中国化学会第27届中国化学奥林匹克初赛试题及解答use.docx
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中国化学会第27届中国化学奥林匹克初赛试题及解答use
第27届中国化学奥林匹克(初赛)试题及解答
第1题(12分)写出下列化学反应的方程式
1-1加热时,三氧化二锰与一氧化碳反应产生四氧化三锰。
1-2将KCN加入到过量的CuSO4水溶液中。
1-3在碱性溶液中,Cr2O3和K3Fe(CN)6反应。
1-4在碱性条件下,Zn(CN)42-和甲醛反应。
1-5Fe(OH)2在常温无氧条件下转化为Fe3O4。
1-6将NaNO3粉末小心加到熔融的NaNH2中,生成NaN3(没有水生成)。
第2题(23分)简要回答或计算
2-1Bi2Cl82-离子中铋原子的配位数为5,配体呈四角锥型分布,画出该离子的结构并指出Bi原子的杂化轨道类型。
2-2在液氨中,Eθ(Na+/Na)=-1.89V,Eθ(Mg2+/Mg)=-1.74V,但可以发生Mg置换Na的反应:
Mg+2NaI=MgI2+2Na,指出原因。
2-3将Pb加到氨基钠的液氨溶液中,先生成白色沉淀Na4Pb,随后转化为Na4Pb9(绿色)而溶解。
在此溶液中插入两块铅电极,通直流电,当1.0mol电子通过电解槽时,在哪个电极(阴极或阳极)上沉积出铅?
写出沉积铅的量。
2-4下图是某金属氧化物的晶体结构示意图。
图中,小球代表金属原子,大球代表氧原子,细线框出其晶胞。
2-4-1写出金属原子的配位数(m)和氧原子的配位数(n)。
2-4-2写出晶胞中金属原子数(p)和氧原子数(q)。
2-4-3写出该金属氧化物的化学式(金属用M表示)。
2-5向含[cis-Co(NH3)4(H2O)2]3+的溶液中加入氨水,析出含{Co[Co(NH3)4(OH)2]3}6+的难溶盐。
{Co[Co(NH3)4(OH)2]3}6+是以羟基为桥键的多核络离子,具有手性。
画出其结构。
2-6向K2Cr2O7和NaCl的混合物中加入浓硫酸制得化合物X(154.9gmol-1)。
X为暗红色液体,沸点117oC,有强刺激性臭味,遇水冒白烟,遇硫燃烧。
X分子有两个相互垂直的镜面,两镜面的交线为二重旋转轴。
写出X的化学式并画出其结构式。
2-7实验得到一种含钯化合物Pd[CxHyNz](ClO4)2,该化合物中C和H的质量分数分别为30.15%和5.06%。
将此化合物转化为硫氰酸盐Pd[CxHyNz](SCN)2,则C和H的质量分数分别为40.46%和5.94%。
通过计算确定Pd[CxHyNz](ClO4)2的组成。
2-8甲烷在汽车发动机中平稳、完全燃烧是保证汽车安全和高能效的关键。
甲烷与空气按一定比例混合,氧气的利用率为85%,计算汽车尾气中O2、CO2、H2O和N2的体积比(空气中O2和N2体积比按21:
79计;设尾气中CO2的体积为1)。
第3题(11分)白色固体A,熔点182oC,摩尔质量76.12gmol-1,可代替氰化物用于提炼金的新工艺。
A的合成方法有:
(1)142oC下加热硫氰酸铵;
(2)CS2与氨反应;(3)CaCN2和(NH4)2S水溶液反应(放出氨气)。
常温下,A在水溶液中可发生异构化反应,部分转化成B。
酸性溶液中,A在氧化剂(如Fe3+、H2O2和O2)存在下能溶解金,形成取sp杂化的Au(I)配合物。
3-1画出A的结构式。
3-2分别写出合成A的方法
(2)、(3)中化学反应的方程式。
3-3画出B的结构式。
3-4写出A在硫酸铁存在下溶解金的离子方程式。
3-5A和Au(I)形成的配合物中配位原子是什么?
