第32届中国化学奥林匹克(初赛)试题答案与解析

1第32届中国化学奥林匹克（初赛）试题答案与解析第1题（8分）根据所给条件按照要求书写化学反应方程式（要求系数为最简整数比）。1-1氮化硅可用作LED的基质材料，它可通过等离子法用SiH4与氨气反应制得。3SiH4+4NH3==Si3N4+12H2↑解析：SiH4中Si正价H负价；NH3中N负价、H正价，直接配平产物为H2和Si3N4.1-2将擦亮的铜片投入装有足量的浓硫酸的大试管中，微热片刻，有固体析出但无气体产生，固体为Cu2S和另一种白色物质的混合物。5Cu+4H2SO4==Cu2S↓+3CuSO4↓+4H2O解析：注意题目中说无气体产生，而这个题中由于产生了Cu2S，Cu显+1价，失电子数为1*2=2；S显-2价，得电子数为8，说明该反应是氧化还原反应且还有3molCu变成了Cu（II）。产物中除了Cu2S外还有另一种白色固体析出，注意这里是析出不是沉淀，所以该白色固体是CuSO4，我们常说的CuSO4显蓝色指的是它的溶液和CuSO4·5H2O，而在浓硫酸中，浓硫酸具有脱水性，所以析出的是无水CuSO4，显白色。再进行配平。1-3在50oC水溶液中，单质碲与过量NaBH4反应制备碲氢化钠，反应过程中析出硼砂[Na2B4O5(OH)4·8H2O]2Te+4NaBH4+17H2O==2NaHTe+Na2B4O5(OH)4·8H2O↓+14H2↑解析：这个题目中，注意元素化合价的变动，首先要清楚碲氢化钠的化学式，由于Te是氧族元素，所以碲氢化钠的化学式NaHTe（类似于NaHS）。根据硼砂的化学式判断参与反应的NaBH4的物质的量为4mol，所以有16molH(-1).根据得失电子数进行配平。失电子的为H(-1)。得电子的物质为Te单质和H2O中的部分H(+1).1-4天然气的无机成因十分诱人。据称，地幔主成分之一的橄榄石与水和二氧化碳反应，可生成甲烷。橄榄石以Mg2SiO4和Fe2SiO4表示，反应后变成蛇纹石[Mg3Si2O5(OH)4]和磁铁矿。18Mg2SiO4+6Fe2SiO4+26H2O+CO2==12Mg3Si2O5(OH)4+CH4+4Fe3O4解析：这个题目中首先要确定磁铁矿的化学式为Fe3O4，在Fe3O4可以看作是2molFe(III)和1molFe(II)，所以这个反应是氧化还原反应。而在蛇纹石[Mg3Si2O5(OH)4]中，元素化合价不变。产物除了蛇纹石和Fe3O4外还有CH4，在CH4中，C由+4变成了-4价，得8个电子，所以甲烷与Fe3O4的物质的量之比为8:(1*2)=4:1的倒数，即1:4，由此进行配平。第2题（8分）2-1195K，三氧化二磷在二氯甲烷中与臭氧反应生成P4O18，画出P4O18分子的结构示意图。2解析：题目中所说的反应物只有P2O3和O3，根据P2O3的结构，P上有孤对电子。而O3的共振结构式为：，所以反应的时候臭氧的首尾两个氧原子可以直接与P相连形成P4O18.2-2CH2SF4是一种极性溶剂，其分子几何构型符合价层电子对互斥理论(VSEPR)模型。画出CH2SF4的分子结构示意图（体现合理的成键及角度关系）或解析：根据等电子体原理，CH2SF4与SOF4互为等电子体，所以分子构型相同，S采取sp3d杂化，分子构型为双角三锥形，CH2位于平面上，且与S形成双键。又由于双键之间的电子云密度大于单键间的电子云密度，所以在上下侧的F原子要略向右偏移，使得竖直平面上的∠CSF角度略大于90o.且水平方向上，∠FSF略小于120o。2-32018年足球世界比赛用球使用了生物基元三元乙丙橡胶(EPDM)产品KeltanEco。EPDM属三元共聚物，由乙烯、丙烯、及第三单体经溶液共聚而成。2-3-1EPDM具有优良的耐紫外光、耐臭氧、耐腐蚀等性能。写出下列分子中不可用于制备EPDM的第三单体（可能多选，答案中含错误选项不得分）选CE解析：C和E中有共轭双键存在，由于共轭π键的反应活性较高，且易受到紫外辐射使得电子跃迁至π*轨道，所以C和E都是不耐臭氧，不耐紫外光的。