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2007年中国化学会第21届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题


届全国高中学生化学竞赛(省级赛区) 中国化学会第 21 届全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题
(2007 年 9 月 16 日 9:00 - 12:00 共 3 小时) : : 小时)
题号 满分 得分 评卷人 小时.迟到超过半小时者不能进考场. 小时内不得离场.时间到, 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. 背面朝上)放在桌面上,立即起立撤离考场. 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. 填写. 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. 不得持有任何其他纸张. 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. 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. 允许使用非编程计算器以及直尺等文具. 允许使用非编程计算器以及直尺等文具. 1 12 2 6 3 10 4 7 5 10 6 12 7 8 8 4 9 10 10 12 11 9 总分 100

第 1 题(12 分) 通常,硅不与水反应,然而,弱碱性水溶液能使一定量的硅溶解,生成 Si(OH)4. 1-1 已知反应分两步进行,试用化学方程式表示上述溶解过程.

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

1

2003 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,有可能用做合成纳米材料的理想模板.该分子的结构简图如 下:

1-4 1-5 1-6 1-7 1-8

该分子的分子式为 该分子有无对称中心? 该分子有几种不同级的碳原子? 该分子有无手性碳原子? 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应,方程式如下: * NH2OH+HN O2→ A+H2O * NH2OH+HN O2→ B+H2O * * * A,B 脱水都能形成 N2O,由 A 得到 N NO 和 NN O,而由 B 只得到 NN O. 请分别写出 A 和 B 的路易斯结构式.

第 3 题(8 分) X-射线衍射实验表明,某无水 MgCl2 晶体属三方晶系,呈层形结构,氯离子采取立方 最密堆积(ccp) ,镁离子填满同层的八面体空隙;晶体沿垂直于氯离子密置层的投影图如 -3 下.该晶体的六方晶胞的参数:a=363.63pm,c=1766.63pm;p=2.53gcm .

3-1 以"

"表示空层,A,B,C 表示 Cl 离子层,a,b,c 表示 Mg 离子层,给出三方层

-

2+

型结构的堆积方式.

2

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 Mg 离子,将是哪种晶体结构类型?

2+

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: A 与 将 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/% 样品的质量损失/% 20 7.4 50 18.5 70 25.8 90 33.3

利用上述信息,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应生成氯化苄, 用下列方法分析粗产品的纯度: 称取 0.255g -1 样品,与 25 mL 4molL 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 硝酸银水溶液处理,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 写出分析过程的反应方程式. 5-2 计算样品中氯化苄的质量分数(%) . 5-3 通常,上述测定结果高于样品中氯化苄的实际含量,指出原因.
3

5-4 上述分析方法是否适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) (W) 和水 的分配系数KD=[HA]B/[HA]W=1.00. -3 已知水相和苯相中HA的分析浓度分别为3.05×10 和3.96×10-3 molL-1. 在水中, HA按HA -4 + H +A 解离,Ka=1.00×10 ;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3.85×1021个分子,给出HA的化学名称. 6-4 解释HA在苯中发生二聚的原因,画出二聚体的结构.

4

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 A B C 反应体系 KClO3 KClO3+Fe2O3 KClO3+MnO2 第一放热温度/℃ 400 360 350 第二放热温度/℃ 480 390

已知⑴K(s)+1/2Cl2(g)=KCl(s) △H (1)=-437 kJmol-1 ⑵K(s)+1/2Cl2+3/2O2(g)= KClO3(s) △H (2)=-398 kJmol-1 ⑶K(s)+1/2Cl2+2O2(g)= KClO4(s) △H (3)=-433 kJmol-1 7-1 根据以上数据,写出上述三个体系对应的分解过程的热化学方程式. 7-2 用写 MnO2 催化 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:

反应结束后,产物中仍含有未反应的 A 和 B. 8-1 请给出从混合物中分离出 C 的操作步骤;简述操作步骤的理论依据.

5

8-2

生成 C 的反应属于哪类基本有机反应类型.

第 9 题(10 分) 根据文献报道,醛基可和双氧水发生如下反应:

为了合成一类新药,选择了下列合成路线:

9-1 9-2 9-3

请写出 A 的化学式,画出 B,C,D 和缩醛 G 的结构式. 由 E 生成 F 和 F 生成 G 的反应分别属于哪类基本有机反应类型. 请画出化合物 G 的所有光活异构体.

6

第 10 题(12 分) 尿素受热生成的主要产物与 NaOH 反应,得到化合物 A(三钠盐) 与氯气反应, .A 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 在水中能持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应的化学方程式. 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应的配平方程式.

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, 丁香花气味主要是由它引起的, 可从下面的反应推断石竹烯及其相关化合物的结构. 反应 1:

反应 2:

反应 3:
7

反应 4:

石竹烯异构体—异石竹烯在反应 1 和反应 2 中也分别得到产物 A 和 B,而在经过反应 3 后 却得到了产物 C 的异构体,此异构体在经过反应 4 后仍得到了产物 D. 11-1 在不考虑反应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.

8


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