中国化学会第21届全国高中学生化学竞赛.doc1

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1、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)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,硅不与水反应

2、,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

3、理想模板。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应,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

4、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“”表示空层,A、B、C表示Cl-离子层,a、b、c表示Mg2+离子层,给出三方层型结构的堆积方式。2计算一个六方晶胞中“MgCl2”的单元数。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样品的质量损失/%7.418.5

5、25.833.3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

6、量,指出原因。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)和水(W)的分配系数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在苯中发生二聚的原因,画出二聚体的结构。第7题(

7、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: 实验反应体系第一放热温度/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

8、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。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 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的反应分别属于哪类基本有机反应类型。9-3 请画出化合物G的所有光活异构体。第10题(12分) 尿素受热生成的主要产物与NaOH反应,得到化合物A

9、(三钠盐)。A与氯气反应,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: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。

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