2023年全国高中学生化学竞赛初赛试题及答案.doc
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1、翻印无效中国化学会第21届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题(2023年9月16日 9:00 - 12:00共3小时)题号1234567891011总分满分12610710128410129100得分评卷人l 竞赛时间3小时。迟到超过半小时者不能进考场。开始考试后1小时内不得离场。时间到,把试卷(背面朝上)放在桌面上,立即起立撤离考场。l 试卷装订成册,不得拆散。所有解答必须写在指定的方框内,不得用铅笔填写。草稿纸在最后一页。不得持有任何其他纸张。l 姓名、报名号和所属学校必须写在首页左侧指定位置,写在其他地方者按废卷论处。l 允许使用非编程计算器以及直尺等文具。 第1题(12分)通常,硅不
2、与水反映,然而,弱碱性水溶液能使一定量的硅溶解,生成Si(OH)4。1-1 已知反映分两步进行,试用化学方程式表达上述溶解过程。 早在上世纪50年代就发现了CH5+的存在,人们曾提出该离子结构的多种假设,然而,直至1999年,才在低温下获得该离子的振动-转动光谱,并由此提出该离子的如下结构模型:氢原子围绕着碳原子快速转动;所有C-H键的键长相等。1-2 该离子的结构能否用经典的共价键理论说明?简述理由。1-3 该离子是( )。A.质子酸 B.路易斯酸 C.自由基 D.亲核试剂2023年5月报道,在石油中发现了一种新的烷烃分子,因其结构类似于金刚石,被称为“分子钻石”,若能合成,有也许用做合成纳
3、米材料的抱负模板。该分子的结构简图如下:1-4 该分子的分子式为 ;1-5 该分子有无对称中心? 1-6 该分子有几种不同级的碳原子? 1-7 该分子有无手性碳原子? 1-8 该分子有无手性? 第2题(5分)羟胺和用同位素标记氮原子(N)的亚硝酸在不同介质中发生反映,方程式如下: NH2OH+HNO2 A+H2O NH2OH+HNO2 B+H2OA、B脱水都能形成N2O,由A得到NNO和NNO,而由B只得到NNO。 请分别写出A和B的路易斯结构式。第3题(8分) X-射线衍射实验表白,某无水MgCl2晶体属三方晶系,呈层形结构,氯离子采用立方最密堆积(ccp),镁离子填满同层的八面体空隙;晶体
4、沿垂直于氯离子密置层的投影图如下。该晶体的六方晶胞的参数:a=363.63pm,c=1766.63pm;p=2.53gcm-3。 3-1 以“”表达空层,A、B、C表达Cl-离子层,a、b、c表达Mg2+离子层,给出三方层型结构的堆积方式。3-2 计算一个六方晶胞中“MgCl2”的单元数。3-3 假定将该晶体中所有八面体空隙皆填满Mg2+离子,将是哪种晶体结构类型?第4题(7分) 化合物A是一种热稳定性较差的无水的弱酸钠盐。用如下方法对其进行分析:将A与惰性填料混合均匀制成样品,加热至400,记录含A量不同的样品的质量损失(%),结果列于下表:样品中A的质量分数/%20507090样品的质量损
5、失/%7.418.525.833.3运用上述信息,通过作图,推断化合物A的化学式,并给出计算过程。第5题(10分)甲苯与干燥氯气在光照下反映生成氯化苄,用下列方法分析粗产品的纯度:称取0.255g样品,与25 mL 4molL-1氢氧化钠水溶液在100 mL圆底烧瓶中混合,加热回流1小时;冷至室温,加入50 mL20%硝酸后,用25.00mL 0.1000molL-1硝酸银水溶液解决,再用0.1000molL-1NH4SCN水溶液滴定剩余的硝酸银,以硫酸铁铵为指示剂,消耗了6.75 mL。5-1 写出分析过程的反映方程式。5-2 计算样品中氯化苄的质量分数(%)。5-3 通常,上述测定结果高于
6、样品中氯化苄的实际含量,指出因素。5-4 上述分析方法是否合用于氯苯的纯度分析?请说明理由。第6题(12分)在给定实验条件下,一元弱酸HA在苯(B)和水(W)的分派系数KD=HAB/HAW=1.00。已知水相和苯相中HA的分析浓度分别为3.0510-3 和3.9610-3 molL-1。在水中,HA按HAH+A-解离,Ka=1.0010-4;在苯中,HA发生二聚:2HA(HA)2。6-1 计算水相中各物种的浓度及pH。 6-2 计算化合物HA在苯相中的二聚平衡常数。6-3 已知HA中有苯环,1.00gHA含3.851021个分子,给出HA的化学名称。6-4 解释HA在苯中发生二聚的因素,画出二
