33屆中國(guó)化學(xué)奧林匹克(初賽)試題

2019年第33屆中國(guó)化學(xué)奧林匹克(初賽)試題及答案解析第1題(10分)簡(jiǎn)要回答問題。1-1利用不同的催化劑，乙烯催化氧化可選擇性地生成不同產(chǎn)物。產(chǎn)物A可使石灰水變渾濁。寫出與A摩爾質(zhì)量相等的其他所有產(chǎn)物的分子式和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。1-2化合物CsAuCl3呈抗磁性。每個(gè)Cs+周圍有12個(gè)Cl－離子，每個(gè)Cl－離子周圍有5個(gè)金屬離子。金離子處在Cl－離子圍成的配位中心（也是對(duì)稱中心）。寫出該化合物中Au型。的氧化態(tài)及其對(duì)應(yīng)的配位幾何構(gòu)1-32019年1月，嫦娥四號(hào)成功在月球著陸。探測(cè)器上的五星紅旗有一類特殊的聚酰亞胺制成。以下是某種芳香族聚酰亞胺的合成路線。畫出A、B、C的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。第2題(6分)2-128Ca轟擊249Cf，生成第118號(hào)元素并放出三個(gè)中子。寫出配平的核反應(yīng)方程式。2-2推出二元氧化物(穩(wěn)定物質(zhì))中含氧最高的化合物。2-39.413g未知二元?dú)怏w化合物中含有0.003227g電子。推出該未知物，寫出化學(xué)式。第3題(10分)高爐煉鐵是重要的工業(yè)過程，冶煉過程中涉及如下反應(yīng)：氣體常數(shù)R等于8.314J·mol-1·K-1；相關(guān)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)(298K)列入下表：FeO(s)Fe(s)-C(s)石墨CO(g)CO2(g)-393.5ΔfHmθ(kJ·mol--272.0--110.61)60.7527.35.74/xSmθ(J·mol-1·K-3-1假設(shè)上述反應(yīng)體系在密閉條件下達(dá)平衡時(shí)總壓為1200kPa，計(jì)算各氣體的分壓。衡。3-2計(jì)算K2。3-3計(jì)算CO2(g)的標(biāo)準(zhǔn)熵上Smθ(單位：J·mol-1·K-1)。(設(shè)反應(yīng)的焓變和熵變不隨溫度變化)3-4反應(yīng)體系中，若CO(g)和CO2(g)均保持標(biāo)態(tài)，判斷此條件下反應(yīng)的自發(fā)性（填寫對(duì)應(yīng)的字母）：3-4-1反應(yīng)（1）A自發(fā)3-4-2反應(yīng)（2）A自發(fā)B不自發(fā)C達(dá)平衡B不自發(fā)C達(dá)平衡3-5若升高溫度，指出反應(yīng)平衡常數(shù)如何變化填寫對(duì)應(yīng)的字母）。計(jì)算反應(yīng)焓變，給出原因。3-5-1反應(yīng)（1）A增大3-5-2反應(yīng)（2）A增大B不變化C減小B不變化C減小第4題(13分)黃銅礦及其轉(zhuǎn)化。黃銅礦是自然界中銅的主要存在形式。認(rèn)同的傳統(tǒng)方法主要是火法，即使黃銅礦和氧氣在控制條件下逐步反應(yīng)得到單質(zhì)銅。隨著銅礦的減少、礦物中黃銅礦含量的降低以及環(huán)境保護(hù)的要求，濕法煉銅越來越受關(guān)注。該法的第一步也是關(guān)鍵的一步就是處理黃銅礦，使其中的銅盡可能轉(zhuǎn)移到溶液中。最簡(jiǎn)便的處理方法是無氧化劑存在的酸溶反應(yīng)：向含黃銅礦的礦物中加入硫酸，控制濃度和溫度，所得體系顯藍(lán)色且有臭雞蛋氣味的氣體(A)放出(反應(yīng)1)；為避免氣體A的產(chǎn)生。可采用三價(jià)鐵鹽[如Fe2(SO4)3]溶液處理黃銅礦。所得溶液和反應(yīng)1的產(chǎn)物類似，但有淺黃色固體物質(zhì)(B)生成(反應(yīng)2)；淺黃色固體會(huì)阻礙黃銅礦的溶解，因此，辦法之一是在類似反應(yīng)1的體系中，引入流酸桿菌類微生物，同時(shí)通入空氣，反應(yīng)產(chǎn)物無氣體，也無黃色渾濁物(反應(yīng)3)。