2023年第31屆中國(guó)化學(xué)奧林匹克(初賽)試題及答案(WORD版)

1、第31屆中國(guó)化學(xué)奧林匹克(初賽)試題2017 年 8 月題號(hào)12345678910總分總分值101012101012613107100得分評(píng)卷人競(jìng)賽時(shí)間3 小時(shí)。遲到超過半小時(shí)者不能進(jìn)考場(chǎng)。開始考試后1 小時(shí)內(nèi)不得離場(chǎng)。時(shí)間到，把試卷反面朝上放在桌面上，立即起立撤離考場(chǎng)。試卷裝訂成冊(cè)，不得拆散。所有解答必須寫在指定的方框內(nèi)，不得用鉛筆填寫。草稿紙?jiān)谧詈笠豁摗２坏贸钟腥魏纹渌垙?。姓名、?bào)名號(hào)和所屬學(xué)校必須寫在首頁左側(cè)指定位置，寫在其他地方者按廢卷論處。允許使用非編程計(jì)算器以及直尺等文具。H 1.008相對(duì)原子質(zhì)量He 4.003Li 6.941Be 9.012B 10.81C 12.01N 1

2、4.01O 16.00F 19.00Ne 20.18Na 22.99Mg 24.31Al 26.98Si 28.09P 30.97S 32.07Cl 35.45Ar 39.95K 39.10Ca 40.08Sc 44.96Ti 47.88V 50.94Cr 52.00Mn 54.94Fe 55.85Co 58.93Ni 58.69Cu 63.55Zn 65.41Ga 69.72Ge 72.61As 74.92Se 78.96Br 79.90Kr 83.80Rb 85.47Sr 87.62Y 88.91Zr 91.22Nb 92.91Mo 95.94Tc 98Ru 101.1Rh 102.9Pd

3、 106.4Ag 107.9Cd 112.4In 114.8Sn 118.7Sb 121.8Te 127.6I 126.9Xe 131.3Cs 132.9Ba 137.3LaLuHf 178.5Ta 180.9W 183.8Re 186.2Os 190.2Ir 192.2Pt 195.1Au 197.0Hg 200.6Tl 204.4Pb 207.2Bi 209.0Po 210At 210Rn 222Fr 223Ra 226AcLaRfDbSgBhHsMtDsRgCnUutUuqUupUuhUusUuoLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLuAcThPaUNpPuAmCmB

4、kCfEsFmMdNoLr第1 題10 分根據(jù)條件書寫化學(xué)反響方程式。工業(yè)上從碳酸氫銨和鎂硼石Mg2B2O4(OH)2在水溶液中反響制備硼酸。從乏燃料提取钚元素的過程中，利用亞硝酸鈉在強(qiáng)酸溶液中將 Pu3+氧化為 Pu4+。NaBH4與氯化鎳摩爾比 2:1在水溶液中反響，可得到兩種硼化物：硼化鎳和硼酸摩爾比 1:3。通過 KMnO4和 H2O2在 KF-HF 介質(zhì)中反響獲得化學(xué)法制 F2的原料 K2MnF6。磷化氫與甲醛的硫酸溶液反響，產(chǎn)物僅為硫酸鏻鹽。第2 題10 分氨晶體中，氨分子中的每個(gè) H 均參與一個(gè)氫鍵的形成，N 原子鄰接幾個(gè)氫原子？1 摩爾固態(tài)氨中有幾摩爾氫鍵？氨晶體融化時(shí)，固態(tài)氨

5、下沉還是漂浮在液氨的液面上？P4S5是個(gè)多面體分子，結(jié)構(gòu)中的多邊形雖非平面狀，但仍符合歐拉定律，兩種原子成鍵后價(jià)層均滿足 8 電子，S 的氧化數(shù)為-2。畫出該分子的結(jié)構(gòu)圖用元素符號(hào)表示原子。水煤氣轉(zhuǎn)化反響CO(g) + H2O(g) H2(g) + CO2(g)是一個(gè)重要的化工過程，如下鍵能(BE)數(shù)據(jù)：BE(CO) =1072 kJmol-1，BE(O-H) = 463 kJmol-1，BE(C=O) = 799 kJmol-1， BE(H-H) = 436 kJmol-1估算反響熱，該反響低溫還是高溫有利？簡(jiǎn)述理由。硫粉和 S2-反響可以生成多硫離子。在 10 mL S2-溶液中參加 0.

