2018第31届我国化学奥林匹克初赛试题及答案解析版

1、第31届中国化学奥林匹克（初赛）试题（2017年8月27日9:0012:00）题号12345678910总分满分101012101012613107100得分评卷人竞赛时间3小时。迟到超过半小时者不能进考场。开始考试后1小时内不得离场。时间到，把试卷（背面朝上）放在桌面上，立即起立撤离考场。试卷装订成册，不得拆散。所有解答必须写在指定的方框内，不得用铅笔填写。草稿纸在最后一页。不得持有任何其他纸张。姓名、报名号和所属学校必须写在首页左侧指定位置，写在其他地方者按废卷论处。允许使用非编程计算器以及直尺等文具。H1.008相对原子质量He4.003Li6.941Be9.012B10.81C12.0

2、1N14.01O16.00F19.00Ne20.18Na22.99Mg24.31Al26.98Si28.09P30.97S32.07Cl35.45Ar39.95K39.10Ca40.08Sc44.96Ti47.88V50.94Cr52.00Mn54.94Fe55.85Co58.93Ni58.69Cu63.55Zn65.41Ga69.72Ge72.61As74.92Se78.96Br79.90Kr83.80Rb85.47Sr87.62Y88.91Zr91.22Nb92.91Mo95.94Tc98Ru101.1Rh102.9Pd106.4Ag107.9Cd112.4In114.8Sn118.7Sb

3、121.8Te127.6I126.9Xe131.3Cs132.9Ba137.3LaLuHf178.5Ta180.9W183.8Re186.2Os190.2Ir192.2Pt195.1Au197.0Hg200.6Tl204.4Pb207.2Bi209.0Po210At210Rn222Fr223Ra226AcLaRfDbsgBhHsMtDsRgCnUutUuqUupUuhUusUuoLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLuAcThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr第1题（10分）根据条件书写化学反应方程式。1-1工业上从碳酸氢钱和镁硼石Mg2gO（OH）2在水溶

4、液中反应制备硼酸。1-2从乏燃料提取钵元素的过程中，利用亚硝酸钠在强酸溶液中将Pu3+氧化为Pu4+。1-3NaBH4与氯化馍（摩尔比2:1）在水溶液中反应，可得到两种硼化物：硼化馍和硼酸尔比1:3）。1-4通过KMnO和H2O2在KF-HF介质中反应获得化学法制F2的原料QMnF。1-5磷化氢与甲醛的硫酸溶液反应，产物仅为硫酸鳞（盐）。第2题（10分）2-1氨晶体中，氨分子中的每个H均参与一个氢键的形成，N原子邻接几个氢原子1摩尔固态氨中有几摩尔氢键氨晶体融化时，固态氨下沉还是漂浮在液氨的液面上2-2R8是个多面体分子，结构中的多边形虽非平面状，但仍符合欧拉定律，两种原子成键后价层均满足8电

5、子，S的氧化数为-2。画出该分子的结构图（用元素符号表示原子）。2-3水煤气转化反应CO（g）+H2O（g）一件（g）+CO2（g）是一个重要的化工过程，已知如下键能（BE）数据：BE（OO）=1072kJmol-1,BE（O-H）=463kJmol-1,BE（C=O）=799kJ-mol-1,BE（H-H）=436kJmol-1估算反应热，该反应低温还是高温有利简述理由。2-4硫粉和S2-反应可以生成多硫离子。在10mLS2-溶液中加入0.080g硫粉，控制条件使硫粉完全反应。检测到溶液中最大聚合度的多硫离子是$32-且Sn2-（n=1,2,3,）离子浓度之比符合等比数列1,10，,10n-

6、1。若不考虑其他副反应，计算反应后溶液中S2-的浓度ci和其起始浓度c。第3题（12分）在金属离子M3+的溶液中，加入酸HnX,控制条件，可以彳#到不同沉淀。pH<1,得到沉淀A（MX-yH2O,y<10）;pH>7,得到沉淀BMX（OH）,A在空气气氛中的热重分析显示，从30°C升温至100°C,失重11.1%,对应失去5个结晶水（部分）；继续加热至300°C,再失重31.2%,放出无色无味气体，残留物为氧化物M2Q,B在氮气气氛中加热至300°C总失重29.6%。3-1通过计算，指出M是哪种金属，确定A的化学式。3-2写出A在空气中

