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2010年“扬子石化杯”第24届全国高中学生化学竞赛(江苏赛区)夏令营暨选拔赛试题参考答案及评分标准


2010 年“扬子石化”杯 第 24 届全国高中生化学竞赛(江苏赛区)夏令营选拔赛试题

2010 年“扬子石化”杯 第 24 届全国高中生化学竞赛(江苏赛区)夏令营暨选拔赛试题
(2010 年 7 月 22 日 题 号 满 分 得 分 评卷人 ·竞赛时间 3 小时。迟到超过 30 分钟者不能进入考场。开考后 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。 ·所有解答必须写在指定位置,不得用铅笔填写。 ·姓名、准考证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。 ·允许使用非编程计算器以及直尺等文具。 1 9 2 9 3 6 4 8 5 12 8:30—11:30 共计 3 小时) 6 10 7 12 8 10 9 10 10 14 总分 100

第 1 题(9 分)将氟气通入氢氧化钠溶液中,可得到 OF2。OF2 是一种无色、几乎无味的剧毒气体,主要用于 氧化、氟化反应、火箭工程助燃剂等。请回答下列问题: 1-1 OF2 的中文名称是 ,OF2 中 O 的化合价为 ,OF2 中 O 原子的杂化轨道类型 是 ,OF2 分子的空间构型为 。 1-2 与 H2O 分子相比,OF2 分子的键角更 (填“大”或“小”。 ) 1-3 与 H2O 分子相比,OF2 分子的极性更 (填“大”或“小”,原因是 ) 。 1-4 OF2 在常温下就能与干燥空气反应生成二氧化氮和无色气体氟化氮,该反应的化学方程式为(已知反应 中 N2 和 O2 的物质的量之比为 4:1) 。 第 2 题(9 分)金属钛无毒、密度小而强度高,广泛应用于航天材料、人造骨骼的制造等,有航天金属和生 命金属的美誉。 2-1 A 为+4 价钛的卤化物,A 在潮湿的空气中因水解而冒白烟。向硝酸银-硝酸溶液中滴加 A,有白色沉淀 B 生成,B 溶于氨水。取少量锌粉投入 A 的盐酸溶液中,可得到含 TiCl3 的紫色溶液 C。将 C 溶液与适量氯化铜溶液混合有白色沉淀 D 生成,混合溶液褪为无色。 ①B 的化学式为: ;B 溶于氨水所得产物为: ; ②A 水解的化学反应方程式为: ,理论计算可知,该反应 的平衡常数很大,增加 HCl 浓度不足以抑制反应的进行,可是在浓盐酸中,A 却几乎不水解,原因 ; 是: ③C 溶液与适量氯化铜溶液反应的化学方程式为: 。
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2-2

已知钛的元素电势图(E /V)为:

θ

则 : Ti2+ ( 填 “ 能 ” 或 “ 不 能 ” 在 水 溶 液 中 稳 定 存 在 ; Ti 溶 于 热 浓 盐 酸 的 化 学 方 程 式 ) 。 为: 第 3 题(6 分) 具有独特的 P、N 杂化结构和突出的热学、电学性能的环境友好的磷腈化合物是目前无卤 阻燃研究的热点之一,尤其是 HPCTP 更引起人们的关注。HPCTP 的合成路线如下:

Pyridine、TBAC 和 PhOH 分别为吡啶、四丁基溴化铵和苯酚。HPCTP 的红外光谱表明分子中存在 P— N、P—O—C、P=N 的吸收峰以及单取代苯环的特征峰;HPCTP 的核磁共振谱表明分子中只有一种化学环境 的磷;X 射线衍射分析表明 A 和 HPCTP 分子结构均具有很好的对称性。 3-1 分别写出化合物 A、HPCTP 的结构式: A HPCTP 3-2 化合物 A 反应生成 HPCTP 的反应类型是 。 第 4 题(8 分) 葡萄糖是自然界分布最广且最为重要的一种单糖,它是一种多羟基醛。葡萄糖是生物体内 新陈代谢不可缺少的营养物质。口服葡萄糖(ORAL GLUCOSE)一般呈粉状,是最基本的医药原料,它能 迅速增加人体的能量、耐力,可用作血糖过低、感冒发烧、头晕虚脱、四肢无力及心肌炎等症的补充液。葡 萄糖含量的测定可用碘量法,某样品测定过程如下: 称取约 10.00g 葡萄糖试样于 100mL 烧杯中,加入少量水溶解后定量转移到 250mL 容量瓶中,定容并摇 匀。用移液管吸取该试样 50.00mL 于 250mL 碘量瓶中,准确加入 0.05000mol/L I2 标准溶液 30.00mL(过量) 。 在摇动下缓缓滴加 1.0mol/LNaOH 溶液,直至溶液变为浅黄色。盖上表面皿,放置约 15min,使之反应完全。 用少量水冲洗表面皿和碘量瓶内壁,然后加入 8mL0.5mol/LHCl,析出的 I2 立即用 0.1000mol/L Na2S2O3 标准 溶液滴定至浅黄色。加 2mL 淀粉指示剂,继续滴定至蓝色恰好消失即为终点,消耗了 Na2S2O39.96mL。 [M(C6H12O6)=180.2] 4-1 写出下列离子反应方程式: ①碘标准溶液与 NaOH 溶液反应: ②葡萄糖在碱性条件下与 IO 反应: ③硫代硫酸钠与碘反应: 4-2 该样品葡萄糖含量为 。