6、080 g 硫粉，控制條件使硫粉完全反響。檢測(cè)到溶液中最大聚合度的多硫離子是 S32-且 Sn2-(n = 1,2,3,)離子濃度之比符合等比數(shù)列 1,10,10n-1。假設(shè)不考慮其他副反響，計(jì)算反響后溶液中 S2-的濃度c1和其起始濃度c0。第3 題12 分在金屬離子 M3+的溶液中，參加酸 HmX，控制條件，可以得到不同沉淀。pH 1，得到沉淀A(M2XnyH2O，y 7，得到沉淀 BMX(OH)，A 在空氣氣氛中的熱重分析顯示，從 30C 升溫至 100C，失重 11.1%，對(duì)應(yīng)失去 5 個(gè)結(jié)晶水局部；繼續(xù)加熱至 300C，再失重 31.2%，放出無色無味氣體，殘留物為氧化物 M2O3，

7、B 在氮?dú)鈿夥罩屑訜嶂?300C 總失重 29.6%。通過計(jì)算，指出 M 是哪種金屬，確定 A 的化學(xué)式。寫出 A 在空氣中熱解的反響方程式。通過計(jì)算，確定 B 在 N2氣氛中失重后的產(chǎn)物及產(chǎn)物的定量組成用摩爾分?jǐn)?shù)表示。寫出 B 在氮?dú)鈿夥罩蟹纸獾姆错懛匠淌?。? 題10 分隨著科學(xué)的開展和大型實(shí)驗(yàn)裝置如同步輻射和中子源的建成，高壓技術(shù)在物質(zhì)研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。高壓不僅會(huì)引發(fā)物質(zhì)的相變，也會(huì)導(dǎo)致新類型化學(xué)鍵的形成。近年來就有多個(gè)關(guān)于超高壓下新型晶體的形成與結(jié)構(gòu)的研究報(bào)道。NaCl 晶體在 50-300 GPa 的高壓下和 Na 或 Cl2反響，可以形成不同組成、不同結(jié)構(gòu)的晶體。下列圖

8、給出其中三種晶體的晶胞大球?yàn)槁仍?，小球?yàn)殁c原子。寫出A、B、C 的化學(xué)式。在超高壓300 GPa下，金屬鈉和氦可形成化合物。結(jié)構(gòu)中， 鈉離子按簡(jiǎn)單立方排布，形成 Na4 立方體空隙如右圖所示，電子對(duì)2e-和氦原子交替分布填充在立方體的中心。寫出晶胞中的鈉離子數(shù)。寫出表達(dá)該化合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的化學(xué)式。假設(shè)將氦原子放在晶胞頂點(diǎn)，寫出所有電子對(duì)2e-在晶胞中的位置。晶胞邊長(zhǎng)a = 395pm。計(jì)算此結(jié)構(gòu)中 Na-He 的間距d 和晶體的密度單位:gcm-1。第5 題10 分由元素 X 和 Y 形成的化合物 A 是一種重要的化工產(chǎn)品，可用于制備潤(rùn)滑劑、殺蟲劑等。A可由生產(chǎn) X 單質(zhì)的副產(chǎn)物 FeP2與黃

9、鐵礦反響制備，同時(shí)得到另一個(gè)二元化合物 B。B 溶于稀硫酸放出氣體 C，而與濃硫酸反響放出二氧化硫。C 與大多數(shù)金屬離子發(fā)生沉淀反響。純潔的 A 呈黃色，對(duì)熱穩(wěn)定，但遇潮濕空氣極易分解而有臭雞蛋味。A 在乙醇中發(fā)生醇解，得到以X 為單中心的二酯化合物 D 并放出氣體 C，D 與 Cl2反響生成制備殺蟲劑的原料 E、放出刺激性的酸性氣體 F 并得到 Y 的單質(zhì)產(chǎn)物的摩爾比為 1:1:1。A 與五氧化二磷混合加熱，可得到兩種與 A 結(jié)構(gòu)對(duì)稱性相同的化合物 G1和 G2。寫出 A、C 到 F 以及 G1和 G2的分子式。寫出由生產(chǎn) X 單質(zhì)的副產(chǎn)物 FeP2與黃鐵礦反響制備 A 的方程式。寫出 B

