2023年全国高中化学竞赛决赛冬令营理论试题及解答

2023年全国高中学生化学竞赛（决赛）理论试题

2023.1.11.杭州

•竞赛时间4小时。迟到超过30分钟者不能进考场。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。所有解答必须写在答卷纸的指定地方（方框内），不得用铅笔

填写，写在其他地方的应答一律无效。使用指定的草稿纸。不得持有任何其他纸张。

•把营号写在所有试卷（涉及草稿纸）右上角处，不写姓名和所属学校，否则按废卷论。

•允许使用非编程计算器、直尺、橡皮等文具，但不得带文具盒进入考场。

HHe

1.008□□□□□□4.00：

LiBeBCN0FNe

6.949.01210.812.0114.0116.0C19.0()20.18

NaMgAlSiPSClAr

22924.3126928a30.9732.0二35.4539.9f

KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr

39.1(40.0»44.9(47®50.9452.0C54955.8f58.9358.6263.5565.3C69.7：72.674.9：78.9(79.9(83.80

RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe

85.4787.6288991.2292.9195998.91101.1102.9106.4107.9112.4114>118.7⑵/127.6126.9131J

CsBaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn

1322137.2La-Li178.5180.91833186.2190.2192.2195.1197.C200.6204/207.2209.([210[210][222]

FrRa

[223][226]Ac-Li

第1题A的单质和B的单质在常温下剧烈反映，得到化合物X。X的蒸气密度是同温度

下的空气密度的5.9倍。X遇过量水剧烈反映，反映完全后的混合物加热蒸干,得一难溶物,

后者在空气中经1000°C以上高温灼烧，得到化合物丫。丫在高温高压下的一种晶体的晶胞

可与金刚石晶胞类比,A原子的位置相称于碳原子在金刚石晶胞中的位置，但丫晶胞中A原子

并不直接相连，而是通过E原子相连。X与过量氨反映完全后得到含A的化合物Z。Z经高

温灼烧得化合物G。G是一种新型固体材料。

1-1写出X的化学式。1-2写出丫的化学式。1-3写出Z的化学式。

1-4写出G的化学式。1-5你预计G有什么用途?用一两句话说明理由。

第2题已知:原电池H?（g）|NaOH（叫）IHgO（s）,Hg（1）在298.15K下的标准电动

势氏0.926V

。反映H2(g)+1/202(g)=H2o(1)ArGme(298K)=-237.2kJ•moL

物质Hg(l)HgO(s)o2(g)

e1

Sm(298K)/J•moT•K77.173.2205.0

-1

2-1写出上述原电池的电池反映与电极反映(半反映)。

e

2-2计算反映HgO(s)=Hg(l)+.02(g)在298.15K下的平衡分压pQ)WArHm

(298.15K)。

2-3设反映的焙变与燧变不随温度而变，求HgO固体在空气中的分解温度。

第3题超氧化物歧化酶SOD(本题用E为代号)是生命体中的“清道夫”，在它的催化

作用下生命体代谢过程产生的超氧离子才不致过多积存而毒害细胞：

P

+

20,+2H—O2+H2O2

今在SOD的浓度为c°(E)=0.400X10-6mo1•「IpH=9.1的缓冲溶液中进行动力

学研究，在常温下测得不同超氧离子的初始浓度c0(Oz)下超氧化物歧化反映的初始反映速率

%如下：

",

co(O2)/mol•L7.69X3.33X102.00X

io-6-5io-4

-1-1

ro/mol•L-s3.85X1.67X10.100

io-3o-2

3-1依据测定数据拟定歧化反映在常温下的速率方程r=Ac(O])"的反映级数。

3-2计算歧化反映的速率常数在。规定计算过程。

3-3在拟定了上述反映的级数的基础上，有人提出了歧化反映的机理如下：

L-,女22-

E+O2—E+O2E+O<—E+02

其中E-为中间物，可视为自由基；过氧离子的质子化是速率极快的反映，可以不

予讨论。试由上述反映机理推导出实验得到的速率方程,请明确指出推导过程所作的假设。

3-4设42=23,计算h和％2。规定计算过程。

第4题钳的配合物｛Pt(CH：,NHz)(NH3)[CH2(COOM｝是-一种抗癌新药，药效高而毒副作

用小，其合成路线如下:

