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2007年全国高中化学竞赛试题


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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)

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 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。

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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下。该 晶体的六方晶胞的参数:a=363.63pm,c=1766.63pm;p=2.53g· -3。 cm

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。

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 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/% 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 样 品,与 25 mL 4mol· -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 L 室 温 , 加 入 50 mL20% 硝 酸 后 , 用 25.00mL 0.1000mol· -1 硝 酸 银 水 溶 液 处 理 , 再 用 L -1 0.1000mol· NH4SCN 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。 L 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(%) 。

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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。

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=[HA]B/[HA]W=1.00。 已知水相和苯相中HA的分析浓度分别为3.05× -3 和3.96× -3 mol· -1 。在水中,HA按 10 10 L -4 + HA?H +A 解离,Ka=1.00× ;在苯中,HA发生二聚:2HA?(HA)2。 10 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× 21个分子,给出HA的化学名称。 10 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(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 kJ· -1 mol ⑵K(s)+1/2Cl2+3/2O2(g)= KClO3(s) △H (2)=-398 kJ· -1 mol ⑶K(s)+1/2Cl2+2O2(g)= KClO4(s) △H (3)=-433 kJ· -1 mol 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。

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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(三钠盐) 与氯气反应,得到化 。A 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。

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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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