溶液中陰離子為C；但是，微生物對(duì)反應(yīng)條件要求較為嚴(yán)格(如溫度不能過高酸度應(yīng)適宜等)。采用合適的氧化劑如氯酸鉀溶液(足量)，使之在硫酸溶液中與黃銅礦反應(yīng)(反應(yīng)4)，是一種更有效的處理方法。只是，后兩種方法均有可能出現(xiàn)副反應(yīng)(反應(yīng)5)，生成黃鉀鐵礬(D)。D是一種堿式鹽(無結(jié)晶水)，含兩種陽離子，且二者之比為1:3。它會(huì)沉積在黃銅礦上影響其溶解，應(yīng)盡量避免。5.008克D和足量硫酸鉀在硫酸中反應(yīng)(反應(yīng)6)，得到15.10g鐵鉀礬E，E與明礬(摩爾質(zhì)量為474.4g·mol-1)同構(gòu)。4-1寫出A~C、E的化學(xué)式。4-2通過計(jì)算，寫出D的化學(xué)式。4-3寫出反應(yīng)1~6的離子方程式(要求系數(shù)為最簡(jiǎn)整數(shù)比)。第1題【答案】1-1、ACO2分子式C2H4O結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式CH3CHO1-2、+1直線型+3八面體(拉長(zhǎng))1-3、【解析】1-1、乙烯催化氧化，得到CO2(A)和與A相對(duì)分子質(zhì)量相同的產(chǎn)物(一定含C、O元素)：O=C=O從式量上分析CH4從價(jià)鍵上分析—CH3，—HCH3CHO環(huán)氧乙烷CH3CHO1-2、CsAuCl3呈抗磁性，Cs+和Cl—中均無但電子，Au外圍電子組態(tài)5d106s1，在此化合物中Au的平均8且空出1個(gè)5d軌道)數(shù)11。晶胞為四方晶系，化學(xué)式為Cs+氧化態(tài)為+2，則Au+(5d10)和Au3+(5d[Au+Cl2]—·Cs+[Au3+Cl4]，由2個(gè)單元Cs+[Au+Cl2]—和Cs+[Au3+Cl4]—構(gòu)成。晶胞參數(shù)c=x+y，其中x<a，y>a。1-3、將芳香族聚酰亞胺結(jié)構(gòu)重復(fù)一次，可清楚地看到鄰苯二甲酸酐和—NH2失水而聚合。再根據(jù)提供A的分子式和氧化得B(二鄰苯二甲酸酐)，推出A的結(jié)構(gòu)。第2題【答案】2-1、4820Ca+24998Cf==294Og+310n2-3、CH42-2、H2O2【解析】2-2、二元氧化物含氧量最高=要求另一元素Ar最小——H且O原子數(shù)要大?？梢允浅粞跛酘O3或超氧酸HO2，但它們都不穩(wěn)定。穩(wěn)定的只有H2O2。2-3、電子的摩爾質(zhì)量為1/1836g/mol，故有：n(e—)=0.003227×1836=5.925mol。設(shè)二元?dú)怏w化合物的摩爾質(zhì)量為M，分子中含x個(gè)電子，故有：x×9.413g/M=5.925mol，M≈1.6x二元化合物只有甲烷。第3題【答案】3-1、p(CO)=p(CO2)=600kPa3-2、K2=600kPa3-33-4、CA3-5、CA【解析】3-1、平衡體系中(2個(gè)平衡反應(yīng))的總壓為1200kPa，且第(1)個(gè)平衡的K1=1.00，故平衡體系中p(CO)=p(CO2)=600kPa，而第(2)個(gè)平衡的K2=p(CO)。3-4、CO(g)和CO2(g)均保持標(biāo)態(tài)即1×105Pa，因壓強(qiáng)商仍為1.00，反應(yīng)(1)處于平衡狀態(tài)。反應(yīng)（2）由壓強(qiáng)為0增大到1×105Pa，反應(yīng)正向進(jìn)行。3-5、反應(yīng)(1):H=—393.5—(—110.5)—(—272.0)=—11(kJ/mol)反應(yīng)(2):H=—110.5—(—272.0)=+161.5(kJ/mol)升高溫度，平衡(1)逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減?。