3-6在提炼金时,A可被氧化成C:
2A→C+2e-;C能提高金的溶解速率。
画出C的结构式。
写出C和Au反应的方程式。
第4题(7分)人体中三分之二的阴离子是氯离子,主要存在于胃液和尿液中。
可用汞量法测定体液中的氯离子:
以硝酸汞(II)为标准溶液,二苯卡巴腙为指示剂。
滴定中Hg2+与Cl-生成电离度很小的HgCl2,过量的Hg2+与二苯卡巴腙生成紫色螯合物。
4-1简述配制硝酸汞溶液时必须用硝酸酸化的理由。
4-2称取1.713gHg(NO3)2•xH2O,配制成500mL溶液作为滴定剂。
取20.00mL0.0100molL-1NaCl标准溶液注入锥形瓶,用1mL5%HNO3酸化,加入5滴二苯卡巴腙指示剂,用上述硝酸汞溶液滴定至紫色,消耗10.20mL。
推断该硝酸汞水合物样品的化学式。
4-3取0.500mL血清放入小锥形瓶,加2mL去离子水、4滴5%的硝酸和3滴二苯卡巴腙指示剂,用上述硝酸汞溶液滴定至终点,消耗1.53mL。
为使测量结果准确,以十倍于血清样品体积的水为试样进行空白实验,消耗硝酸汞溶液0.80mL。
计算该血清样品中氯离子的浓度(毫克/100毫升)。
第5题(10分)M3XY呈反钙钛矿结构,是一种良好的离子导体。
M为金属元素,X和Y为非金属元素,三者均为短周期元素且原子序数Z(X)<Z(M)<Z(Y)。
M3XY可由M和X、M和Y的二元化合物在约500K,3MPa的惰性气氛中反应得到。
为避免采用高压条件,研究者发展了常压下的合成反应:
M+MXA+MY→M3XY+1/2A2(g)
A2无色无味。
反应消耗0.93gM可获得0.50LA2气体(25oC,100kPa)。
(气体常量R=8.314kPaLmol-1K-1)
5-1计算M的摩尔质量。
5-2A、M、X、Y各是什么?
5-3写出M3XY发生水解的方程式。
5-4M3XY晶体属于立方晶系,若以X为正当晶胞的顶点,写出M和Y的坐标以及该晶体的最小重复单位。
第6题(10分)某同学从书上得知,一定浓度的Fe2+、Cr(OH)4-、Ni2+、MnO42-和CuCl3-的水溶液都呈绿色。
于是,请老师配制了这些离子的溶液。
老师要求该同学用蒸馏水、稀硫酸以及试管、胶头滴管、白色点滴板等物品和尽可能少的步骤鉴别它们,从而了解这些离子溶液的颜色。
请为该同学设计一个鉴别方案,用离子方程式表述反应并说明发生的现象(若A与B混合,必须写清是将A滴加到B中还是将B滴加到A中)。
第7题(5分)根据所列反应条件,画出A、B、C、D和F的结构简式。
第8题(10分)画出下列反应中合理的、带电荷中间体1、3、5、7和8以及产物2、4、6、9和10的结构简式。
8-1
8-2
8-3
8-4
第9题(12分)
9-1常用同位素标记法研究有机反应历程。
如利用18O标记的甲醇钠研究如下反应,发现最终产物不含18O。
根据实验事实画出中间体的结构简式。
9-2某同学进行如下实验时在碱性条件下得到了两个产物D和E,产率分别为74.3%和25.7%。
(1)画出产物D和E的结构简式。
(2)指明此反应所属的具体反应类型。
(3)简述D产率较高的原因。
(4)简述反应体系加入二氧六环的原因。
答案以及评分标准
第1题(12分)写出下列化学反应的方程式
1-1加热时,三氧化二锰与一氧化碳反应产生四氧化三锰。
1-2将KCN加入到过量的CuSO4水溶液中。
1-3在碱性溶液中,Cr2O3和K3Fe(CN)6反应。
1-4在碱性条件下,Zn(CN)42-和甲醛反应。
1-5Fe(OH)2在常温无氧条件下转化为Fe3O4。
1-6将NaNO3粉末小心加到熔融的NaNH2中,生成NaN3(没有水生成)。
1-13Mn2O3+CO=2Mn3O4+CO22分
1-24CN-+2Cu2+=2CuCN+(CN)22分
1-3Cr2O3+6Fe(CN)63-+10OH-=2CrO42-+6Fe(CN)64-+5H2O2分
1-4Zn(CN)42-+4H2CO+4H2O=4HOCH2CN+Zn(OH)42-2分
1-53Fe(OH)2=Fe3O4+H2+2H2O2分
1-6NaNO3+3NaNH2=NaN3+NH3+3NaOH2分
第2题(23分)简要回答或计算
2-1Bi2Cl82-离子中铋原子的配位数为5,配体呈四角锥型分布,画出该离子的结构并指出Bi原子的杂化轨道类型。
Bi2Cl82-的结构:
或
或
2分
杂化轨道类型:
sp3d21分
2-2在液氨中,Eθ(Na+/Na)=-1.89V,Eθ(Mg2+/Mg)=-1.74V,但可以发生Mg置换Na的反应:
Mg+2NaI=MgI2+2Na,指出原因。
MgI2在液氨中难溶。
1分
2-3将Pb加到氨基钠的液氨溶液中,先生成白色沉淀Na4Pb,随后转化为Na4Pb9(绿色)而溶解。
在此溶液中插入两块铅电极,通直流电,当1.0mol电子通过电解槽时,在哪个电极(阴极或阳极)上沉积出铅?
