第30 届中国化学奥林匹克初赛试题及答案 word版.docx

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第30届中国化学奥林匹克初赛试题及答案word版

第30届中国化学奥林匹克（初赛）试题及答案

第1题（8分）1-1离子化合物AB4由四种元素组成，一种为氢，另三种为第二周期元素。

正、负离子皆由两种原子构成且均呈正四面体构型。

写出这种化合物的化学式。

1-2对碱金属Li、Na、K、Rb和Cs，随着原子序数增加以下哪种性质的递变不是单调的？

简述原因。

（a）熔沸点（b）原子半径（c）晶体密度（d）第一电离能1-3保险粉（Na2S2O4·2H2O）是重要的化工产品，用途广泛，可用来除去废水（pH~8）中的Cr（Ⅵ），所得含硫产物中硫以S（Ⅳ）存在。

写出反应的离子方程式。

1-4化学合成的成果常需要一定的时间才得以应用于日常生活。

例如，化合物A合成于1929年，至1969年才被用作牙膏的添加剂和补牙填充剂成分。

A是离子晶体，由NaF和NaPO3在熔融状态下反应得到。

它易溶于水，阴离子水解产生氟离子和对人体无毒的另一种离子。

1-4-1写出合成A的反应方程式。

1-4-2写出A中阴离子水解反应的离子方程式。

第2题（9分）鉴定NO3–离子的方法之一是利用“棕色环”现象：

将含有NO3–的溶液放入试管，加入FeSO4，混匀，然后顺着管壁加入浓H2SO4，在溶液的界面上出现“棕色环”。

分离出棕色物质，研究发现其化学式为[Fe（NO2）（HO）5]SO4。

该物质显顺磁性，磁矩为3.8μB（玻尔磁子），未成对电子分布在中心离子周围。

2-1写出形成“棕色环”的反应方程式。

2-2推出中心离子的价电子组态、自旋态（高或低）和氧化态。

2-3棕色物质中NO的键长与自由NO分子中N-O键长相比，变长还是变短？

简述理由。

第3题（13分）3-1好奇心是科学发展的内在动力之一。

P2O3和P2O5是两种经典的化合物，其分子结构已经确定。

自然而然会有如下问题：

是否存在磷氧原子比介于二者之间的化合物？

由此出发，化学家合成并证实了这些中间化合物的存在。

3-1-1写出这些中间化合物的分子式。

3-1-2画出其中具有2重旋转轴的分子的结构图。

根据键长不同，将P-O键分组并用阿拉伯数字标出（键长相同的用同一个数字标识）。

比较键角O-P（V）-O和O-P（III）-O的大小。

3-2NH3分子独立存在时H-N-H键角为106.7°。

右图是[Zn（NH3）6]2+离子的部分结构以及H-N-H键角的测量值。

解释配合物中H-N-H键角变为109.5°的原因。

3-3量子化学计算预测未知化合物是现代化学发展的途径之一。

2016年2月有人通过计算预言铁也存在四氧化物，其分子构型是四面体，但该分子中铁的氧化态是+6而不是+8。

3-3-1写出该分子中铁的价电子组态。

3-3-2画出该分子结构的示意图（用元素符号表示原子，用短线表示原子间的化学键）。

第4题（10分）

固体电解质以其在电池、传感器等装置中的广泛应用而备受关注。

现有一种由正离子An+、Bm+和负离子X–组成的无机固体电解质，该物质50.7ºC以上形成无序结构（高温相），50.7ºC以下变为有序结构（低温相），二者结构示意见右图。