黄胶?2)正向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大第4題【答案】4-1、A：H2SB:SC:SO42—E:KFe(SO4)2·12H2O4-2、KFe3(SO4)2(OH)64-3、反應(yīng)1：CuFeS2+4H+==Cu2++Fe2++2H2S反應(yīng)2：CuFeS2+4Fe3+==Cu2++Fe2++2S反應(yīng)3：4CuFeS2+17O2+4H+==4Cu2++4Fe3++8SO42—+2H2O反應(yīng)條件：微生物反應(yīng)4：10CuFeS2+34ClO3—+44H+==10Cu2++10Fe3++20SO42—+17Cl2+22H2O反應(yīng)5：K++3Fe3++2SO42—+6H2O==KFe3(SO4)2(OH)6+6H+反應(yīng)6：KFe3(SO4)2(OH)6+6H++4SO42—+30H2O==3KFe(SO4)2·12H2O【解析】臭蛋味氣體為H2S，反應(yīng)2可認(rèn)為是反應(yīng)1產(chǎn)生的H2S被Fe3+氧化：2Fe3++H2S=2Fe2++2H++S×2再與反應(yīng)1相加黃鐵鉀礬D中含K+、Fe3+、OH—和SO42—，因?yàn)槭菈A式鹽故含F(xiàn)e(OH)3。明礬化學(xué)式為KAl(SO4)2·12H2O，F(xiàn)e3+代替Al3+則是與之同構(gòu)的鐵鉀礬E(相對(duì)分子質(zhì)量為474.4—27+56=503.4)。15.10gE為0.03mol。根據(jù)反應(yīng)前后K+、Fe3+守恒均為0.03mol，設(shè)D中含1個(gè)K+，含F(xiàn)e3+為3，則D的化學(xué)式為KFe3(OH)a(SO4)b，Mr(D)=500.8，所以：質(zhì)量守恒：17a+96b=500.8—39—3×56=293.8氧化數(shù)守恒：a+2b=1+3×3=10解得：b=2，a=6KFe3(OH)6(SO4)2或K2SO4·Fe2(SO4)3·4Fe(OH)3設(shè)D中含1個(gè)Fe3+，含K+為3，則D的化學(xué)式為K3Fe(OH)a(SO4)b，Mr(D)=500.8，質(zhì)量守恒：17a+96b=500.8—3×39—56=327.8氧化數(shù)守恒：a+2b=3+3=6解得：b=3.64a=—1.28不合理，舍去第5題【答案】5-1、M(A)=1906g/mol5-2、Nd6(C3H7O)17Cl5-3、6個(gè)端基、9個(gè)邊橋基、2個(gè)面橋基【解析】5-1、乳白色沉淀B為AgCl，n(AgCl)=0.4778g/143.4g/mol=0.003332mol因A為11電離類型即含1個(gè)Cl—，則Mr(A)=6.354g/0.003332mol=1907g/mol5-2、A分子中含：N(C)=1907×32.02%/12=51N(H)=1907×6.17%/1=119N(O)=1907×14.35%/16=17設(shè)A的化學(xué)式為Ndx(C3H7O)17Cl，144.2x=1907—17×59—34.45=869.6x=65-3、根據(jù)題意，6個(gè)Nd各與1個(gè)C3H7O—中端基氧配位，共6個(gè)端基氧；虛線組成上、下2個(gè)正三角形，6個(gè)交點(diǎn)是6個(gè)Nd。上、下2個(gè)面是C3H7O—中氧形成的面橋基(紅線表示，下一面未標(biāo)出)；三角形每條邊各有1個(gè)C3H7O—中氧形成的邊橋基共6個(gè)(黑線表示，下一面未標(biāo)出)，外加上下兩點(diǎn)形成的3個(gè)邊橋基(綠線表示)，總共9個(gè)邊橋基。第6題【答案】6-1、A2B6-2、(0,0,0);(0,0,1/2)0.2405nm6-3、(1/3,2/3,0.0630);(1/3,2/3,0.4370);(2/3,1/3,0.5630);(2/3,1/3,0.9370)6-4、A3B2C【解析】6-1、A：體內(nèi)6+頂點(diǎn)1+棱上1=8，B：體內(nèi)4，晶胞化學(xué)式A8B4。