解读化学竞赛

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1、解读化学竞赛初赛,吴国庆 200607 ,全国高中学生化学竞赛章程,第一条 全国高中学生化学竞赛的目的是： （1）普及化学基础知识，激励中学生接触化学发展的前沿，了解化学对科学技术、国民经济和人民生活以及社会发展的意义，学习化学家的思想方法和工作方法，以培养他们学习化学的兴趣和创造精神； （2）探索早期发现和培养优秀学生的思路、途径和方法； （3）促进化学教学新思想与新方法的交流, 推动大学与中学的化学教学改革, 提高我国化学教学水平； （4）选拔参加一年一度的国际化学竞赛的选手。 所有有关竞赛的活动与宣传均应符合竞赛目的。,竞赛高考,选拔率极低 一等奖 讲座时间 知识要求高 竞赛基本要求 能

2、力要求高 本质上是智力竞赛,有兴趣 学有余力 自愿,参加化学竞赛对自己究竟有没有好处 ？,全国高中学生化学竞赛基本要求 2005年6月,现行中学化学教学大纲、新近发布的普通高中化学课程标准(A1-2，B1-6）及高考说明规定的内容均属初赛要求。具有高中文化程度的公民的常识以及高中数学、物理、生物、地理与环境科学等学科的基本内容（包括与化学相关的我国基本国情、宇宙、地球的基本知识等）也是化学竞赛的内容。初赛基本要求对某些化学原理的定量关系、物质结构、立体化学和有机化学作适当补充，一般说来，补充的内容是中学化学内容的自然生长点。,化学竞赛中的数学建模题,2001年初赛第11-4题：假设某氯化钠颗粒

3、形状为立方体，边长为氯化钠晶胞边长的10倍，试估算表面原子占总原子数的百分比。,设边长为氯化钠晶胞边长的 n 倍,n=1 总原子数=33 非表面原子=1,n=2 总原子数=53=(2n+1)3 非表面原子=(2n-1)3,总原子数 (2n+1)3,体内原子数(2n-1)3,表面原子占总原子数百分比,n = 10， (9261-6859)/9261 = 0.2594,2002初赛第12题（8分）组合化学是一种新型合成技术。对比于传统的合成反应如A + B = AB，组合化学合成技术则是将一系列Ai（i = 1，2，3，）和一系列Bj（j = 1，2，3，）同时发生反应，结果一次性地得到许多个化合

4、物的库（library），然后利用计算机、自动检测仪等现代化技术从库中筛选出符合需要的化合物。今用21种氨基酸借组合化学技术合成由它们连接而成的三肽（注：三肽的组成可以是ABC，也可以是AAA或者AAB等等, 还应指出，三肽ABC 不等于三肽CBA，习惯上，书写肽的氨基酸顺序时，写在最左边的总有未键合的氨基而写在最右边的总有未键合的羧基）。 121。该组合反应能得到多少个三肽的产物库。答： 213 9261 个。（2分） 122。假设所得的库中只有一个三肽具有生物活性。有人提出，仅需进行不多次实验，即可得知活性三肽的组成（每次实验包括对全库进行一次有无生物活性的检测）。请问：该实验是如何设计的

5、？按这种实验设计，最多需进行多少次实验，最少只需进行几次实验？简述理由。,A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U,B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U,21种氨基酸的原料库,A,20种氨基酸的原料库,减去A用20种氨基酸进行组合化学实验得到的三肽库中若无活性肽， 证实A是活性三肽的组分。,设活性三肽的组成为AAA, 无论第几次实验是减去A的， 必须进行21次实验方可证实这个假设。,设活性三肽的组成是ABC, 若恰巧第1，2，3次实验是 分别减去A,B,C，只需进行三次实验就可证实这个假设。,如果将试题答案理解

6、为还要确定活性三肽是ABC还是ACB, CAB, CBA 仍应首先完成上述实验后再作进一步讨论,设活性三肽为AAB，21次实验不能证实是AAB还是ABB，还须用组成分析证实。,典型错误：将21种氨基酸分为10和11两组。此法将使思考复杂化，难以求解。,化学竞赛中的联立方程题,2004年第10题 有一种测定多肽、蛋白质、DNA、RNA等生物大分子的相对分子质量的新实验技术称为ESI/FTICR-MS, 精度很高。用该实验技术测得蛋白质肌红朊的图谱如下，图谱中的峰是质子化肌红朊的信号，纵坐标是质子化肌红朊的相对丰度，横坐标是质荷比m/Z，m是质子化肌红朊的相对分子质量，Z是质子化肌红朊的电荷(源自