; ; ;

第 5 题(12 分) 5-1 CaC2 的晶体结构如右图所示,其中 C—C 键长为 0.119nm,图中所给 的 晶 胞 (填“是”或“不是” )正当晶胞。该结构有 个对称面。 碱金属或碱土金属都可以和氧原子形成具有与 CaC2 相同结构的化合物 如 KO2 、 BaO2。若 KO2、BaO2 中 O—O 键长、CaC2 中 C—C 键长分别为 a、b、c, 其相对大小 为 。 5-2 以 CaC2 为还原剂,以 MgO 为原料可以冶炼镁,还原温度为 1150℃左 右,反应产物中基本没有 CO 的原因是: ; 反应需要抽真空进行的理由是: 。 5-3 工业用焦炭和生石灰在 2000℃左右制备 CaC2,原料中往往含有 MgO、SiO2、Fe2O3、Al2O3、S、P 等杂 质,这些都不利于电石的生产。其中 S 的存在形式一般为 FeS2 或硫酸盐,产品中 S 的主要存在形式 是 。
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5-4

欲分析电石中 CaC2 含量, 可称取 mg 试样于 150mL 锥形瓶中, 5mL 水、 加 再加 8mL 硝酸 (浓度 c1mol/L) 、 4~5 滴氢氟酸(浓度 c2mol/L) 、5mL 高氯酸(c3mol/L) ,在电热板上加热溶解并蒸发冒白烟至试液体积 约为 2~3mL,取下稍冷却加 15mL 盐酸(浓度 c4mol/L)使盐类溶解后,移入 250mL 容量瓶中,以水稀 释至刻度,摇匀。准确移取 25mL 试液于 500mL 锥形瓶中,加 100mL 水、5mL 硫酸镁溶液,摇匀,加钙 指示剂少许, EDTA 标准溶液 用 (溶度 cmol/L) 滴定至紫红色变蓝色为终点, 用去 VmLEDTA (已知 EDTA 2+ 与 Ca 反应时物质的量之比为 1:1) (1)写出 CaC2 百分含量的表达式(注:表达式中只允许有一个具体的数值) :

(2)为什么要先加 5mL 水?否则将会发生什么结果?

第 6 题(10 分) ZnSe 是一种光电性能优异的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,人们开发出了多种制备 ZnSe 纳米粒子 的方法。某研究小组用如下方法制备了 ZnSe 纳米粒子:⑴将 1 mmol 的 Zn(NO3)2·6H2O 溶于水中形成无色 溶液, 往该溶液中加入 1 mmolSeO2, 超声完全溶解后形成无色澄清溶液; ⑵再加入过量的水合肼 2H4· 2O) (N H , 超声几分钟后将溶液转移到内衬聚四氟乙烯套的不锈钢高压反应釜中,将高压反应釜拧紧密封后放在 160℃ 的恒温干燥箱中保温 12 小时(已知肼有强还原性,Se 在碱性条件下可以发生歧化反应) ;⑶反应结束后自然 冷却至室温,得到淡黄色沉淀,将产物用蒸馏水和无水乙醇洗涤数次,干燥后得到产物。将产物用 X—射线 粉末衍射仪(XRD)和 X 射线能谱仪进行物相和成分分析,发现其 ZnSe 和 Se 的原子个数比接近 1:1。 。 6-1 写出过程⑴中的化学方程式: 6-2 写出⑵中的离子方程式: 。 6-3 产物样品的红外光谱分析结果如图 1 所示,该谱图反映出产物有明显的 N—H、N—N 吸收峰。这是因 为产物中可能含有: 。

