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高中化学化学竞赛试题及解题方法研究


化学奥赛试题解法探析
竞赛辅导训练是否有效,关键在于训练思维能力,培养思维方法。纵观近年来全国初赛 及决赛试题,就解决问题的思维途径来看,可有以下几种。 一、类比联想 类比联想是解答化学奥赛试题的基本方法。 它是抓住题目所给信息, 展开联想, “此” 根据 对象在形式和内容上的特征,想像出与“此”关联的“彼”对象。类比常常具有启发思路, 提供线索,达到以旧带新,触类旁通

的作用。在实际解题中类比联想可使表面上看起来风马 牛不相及的事物联系起来,进而产生新信息,新思路,发现新规律,最终解决问题。 - - - 例 1.已知液体 SO2 和纯水的导电性相近,实验测得两者的比电导分别为 8×10 8Ω 1cm 1 - - - 和 6×10 8Ω 1cm 1。 试用简要的文字和化学方程式给出解释, 为什么在液体 SO2 中, 可用 Cs2SO3 去滴定 SOCl2?(1994 年浙江省竞赛试题) + - 解析:2H2O H3O +OH - 可看成:2OH2 OH3++OH - + 联想到:2SO2 SO32 +SO2 (因氧显-2 价)其逆过程便为 Cs2SO3 与 SOCl2 的反应。 Cs2SO3+SOCl2=2CsCl+2SO2 由此题还可推广到: - 2NH3 NH4++NH2 + - 2H2SO4 H3SO4 +HSO4 + - 2C2H5OH C2H5OH2 +C2H5O 二、排除确认 先看一则字谜:口木不是呆,莫把杏字猜,若要猜困字,不算是秀才。此谜属于组合型 字谜,先要思维发散找出各种可能的组合,再逐一排除确认。口和木上下组成的“呆、杏” 被排除,左口右木或左木右口不能组字,也被排除;木内口外组合的“困”又被排除,这就 只剩下木外口内,即将口插入木中这一种可能,故谜底为“束” 。同理,合理有序的思维发散 与排除确认的思维收剑也是化学奥赛常用的解题方法。 例 2.有机物 X,Y 的化学式均为 C7H14,并且均有旋光性,用 O3 氧化,H2O/Zn 处理后都有 甲醛生成。二者经催化加氢后都得到 Z(化学式为 C7H16) 也有旋光性。试推测 X,Y,Z 的 ,Z 结构。 (1997 年陕西省化学竞赛试题) 解析: (1)由化学式可知不饱和度为 1,则为单烯烃或环烷烃。又知可催化加氢后得到庚 烷,必为单烯烃。 (2)若 X,Y 为单烯烃,可能结构如下(思维发散) : A.直链烯烃 B.含一个支链的烯烃 C.含 2 个支链的烯烃 D.含 3 个支链的烯烃 (3)由于 X,Y 均有旋光性,可排除直链烯烃和含 3 个支链的烯烃。因此,X,Y 只能为 B,C 两种情况。 (4)在 B,C 两种情况中,因氧化后均有甲醛生成,则“C=C”在链端,这样 X,Y 可能 结构为:

A. B.

C.

D.

(无旋光性者不考虑)

(5)催化加氢后得到 Z,Z 也有旋光性,据此可确认 X,Y,进而可得 C。 三、猜想求证 化学竞赛中经常出现一些“超纲”题,它要求我们要大胆的去猜想,去假设,再把事实 与理论相比较,并加以证明。这种思维方法我们称之猜想求证。 例 3.次磷酸是一种强还原剂,将它加入 CuSO4 水溶液中,加热到 40℃~50℃,析出一种 红棕色的难溶物 A。经鉴定:反应后的溶液是磷酸和硫酸的混合物,X 射线衍射证实 A 是一 种六方晶体,结构类同于纤维锌矿(ZnS) ,组成稳定。A 的主要化学性质如下:①温度超过 60℃,分解成金属铜和一种气体;②在氯气中着火;③与盐酸反应放出气体。 回答以下问题: (1)写出 A 的化学式。 (2)写出 A 的生成反应方程式。 (3)写出 A 与氯气反应的化学方程式。 (1997 年全国化学竞赛初赛试题) 解析:解答本题的关键是确定 A 的化学式。因 A 经加热分解可以得到铜,所以把 A 可写 成 CuX。X 是什么?这是本题的难点。根据 CuX 具有 ZnS 的结构,得知 n(Cu)︰n(X)=1 ︰1,猜想 A 可能是 CuS,CuP,CuO 和 CuH(由 NaH 联想而知)等,若是 CuS 或 CuO,生 成反应中就找不到被强还原剂还原的元素,而且它们是黑色的,与题目的红棕色不符;若是 CuP,与铜和磷的化合价相矛盾(按化合价,应是 Cu3P 或者 Cu3P2,均不是 ZnS 的组成) ;若 是 CuH,与题目的信息完全一致。这样就可确定本题答案: (1)CuH (2)4CuSO4+3H3PO2+6H2O=4CuH↓+3H3PO4+4H2SO4 (3)2CuH+3Cl2=2CuCl2+2HCl 四、顺藤摸瓜 有因,必有果。这就需要我们在解决实际问题时,不草率从事,轻意下结论,而是全面 分析,层层剥笋,最终便能抓住题目的本质要素,使题目得解。 例 4.绿矾(化学式 FeSO4· 2O)是硫酸法生产钛白粉的主要副产物,每生产 1t 钛白粉, 7H 副产绿矾 4.5t~5.0t,目前全国每年约副产物 75 万吨,除极少量用于制备新产品外,绝大部分 作为废料弃去,对环境造成污染。因此开发综合利用绿矾的工艺,是一项很有意义的工作。 某研究者提出如附图所示的绿色工艺流程。

