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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+HN﹡O2→A+H2ONH2OH+HN﹡O2→B+H2OA、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。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·cm-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。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/%20507090样品的质量损失/%7.418.525.833.3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25mL4mol·L-1氢氧化钠水溶液在100mL圆底烧瓶中混合，加热回流1小时；冷至室温，加入50mL20%硝酸后，用25.00mL0.1000mol·L-1硝酸银水溶液处理，再用0.1000mol·L-1NH4SCN水溶液滴定剩余的硝酸银，以硫酸铁铵为指示剂，消耗了6.75mL。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3.05×10-3和3.96×10-3mol·L-1。在水中，HA按HA⇌H++A-解离，Ka=1.00×10-4；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3.85×1021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（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⑴K(s)+1/2Cl2(g)=KCl(s)△H(1)=-437kJ·mol-1⑵K(s)+1/2Cl2+3/2O2(g)=KClO3(s)△H(2)=-398kJ·mol-1⑶K(s)+1/2Cl2+2O2(g)=KClO4(s)△H(3)=-433kJ·mol-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（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。答案及评分标准第1题（12分）1-1Si+4OH−=SiO44−+2H2(1分)SiO44−+4H2O=Si(OH)4+4OH−(1分)若写成Si+2OH−+H2O=SiO32−+2H2SiO32−+3H2O=Si(OH)4+2OH−，也得同样的分。但写成Si+4H2O=Si(OH)4+2H2不得分。写不写↓(沉淀)和↑(气体)不影响得分。1-2不能。(1分)经典共价键理论认为原子之间通过共享电子对而成键。C为第二周期元素，只有4个价层轨道，最多形成4个共价键。(1分)理由部分：答“C原子无2d轨道，不能形成sp3d杂化轨道”，得1分；只答“C原子没有2d轨道”，得0.5分；只答“C原子有4个价电子”，得0.5分；答CH5+中有一个三中心二电子键，不得分(因按三中心二电子键模型，CH5+离子的C-H键不等长)。1-3A或质子酸(多选或错选均不得分。)(2分)1-4C26H30(分子式不全对不得分)(2分)1-5有(1分)1-63种（答错不得分）(1分)1-7有(1分)1-8无(1分)第2题（6分）(每式3分)对每一式，只写对原子之间的连接顺序，但未标对价电子分布，只得1分；未给出立体结构特征不扣分；未标出同位素符号不扣分，但B中将星号标错位置扣0.5分。第3题（10分）3-1···AcBCbABaCA···（5分）大写字母要体现出Cl-层作立方最密堆积的次序，镁离子与空层的交替排列必须正确，镁离子层与氯离子层之间的相对位置关系（大写字母与小写字母的相对关系）不要求。必须表示出层型结构的完整周期，即至少写出包含6个大写字母、3个小写字母、3个空层的排列。若只写对含4个大写字母的排列，如“···AcBCbA···”，得2.5分。3-2（3分）Z的表达式对，计算过程修约合理，结果正确(Z=3.00—3.02，指出单元数为整数3)，得3分。Z的表达式对，但结果错，只得1分。3-3NaCl型或岩盐型（2分）第4题（7分）根据所给数据，作图如下：由图可见，样品的质量损失与其中A的质量分数呈线性关系，由直线外推至A的质量分数为100%,即样品为纯A，可得其质量损失为37.0%。作图正确，外推得纯A质量损失为（37.0±0.5）%，得4分；作图正确，得出线性关系，用比例法求出合理结果，也得4分；仅作图正确，只得2分。样品是热稳定性较差的无水弱酸钠盐，在常见的弱酸盐中，首先考虑碳酸氢钠，其分解反应为：2NaHCO3=Na2CO3+H2O↑+CO2↑该反应质量损失分数为（44.0+18.0）/（2×84.0）=36.9%，与上述外推所得数据吻合。化合物A的化学式是NaHCO3。根据所给条件并通过计算质量损失，答对NaHCO3得3分。答出NaHCO3但未给出计算过程，只得1分。其他弱酸钠盐通过计算可排除，例如Na2CO3质量损失分数为41.5%，等等。第5题（10分）5-1（4分）C6H5CH2Cl＋NaOH＝C6H5CH2OH＋NaClNaOH＋HNO3＝NaNO3＋H2O(此式不计分)AgNO3＋NaCl＝AgCl↓＋NaNO3NH4SCN＋AgNO3＝AgSCN↓＋NH4NO3Fe3+＋SCN-＝Fe(SCN)2+每式1分；写出正确的离子方程式也得满分；最后一个反应式写成Fe3+＋3SCN-＝Fe(SCN)3也可。5-2（2分）样品中氯化苄的摩尔数等于AgNO3溶液中Ag＋的摩尔数与滴定所消耗的NH4SCN的摩尔数的差值，因而，样品中氯化苄的质量分数为M(C6H5CH2Cl)×[0.1000×(25.00-6.75)]／255＝{126.6×[0.1000×(25.00-6.75)]／255}×100%＝91%算式和结果各1分;若答案为90.6％，得1.5分(91%相当于三位有效数字，90.6％相当于四位有效数字)。5-3(2分)测定结果偏高的原因是在甲苯与Cl2反应生成氯化苄的过程中，可能生成少量的多氯代物C6H5CHCl2和C6H5CCl3，反应物Cl2及另一个产物HCl在氯化苄中也有一定的溶解，这些杂质在与NaOH反应中均可以产生氯离子，从而导致测定结果偏高。凡答出由以下情况导致测定结果偏高的均得满分：1)多氯代物、Cl2和HCl；2)多氯代物和Cl2；3)多氯代物和HCl；4)多氯代物。凡答出以上任何一种情况，但又提到甲苯的，只得1分。若只答Cl2和／或HCl的，只得1分。5-4（2分）不适用。（1分）氯苯中，Cl原子与苯环共轭，结合紧密，难以被OH−交换下来。（1分）氯苯与碱性水溶液的反应须在非常苛刻的条件下进行，而且氯苯的水解也是非定量的。第6题（12分）6-1（4分）HA在水中存在如下电离平衡：HA=H+＋A−Ka=1.00×10-4据题意，得如下3个关系式：[HA]＋[A−]＝3.05×10-3mol·L-1①[H+][A−]／[HA]＝1.00×10-4②[H+]＝[A−][H+]＝5.05×10-4mol·L-1③三式联立，解得：[A−]＝[H+]＝5.05×10-4mol·L-1，[HA]＝2.55×10-3mol·L-1，[OH-]＝1.98×10-11mol·L-1，pH＝−log[H+]＝3.297=3.30计算过程合理得1.5分；每个物种的浓度0.5分；pH0.5分。6-2（4分）HA的二聚反应为：2HA=(HA)2平衡常数Kdim=[(HA)2]/[HA]2苯相中，HA的分析浓度为2[(HA)2]＋[HA]B＝3.96×10-3mol·L-1根据苯-水分配常数KD=[HA]B/[HA]W=1.00得[HA]B＝[HA]W＝2.55×10-3mol·L-1[(HA)2]＝7.05×10-4mol·L-1Kdim=[(HA)2]/[HA]2=7.05×10-4／(