6-2、根據(jù)題給的“六方晶系”和晶胞結(jié)構(gòu)及投影圖都確定為“六方晶胞”。六方晶胞中的兩條體對(duì)角線是不相等的，由此計(jì)算前后2處的A1-A2間的距離顯然也不相等。而根據(jù)晶胞這2處的距離是相等，難不成不是六方晶胞而是四方晶胞，若是四方晶胞，那么晶胞的俯視圖就不正確了（1）按長(zhǎng)對(duì)角線來計(jì)算A1-A2間的距離：下圖中紅點(diǎn)與A1組成的平行四邊形，對(duì)角分別為120°和60°，邊長(zhǎng)均為0.17a。長(zhǎng)對(duì)角線的長(zhǎng)度=0.17a，所以A1-A2間的距離=[(0.17a)2+(0.25c)2]1/2=[3(0.17×0.4780)2+(0.25×0.7800)2]1/2=0.2405nm。（2）按短對(duì)角線來計(jì)算A1-A2間的距離：底面短對(duì)角線的長(zhǎng)度為0.17a(等邊三角形)，所以A1-A2間的距離=[(0.17a)2+(0.25c)]21/2=0.2113nm。（3）若是四方晶系，A1-A2間的距離=0.25[(c)2+2a2]1/2=0.25[0.78002+2×0.47802]1/2=0.2580nm。6-3、根據(jù)俯視圖可知，B1處于后方且B1和B2、B3和B4處于同一垂線上。關(guān)于在a、b上的坐標(biāo)不必說明。在c上的坐標(biāo)：晶胞中為B10.0630，B4為(1—0.0630)；根據(jù)主視圖可知，B3和B4不在同一平面上，B2的下降0.0630即(0.5000—0.0630)，B3上提0.0630即(0.5000+0.0630)。6-4、晶胞中頂點(diǎn)和棱上A被C替換，C則有2個(gè)，體內(nèi)有6個(gè)A和4個(gè)B，所以所得晶體的化學(xué)式為A3B2C。第7題【答案】7-1、+27-2、幾何構(gòu)型：T字型中心原子雜化軌道：sp3d7-3、A的化學(xué)式：XeF[N(SO2F)2]分解的方程式：2XeF[N(SO2F)2]==Xe+XeF2+[N(SO2F)2]27-4、CsI：12【解析】7-1、反應(yīng)過程：Xe+PtF6=Xe+[PtF6]—，Xe+[PtF6]—+PtF6=XeF+[PtF6]—+PtF5=XeF+[Pt2F11]—CsⅡ：67-3、根據(jù)VSEPR理論(不管O原子提供的電子)，Xe原子價(jià)層電子數(shù)8+2=10即5對(duì)電子，與2個(gè)F原子共用2對(duì)，與O原子共用2對(duì)，還剩余1對(duì)孤電子對(duì)。因此：OF—Xe—F7-4、F—Xe—F+HN(SO2F)2F—Xe—N(SO2F)2Xe+XeF2，根據(jù)Xe原子守恒，參加反應(yīng)F—Xe—N(SO2F)2的化學(xué)計(jì)量數(shù)為2。則：F—Xe—N(SO2F)2F—Xe—N(SO2F)27-5、鈣鈦礦類型的晶體結(jié)構(gòu)：則CsXeAu3的晶胞體心為CsI、頂點(diǎn)為XeⅡ，棱心為O。第8題【答案】8-1、S8-2、c1是陽光照射，c2是室內(nèi)環(huán)境。判斷理由：A比B多一個(gè)苯環(huán)，共振能大，能量低，因此B到A的轉(zhuǎn)化是自發(fā)的而A到B的反應(yīng)不自發(fā)，需要陽光照射才能進(jìn)行B的共振體系比A大，因此B顏色更深8-3、a:H2Pdb:丙酮，無水TsOH8-4、反應(yīng)（4）【解析】8-1、站在H上看順時(shí)針，而站在H的對(duì)面看，構(gòu)型正好相反，順時(shí)針為R型，逆時(shí)針為S型，故該化合物為S型。光照溴代，單取代產(chǎn)物有甲基取代、溴原子連接的C原子上的H和D3種。8-2、A共軛體系少，存在兩個(gè)大п鍵：п2020(含O原子上的一對(duì)P電子)和п1212，B共軛體系大п3232，所以B顏色深，A經(jīng)c1(光照)生成B，B經(jīng)c2(室內(nèi))恢復(fù)到A。8-3、葡萄糖還原成D-山梨醇：D-山梨醇L-山梨酸L-山梨糖L-呋喃山梨糖+2CH3COCH3解聚8-4