2017年第31屆中國化學(xué)奧林匹克初賽試題及答案

1、第31屆中國化學(xué)奧林匹克（初賽）試題（2017 年 8 月 27 日 9:00 12:00）題號(hào)12345678910總分滿分101012101012613107100得分評(píng)卷人競賽時(shí)間3小時(shí)。遲到超過半小時(shí)者不能進(jìn)考場。開始考試后 1小時(shí)內(nèi)不得離場。時(shí)間到，把試卷（背面朝上）放在桌面上，立即起立撤離考場。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?。不得持有任何其他紙張。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 4.003Li6.941Be9.012B

2、10.81C 12.01N14.01O 16.0CF 19.00Ne20.18Na22.99Mg 24.31Al26.98Si28.09P 30.97S 32.07Cl 35.45Ar39.95K 39.10Ca 40.08Sc 44.96Ti47.88V 50.94Cr 52.00Mn54.94Fe55.85Co 58.93Ni58.69Cu 63.55Zn 65.41Ga 69.72Ge 72.61As 74.92Se 78.96Br79.90Kr83.80Rb85.47Sr 87.62Y88.91Zr 91.22Nb 92.91Mo95.94Tc98Ru101.1Rh102.9Pd 10

3、6.4Ag 107.9Cd 112.4In114.8Sn 118.7Sb 121.8Te127.6I 126.9Xe131.3Cs132.9Ba137.3La LuHf178.5Ta180.9W183.8Re186.2Os 190.2Ir 192.2Pt195.1Au197.0Hg 200.6Tl204.4Pb207.2Bi209.0Po 210At 210Rn 222Fr 223Ra 226Ac LaRfDbsgBhHsMtDsRgCnUutUuqUupUuhUusUuoLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLuAcThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr第1

4、題（10分）根據(jù)條件書寫化學(xué)反應(yīng)方程式。1-1工業(yè)上從碳酸氫錢和鎂硼石 Mg 2B2O4（OH）2在水溶液中反應(yīng)制備硼酸。1-2從乏燃料提取缽元素的過程中，利用亞硝酸鈉在強(qiáng)酸溶液中將Pu3+氧化為Pu4+。1-3NaBH4與氯化饃（摩爾比2:1）在水溶液中反應(yīng)，可得到兩種硼化物：硼化饃和硼酸（摩爾比1:3）。1-4通過KMnO4和H2O2在KF-HF介質(zhì)中反應(yīng)獲得化學(xué)法制F2的原料 K2MnF6。1-5磷化氫與甲醛的硫酸溶液反應(yīng)，產(chǎn)物僅為硫酸鱗（鹽）。第2題（10分）2-1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)氨下沉

5、還是漂浮在液氨的液面上？2-2P4s5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）。2-3水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)CO（g） + H 2O（g） - H（g） + CO 2（g）是一個(gè)重要的化工過程，已知如下鍵 能（BE）數(shù)據(jù)：BE（OO） =1072 kJ mOl , BE（O-H） = 463 kJ mol-1, BE（C=O） = 799 kJ mol-1,BE（H-H） = 436 kJ mol-1估算反應(yīng)熱，該反應(yīng)低溫還是高溫有利？簡述理由。2-4硫粉和S2-反應(yīng)可以生成多硫離子。在10

6、 mL S2-溶液中加入0.080 g硫粉，控制條件使硫粉完全反應(yīng)。檢測到溶液中最大聚合度的多硫離子是$32-且Sn2-（n = 1,2,3,）離子濃度之比符合等比數(shù)列1,10，,10n-1。若不考慮其他副反應(yīng)，計(jì)算反應(yīng)后溶液中S2-的濃度Ci和其起始濃度C0O 第3題（12分）在金屬離子 M3+的溶液中，加入酸 HmX,控制條件，可以得到不同沉淀。pH < 1,得到沉淀A（M 2XnyH 2O, y < 10）; pH > 7,得到沉淀 BMX（OH） , A在空氣氣氛中的熱重分析顯示， 從30 C升溫至10000,失重11.1%,對(duì)應(yīng)失去5個(gè)結(jié)晶水（部分）；繼續(xù)加熱至30

7、0 0,再失重31.2%,放出無色無味氣體，殘留物為氧化物M2O3, B在氮?dú)鈿夥罩屑訜嶂?300 0總失重29.6%。3-1通過計(jì)算，指出 M是哪種金屬，確定 A的化學(xué)式。3-2寫出A在空氣中熱解的反應(yīng)方程式。3-3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）。3-4寫出B在氮?dú)鈿夥罩蟹纸獾姆磻?yīng)方程式。第4題（10分）隨著科學(xué)的發(fā)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。4-1 Na0l晶體在50-30