111

Kzpg>A（棕色溶与►B（黄色晶体j【i【c（红棕色固体J一4

D（金黄色晶体）一%E（淡黄色晶体）

（I）加入过量KI,反映温度70,C（n）加入CH3NH2;A与CH3NH2的反映摩尔比=1:2；（M）

加入HC1。4和乙醇；红外光谱显示C中有两种不同振动频率的Pt—I键，并且C分子呈中

心对称，经测定，C的相对分子质量为B的1.88倍；（IV）加入适量的氨水得到极性化合物

D；（V）加入Ag2cCH和丙二酸，滤液经减压蒸僧得到E。在整个合成过程中伯的配位数不

变。销原子的杂化轨道类型为dsp,

4-1画出A、B、C、D、E的结构式。

4-2从目的产物E的化学式可见，其中并不含碘，请问:将KzPtC1,转化为A的目

的何在？

4-3合成路线的最后一步加入Ag2c03起到什么作用？

第5题业已发现许多含金的化合物可以治疗风湿症等疾病，引起科学家广泛爱好。在此咤

（◎口的衍生物2，2,一联毗喻代号A）中加入冰醋酸与30%HQ2的混合溶液，反映

完毕后加入数倍体积的丙酮，析出白色针状晶体B（分子式CioHgNzCh）。B的红外光谱显示

它有一种A没有的化学键。B提成两份，一份与HAuC14在温热的甲醇中反映得到深黄色

沉淀C。另一份在热水中与NaAuC14反映，得到亮黄色粉末D。用银量法测得C不含游离

氯而D含游离氯7.18%。C的紫外光谱在211nm处有吸取峰，与B的213nm特性吸取

峰相近，而D则没有这一吸取。C和D中金的配位数都是4。

5-1画出A、B、C、D的结构式。

5-2在制备B的过程中加入丙酮起什么作用？

5-3给出用游离氯测定值得出D的化学式的推理和计算的过程。

第6题目的产物C（分子式CUHI2O2）可通过如下合成路线合成:

IIII

oAB*C

+o△hvSml2

该合成路线涉及3个著名有机反映，分别举例介绍如下:

反映I是Diels-Alder反映：共匏双烯与烯烧或烘烧共热生成环已烯的衍生物，例如：

r+r0

反映n是［2+2］环加成反映:在光照下两分子烯崎可双聚成环丁烷衍生物，举例如下；若分子

内适当位置有2个C=C键，也有也许发生分子内的［2+2］环加成反映，

COOCH

COOCH33

反映ni是酮还原偶联反映,在二碘化铁等还原剂作用下两分子酮被还原并偶联生成相邻的

二醇，例如：

6-1画出A、B、C的结构式,请尽也许清楚地表达出它们的立体结构。

6-2上述合成反映体现了哪些绿色化学的特性？

第7题环丙沙星(G)是一种新型的广谱抗菌药物，其工艺合成路线如下:

A1C13NaH

7-1画出A、B、D、E、F的结构式。

7-2为什么由A转化为B需使用强碱NaH而由B转化为C的反映使用NaOC2Hs

即可？

7-3由C转化为D是一步反映还是两步反映？简要说明之。

2023全国高中学生化学竞赛(决赛)理论竞赛试题参考答案及评分标准

第1题

1-1X——SiC14。。(5分)

1-2Y----SiO2。。。(3分)

1-3Z——Si(NH2)4。。。(2分)

1-4G——Si3N4。。(2分)

1-5耐磨材料•»(1分)

耐高温材料。。。。。(:1分)

Si3N4是原子晶体，其中Si—N键的键能高，键长短，因此该晶体的熔点高，硬度大。

(1分)

第2题

2-1电极反映(-)H2(g)+2OH=2H2O⑴+2e。。(0.5分)

电极反映。。(+)HgO(s)+H20+2e=OH+Hg(1)0。(0.5分)

电池反映H2(g)+HgO(s)=H2O(1)+Hg(l)。(1

分)

e&3

2-2A,Gm=nFE=-2X96500C-mo1'X0.926V=-178.7X10J-m

or1(1分)