写出沉积铅的量。
阳极1分
9/4mol1分
2-4下图是某金属氧化物的晶体结构示意图。
图中,小球代表金属原子,大球代表氧原子,细线框出其晶胞。
2-4-1写出金属原子的配位数(m)和氧原子的配位数(n)。
2-4-2写出晶胞中金属原子数(p)和氧原子数(q)。
2-4-3写出该金属氧化物的化学式(金属用M表示)。
2-4-1:
m=4,n=4。
m:
0.5分,n:
0.5分
2-4-2:
p=4,q=4。
p:
0.5,q:
0.5分
2-4-3:
MO。
MO:
1分
2-5向含[cis-Co(NH3)4(H2O)2]3+的溶液中加入氨水,析出含{Co[Co(NH3)4(OH)2]3}6+的难溶盐。
{Co[Co(NH3)4(OH)2]3}6+是以羟基为桥键的多核络离子,具有手性。
画出其结构。
4分
2-6向K2Cr2O7和NaCl的混合物中加入浓硫酸制得化合物X(154.9gmol-1)。
X为暗红色液体,沸点117oC,有强刺激性臭味,遇水冒白烟,遇硫燃烧。
X分子有两个相互垂直的镜面,两镜面的交线为二重旋转轴。
写出X的化学式并画出其结构式。
X的化学式:
CrO2Cl22分
X的结构式:
1分
2-7实验得到一种含钯化合物Pd[CxHyNz](ClO4)2,该化合物中C和H的质量分数分别为30.15%和5.06%。
将此化合物转化为硫氰酸盐Pd[CxHyNz](SCN)2,则C和H的质量分数分别为40.46%和5.94%。
通过计算确定Pd[CxHyNz](ClO4)2的组成。
解法一:
Pd[CxHyNz](ClO4)2中,C和H的比例为(30.15/12.01):
(5.06/1.008)=1:
2
即y=2x
(1)1分
Pd[CxHyNz](SCN)2中,C和H的比例为(40.46/12.01):
(5.94/1.008)=0.572
即(x+2)/y=0.572
(2)
综合
(1)、
(2),解得:
x=13.89≈14,y=281分
设Pd[CxHyNz](ClO4)2的摩尔质量为M:
则14×12.01/M=30.15%,得M=557.7(gmol-1)
1分
z={557.7–[106.4+12.01×14+1.00828+2×(35.45+64.00)]}/14.01=3.99=40.5分
Pd[CxHyNz](ClO4)2的组成为Pd[C14H28N4](ClO4)2。
0.5分
解法二:
设Pd[CxHyNz](ClO4)2的摩尔质量为M,比较Pd[CxHyNz](ClO4)2和Pd[CxHyNz](SCN)2知,Pd[CxHyNz](SCN)2的摩尔质量为:
M-2×[35.45+64.00-(32.01+12.01+14.01)]=M-82.74(gmol-1)
根据C的质量分数,有:
12.01×x=0.3015M
12.01×(x+2)=0.4046×(M-82.74)
24.02=(0.4046-0.3015)M-0.4046×82.74
解得:
M=557.7,x=142分
根据H的质量分数,有:
y=557.7×0.0506/1.008=27.99=281分
则:
z={557.7-[106.4+12.01×14+1.008×28+2×(35.45+64.00)]}/14.01=3.99=4
1分
其他合理计算且得出正确结果亦得4分
2-8甲烷在汽车发动机中平稳、完全燃烧是保证汽车安全和高能效的关键。
甲烷与空气按一定比例混合,氧气的利用率为85%,计算汽车尾气中O2、CO2、H2O和N2的体积比(空气中O2和N2体积比按21:
79计;设尾气中CO2的体积为1)。
甲烷完全燃烧:
CH4+2O2=CO2+2H2O
1体积甲烷消耗2体积O2生成1体积CO2和2体积H2O1分
剩余O2的体积:
2.35–2=0.351分
混合气中N2的体积:
2.3579/21=8.84N2不参与反应,仍保留在尾气中。
汽车尾气中,O2、CO2、H2O和N2的体积比为0.35:
1:
2:
8.84。
1分
第3题(11分)白色固体A,熔点182oC,摩尔质量76.12gmol-1,可代替氰化物用于提炼金的新工艺。
A的合成方法有:
(1)142oC下加热硫氰酸铵;
(2)CS2与氨反应;(3)CaCN2和(NH4)2S水溶液反应(放出氨气)。
常温下,A在水溶液中可发生异构化反应,部分转化成B。
酸性溶液中,A在氧化剂(如Fe3+、H2O2和O2)存在下能溶解金,形成取sp杂化的Au(I)配合物。
3-1画出A的结构式。
3-2分别写出合成A的方法
(2)、(3)中化学反应的方程式。
3-3画出B的结构式。
3-4写出A在硫酸铁存在下溶解金的离子方程式。
3-5A和Au(I)形成的配合物中配位原子是什么?