2-3-2合成高分子主要材料分为塑料、纤维和橡胶三大类，下列高分子中与EPDM同为橡胶的是：F聚乙烯G聚丙烯氰H反式聚异戊二烯I聚异丁烯选H、I解析：对于高中基础高分子化学常识的考察第3题（12分）为纪念门捷列夫发现元素周期表150周年，国际纯粹和应用化学联合会将2019年设为“国际化学元素周期表年”。门捷列夫预言了多种当时未知的元素，A即为其中一种。将含元素A的硫化物矿在N2气氛中800oC处理，分解产物中有A的硫化物B；随后升温至825oC并向体系中同入氨气，得到红色化合物C，C溶于发烟硝酸得到白色沉淀D。经过滤洗涤，D在600oC与CoCl2反应，产物冷却后得到液体E，E遇水生成D，在E的6mol·L-1盐酸溶液中通入H2S得到沉淀B；将D溶于NaOH溶液，用硝酸调节H+浓度至约0.3mol·L-1，3加入钼酸铵溶液常温下反应产生橙黄色沉淀F，F与十二钼酸结构等同；将D加入H3PO2和H3PO3的混合溶液可得到黄绿色的亚磷酸盐沉淀G，G在碱性溶液中转换为黄色沉淀H，H放置时脱水变成I，I也可由D和A的单质在高温下反应产生，D变为I失重15.3%。3-1写出A~I的化学式A.GeB.GeS2C.GeSD.GeO2E.GeCl4F.(NH4)4GeMo12O40G.GeHPO3H.Ge(OH)2I.GeO3-2写出B与氨气反应生成C的反应方程式3GeS2+2NH3==3GeS+3H2S+N23-3写出D在H3PO2和H3PO3中生成G的反应方程式。GeO2+H3PO2==GeHPO3+H2O解析：这个推断题刚开始不好判断，题目破题点应该在：“D在600oC与CoCl2反应，产物冷却后得到液体E，E遇水生成D”，由此可以判断D应该是A的氧化物，而E是氯化物，“将D加入H3PO2和H3PO3的混合溶液可得到黄绿色的亚磷酸盐沉淀G”可以判断D应该是高价的氧化物，G是低价的亚磷酸盐，“G在碱性溶液中转换为黄色沉淀H，H放置时脱水变成I”可以判断I是A的低价氧化物，假设D为AO2,I为AO，再根据“D变为I失重15.3%”可以判断A元素为Ge元素。由此可以推出D为GeO2，I为GeO。“D在600oC与CoCl2反应，产物冷却后得到液体E，E遇水生成D”可以确定E为GeCl4,“将D加入H3PO2和H3PO3的混合溶液可得到黄绿色的亚磷酸盐沉淀G”可以判断G为GeHPO3(注意H3PO3的结构，有个H是直接与P相连，所以G并不是酸式盐)“G在碱性溶液中转换为黄色沉淀H，H放置时脱水变成I”可以判断H是Ge(OH)2,I是GeO。“将D溶于NaOH溶液，用硝酸调节H+浓度至约0.3mol·L-1，加入钼酸铵溶液常温下反应产生橙黄色沉淀F，F与十二钼酸结构等同”可以判断F的化学式为(NH4)4GeMo12O40，与磷钼酸铵结构类似。“在E的6mol·L-1盐酸溶液中通入H2S得到沉淀B”可以判断B为GeS2,“向B中同入氨气，得到红色化合物C，C溶于发烟硝酸得到白色沉淀D”可以通过化学方程式配平得到C为GeS.第4题（12分）4-1利用双离子交换膜电解法可以从含硝酸氨的工业废水中生产硝酸和氨。4-1-1阳极室得到的是哪种物质？写出阳极半反应方程式。HNO3，2H2O–4e==4H++O2↑4-1-2阴极室得到的是哪种物质？写出阴极半反应及获得相应物质的方程式。NH32H2O+2e==H2↑+2OH-NH4++OH—==NH3+H2O解析：首先这个题目中要注意从含硝酸氨的工业废水中生产硝酸和氨。在这之中只是NO3-与H+结合形成硝酸，NH4+与OH-结合形成氨。所以电解的其实是水。（1）中，阳极失电子，所以半反应是水失电子产生H+和氧气，H+再于NO3-结合形成硝酸。（2）中，阴极失电子，注意这里失电子的仍然是水而不是H+,因为H+在阳极产生，而阳极和阴极之间隔着离子交换膜，所以阴极仍然是水失电子产生氢气和OH-，OH-再于NH4+结合形成氨。