6-4

产物样品的热重(重量—温度关系图)分析结果如图 2 所示,根据图 1 和图 2 提供的信息,推测产物的 化学式可能为: 。

第 7 题(12 分) 癌症是威胁人类健康的主要疾病之一。肿瘤的发病涉及到多种因素多个步骤的病理过程。 研究表明,肿瘤的发生与核小体核心蛋白 N—端的赖氨酸残基的乙酰化和去乙酰化的失衡有着密切的关系。 组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases,HDACs)抑制剂通过调节组蛋白 N—端的赖氨酸残基的乙酰化和去 乙酰化,激活抑癌基因,从而抑制肿瘤细胞生长,诱导肿瘤细胞凋亡,因此是近几年来抗肿瘤药物的研究热 点之一。下面是一种 HDAC 抑制剂(F)的合成路线,请根据该路线回答问题:

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7-1

写出 A、B、D、E 的结构式: B D E A 2+ 2+ 7-2 F 与 Zn 配位是其发挥作用的前提之一。F 中哪个部位最易与 Zn 配位?为什么? 以 3-(2-异丁基-4-羟基)苯基丙酸为原料,也可以合成一种 HDAC,该原料可能的立体异构体有 种。

7-3

第 8 题(10 分)卡巴拉丁(合成路线中化合物 G)是老年人认知障碍的重要治疗药物。国外临床试验证明该 药物对改善痴呆患者的认知症状及日常活动能力具有一定的作用,且副作用少。它的合成方法如下:

请回答下列问题: 8-1 由 A 到 B 的试剂和反应类型是: 8-2 由 B 到 C 的试剂为: 8-3 H 的结构简式为: 8-4 如何由 E 获得 F?

。 。

8-5

用系统命名法命名 F:



第 9 题(10 分)替米呱隆(Timiperone)是一种抗精神病药,主要用于治疗精神分裂症。其合成路线如下:

9-1

写出 A、B、C 的结构式:
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A 9-2 9-3

B

C

将 A 转化为 B 的目的是: 4—氨基吡啶与 B 的反应中是环上的 N 而不是氨基 N 参加了反应,原因是:

。 第 10 题(14 分) 随着哥本哈根气候大会的结束,气候全球变暖牵动全球, “低碳生活”渐进人心。世界各 国也纷纷将发展解决化石能源危机和缓解环境污染问题的绿色能源作为 21 世纪的国家战略之一。氢能是最 为理想的能源之一,氢能的发展最关键的技术难题是氢的储存。在储氢材料研究领域,新加坡国立大学 Ping Chen 等人的研究成果成为一个重要的里程碑,他们在《Nature》上撰文,宣布 Li3N 可以作为一种新型无机 贮氢材料,并指出 Li3N 的吸氢反应过程按如下两步进行:

在这两步反应中,四种固体化合物之间的转化也伴随四种不同的晶体结构间的转化。 10-1 LiH 属于立方晶系,晶胞参数 a=4.075?。晶体中 H 原子作 Al 堆积,A、B、C 表示 H 的堆积层,a、b、 c 表示 Li 的堆积层,那么 LiH 沿正当晶胞体对角线方向的堆积周期是|AcBaCb|。则:LiH 的晶胞类型 ;请画出 LiH 正当晶胞沿着体对角线方向的投影(用实线圆圈“○”表示 H 的投影、 是 用虚线圆圈“ ”表示 Li 的投影,如投影重合则用“ ”表示,每种原子不少于 7 个)

10-2

Li2NH 是吸氢反应过程中的关键产物,确定 Li2NH 晶体中各原子的存在状态是揭示其储氢机理和对该 类材料进行改进的关键。实验已经确定 Li 以正离子 Li+形式存在。然而,由于目前实验手段的限制,H 的位置很难准确确定,因而 Li2NH 的结构目前还存在争议。现在普遍认可的是日本学者 Noritake 等利用 同步加速器 X—射线衍射方法测得的结构:Li2NH 属于立方晶系,晶胞参数 a=5.074 ?;N 和 H 的原子 坐标:N(0.00,0.00,0.00)H(0.11,0.11,0.00) 。已知 H 和 N 的共价半径分别为 0.37 ? 和 0.74 ?, 试通过计算说明 Li2NH 中 N 和 H 的存在状态。

10-3

若 Li2NH 晶体中 Li 填充在四面体空隙中,并采取简单立方堆积,则 Li2NH 与常见的 晶体结构类似,且做出上述推断前提是 Li2NH 晶体中 N、H 为 结构。 10-4 α—Li3N 属于六方晶系,晶体结构如下图所示。据图请画出一个α—Li3N 的六方晶胞(大球表示 N 原 子、小球表示 Li 原子) 。

10-5

晶体结构测试表明:LiNH2 属于四方晶系,晶胞参数 a=5.037?,c=10.278?,一个晶胞包括 4 个 LiNH2。 若以材料中 H 的密度作为材料的储氢能力,通过计算比较 Li2NH、LiH、LiNH2 的储氢能力。

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