10、與濃硫酸反響的方程式。第6 題12 分釕的配合物在發(fā)光、光電、催化、生物等領(lǐng)域備受關(guān)注。6-1研究者制得一種含混合配體的 Ru(II)配合物Ru(bpy)n(phen)3-n(ClO4)2配體結(jié)構(gòu)如下列圖。元素分析結(jié)果給出 C、H、N 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 48.38%、3.06%、10.54%。磁性測(cè)量說明該配合物呈抗磁性。推算配合物化學(xué)式中的 n 值。寫出中心釕原子的雜化軌道類型。利用顯微鏡觀察生物樣品時(shí)，常用到一種被稱為“釕紅的染色劑，釕紅的化學(xué)式為Ru3O2(NH3)14Cl6，由Ru(NH3)6Cl3 的氨水溶液暴露在空氣中形成，釕紅陽離子中三個(gè)釕原子均為 6 配位且無金屬-金屬鍵。寫出

11、生成釕紅陽離子的反響方程式。畫出釕紅陽離子的結(jié)構(gòu)式并標(biāo)出每個(gè)釕的氧化態(tài)。寫出釕紅陽離子中橋鍵原子的雜化軌道類型。經(jīng)測(cè)定，釕紅陽離子中 Ru-O 鍵長(zhǎng)為 187 pm，遠(yuǎn)小于其單鍵鍵長(zhǎng)。對(duì)此，研究者解釋為：在中心原子和橋鍵原子間形成了兩套由 d 和p 軌道重疊形成的多中心 鍵。畫出多中心 鍵的原子軌道重疊示意圖。第7 題6 分嵌段共聚物指由不同聚合物鏈段連接而成的聚合物。假設(shè)其同時(shí)擁有親水鏈段和疏水鏈段，會(huì)形成內(nèi)部為疏水鏈段，外部為親水鏈段的核-殼組裝體如膠束。下列圖所示為一種ABA型嵌段共聚物，該嵌段共聚物在水中可以形成膠束并包載藥物分子，在氧化或復(fù)原的條件刺激下，實(shí)現(xiàn)藥物的可控釋放。ABA型

12、三嵌段共聚物該共聚物的合成方法如下：先使單體 X 與稍過量單體 Y 在無水溶劑中進(jìn)行聚合反響，形成中部的聚氨酯鏈段，隨后參加過量乙二醇單甲醚 CH3(OCH2CH2)nOH 進(jìn)行封端。寫出單體 X 與 Y 的結(jié)構(gòu)式。在氧化復(fù)原條件下二硫鍵可發(fā)生斷裂，采用 R-S-S-R 簡(jiǎn)式，寫出其斷鍵后的氧化產(chǎn)物 O和復(fù)原產(chǎn)物 P。該嵌段共聚物所形成的膠束可以包載右圖中哪種抗癌藥物？簡(jiǎn)述理由。第8 題13 分判斷以下分子是否有手性。畫出以下反響所得產(chǎn)物的立體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，并寫出反響類型SN1 或 SN2。反響原料反響試劑產(chǎn)物反響類型1H2S/KOH2K2CO33H2O4CH3OH第9 題10 分畫出以下轉(zhuǎn)換的中

13、間體和產(chǎn)物A-E的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。元素分析結(jié)果說明化合物 E 含 C，64.84%；H，8.16%，N，12.60%。化合物B 不含羥基。第10 題7 分影響有機(jī)反響的因素較多。例如，反響底物中的取代基不同往往會(huì)使反響生成不同的產(chǎn)物。當(dāng)R = CH3時(shí)，產(chǎn)物為A，分子式為C15H12O4。研究說明A 不含羥基，它的1H NMR(CDCl3，ppm)： 1.68 (3H)，2.73-2.88 (2H)，3.96-4.05 (2H)，5.57 (1H)，7.72-8.10 (4H)。畫出 A 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。提示： 不同，氫的化學(xué)環(huán)境不同。當(dāng) R = Ph 時(shí)，產(chǎn)物為 B，分子式為 C20H14O4。研究說