8、0 GPa的高壓下和 Na或Cl2反應(yīng)，可以形成不同組成、不同結(jié)構(gòu)的晶體。下圖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。4-2在超高壓（300 GPa）下，金屬鈉和氨可形成化合物。結(jié)構(gòu)中，鈉離子按簡單立方排布，形成Na4立方體空隙（如右圖所示），電子對(duì)（2e-）和氯原子交替分布填充在立方體的中心。4-2-1寫出晶胞中的鈉離子數(shù)。4-2-2寫出體現(xiàn)該化合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的化學(xué)式。4-2-3若將氨原子放在晶胞頂點(diǎn)，寫出所有電子對(duì)（ 2e）在晶胞中 的位置。1 X4-2-4晶胞邊長a = 395pm。計(jì)算此結(jié)構(gòu)中Na-He的間距d和晶體的留度p （單位：g cm ）。第

9、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，可用于制備潤滑劑、殺蟲劑等。 A可由生產(chǎn)X單質(zhì)的副產(chǎn)物 FeP2與黃鐵礦反應(yīng)制備，同時(shí)得到另一個(gè)二元化合物Bo B溶于稀硫酸放出氣體 C,而與濃硫酸反應(yīng)放出二氧化硫。C與大多數(shù)金屬離子發(fā)生沉淀反應(yīng)。純凈的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C12反應(yīng)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(jié)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Gi和G2。5-1寫出A、C至ij F以及

10、Gi和G2的分子式。5-2寫出由生產(chǎn) X單質(zhì)的副產(chǎn)物 FeP2與黃鐵礦反應(yīng)制備 A的方程式。5-3寫出B與濃硫酸反應(yīng)的方程式。第6題(12分)釘?shù)呐浜衔镌诎l(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(C1O 4) (2配體結(jié)構(gòu)如下圖)。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%。磁性測量表明該配合物呈抗磁性。6-1-1推算配合物化學(xué)式中的n值。/=VhT")6-1-2寫出中心釘原子的雜化軌道類型。'N、一'6-2利用顯微鏡觀察生物樣品時(shí)，常用到一種被稱

11、為釘紅”的染色劑，釘紅的化學(xué)式為RU3O2(NH3)14C16,由Ru(NH 3)6C1 3的氨水溶液暴露在空氣中形成，釘紅陽離子中三個(gè)釘 原子均為6配位且無金屬-金屬鍵。6-2-1寫出生成釘紅陽離子的反應(yīng)方程式。6-2-2畫出釘紅陽離子的結(jié)構(gòu)式并標(biāo)出每個(gè)釘?shù)难趸瘧B(tài)。6-2-3寫出釘紅陽離子中橋鍵原子的雜化軌道類型。6-2-4經(jīng)測定，釘紅陽離子中 Ru-O鍵長為187 pm,遠(yuǎn)小于其單鍵鍵長。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兀鍵。畫出多中心兀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。若其同時(shí)擁有親水鏈段和

12、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，在氧化或還原的條件 刺激下，實(shí)現(xiàn)藥物的可控釋放。ABA型三嵌段共聚物7-1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)行聚合反應(yīng)，形成中部的聚氨酯鏈段，隨后加入過量乙二醇單甲醍CH3(OCH2CH2)nOH進(jìn)行封端。寫出單體 X與Y的結(jié)構(gòu)式。7-2在氧化還原條件下二硫鍵可發(fā)生斷裂，采用 R-S-S-R簡式，寫出其斷鍵后的氧化產(chǎn)物O和還原產(chǎn)物P。7-3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？簡述理由。鹽酸阿霉素紫

13、杉醇第8題(13分)8-1判斷以下分子是否有手性8-2畫出以下反應(yīng)所得產(chǎn)物的立體結(jié)構(gòu)簡式，并寫出反應(yīng)類型(Sn1或Sn2)。反應(yīng)原料反應(yīng)試劑產(chǎn)物反應(yīng)類型1H 4 02soOSO2CH3H2S/KOH2K2CO331H:1H2O4c飛1CH3OH第9題(10分)畫出以下轉(zhuǎn)換的中間體和產(chǎn)物( A-E)EtONa, (COOEtfeEtOH15,2h的結(jié)構(gòu)簡式。LiH, HCHOTHF. 20, 25minNaHCO31 CH2cH H2O元素分析結(jié)果表明化合物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)反應(yīng)的因素較多。例如，反應(yīng)底物