7、质子化，取正整数)，图谱中的相邻峰的电荷数相差1，右起第4峰和第3峰的m/Z分别为1542和1696。求肌红朊的相对分子质量(M)。,1542(M+Z)/Z 1696=M+(Z-1)/(Z-1) Z=11 M16951,1696(M+Z)/Z 1542=(M+Z+1)/(Z+1) Z=10 M16950,化学竞赛中的英语和物理题,2005年第2题（节选） 为纪念1905年爱因斯坦连续发表6篇论文导致物理学大变革100周年，今年被定为国际物理年。本题涉及的“热电效应”机理也是爱因斯坦首先阐释的，即他提出的被后人称为“爱因斯坦振荡器”的独立振荡原子与温度关系的模型。 右上图是热电效应之一的图解。给

8、出图中所有英文单词（或词组）及物理学符号的意义，并为此图写一篇不超过200字（包括标点符号等）的说明文。,向热电材料构成的半导体的 n-p 结的远端输入外电流，半导体发生空穴导电，电流流经 n-p 结时发生复合，外电流输入的能量转化为热流，使 n-p 结的温度越来越低，而其远端的温度越来越高，即有类似冰箱制冷的效应。,全国高中学生化学竞赛基本要求 2005年6月,1. 有效数字。 在化学计算和化学实验中正确使用有效数字。 定量仪器（天平、量筒、移液管、滴定管、容量瓶等等）测量数据的有效数字。 运算结果的有效数字。,试题中的有效数字例解,1998 年初赛试题第 2 题 100.0 g 无水氢氧化

9、钾溶于100.0 g 水。在 T 温度下电解该溶液，电流强度 I = 6.00 安培,电解时间 10.00 小时。电解结束温度重新调至 T，分离析出的 KOH2H2O 固体后，测得剩余溶液的总质量为 164.8 g。已知不同温度下每 100 g 溶液中无水氢氧化钾的质量为: 求温度 T ，给出计算过程，最后计算结果只要求两位有效数字。 计算结果：每100 g 溶液里有 55.1 g KOH；利用试题给出的数据（表），得： T 在 2030oC 之间。 温度范围不合题意。要求 温度 ！ 利用 T-溶解度 的线性关系 ： T = 273+20+(55.1-52.8)/(55.8-52.8)10 K

10、 = 301K 正确的答案：28oC,全国高中学生化学竞赛基本要求,2. 气体。 理想气体标准状况。 理想气体状态方程。 气体密度。 分压定律。 气体相对分子质量测定原理。 气体溶解度（亨利定律）。,试题中的气体例解,2004 年第 3 题 某实验测出人类呼吸中各种气体的 分压/Pa 如下表所示： 31 请将各种气体的分子式填入下表。 32 指出表中第一种和第二种呼出气体的分压小于吸入气体分压的主要原因。,知识：空气中CO2的分压；空气有水蒸气； 呼出的气体中水蒸气几乎是37oC 饱和的。,全国高中学生化学竞赛基本要求,3. 溶液。 溶液浓度。 溶解度。 溶液配制（按浓度的精确度选择仪器）。

11、重结晶及溶质/溶剂相对量的估算。 过滤与洗涤(洗涤液选择、洗涤方式选择)。 溶剂（包括混合溶剂）。 胶体。,试题中的溶液例解,2000年第15题（末题） 2.00升(标准状况测定值)氢气和 5.00克氯气混合经光照后直至检不出氯气剩余，加入 9.00% NaOH 溶液 (密度 d = 1.10 g/mL) 80.0 mL 。 问：需要加入多少毫升 0.100 mol/L的 H2SO4 才能使溶液呈中性? 答案要点： 氢气：0.0893 mol 氯气: 0.0705 mol 得到 HCl 0.141 mol 80.0 mL 9.00% NaOH 溶液质量 88.0 g 含 NaOH 0.198