14、明 B 含有一個(gè)羥基，它的1H NMR(CDCl3，ppm)： 2.16 (1H)，3.79 (1H)，4.07 (1H)，5.87 (1H)，6.68 (1H)，7.41-7.77 (5H)，7.82-8.13 (4H)。畫出 B 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式；解釋生成 B 的原因。當(dāng) R = OEt 時(shí)，產(chǎn)物為 C，分子式為 C14H10O5。參照以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，畫出 C 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。第30 屆中國(guó)化學(xué)奧林匹克(初賽)參考答案第1 題10 分1-1 2NH4HCO3 + Mg2B2O4(OH)2 = 2MgCO3 + 2NH3 + 2H3BO32 分NH4HCO3 + Mg2B2O4(OH)2 + 2H2O

15、= Mg2(OH)2CO3 + NH3 + 2H3BO31-24H+ + 2HNO2 + 4Pu3+ = N2O + 4Pu4+ + 3H2O2 分1-3 8NaBH4 + 4NiCl2 + 18H2O = 6H3BO3 + 2Ni2B + 8NaCl + 25H22 分1-4 2KMnO4 + 3H2O2 + 2KF + 10HF = 2K2MnF6 + 3O2 + 8H2O2 分1-5 2PH3 + 8HCHO + H2SO4 = P(CH2OH)42SO42 分第2 題10 分2-163 個(gè)氫鍵、3 個(gè)共價(jià)鍵；1 分3 mol1 分；下沉1 分。2-22 分2-3H -2BE(C=O)

16、+ BE(H-H) - BE(CO) - 2BE(O-H)= -36 KJmol-11 分該反響的H0，根據(jù)勒夏特列平衡移動(dòng)原理，故而低溫有利于平衡正向移動(dòng)，因而低溫有利。1 分注：實(shí)際反響要用適宜的溫度。根據(jù)零價(jià)根據(jù)零價(jià) S 守恒可得：10c1 + 2 100c1 = n(S) = 2.4910-3 mol1 分 因而 c1 = 1.210-3 molL-11 分c0 = c1 + 10c1 + 100c1 = 0.13 molL-11 分S32-100c1S22-10c1列式 S2-c12-4 根據(jù)題意可得溶液中只有三種含硫離子 S2-,S22-,S32-第3 題12 分3-1由 MX(O

17、H)可知 X 為-2 價(jià)，因而 A 為 M2X3yH2O根據(jù)第一步失去 5 個(gè)結(jié)晶水可以確定其分子量為 811.53gmol-11 分因?yàn)樵跓嶂胤治鲋蟹懦鰺o色無味的氣體，因而推測(cè)該氣體可能為 CO21 分當(dāng) X 為碳酸根時(shí)，驗(yàn)證無合理答案。因而推測(cè) X 為 C2O42-，經(jīng)過分子量計(jì)算可得 M 為 Bi。1 分因而 A 的化學(xué)式為：Bi2(C2O4)37H2O1 分3-2 2Bi2(C2O4)37H2O + 3O2 = 2Bi2O3 + 14H2O + 12CO22 分Bi2(C2O4)37H2O = Bi2(C2O4)32H2O + 5 H2O2Bi2(C2O4)32H2O + 3O2 =

18、2Bi2O3 + 4H2O + 12CO23-3Mr(失重) = 92.25 gmol-1，剩下的為BiO0.752 分所以產(chǎn)物為Bi(66.7%)+Bi2O3(33.3%)2 分4Bi(C2O4)(OH) = 2Bi + Bi2O3 + 2H2O + 7CO2 + CO2 分第4 題10 分4-1A NaCl3B Na3ClC Na2Cl每個(gè) 1 分4-2-181 分4-2-2Na2(e2) He。1 分4-2-3體心、棱心。1 分4-2-4 = zM/NAV = 5.39 gmol-12 分d = 3/4a = 171 pm2 分第5 題10 分5-1A P4S10C H2SD HSPS(OC2H5)2E ClPS(OC2H5)2F HClG1 P4S6O4G2 P4O6S4每個(gè)1 分5-22FeP2 + 12FeS2 = P4S10 + 14FeS1 分5-32FeS + 13H2SO4 = 2Fe(HSO4)3 + 10H2O + 9SO22 分第6 題12 分6-1-1n = 2。1 分6-1-2d2sp31 分6-2-112Ru(NH3)63+ + O2 + 6H2O = 4Ru3O2(NH3)146+ + 12NH4+ + 4NH32 分+3+4+3+3+4+3每個(gè) 1分3 分6+6