附图工艺流程 其中 B 是氯化物,C 是不含氯的优质钾肥,D 是一种氮肥,E 是红色颜料;A,B,C,D 均是盐类,E 和 F 是常见的化合物。该工艺实现了原料中各主要成分的利用率均达 94%以上, 可望达到综合利用工业废弃物和防治环境污染的双重目的。 (1)写出 A,B,C,D,E,F 的化学式。 (2)写出反应(1)(2)(3)的化学方程式。 、 、 (2001 年全国高中学生化学竞赛决赛试题) 解析:本题是中学化学中最熟悉的框图题,我们可根据题给反应物 FeSO4 这一信息, “顺 藤摸瓜”推理出 A,B,C,D,E,F 的化学式。 FeSO4 与盐 A 在水中发生反应(1) ,生成一种沉淀和溶液,并放出气体,被回收得 F。A 盐应是常见的碳酸盐。它与 FeSO4 反应得碱式碳酸亚铁沉淀和硫酸盐溶液,并放出 CO2 气体。 这与题中反应(2)信息完全相符,接着 Fe(OH)3 煅烧得红色颜料 Fe2O3。因此 E 是 Fe2O3,F 是 CO2。 - 经过上述分析,A 盐的阴离子为 CO32 ,那么它的阳离子是什么呢?根据反应(3)后的框 - 图分析,FeSO4 中 SO42 与盐 A 的阳离子组成新盐,它溶于水,因此进入反应后的滤液中,与 氯化物 B 发生反应(3) ,这也是盐与盐反应,生成一种沉淀和溶液。沉淀经干燥得产品 C; 滤液经蒸发得产品 D。由于 C 是不含氯的钾盐,说明 B 中氯元素没有进入 C 的组成,而进入 了 D 的组成,因而 D 是氯化物。题中又提供 D 是氮肥,自然联想到 D 为氯化铵。D 中的 NH4 +可能来自 A 盐,也可能来自 B 盐。若为后者,则 B 也为 NH4Cl,这样反应(3)在通常情 况下不能发生。因此 D 中 NH4+只能来自于 A 盐,而 C 中的 K+来自 B 盐。于是 B 是KCl, C 为K2SO4,A 为 NH4HCO3 或(NH4)2CO3。反应方程式为: (1)(m+n)FeSO4+2(m+n)NH4HCO3=Femn(OH)2n(CO3)m↓+(2n+m)CO2↑+(n+ m)(NH4)2SO4+mH2O (2)2Femn(OH)2n(CO3)m+(m+n)/2O2+(3m+n)H2O=2(m+n)Fe(OH)3↓+2nCO2↑ (3)(NH4)2SO4+2KCl K2SO4↓+2NH4Cl

五、由果推因 化学竞赛中,许多题目从正向推断,条件不足或不确定因素太多,但结果是明确的,这 样我们就可从结果出发,根据有关信息,逆推而得到答案。 例 5.立体结构上特殊拥挤的 2,3,4,5,6-五苯基苯甲醛是合成新型红色荧光材料的重 要中间体,该中间体的合成难度较大。文献报道了类似化合物的合成。

化合物(A)可由下列反应制取:

某研究者根据相关文献资料,从易得的肉桂醛(F)出发,设计合成了 2,3,4,5,6- 五苯基苯甲醛,反应路线如下:

以上各式中 p-TsOH,DMSO 和 TCQ 分别表示对甲基苯磺酸、二甲亚砜和四氯苯醌。 写出 A 的化学式及结构简式。 (2001 年全国高中学生化学竞赛决赛试题) 解析:此题的核心是求 A 的化学式,并确定其结构。 若正向推理, 无法办到, 因此可采用 “由果推因” 法。 五苯基苯甲酸的化学式为 C37H26O2, 加 1 个 H2 和 1 个 CO 即得 C 的化学式 C38H28O3,减去肉桂酸的化学式 C9H8O2,即得 A 的化 学式为 C29H20O。确定 A 的结构式时,始终抓住 A 的化学式与五苯基苯甲酸结构的对照,从 而确定 A 的碳骨架。通过分析可知,在五苯基苯甲酸的结构中切去一个肉桂酸的碳骨架可得 型碳骨架,该骨架一定来自 A 的化学式,其原子组成为 C28H20。因此 A 化学式中 只剩余 。如何将 CO 与 两部分组成合理的结构呢?

根据题中提供的有关 A 的信息,最理想的碳骨架应为



这样 A 化学式中所有的原子均用完,根据碳四价的原则,A 的结构式应为:

A 的结构式确定后,根据题中的信息就可确定其他物质的结构式。

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