7、热解的反应方程式。3-3通过计算，确定B在N2气氛中失重后的产物及产物的定量组成（用摩尔分数表示）。3-4写出B在氮气气氛中分解的反应方程式。第4题（10分）随着科学的发展和大型实验装置（如同步辐射和中子源）的建成，高压技术在物质研究中发挥着越来越重要的作用。高压不仅会引发物质的相变，也会导致新类型化学键的形成。近年来就有多个关于超高压下新型晶体的形成与结构的研究报道。4-1NaCl晶体在50-300GPa的高压下和Na或Cl2反应，可以形成不同组成、不同结构的晶体。下图给出其中三种晶体的晶胞（大球为氯原子，小球为钠原子）。写出A、BC的化学式。4-2在超高压（300GPa）下，金属钠和氨可形

8、成化合物。结构中，钠离子按简单立方排布，形成Na4立方体空隙（如右图所示），电子对（2e-）和氨原子交替分布填充在立方体的中心。4-2-1写出晶胞中的钠离子数。4-2-2写出体现该化合物结构特点的化学式。4-2-3若将氨原子放在晶胞顶点，写出所有电子对（2e）在晶胞中的位置。4-2-4晶胞边长a=395pm0计算此结构中Na-He的间距d和晶体的密度p（单位:g-cm-1）。第5题（10分）由元素X和Y形成的化合物A是一种重要的化工产品，可用于制备润滑剂、杀虫剂等。A可由生产X单质的副产物FeP2与黄铁矿反应制备，同时得到另一个二元化合物BoB溶于稀硫酸放出气体C,而与浓硫酸反应放出二氧化硫。

9、C与大多数金属离子发生沉淀反应。纯净的A呈黄色，对热稳定，但遇潮湿空气极易分解而有臭鸡蛋味。A在乙醇中发生醇解，得到以X为单中心的二酯化合物D并放出气体C,D与Cl2反应生成制备杀虫剂的原料E、放出刺激性的酸性气体F并得到Y的单质(产物的摩尔比为1:1:1)。A与五氧化二磷混合加热,可得到两种与A结构对称性相同的化合物Gi和G2。5-1写出A、C到F以及Gi和G2的分子式。5-2写出由生产X单质的副产物FeP2与黄铁矿反应制备A的方程式。5-3写出B与浓硫酸反应的方程式。第6题(12分)钉的配合物在发光、光电、催化、生物等领域备受关注。6-1研究者制得一种含混合配体的Ru(II)配合物Ru(b

10、py)n(phen)3-n(ClO4)(2配体结构如下图)。元素分析结果给出C、HN的质量分数分别为48.38%、3.06%、10.54%。磁性测量表明该配合物呈抗磁性。6-1-1推算配合物化学式中的n值。6-1-2写出中心钉原子的杂化轨道类型。6-2利用显微镜观察生物样品时，常用到一种被称为“钉红”的染色剂，钉红的化学式为Ru3O2(NH3)14Cl6,由Ru(NH3)6Cl3的氨水溶液暴露在空气中形成，钉红阳离子中三个钉原子均为6配位且无金属-金属键。6-2-1写出生成钉红阳离子的反应方程式。6-2-2画出钉红阳离子的结构式并标出每个钉的氧化态。6-2-3写出钉红阳离子中桥键原子的杂化轨道

11、类型。6-2-4经测定，钉红阳离子中Ru-O键长为187pm,远小于其单键键长。对此，研究者解释为：在中心原子和桥键原子间形成了两套由d和p轨道重叠形成的多中心兀键。画出多中心兀键的原子轨道重叠示意图。第7题(6分)嵌段共聚物指由不同聚合物链段连接而成的聚合物。若其同时拥有亲水链段和疏水链段，会形成内部为疏水链段，外部为亲水链段的核-壳组装体(如胶束)。下图所示为一种ABA型嵌段共聚物，该嵌段共聚物在水中可以形成胶束并包载药物分子，在氧化或还原的条件刺激下，实现药物的可控释放。ABA型三嵌段共聚物7-1该共聚物的合成方法如下：先使单体X与稍过量单体Y在无水溶剂中进行聚合反应，形成中部的聚氨酯链

12、段，随后加入过量乙二醇单甲醍CH(OCHCH)nOH进行封端。写出单体X与Y的结构式。7-2在氧化还原条件下二硫键可发生断裂，采用R-S-S-R简式，写出其断键后的氧化产物O和还原产物P。7-3该嵌段共聚物所形成的胶束可以包载右图中哪种抗癌药物简述理由。第8题(13分)8-1判断以下分子是否有手性。8-2画出以下反应所得产物的立体结构简式，并写出反应类型(Sn1或SN2)。反应原料反应试剂产物反应类型1H2S/KOH2K2CO3HO4CHOH第9题(10分)画出以下转换的中间体和产物(A-E)的结构简式。元素分析结果表明化合物E含C,64.84%;H,8.16%,N,12.60%。化合物B不含