12、mol 吸收 HCl 气体后剩余 NaOH 0.057 mol 中和 NaOH 需 0.100 mol/L H2SO4 285 mL 应试结果：大多数应试者不能得到正确答案！,2002年第13题（节选） 离子液体是常温下呈液态的离子化合物，已知品种几十种，是一类“绿色溶剂”。据2002年4月的一篇报道，最近有人进行了用离子液体溶解木浆纤维素的实验，结果如右表所示；向溶解了纤维素的离子液体添加约1.0（质量）的水，纤维素会从离子液体中析出而再生；再生纤维素跟原料纤维素的聚合度相近；纤维素分子是葡萄糖的缩合高分子，可粗略地表示如右图，它们以平行成束的高级结构形成纤维；葡萄糖缩合不改变葡萄糖环的结构

13、；纤维素溶于离子溶液又从离子液体中析出，基本结构不变。 表中C4mim是1-(正)丁基-3-甲基咪唑正一价离子的代号，“咪唑”的结构如右图所示。 131。画出以 C4mim+ 为代号的离子的结构式。 13-3。解释纤维素在C4mimCl、C4mimBr、C4mimBF4中的溶解性下降的原因。 134。解释在离子液体中加入水会使纤维素在离子液体里的溶解度下降的原因。 135。假设在C4mimCl里溶解了25的聚合度 n = 500 的纤维素，试估算，向该体系添加1（质量）的水，占整个体系的摩尔分数多少？假设添水后纤维素全部析出，析出的纤维素的摩尔分数多大？,全国高中学生化学竞赛基本要求,4. 容

14、量分析。被测物、基准物质、标准溶液、指示剂、滴定反应等基本概念。酸碱滴定的滴定曲线（酸碱强度、浓度、溶剂极性对滴定突跃影响的定性关系）。酸碱滴定指示剂的选择。高锰酸钾、重铬酸钾、硫代硫酸钠、EDTA为标准溶液的基本滴定反应。分析结果的计算。分析结果的准确度和精密度。,试题中的容量分析举例,2005年第9题（节选）一种鲜花保存剂( preservative of cut flowers) B可按以下方法制备: 把丙酮肟、溴乙酸、氢氧化钾混合在1,4-二氧六环(溶剂)中反应，酸化后用乙醚提取，蒸去乙醚后经减压蒸馏析离出中间产物A，A 用1 : 1盐酸水溶液水解，水解液浓缩后加入异丙醇（降低溶解度）

15、，冷却，即得到晶态目标产物B，B的熔点 152153oC(分解)，可溶於水，与AgNO3 溶液形成 AgCl 沉淀。 用银定量法以回滴方式(用NH4SCN回滴过量的AgNO3)测定目标产物B的相对分子质量，实验过程及实验数据如下： (1) 用250毫升容量瓶配制约 0.05 mol/L的AgNO3溶液，同时配置 250 mL浓度相近的NH4SCN溶液。 (2)准确称量烘干的NaCl 207.9 mg，用100 毫升容量瓶定容。 (3) 用 10 毫升移液管移取上述 AgNO3 溶液到 50 毫升锥瓶中，加入 4 mL 4 mol/L HNO3和 1 mL饱和铁铵矾溶液, 用NH4SCN 溶液滴

16、定，粉红色保持不褪色时为滴定终点，三次实验的平均值为 6.30 mL。 (4)用10 毫升移液管移取NaCl 溶液到50毫升锥瓶中，加入 10 mL AgNO3溶液、4 mL 4mol/L HNO3和1 mL饱和铁铵矾溶液，用NH4SCN 溶液回滴过量的 AgNO3，三次实验结果平均为 1.95 mL。 (5)准确称量 84.0 mg产品B，转移到 50 毫升锥瓶中, 加适量水使其溶解，加入 10 mL AgNO3 溶液、4 mL 4mol/L HNO3和 1 mL饱和铁铵矾溶液，用NH4SCN 溶液回滴, 消耗了 1.65 mL。 (6)重复操作步骤 (5)，称量的 B 为81.6 mg，消耗的NH4SCN溶液为1.77 mL; 称量的B 为76.8 mg, 消耗的NH4SCN溶液为2.02 mL。 9-1 按以上实验数据计算出产物 B 的平均相对分子质量。,全国高中学生化学竞赛基本要求,5