4-2电解乙酸钠水溶液，在阳极收集到X和Y的混合气体。气体通过新制的澄清石灰水，X被完全吸收，得到白色沉淀。纯净的气体Y冷却到90.23K，析出无色晶体，X-射线衍射表明，该晶体属立方晶系，体心立方点阵，晶胞参数a=530.4pm，Z=2，密度ρ=0.669g·cm-3。继续冷却，晶体转换为单斜晶体，a=422.6pm，b=562.3pm，c=584.5pm，β=90.41o。44-2-1写出X的化学式；写出X与石灰水反应的方程式。X为CO2，CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O4-2-2通过计算推出Y的化学式（Y分子中存在三次旋转轴）。333AANamnMZMMVaNaZ323110310.6696.0210(530.410)30.052gcmmolcmMgmol所以Y的化学式为C2H6.4-2-3写出点解乙酸钠水溶液时阳极板反应的方程式。2CH3COO——2e==2CO2↑+C2H6↑4-2-4写出单斜晶系的晶胞中Y分子的数目。Z=24-2-5降温过程中晶体转换为对称性较低的单斜晶体，简述原因。根据热胀冷缩，降温之后分子间间距变小，分子不再是交叉式构象，所以对称性降低。第5题（10分）元素同位素的类型及其天然丰度不仅决定原子量的数值，也是矿物年龄分析、反应机理研究等的重要依据。5-1已知Cl有两种同位素35Cl和37Cl，二者丰度比为0.75:0.25；Rb有85Rb和87Rb，二者丰度比为0.72:0.28。5-1-1写出气态中同位素组成不同的RbCl分子。85Rb35Cl85Rb37Cl87Rb35Cl87Rb37Cl5-1-2这些分子有几种质量数？写出质量数，并给出其比例。3种Z=120、122、1240.75×0.72:(0.25×0.72+0.75×0.28):0.25×0.28=54:39:75-2年代测定是地质学的一项重要工作。Lu-Hf法是上世纪80年代随着等离子发射光谱、质子谱等技术发展而建立的一种新断代法。Lu有两种天然同位素：176Lu和177Lu：Hf有六种天然同位素：176Hf、177Hf、178Hf、179Hf、180Hf和181Hf。176Lu发生β衰变生成176Hf，半衰期为3.716×1010年。177Hf为稳定同位素且无放射性来源。地质工作者获得一块岩石样品，从该样品的不同部位取得多个样本进行分析。其中的两组有效数据如下：样本1，176Hf与177Hf的比值为0.28630（原子比，记为176Hf/177Hf），176Lu/177Hf为0.42850；样本2，176Hf/177Hf为0.28239，176Lu/177Hf为0.01470。（一级反应，物种含量c随时间t变化的关系式：c=c0e-kt或ln𝑐𝑐0=-kt，其中c0为起始含量）5-2-1写出176Lu发生β衰变的核反应方程式（标出核电荷数和质量数）176176071721LuHfe5-2-2计算176Lu衰变反应速率常数k。由t1/2=3.716×1010year可知：k=ln2/t=1.865×10-11year-15-2-3计算该岩石的年龄5解：设177Hf的含量为1,则在样品1中：176Hf含量为0.28630176Lu含量为0.42850则在样品2中：176Hf含量为0.28239176Lu含量为0.01470由(176Hf/177H)t=(176Hf/177Hf)0+(176Lu/177Hf)0-(176Lu/177Hf)t=(176Hf/177Hf)0+(176Hf/177Hf)0·e(-kt)可知：带入数据得t=5.043×108year5-2-4计算该岩石生成时176Hf/177Hf的比值176Hf/177Hf=0.28225第6题（10分）将0.0167molI2和0.0167molH2置于预先抽真空的特制1L密闭容器中，加热1500K，体系达到平衡，总压强为4.56bar(1bar=100KP