第28屆中國化學奧林匹克競賽(初賽)試題(word精排版)(共15頁)

1、第28屆中國化學奧林匹克初賽(chsi)試題第1題（6分）合成氨原料氣由天然氣在高溫下與水和空氣反應而得。涉及(shj)的主要反應如下：（1）CH4(g)H2O(g) CO(g)3H2(g)（2）2CH4(g)O2(g) 2CO(g)4H2(g)（3）CO(g)H2O(g) H2(g)CO2(g)假設(jish)反應產(chǎn)生的CO全部轉(zhuǎn)化為CO2，CO2被堿液完全吸收，剩余的H2O通過冷凝干燥除去。進入合成氨反應塔的原料氣為純凈的N2和H2。1-1 為使原料氣中的N2和H2的體積比為13，推出起始氣體中CH4和空氣的比例。設空氣中O2和N2的體積比為14，所有氣體均按理想氣體處理。1-2 計算反應

2、（2）的反應熱。已知：（4）C(s)2H2(g) CH4(g) H474.8 kJ mol1（5）C(s)1/2O2(g) CO(g) H5110.5 kJ mol1第2題（5分）連二亞硫酸鈉是一種常用的還原劑。硫同位素交換和核磁共振實驗證實，其水溶液中存在亞硫酰自由基負離子。2-1 寫出該自由基負離子的結(jié)構(gòu)簡式，根據(jù)VSEPR理論推測其形狀。2-2 連二亞硫酸鈉與CF3Br反應得到三氟甲烷亞磺酸鈉。文獻報道，反應過程主要包括自由基的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)移和湮滅（生成產(chǎn)物）三步，寫出三氟甲烷亞磺酸根形成的反應機理。第3題（6分）2013年，科學家通過計算預測了高壓下固態(tài)氮的一種新結(jié)構(gòu)：N8分子晶體。其中，

3、N8分子呈首尾不分的鏈狀結(jié)構(gòu)；按價鍵理論，氮原子有4種成鍵方式；除端位以外，其他氮原子采用3種不同類型的雜化軌道。3-1 畫出N8分子的Lewis結(jié)構(gòu)并標出形式電荷。寫出端位之外的N原子的雜化軌道類型。3-2 畫出N8分子的構(gòu)型異構(gòu)體。第4題（5分）2014年6月18日，發(fā)明(fmng)開夫拉（Kevlar）的波蘭(b ln)裔美國女化學家Stephanie Kwolek謝世(xish)，享年90歲。開夫拉的強度比鋼絲高5倍，用于制防彈衣，也用于制從飛機、裝甲車、帆船到手機的多種部件。開夫拉可由對苯二胺和對苯二甲酸縮合而成。4-1 寫出用結(jié)構(gòu)簡式表達的生成鏈狀高分子的反應式。4-2 寫出開夫拉

4、高分子鏈間存在的3種主要分子間作用力。第5題（7分）環(huán)戊二烯鈉和氯化亞鐵在四氫呋喃中反應，或環(huán)戊二烯與氯化亞鐵在三乙胺存在下反應，可制得穩(wěn)定的雙環(huán)戊二烯基合鐵（二茂鐵）。163.9 K以上形成的晶體屬于單斜晶系，晶胞參數(shù)a1044.35 pm，b757.24 pm，c582.44 pm，120.958。密度1.565 g cm3。5-1 寫出上述制備二茂鐵的兩種反應的方程式。5-2 通常認為，二茂鐵分子中鐵原子的配位數(shù)為6，如何算得的？5-3 二茂鐵屬于哪種晶體類型？5-4 計算二茂鐵晶體的1個正當晶胞中的分子數(shù)。第6題（16分）肌紅蛋白（Mb）是由肽鏈和血紅素輔基組成的可結(jié)合氧的蛋白，廣泛存

5、在于肌肉中。肌紅蛋白于氧氣的結(jié)合度（）與氧分壓p(O2)密切相關，存在如下平衡：Mb(aq)O2(g)MbO2(aq) （a）其中，kA和kD分別是正向和逆向反應的速率常數(shù)。37，反應達平衡時測得的一組實驗如右圖所示。6-1 計算37下反應（a）的平衡常數(shù)K。6-2 導出平衡(pnghng)時結(jié)合度（）隨氧分壓變化(binhu)的表達式，若空氣中氧分壓為20.0kPa，計算人正常(zhngchng)呼吸時Mb與氧氣的最大結(jié)合度。6-3 研究發(fā)現(xiàn)，正向反應速率v正kAMbp(O2)；逆向反應速率v逆kDMbO2。已知kD60 s1，計算速率常數(shù)kA。當保持氧分壓為20.0 kPa，計算結(jié)合度達5

6、0所需時間。（提示：對于v逆kDMbO2，MbO2分解50所需時間為t0.693/kD）6-4 Mb含有一個Fe(II)，呈順磁性，與氧結(jié)合后形成的MbO2是抗磁性的。MbO2中的鐵周圍的配位場可近似為八面體場。6-4-1 這一過程中Fe(II)的價態(tài)是否發(fā)生改變？簡述原因。6-4-2 寫出MbO2中鐵離子在八面體場中的價電子排布。6-4-3 結(jié)合O2前后鐵離子的半徑是不變、變大還是變小？簡述原因。6-4-4 O2分子呈順磁性，它與Mb結(jié)合后，價電子排布是否發(fā)生變化？簡述原因。第7題（12分）在0.7520 g Cu2S、CuS與惰性雜質(zhì)的混合樣品中加入100.0 mL 0.1209 mol