图中，浅色球为负离子；高温相中的深色球为正离子或空位；低温相中的大深色球为An+离子，小深色球为Bm+离子。

4-1推出这种电解质的化学式，写出n和m的值。

4-2温度变化会导致晶体在立方晶系和四方晶系之间转换，上述哪种晶相属于立方晶系？

4-3写出负离子的堆积方式及形成的空隙类型。

指出正离子占据的空隙类型及占有率。

4-4高温相具有良好的离子导电性，这源于哪种离子的迁移？

简述导电性与结构的关系。

第5题（8分）

化学式为MOxCly的物质有氧化性，M为过渡金属元素，x和y均为正整数。

将2.905g样品溶于水，定容至100mL。

移取20.00mL溶液,加入稀硝酸和足量AgNO，分离得到白色沉淀1.436g。

移取溶液20.00mL,加入适量硫酸，以N-邻苯基氨基苯甲酸作指示剂，用标准硫酸亚铁铵溶液滴至终点，消耗3.350mmol。

已知其中阳离子以MOxy+存在，推出该物质的化学式，指出M是哪种元素。

写出硫酸亚铁铵溶液滴定MOxy+的离子反应方程式。

第6题（14分）

N2O4和NO2的相互转化N2O4（g）2NO2（g）是讨论化学平衡问题的常用体系。

已知该反应在295K和315K温度下平衡常数Kp分别为0.100和0.400。

将一定量的气体充入一个带活塞的特制容器，通过活塞移动使体系总压恒为1bar（1bar=100kPa）。

6-1计算295K下体系达平衡时N2O4和NO2的分压。

6-2将上述体系温度升至315K，计算达平衡时N2O4和NO2的分压。

6-3计算恒压下体系分别在315K和295K达平衡时的体积比及物质的量之比。

6-4保持恒压条件下，不断升高温度，体系中NO2分压最大值的理论趋近值是多少（不考虑其他反应）？

根据平衡关系式给出证明。

6-5上述体系在保持恒外压的条件下，温度从295K升至315K，下列说法正确的是：

（a）平衡向左移动（b）平衡不移动（c）平衡向右移动（d）三者均有可能6-6与体系在恒容条件下温度从295K升至315K的变化相比，恒压下体系温度升高，下列说法正确的是（简述理由，不要求计算）：

（a）平衡移动程度更大（b）平衡移动程度更小（c）平衡移动程度不变（d）三者均有可能

第7题（8分）乙醇在醋酸菌作用下被空气氧化是制造醋酸的有效方法，然而这一传统过程远远不能满足工业的需求。

目前工业上多采用甲醇和一氧化碳反应制备醋酸：

CH3OH+CO→CH3COOH。

第9族元素（Co,Rh,Ir）的一些配合物是上述反应良好的催化剂。

以[Rh（CO）2I2]–为催化剂、以碘甲烷为助催化剂合成乙酸（Monsanto法）的示意图如下：

7-1在催化循环中，A和碘甲烷发生氧化加成反应，变为B。

画出B及其几何异构体B1的结构示意图。

7-2分别写出化合物A和D中铑的氧化态及其周围的电子数。

7-3写出由E生成醋酸的反应式（E须用结构简式表示）。

7-4当将上述醋酸合成过程的催化剂改为[Ir（CO）2I2]–，被称作Cativa法。

Cativa法催化循环过程与Monsanto法类似，但中间体C和D（中心离子均为Ir）有差别，原因在于：

由B（中心离子为Ir）变为C，发生的是CO取代I–的反应；由C到D过程中则发生甲基迁移。

画出C的面式结构示意图。

第8题（10分）8-1画出以下反应过程中化合物A-F的结构简式。

8-2某同学设计了以下反应，希望能同时保护氨基和羟基。

请选择最有利于实现该反应的实验条件：

a）反应在浓盐酸与乙醇（1:

3）的混合溶剂中加热进行。

b）反应在过量三乙胺中加热进行。

c）催化量的三氟化硼作用下，反应在无水乙醚中进行。

d）反应在回流的甲苯中进行。

8-3理论计算表明，甲酸的Z和E-型两种异构体存在一定的能量差别。

已知Z-型异构体的pKa=3.77，判断E-型异构体的pKa：

a）>3.77；b）<3.77；c）=3.77；d）无法判断。

第9题（12分）9-1氨基乙醇在盐酸中与乙酸酐反应如下：

当此反应在K2CO3中进行，得到了另一个非环状的产物B；化合物A在K2CO3中作用下也转化为化合物B。

9-1-1画出化合物B的结构简式；9-1-2为什么在HCl作用下，氨基乙醇与乙酸酐反应生成化合物A；而在K2CO3作用下，却生成化合物B？

9-1-3为什么化合物A在K2CO3作用下转化为化合物B？

9-2某同学设计如下反应条件,欲制备化合物C。

但反应后实际得到其同分异构体E。

9-2-1画出重要反应中间体D及产物E的结构简式。

在下面的反应中，化合物F与二氯亚砜在吡啶-乙醚溶液中发生反应时未能得到氯代产物，而是得到了两种含有碳碳双键的同分异构体G和H；没有得到另一个同分异构体J。

9-2-2画出G、H以及J的结构简式。

9-2-3解释上述反应中得不到产物J的原因。

第10题（8分）10-1以下两种生物碱可以在室温下相互转化，在达到平衡态时，两者的比例为3:

2。

画出它们互相转化时中间体A的立体结构简式。

10-2画出下面反应过程中合理的关键反应中间体的结构简式（3个）。

第30届中国化学奥林匹克（初赛）参考答案

第1题（8分）1-1（NH4）2BeF4

1-2c密度由2个因素决定：

质量和体积。

碱金属晶体结构类型相同,故密度取决于其原子质量和原子体积。

原子序数增加,碱金属原子质量和体积均增大,质量增大有利于密度增大,但体积增大却使密度减小，因而导致它们的密度变化不单调。

1-32CrO42-+3SO42-+4H2O→2Cr（OH）3↓+4SO32-+2HSO3–1-4-1NaF+NaPO3→Na2PO3F1-4-2PO3F2-+H2O→H2PO4–+F–

第2题（9分）2-1形成“棕色环”的反应方程式：

3Fe（H2O）62++NO3–+4H+=3Fe（H2O）63++NO+2H2OFe（H2O）62++NO=[Fe（NO）（H2O）5]2++H2O2-2μeff=[n（n+2）]1/2=3.8μB未成对电子数：

n=3中心铁离子的价电子组态为t2g5eg2在八面体场中呈高自旋状态

中心离子的氧化态为+12-3N-O键长变短。

NO除利用一对电子与中心离子配位之外，还将一个排布在反键轨道上的电子转移给了金属离子，变为NO+，N-O键级变为3，故变短。

第3题（13分）3-1-1P4O7，P4O8，P4O9

3-1-2

O-P（V）-O大于O-P（III）-O3-2氨分子与Zn2+形成配合物后，孤对电子与Zn2+成键，原孤对电子与键对电子间的排斥作用变为键对电子间的排斥，排斥减弱，故H-N-H键角变大。

3-3-13d2

3-3-2

第4题（10分）

4-1An+：

4个，Bm+：

2个,X–：

1/8×8+1/2×10+1/4×4+1=8化学式：

A2BX4n=1，m=24-2高温相。

4-3立方最密堆积，堆积形成正八面体，以及正四面体两种空隙正离子占据的是四面体空隙。

低温相的四方晶胞中有16个正四面体空隙，其中6个被正离子占据，正离子在四面体位置的占有率为6/16=3/84-4源于An+离子的迁移（主要原因是），高温相的导电性与大量的四面体空位有关，它们为正离子的流动提供了运动通道。

第5题（8分）

n（Cl–）=1.436g/（107.9+35.45）g·mol-1=0.01002mol=10.02mmolMOxy+与Fe2+反应，Fe2+→Fe3+，n（Fe2+）=3.350mmol若设反应为MOxy++Fe2+→MOpq++Fe3+，n（M）=n（MOxy+）=3.350mmoln（Cl–）/n（MOxy+）=10.02mmol/3.350mmol=2.991≈3,y=3MOxCly的摩尔质量为：

2.905g/（5×3.350×10-3mol）=173.4g·mol-1

MOx3+的摩尔质量:

173.4–3×35.45=67.1（g·mol-1）若设x=1,则M的相对原子量=67.1-16.00=51.1与钒的原子量相近，故认为M为V。

化学式：

VOCl3反应式：

VO3++Fe2+→VO2++Fe3+

第6题（14分）

6-1设体系在295K（V1,T1）达平衡时，N2O4（g）的分压为P1,NO2（g）的分压为P2，根据所给条件，有P1+P2=1bar（6a）根据反应式：

N2O4（g）2NO2（g）和所给平衡常数，有：

KP（298K）=（P2/P2）/（P1/P1）=0.100（6b）解联立方程（6a）和（6b），得：

P1=0.730bar，P2=0.270bar6-2315K（V2,T2）下体系达平衡，N2O4（g）的分压为P1',NO2（g）的分压为P2'，类似地有：

P1'+P2'=1bar（6c）KP（315K）=（P2'/P2）/（P1'/P1）=0.400（6d）解联立方程（6c）和