0e

H2(g)+1/202(g)=H2O⑴8ArGm(2)=-237.2kJ/moL

H2(g)+HgO(s)=H,0(1)+Hg(1)•心Gm©(l)=-l78.7kJ/mo1

HgO(s)=Hg(l)+1/2O?(g)ArGm®(3)=ArGm®(1)-ArGm®(2)=

+58.46kJ/mol(l分)

e3

In7fP©=-(AG//?T)=-(58.46X10J/mo1)/[(8.314J/mol«K)X(298.15K)]=

-23.60

Q

KP=5.632X10"'。。。。。。。(1分)

ee1/2

Kp=[p(O2)/p]p(O2)=(Kp°)2Xp/=3.17X10-21X101.3kPa2(。。。分)

△“e=AGe+TASe=58.46X103kJ/mol+298.15KX106.7Jmo1“K-i=+

90.28kJ/mol»(2分)

不计算左p©直接得出氧的分压p(O2)得分相同。

2-3HgO(s)稳定存在,p(O2)W0.21X101.3kPa.

1/2l/2

1n(&e/长产)=1n(p24?i)=l/21n(p-pD=AW®/R(1/T}-\/T2)

0

1/T2=\/T,-{[/?ln(p2/pi)]/2AW)=1/298.15K

-[8.314Jm0I1K'ln(0.21/3.17X10-21)]/2X90278Jmor'

=0.00125K-1

Th=797.6K«oso6(3分)

其他计算方法得分相同。

算式答对，数据计算错误，给一半分。计算错误不作二次处罚。答案中有效数字错误扣

0.5分。

第3题

3-1.一方面根据题给r和c(O2)的数据拟定反映级数和速率常数k

n/n={a(0z-)/c2(O『)}”;3.85X10,/1.67X10“=(7.69X10』/3.33X10

5)";n=l

n2

r2/r3={c2(O2-)/c3(02-)}；1.67X10-/0.100=(3.33X10^/2.000X1

0""；n=\

r=kcQ-)

二尸讥0%],即k八/[0-2]尸3.85X1Of%69X10T=501s'

2

r2/EO2]2=1.67X10-/3.33X10=502s-

公△/[0J3=0.1/2.ooxio』'=500s1

平均k=501s'

3-2.

E+O2'E-+O2E+O2'"E+5〜-

假设第一个基元反映是速控环节，总反映的速率将由第1个基元反映的速率决定，则：

v-kic(E)c(O2~)

假设SOD的负离子口的浓度是几乎不变的(稳态近似)，则c(E)=c0(E)-c(E)在反映过程

中是一常数，故：

Avc(E)=k,

v-kc(02~)与实验结果一致.

若假设第二个反映为速控环节，最后的结果相同.

3-3

-

AIC(E)C(0'2)=kt{c„(E)-c(E))C(02)........................(1)

c(E-)的生成速率等于消耗速率，故有：

^/c(E)c(02)—jtac(E)c(0~2)=Ai{Co(E)—c(E)}c(02)-Aac(E)c(02)).....

(2)

将七=24代入(2)式，贝!|：

kxc.(E)c(OMA心(E)c(O2)-2k>c(E)c(0)

:.c(E-)=l/3c(Eo)

代入(1)式得：r=2/3%[c0(E)c(03)]

又知r=kc(0\),

两式比较，公2/3左c°(E)

A=3/2A/a,(E)=3X501/2X0.400X10^=1.88X109mol•L1•s\

A=3.76X1"mol,L1,s-‘

第4题

4-1

NH2cH3CH3H2N、/I、A

C:Pt

NH2cH3I'J、NH2cH3

2□

I□3

o

n

eo

INH<H

、3E//NH2cH3

D'□H

2CXeoPJ

J'NH3nNH

o3

32

A写成K2PtL不给分。不写K?离子时不写电荷给0.5分。写K,离子和配离子结构

式给满分。

4-2将K2P1CI」转化为A目的是使CH3NH2更容易取代A中的碘。（2分）

4-3下列两种答案均得满分：

1:Ag2cCh与丙二酸生成丙二酸银盐，再与D作用形成AgI沉淀，加速丙二酸根与柏

配位。

2：Ag2c。3与D发生下列反映：

D+Ag2cO3=DCO3+2Agl

DCO3再与丙二酸根发生配体取代反映，形