1993年全国化学竞赛试题及参考答案.pdf

年第 期 化学教育 年全国化学竞赛试题及参考答案 年 月上海 理论试题 一 矿泉水一般是 由岩石风化后被地下 水溶出其 可溶部分生成的 风化作用是指矿物与水和 同时 作用 的过程 例如以下 三 种 矿物风化 成高 岭 土 川 儿 的反应为 钾长石 了 黑云母 自川 儿 十 今 孙 十 中长石 为 乃 乃 十 十 了 礴 配平以上三个反应方程式 为什么这些反应能够发生 为什么这些 矿物风 化后 没有象 那样溶出 有一种 矿泉水 它相当于 由 钾 长石 巧 一 黑云母和 鸽 中长石 风化后可溶成分溶于 升水 中 并且侮升水中另有从 大气 漂 浮 物 中溶人的 和 计算这种 矿泉水中 广 就 歹 且 一 一及 的浓 度 以 表示 二 从能量观点出发 人类的食物向人体供应能 量 其中一种可折合成葡萄糖在人体里完全氧化释放 出来的化学反应能 已知 化合物葡萄糖 固 液 气 礁 一 一 砚 一 设葡萄糖完全氧化释放出的化学反应能全转化为 热 计算 葡萄糖最多可向人体提供多少热量 已知用葡萄糖为燃料设计成的燃料电池 其理 论标准电动势为 人体肌肉做功等可归因于生 物电过程所产生 因此可折合成葡萄糖氧化作电功释 放出来的化学能 计算 葡萄糖最多可做多少功 葡萄糖氧化反 应所产生的电能与该反应提供的 热能是否相等 为什么 在研究食物时 仅谈论能够 放出多少 焦 的热量 是否全面 设环 境温 度为 人体作为一种理想的热 机 则 葡萄糖所提供的热能有多少可转化为机械 功 按二热机效率为 高温温度一低 温温度 高温 温度 温度单位为 已知维持人体血液循环体系 至少需功 请由此推断人体能量转换机理 主要是通过热机还是电化学过程 三 文献报道 二轻基环丁烯二酮是一个 强酸 写 出它的结构式和 电离方程式 为什么它有这么强的酸性 它的酸根 犷是何种几何构型的离子 四个 氧原子是否在一平面上 简述理由 一二氨基环丁烯二酮是由氨基取代上述化 合物 中两个经基 形成的 它的碱性比乙二胺强还 是 弱 简述理由 二氯 二氨合铂 有两个几何异构体 一个是顺 式 一个是反式 简称顺铂和反铂 顺铂是一 种常用 的抗癌药 而反铂没有抗癌作用 顺铂反铂 如果用 一二氨基环丁烯二酮代替两个 与 铂 配位 生成什么结构的化合物 有无顺反异构体 若把 一二氨基环丁烯二酮上的双键加氢 然后再代替两 个 与 铂配位 生成什么化合物 写出化合物的结构式即可 四 废切削液 中含 一 若直接排放 将造成对环境的污染 问在下列 种试剂 中哪些能使 转化为不引起二次污染的物质 写 出有关的 反应式 夏 氨基磺酸盐 五 分解为 和酸式硫酸根的反应速度 孙 倪 一 该反应的两种可能 机理 表示 如下 圈内物就是产物 试说明如何通过示踪原子 的应用排除其 中一 种可能 六 婴粟碱可以按下 列路线 不得增加反应步 骤 合成 请在下列过程中填人必要的试剂或中间结 构 编号法表明是如何得出这些异构体的 给出异构体的 总数 常见的烷的异构体通常有几种类型 画出的异 构体是否都属于同种类型 用五个氛原子取代立方烷分子里的氢原子得到 五氛立方烷 其异构体有多少个 八 已知碘的碘化钾水溶液里存在如下 的化学平 衡 二 丁 其平衡常数为 一二二二二二 式中的方括号均表示各物质的平衡浓度 而碘的 总浓度 一 丁 在碘的碘化钾水溶液里加人四氯化碳 碘将分配 于水和四氯化碳两种液相 中 达平衡有平衡常数 里 华 二 曰 一 不尸 气守幼 日 丹 七廿 牛众 护 硬刃 卜 人犷 弓 一 臀 溯议吻 七 1 9 6 4年Ea t on 和 C o l e报道了一种称为立方 烷的化合物 它的分子式 为 C sH 核磁共振谱表明 其中的碳原子和氢原子的化学 环境均无差别 若用四 个重氢 氛 原子取代氢原子而保持碳架不变 则得 到的四氛立方烷 q残D 4有异构体 1 用简图画出 C n D礴的所有立体异构体 并用 式中的方括号分别表示碘在四氯化碳和水中的平 衡浓度 