3-6在提炼金时,A可被氧化成C:
2A→C+2e-;C能提高金的溶解速率。
画出C的结构式。
写出C和Au反应的方程式。
3-1
2分
3-2
反应
(2):
CS2+3NH3→(H2N)2C=S+NH4HS1分
产物为(NH4)2S得0.5分
反应(3):
CaCN2+(NH4)2S+2H2O→(H2N)2C=S+Ca(OH)2+2NH31分
3-3
2分
3-4
1分
3-5配位原子为S。
1分
3-6
或
2分
写成下二式不得分:
和
C和Au反应的方程式:
S2C2(NH2)42++2Au+2SC(NH2)2→2Au[SC(NH2)2]2+1分
第4题(7分)人体中三分之二的阴离子是氯离子,主要存在于胃液和尿液中。
可用汞量法测定体液中的氯离子:
以硝酸汞(II)为标准溶液,二苯卡巴腙为指示剂。
滴定中Hg2+与Cl-生成电离度很小的HgCl2,过量的Hg2+与二苯卡巴腙生成紫色螯合物。
4-1简述配制硝酸汞溶液时必须用硝酸酸化的理由。
抑制Hg2+水解。
1分
4-2称取1.713gHg(NO3)2•xH2O,配制成500mL溶液作为滴定剂。
取20.00mL0.0100molL-1NaCl标准溶液注入锥形瓶,用1mL5%HNO3酸化,加入5滴二苯卡巴腙指示剂,用上述硝酸汞溶液滴定至紫色,消耗10.20mL。
推断该硝酸汞水合物样品的化学式。
所配硝酸汞溶液的浓度:
c[Hg(NO3)2]=1/2×20.00mL×0.0100molL-1/10.20mL=9.80×10-3molL-10.5分
500mL溶液中含硝酸汞的摩尔数(即样品中硝酸汞的摩尔数):
n[Hg(NO3)2]=9.80×10-3molL-1×0.500L=4.90×10-3mol0.5分
样品中含水的摩尔数:
n(H2O)={1.713g-4.90×10-3mol×M[Hg(NO3)2]}/(18.0gmol-1)
={1.713g-4.90×10-3mol×324.6g.mol-1}/(18.0gmol-1)=6.78×10-3mol 0.5分
x=n(H2O)/n[Hg(NO3)2]=6.78×10-3mol/(4.90×10-3mol)=1.38
该硝酸汞水合物样品的化学式:
Hg(NO3)2·1.38H2O0.5分
其他合理计算过程且答案正确,也得2分
4-3取0.500mL血清放入小锥形瓶,加2mL去离子水、4滴5%的硝酸和3滴二苯卡巴腙指示剂,用上述硝酸汞溶液滴定至终点,消耗1.53mL。
为使测量结果准确,以十倍于血清样品体积的水为试样进行空白实验,消耗硝酸汞溶液0.80mL。
计算该血清样品中氯离子的浓度(毫克/100毫升)。
0.500mL血清样品实际消耗的硝酸汞标准溶液为(1.53-0.80×0.1)mL=1.45mL1分
n(Cl-)=n[(Hg(NO3)2)]×2=9.80×10-3molL-1×1.45×10-3L×2=2.84×10-5mol1分
c(Cl-)=n(Cl-)/V(试样)=2.84×10-5mol÷0.500mL×10-3LmL-1=5.68×10-2molL-11分
相当于35.45gmol-1×5.68×10-2molL-1=2.01×102mg/100mL1分
第5题(10分)M3XY呈反钙钛矿结构,是一种良好的离子导体。
M为金属元素,X和Y为非金属元素,三者均为短周期元素且原子序数Z(X)<Z(M)<Z(Y)。
M3XY可由M和X、M和Y的二元化合物在约500K,3MPa的惰性气氛中反应得到。
为避免采用高压条件,研究者发展了常压下的合成反应:
M+MXA+MY→M3XY+1/2A2(g)
A2无色无味。
反应消耗0.93gM可获得0.50LA2气体(25oC,100kPa)。
(气体常量R=8.314kPaLmol-1K-1)
5-1计算M的摩尔质量。
5-2A、M、X、Y各是什么?