7、聚体的结构。第7题(8分)KClO3热分解是实验室制取氧气的一种方法。KClO3在不同的条件下热分解结果如下: 实验反映体系第一放热温度/第二放热温度/AKClO3400480BKClO3+Fe2O3360390CKClO3+MnO2350已知K(s)+1/2Cl2(g)=KCl(s) H(1)=-437 kJmol-1K(s)+1/2Cl2+3/2O2(g)= KClO3(s) H(2)=-398 kJmol-1K(s)+1/2Cl2+2O2(g)= KClO4(s) H(3)=-433 kJmol-17-1 根据以上数据,写出上述三个体系相应的分解过程的热化学方程式。7-2 用写MnO2催
8、化KClO3分解制得的氧气有轻微的刺激性气味,推测这种气体是什么,并提出确认这种气体的实验方法。 第8题(4分)用下列路线合成化合物C:反映结束后,产物中仍具有未反映的A和B。8-1 请给出从混合物中分离出C的操作环节;简述操作环节的理论依据。8-2 生成C的反映属于哪类基本有机反映类型。第9题(10分) 根据文献报道,醛基可和双氧水发生如下反映:为了合成一类新药,选择了下列合成路线:9-1 请写出A的化学式,画出B、C、D和缩醛G的结构式。9-2 由E生成F和F生成G的反映分别属于哪类基本有机反映类型。9-3 请画出化合物G的所有光活异构体。第10题(12分) 尿素受热生成的重要产物与NaO
9、H反映,得到化合物A(三钠盐)。A与氯气反映,得到化合物B,分子式C3N3O3Cl3。B是一种大规模生产的化工产品,全球年产达40万吨以上,我国年生产能力达5万吨以上。B在水中能连续不断地产生次氯酸和化合物C,因此广泛用于游泳池消毒等。10-1 画出化合物A的阴离子的结构式。10-2 画出化合物B的结构式并写出它与水反映的化学方程式。10-3 化合物C有一个互变异构体,给出C及其互变异构体的结构式。10-4 写出上述尿素受热发生反映的配平方程式。第11题(12分) 石竹烯(Caryophyllene,C15H24)是一种含双键的天然产物,其中一个双键的构型是反式的,丁香花气味重要是由它引起的,
10、可从下面的反映推断石竹烯及其相关化合物的结构。反映1:反映2:反映3:反映4:石竹烯异构体异石竹烯在反映1和反映2中也分别得到产物A和B,而在通过反映3后却得到了产物C的异构体,此异构体在通过反映4后仍得到了产物D。11-1 在不考虑反映生成手性中心的前提下,画出化合物A、C以及C的异构体的结构式;11-2 画出石竹烯和异石竹烯的结构式;11-3 指出石竹烯和异石竹烯的结构差别。答案及评分标准第 1 题(12分)1-1 Si + 4OH = SiO44 + 2 H2(1 分) SiO44 + 4H2O = Si(OH)4 + 4OH(1 分)若写成 Si + 2OH + H2O = SiO32
11、 + 2 H2 SiO32 + 3H2O = Si(OH)4 + 2OH,也得同样的分。但写成 Si + 4H2O = Si(OH)4 + 2H2不得分。写不写 (沉淀)和 (气体)不影响得分。1-2 不能。(1 分)经典共价键理论认为原子之间通过共享电子对而成键。C 为第二周期元素,只有 4 个价层轨道,最多形成 4 个共价键。(1 分)理由部分:答“C 原子无 2d 轨道,不能形成 sp3d 杂化轨道”,得 1 分;只答“C 原子没有 2d 轨道”,得 0.5分;只答“C 原子有 4 个价电子”,得 0.5 分;答 CH5+中有一个三中心二电子键,不得分(因按三中心二电子键模型,CH5+离
12、子的 C-H 键不等长)。1-3 A 或质子酸(多选或错选均不得分。) (2 分)1-4 C26H30(分子式不全对不得分) (2 分)1-5 有(1 分)1-6 3 种(答错不得分)(1 分)1-7 有(1 分)1-8 无(1 分)第 2 题(6 分)(每式 3 分)对每一式,只写对原子之间的连接顺序,但未标对价电子分布,只得 1 分;未给出立体结构特性不扣分;未标出同位素符号不扣分,但 B 中将星号标错位置扣 0.5 分。第 3 题(10 分)3-1 AcB CbA BaC A (5 分)大写字母要体现出 Cl-层作立方最密堆积的顺序,镁离子与空层的交替排列必须对的,镁离子层与氯离子层之间
13、的相对位置关系(大写字母与小写字母的相对关系)不规定。必须表达出层型结构的完整周期,即至少写出包含6个大写字母、3个小写字母、3个空层的排列。若只写对含4个大写字母的排列,如“ AcB CbA ”,得 2.5 分。3-2 (3 分)Z 的表达式对,计算过程修约合理,结果对的(Z=3.003.02,指出单元数为整数 3),得 3 分。Z 的表达式对,但结果错,只得 1 分。3-3 NaCl 型或岩盐型(2 分)第 4 题(7 分)根据所给数据,作图如下:由图可见,样品的质量损失与其中 A 的质量分数呈线性关系,由直线外推至 A 的质量分数为 100% ,即样品为纯 A,可得其质量损失为 37.0
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