而c CC1 4 c H 2 0 一D 则称为分配 比 1 通常测定水溶液中的碘的方 法是用已知浓度的 N aZsZO 水溶液滴定 因为下面的反 应是 定量进 行 的 并可用淀粉作为指示剂 ZN aZSZO3 12 N aZS4O6 ZNal 请设计一个实验方案来测定碘在水和四氯化碳中 的浓度 不要求写 出实验的细节 2 写出用你的实验测得的碘的浓度来计算 K n 值 的数学关系式 九 生产高纯度氢氧化钠的离子交换膜电解槽 采用阳离子交换膜把阴极室和阳极室 隔开 阳离子交 换膜 只 允许阳 离子通过 原料食盐水加人阳极区 未 反应完的食盐水从阳极区取出经精制后送回阳极 室 从外部加水 到阴极室以调节生成的烧碱液浓度并 取出 和隔膜 法相比 离 子交换膜电解槽有以下特 点 1 得到高纯度的 固体烧碱 一 含杂质Na C I 0 1 以下 N a c l 0 3 极微量 隔膜法产品含上列杂质量分 别为1 1 2肠 和0 1刁 3 5l 得高浓度 的烧碱液 含 N a0 H 35 4 8 隔 膜法产品含N aO H 约1 0 大大降低了用于蒸发浓 缩的能量消耗 3 要求高浓度的原料食盐水中所含钙 镁等金属 离子的总量控制在0 1 ppm以下 请根据食盐水电解的两极反应和副反应 离子迁 移和放电 及上述两种膜 交换膜和隔膜 的性能 简单说明离子交换膜电解槽具有上述特点的原因 十 由正丁醇制备正浪丁烷反应如下 副反应 H 50 1 1 一 c H O H 一 C H 3 C H Z C H C H Z H Zo H 5 0 n 一C H o H N a B r H Zs o 4 叶 一 coH B r N a Hso 4 H 2 0 Z n 一C4H oH 一 n 一 C 4H 2 0 士H Zo H2504 ZHBr叶BrZ 50 2 2H 20 实验产率为6于命 已知 反应物用且 固体N aBr 0 24mol ne s C 月H oH 02 0m o l 浓H ZSq 29 m l H 2 020ml 有关原子t Hl 0 016乃 532 1 C12 0 N a 230 B r 79 9 6 有关物理常数 化化学式式熔点点沸点 点 密度度其他性质质 d孟叮 叮叮 n n n H OH H H 一8 9 5 3 3 3 1 1 7 2 5 5 50 8 0 9 8 8 8 微溶于水 溶于浓H ZS认 认 n n n一C4HgBr r r 一1 12 4 4 41 0 1 6 6 61 2 7 5 8 8 8 不溶于水和浓H ZSq q q n一C呜H 20 0 0 一9 5 3 3 31 4 2 2 20 7 6 8 9 9 9 不溶于水 溶于浓H声o C C C H3C HZC H C HZ Z Z 一1 8 5 3 3 3 一6 3 3 30 5 9 5 1 1 1 不溶于水 溶于浓H ZSO H H HZSq q q10 49 9 9338 8 81 84 4 4 浓度 9 8 3 N N NaBr r r755 5 51390 0 03 20 0 0 易溶于水水 H H H Br r r 一8 6 6 6 币7 7 7 3 61 易溶于水成氢澳酸 其12 6 B B BrZ Z Z 一7 3 3 3 5 8 8 8 83 12 2 2 恒沸点馏出物浓度 4 8 稍稍稍稍稍稍溶于水 溶于盐酸 氢氢 澳澳澳澳澳澳酸和澳化钾溶液液 标准状态下为3 6 1 9 L 回答问题 请将答案的编号填在空格 内 1 反应装置中 烧瓶 的容积 最合适的是 又 从下面 l 一 11 中选出答案 将其编号 填人5 6 7 题的空格 中 l 50 r n l 2 l X ml 3 150 m l 4 250 t n l 2 反 应的装置是 见右 图 3 在反应装置中冷凝水应该 l 水从A进 B 出 2 水从B进A出 3 水从A或B进出均可 4 反应到达终点时 反应混合物是 I 均相 2 两相 3 有大量沉淀析出 夺夺夺 图 