5-3写出M3XY发生水解的方程式。
5-4M3XY晶体属于立方晶系,若以X为正当晶胞的顶点,写出M和Y的坐标以及该晶体的最小重复单位。
5-1PV=nRT
n(A2)=PV/(RT)=100kPa×0.50L/(8.314kPaLmol-1K-1×298K)=0.020mol
由反应式知,消耗0.040molM
M的摩尔质量:
0.93g/0.040mol=23gmol-12分
5-2A:
H,M:
Na,X:
O,Y:
Cl每个0.5分,共2分
5-3Na3OCl+H2O2NaOH+NaCl1分
5-4M的坐标:
1/2,0,0;0,1/2,0;0,0,1/2。
Y的坐标:
1/2,1/2,1/2。
4分
Na3OCl,或1个正当晶胞,或1个素晶胞。
1分
第6题(10分)某同学从书上得知,一定浓度的Fe2+、Cr(OH)4-、Ni2+、MnO42-和CuCl3-的水溶液都呈绿色。
于是,请老师配制了这些离子的溶液。
老师要求该同学用蒸馏水、稀硫酸以及试管、胶头滴管、白色点滴板等物品和尽可能少的步骤鉴别它们,从而了解这些离子溶液的颜色。
请为该同学设计一个鉴别方案,用离子方程式表述反应并说明发生的现象(若A与B混合,必须写清是将A滴加到B中还是将B滴加到A中)。
答案:
第1步:
在点滴板上分别滴几滴试样,分别滴加蒸馏水,颜色变蓝者为CuCl3-1分
CuCl3-+4H2O=Cu(H2O)42++3Cl-1分
第2步:
另取其他4种溶液,滴加到点滴板上,分别滴加稀硫酸。
生成绿色沉淀的是Cr(OH)4-(随酸量增加又溶解);溶液变紫红且生成棕色沉淀的是MnO42-。
1分+1分
Cr(OH)4-+H+=Cr(OH)3+H2O1分
Cr(OH)3+3H+=Cr3++3H2O
3MnO42-+4H+=2MnO4-+MnO2+2H2O1分
若第1步用稀H2SO4,评分标准同上。
第3步:
将Cr(OH)4-分别滴加到Fe2+和Ni2+的试液中,都得到氢氧化物沉淀。
颜色发生变化的是Fe2+,不发生变化的是Ni2+。
1分+1分
Fe2++2Cr(OH)4-=Fe(OH)2+2Cr(OH)30.5分
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)30.5分Ni2++2Cr(OH)4-=Ni(OH)2+2Cr(OH)31分
第7题(5分)根据所列反应条件,画出A、B、C、D和F的结构简式。
每个结构简式1分,其他答案不得分。
第8题(10分)画出下列反应中合理的、带电荷中间体1、3、5、7和8以及产物2、4、6、9和10的结构简式。
8-1
8-2
8-3
8-4
8-1
每结构简式1分,其他答案不得分。
8-2
8-3
8-4
第9题(12分)
9-1常用同位素标记法研究有机反应历程。
如利用18O标记的甲醇钠研究如下反应,发现最终产物不含18O。
根据实验事实画出中间体的结构简式。
答案:
A:
2分
B和C可互换,每结构简式2分
其他答案不得分。
9-2某同学进行如下实验时在碱性条件下得到了两个产物D和E,产率分别为74.3%和25.7%。
(1)画出产物D和E的结构简式。
(2)指明此反应所属的具体反应类型。
(3)简述D产率较高的原因。
(4)简述反应体系加入二氧六环的原因。
(1)
每结构简式1分,其他答案不得分。
(2)
芳香亲核取代反应1分,只答取代反应给0.5分。
(3)正丁胺中氮原子的亲核能力比水中氧原子的强,而二级芳香胺中氮原子的亲核能力比水中氧原子的弱,因此使得D的产率高。
2分
(4)为了增加有机反应物在水中的溶解度。
1分
其他答案不得分。