14、中的取代基不同往往會(huì)使反應(yīng)生成不同的產(chǎn)物。10-1當(dāng)R = CH3時(shí)，產(chǎn)物為A ,分子式為Ci5H12O4。研究表明A不含羥基，它的1HNMR(CDCl 3, ppm): 81.68 (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)簡式。提示： 8不同，氫的化學(xué)環(huán)境不同。10-2當(dāng)R = Ph時(shí)，產(chǎn)物為 B,分子式為 C20H14O4。研究表明 B含有一個(gè)羥基，它的 1H NMR(CDCl 3, ppm): 82.16 (1H) , 3.79 (1H) , 4.07 (1H) , 5.87 (1H

15、) , 6.68 (1H), 7.41-7.77 (5H) , 7.82-8.13 (4H)。畫出B的結(jié)構(gòu)簡式；解釋生成B的原因。10-3當(dāng)R = OEt時(shí)，產(chǎn)物為 C,分子式為 Ci4H10O5。參照以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，畫出 C的結(jié)構(gòu) 簡式。第30屆中國化學(xué)奧林匹克（初賽）參考答案第1題（10分）1-1 2NH4HCO3 + Mg2B2O4（OH）2 = 2MgCO 3 + 2NH3 + 2H3BO3 （2 分）NH 4HCO 3 + Mg 2B2O49H） 2 + 2H 2O = Mg 2（OH） 2CO3 + NH 3 + 2H 3BO 31-2 4H+ + 2HNO2 + 4Pu3+ = N

16、2O + 4Pu4+ + 3H2O （2 分）1-3 8NaBH4 + 4NiCl 2 + I8H2O = 6H3BO3 + 2NizB + 8NaCl + 25H 2 （2 分）1-4 2KMnO 4 + 3H2O2 + 2KF + 10HF = 2K 2MnF6 + 3O2 + 8H2O （2 分）1-5 2PH3+ 8HCHO + H 2SO4 = P（CH 2OH）42SO4 （2 分）第2題（10分）2-1 6（3個(gè)氫鍵、3個(gè)共價(jià)鍵）；（1分）3 mol （1分）；下沉（1分）。2-3 川 *2BE（C=O） + BE（H-H） - BE（C三 O）- 2BE（O-H）= -36 K

17、J mol-1 （1 分）該反應(yīng)的 AH<0,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)際反應(yīng)要用合適的溫度。2-4根據(jù)題意可得溶液中只有三種含硫離子S2-, S22-, S32-列式S22-S32-S2-10C1100C1根據(jù)基價(jià) S 守恒可得：10Ci + 2 W0ci = n（S） = 2.49 10 -3mol（1 分）因而 Ci = 1.2 1旌 mol L-1 （1 分）co = ci + 10ci + 100ci = 0.13 mol L-1 （ 1 分）第3題（12分）3-1由MX（OH）可知X為-2價(jià)，因而 A為M2X3 yH2O

18、根據(jù)第一步失去 5個(gè)結(jié)晶水可以確定其分子量為811.53g mol-1 （1分）因?yàn)樵跓嶂胤治鲋蟹懦鰺o色無味的氣體，因而推測該氣體可能為CO2 （1分）當(dāng)X為碳酸根時(shí)，驗(yàn)證無合理答案。因而推測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）3 7H2O （1分）3-2 2Bi2（C2O4）3 7H2O + 3O2 = 2Bi 2O3 + 14H2O + 12CO2 （2 分）Bi2（C2O4）3 7H2O = Bi 2（CzO4）3 2H2O + 5 H 2O2Bi2（C2O4）3 2H2O + 3O2 = 2Bi2O3 + 4H2O + 12CO23

19、-3 Mr（失重）=92.25 g mol-1,剩下的為 BiO 0.75 （2 分） 所以產(chǎn)物為 Bi（66.7%）+Bi 2O3（33.3%） （2 分）4Bi（C 2O4）（OH） = 2Bi + Bi 2O3 + 2H2O + 7CO2 + CO （2 分）第4題（10分）4-1 A NaCl3 B NasClC NazCl （每個(gè) 1 分）4-2-1 8（1 分）4-2-2 Na2（e2）He。（1 分）4-2-3體心、棱心。（1分）4-2-4 p = zMNaV = 5.39 g mol-1 （2 分）d = v3/4a = 171 pm （2 分） 第5題（10分）5-1 A P4S10 C H2s D HSPS（OC2H5）2 E ClPS（OC2H5）2 F HCl G1 P4s6。4 G2 P4O63（每個(gè)1