈尔反应是在富电子芳环上引入甲酰基的有效方法。其过程首先是 N,N二甲基甲酰胺与 POCl3 反应生成威斯迈尔试剂:

接着威斯迈尔试剂与富电子芳环反应,经水解后在芳环上引入甲酰基。例如:

10-1 用共振式表示威斯迈尔试剂正离子。 10-2 由甲氧基苯转化为对甲氧基苯甲醛的过程中,需经历以下步骤: (1)芳香亲电取代; (2)分子内亲核取代; (3)亲核加成; (4)质子转移; (5)消除。 画出所有中间体的结构简式。

10-3 完成下列反应:

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