7、L1 KMnO4的酸性溶液，加熱，硫全部轉(zhuǎn)化為SO42，濾去不溶雜質(zhì)。收集濾液至250 mL容量瓶中，定容。取25.00 mL溶液，用0.1000 mol L1 FeSO4溶液滴定，消耗15.10 mL。在滴定所得溶液中滴加氨水至出現(xiàn)沉淀，然后加入適量NH4HF2溶液（掩蔽Fe3+和Mn2+），至沉淀溶解后，加入約1 g KI固體，輕搖使之溶解并反應。用0.05000 mol L1 Na2S2O3溶液滴定，消耗14.56 mL。寫出硫化物溶于酸性高錳酸鉀溶液的方程式，計算混合樣品中Cu2S和CuS的含量。第8題（14分）不同(b tn)條件下，HgBr2溶液(rngy)（必要時加HgO）與氨反

8、應可得不同(b tn)產(chǎn)物。向HgBr2溶液中加入氨性緩沖溶液，得到二氨合溴化汞A。向濃度適中的HgBr2溶液中加入氨水，得到白色沉淀B，B的化學式中汞離子、氨基和Br的比例為111。將含NH4Br的HgBr2濃溶液與HgO混合，得到化合物C，C中汞離子、亞氨基和Br的比例為212。HgBr2的濃溶液在攪拌下加入稀氨水，得到淺黃色沉淀D，D是一水合溴氮化汞。從A到D的結(jié)構(gòu)中，Hg(II)與N的結(jié)合隨N上所連氫原子的數(shù)目而變化，N均成4個鍵，NHgN鍵角為180。A中，Br作簡單立方堆積，兩個立方體共用的面中心存在一個Hg(II)，NH3位于立方體的體心。B中，Hg(II)與氨基形成一維鏈。C中

9、存在Hg(II)與亞氨基形成的按六邊形擴展的二維結(jié)構(gòu)，Br位于六邊形中心。D中，(Hg2N)+形成具有類似SiO2的三維結(jié)構(gòu)。8-1 寫出生成C和D的方程式。8-2 畫出A的結(jié)構(gòu)示意圖（NH3以N表示）。8-3 畫出B中Hg(II)與氨基（以N表示）形成的一維鏈式結(jié)構(gòu)示意圖。8-4 畫出C中二維層的結(jié)構(gòu)示意圖，寫出其組成式。層間還存在哪些物種？給出其比例。8-5 畫出D中(Hg2N)+的三維結(jié)構(gòu)示意圖，示出Hg與N的連接方式即可。8-6 令人(ln rn)驚奇的是，組成為HgNH2F的化合物并非與HgNH2X（XCl、Br、I）同構(gòu)，而與D相似(xin s)，存在三維結(jié)構(gòu)的(Hg2N)+。寫出

10、表達(biod)HgNH2F結(jié)構(gòu)特點的結(jié)構(gòu)簡式。第9題（7分）9-1 在方框中按穩(wěn)定性順序分別畫出由氯甲基苯、對甲氧基氯甲基苯以及對硝基氯甲基苯生成的穩(wěn)定的陽離子的結(jié)構(gòu)簡式。9-2 間硝基溴苯、2,4-二硝基溴苯、對硝基溴苯以及2,4,6-三硝基溴苯在特定條件下均能與HO反應，在方框中按其反應活性順序分別畫出對應化合物的結(jié)構(gòu)簡式。第10題（12分）在有機反應中，反式鄰二醇是一類重要原料，可以通過烯烴的氧化反應制備。下式給出了合成反式鄰二醇的一種路線：第一步反應：第二步反應：畫出上述(shngsh)反應的4個關鍵(gunjin)中間體A、B、C和D的結(jié)構(gòu)(jigu)簡式。如在第一步反應過程中，當

11、碘完全消耗后，立即加入適量的水，反應的主要產(chǎn)物則為順式鄰二醇。畫出生成順式鄰二醇的兩個主要中間體E和F的結(jié)構(gòu)簡式。ABCDEF第11題（10分）異靛藍及其衍生物是一類具有生理活性的燃料，目前在有機半導體材料中有重要的應用。其合成路線如下：畫出第一步反應的關鍵中間體G（電中性）的結(jié)構(gòu)簡式和說明此反應的類型（將這兩個答案寫在“生成I和J的反應過程”的框中）。但在合成非對稱的異靛藍衍生物時，卻得到3個化合物：H I J45 20 25C17H12BrN3O2 C18H12Br2N2O2 C16H12BrN4O2畫出產(chǎn)物(chnw)H、I及J的結(jié)構(gòu)(jigu)簡式，并畫出生成I和J的反應(fnyng)過程。鄭重聲明；本試題及答案的版權(quán)屬中國化學會所有，未經(jīng)中國化學會化學競賽負責人授權(quán)，任何人不得翻印、不得在出版物或互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站上轉(zhuǎn)載、販賣、贏利，違者必究。本試題及相應答案將于2014年8月31日12:00和9月6日在網(wǎng)站 上公布。第28屆中國化學奧林匹克初賽(chsi)試題參考答案第1題（6分）第2題（5分）第3題（6分）第4題（5分）第5題（7分）第6題（16分）第7題（12分）第8題（14分）第9題（7分）第10題（12分）第11題（10分）內(nèi)容總結(jié)（