13、羟基。第10题(7分)影响有机反应的因素较多。例如，反应底物中的取代基不同往往会使反应生成不同的产物。10-1当R=CH3时，产物为A,分子式为C5H12。研究表明A不含羟基，它的1HNMR(CDC3,ppm):B1.68(3H),2.73-2.88(2H),3.96-4.05(2H),5.57(1H),7.72-8.10(4H)。画出A的结构简式。提示：B不同，氢的化学环境不同。10-2当R=Ph时，产物为B,分子式为C20Hl40。研究表明B含有一个羟基，它的1HNMR(CDClppm):B2.16(1H),3.79(1H),4.07(1H),5.87(1H),6.68(1H),7.41-

14、7.77(5H),7.82-8.13(4H)。画出B的结构简式；解释生成B的原因。10-3当R=OEt时，产物为C,分子式为C14H0。参照以上实验结果，画出C的结构简第30届中国化学奥林匹克（初赛）参考答案第1题（10分）1-12NHHCO+Mg2Q（OH）2=2MgCO3+2NH3+2H3BG（2分）NHHCO+Mg2RQ（OH）2+2H2O=Mg2（OH）2CO+NH3+2H3BO1-24hT+2HNQ+4Pu3+=N2O+4Pu4+3H2O（2分）1-38NaBH+4NiCl2+18H2O=6H3BO+2Ni2B+8NaCl+25H2（2分）1-42KMnO+3H2Q+2KF+10HF

15、=2K2MnF+3O2+8H2O（2分）1-52PH+8HCHO+H2SO=P（CH2OHR2SQ（2分）第2题（10分）2-16（3个氢键、3个共价键）；（1分）3mol（1分）；下沉（1分）。8IP-_P2-2（2分）2-3AH-2BE（C=O）+BE（H-H）-BE（OO）-2BE（O-H）=-36KJmol-1（1分）该反应的AHv0,根据勒夏特列平衡移动原理，故而低温有利于平衡正向移动，因而低温有利。（1分）注：实际反应要用合适的温度。2-4根据题意可得溶液中只有三种含硫离子S2-,S22-,S32-列式S22-S32-g10ci100ci根据基价S守恒可得：10C1+2100C1=

16、n（S）=2.4910支mol（1分）因而Ci=1.2143molL-1（1分）co=ci+10ci+100C1=0.13molL-1（1分）第3题（12分）3-1由MX（OH）可知X为-2价，因而A为M2&HO根据第一步失去5个结晶水可以确定其分子量为811.53gmol-1（1分）因为在热重分析中放出无色无味的气体，因而推测该气体可能为CO2（1分）当X为碳酸根时，验证无合理答案。因而推测X为C2Q2-,经过分子量计算可得M为Bi0（1分）因而A的化学式为：BiXC2Q）37H2O（1分）3-22Bi2（C2O4）3-7H2O+3O2=2Bi2C3+14H2O+12CO2（2分）B

17、i2（C2Q）3-7H2O=Bi2（C2Q）3-2H2O+5H2O2Bi2（C2Q）32屋。+3O2=2Bi2Q+4H2O+12CO23-3M失重）=92.25gmol-1,剩下的为BiO0.75（2分）所以产物为Bi（66.7%）+Bi20（33.3%）（2分）4Bi（C2Q）（OH）=2Bi+Bi2Q+2H2O+7CO2+CO（2分）第4题（10分）4-1ANaCl3BNcbClCNaCl（每个1分）4-2-18（1分）4-2-2Na2（e2）He。（1分）4-2-3体心、棱心。（1分）4-2-4p=zM/NaV=5.39gmol-1（2分）d=V3/4a=171pm（2分）第5题（10分）5-1ARSoCH2SDHSPS（O2H5）2EClPS（OGH）2FHClG1P4&QG2P4QS4（每个1分）5-22FeF2+12FeS2=P4S10+14FeS（1分）5-32FeS+13H2SO=2Fe（HSO4）3+10H2O+9SO2（2分）第6题（12分）6-1-1n=2。（1分）6-1-2d2sp3（1分）6-2-112Ru（NH3）63+O2+6H2O=4Ru3Q（NHs）146+12NH+4NH（2分）6-2-2H3NNH6+（3分）+3+4+3（每个1分）6-2-3sp杂化（1分）6-2-4（1