反应装 图 一C4H O H 2 n一q H B r 3 C H 3C H ZC H C HZ 4 n 一C4Hg 20 5 B r Z 6 H B r 7 H 20 8 H Zs 仇 9 N aH so4 10 50 11 N a H C03 5 反应结束后蒸出有机相 此时馏出液 中含有 蒸馏瓶中留下 6 将馏出液 用分 液漏 斗分离 下 层 含 有 上 层含有 7 有机相按下面顺序洗涤 a 用N aH SO3水溶液洗涤 可除去 b 用浓H ZSq 洗涤 可除去 c 先用水洗 再用 N aH C O3水溶液洗 可除 去 d 最后用水洗至 中性可除去一 8 分液后 如果不能判断哪层是有机相 可以用 方法来判断 9 干燥粗产品使用的干燥剂是 I 结晶C aa Z 2 豆粒状无水C aa 3 粉 末状无水C aC 12 1 0 产品进行蒸馏纯化时干燥剂 l 不必除去 2 必须除去 蒸馏装置选用 1 常压蒸馏 2 减压蒸馏 3 分馏 4 水蒸汽燕馏 加热浴选用 l 水浴 2 油浴 3 空气浴 蒸馏时冷凝管选用 l 球型冷凝管 刀 直型冷凝管 1 1 本实验的理论产量是一 9 0 1 2 请用 最 简单的方法证明最 终 产物是 n一C4HgBr 13 写 出必要的操作步骤 理论试题参考答案 一 1 配平 ZK A ISi3O ZHZC O 3 gHZO ZK ZH e o了 4H 4Si 04 A 12siZOS O H 4 ZKMg产1 51301 O H 尹14H 2C03 H20 ZK 十杨M gZ 1 4 H C o互 4H 4si 04 A 12si205 O H 4 4Na o S C a o j AI 5 51 25 0 6H 2 C0 汁1IH 20 ZNa 十 Z e aZ 杨H eo了 十4 H4s io 月 3月251205 o H 4 2 较强 的 酸取 代较弱的酸 H 2 c0 3 酸性比 H 5 1仇 强 3 铝是取代聚 硅 酸结 构 中某些 硅 原 子 以 A I一O卜s i 键结合在聚硅酸盐结构中的 4 浓度x104mol L l N N N N N a C a 2 M 广广 K H CO了 了50孟 孟CI 一一 H 一5 10 钾钾长石 石石石石 0 20 0 00 20 0 0 0 0 0 00 40 0 0 黑云母 母母母 0 45 5 50 15 5 51 05 5 5 5 5 5 50 30 0 0 中中长石 石0 6 0 0 0 0 60 0 0 0 0 0 01 80 0 0 0 0 0 01 20 0 0 N N N aC I I I 0 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 4 0 0 0 0 0 润润气50 0 5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 20 2 6 6 6 6 6 6 6 汽汽 诬伟 伟 1 52 2 20 6 0 0 0045 5 5 0 35 5 53 05 5 50 26 6 6 0 4 0 0 01 90 0 0 l C 6 H 206 S 6 0 2 g 6 C0 6 H ZO l 之与衅 武 HZo x6地溉 eoZ x 6 f H 0 m q H 12o 一2 8 5 8一3 9 3 5 x 卜 一12 5 9 8 二一2 8 16 k J m ol 2 8 1 6 x l X犯 180 15 64 4 蝗15 6 x103 k J 2 w nFE O 24 x9650 0 xx 24 2571 5 kJ 3 不等 其差值为嫡变因素所致 仅讨论放出多 少热量是不全面的 4 1 kg C6H 一 206 氧化放能 Q 1 5 6 x 1 03k J 甲 Q ox 勺一15 6 x 10 3x 17 310 s 6 x 10 2 kJ 由上可知 人体作为热机所获取的功仅能维持血 液循环 而人休进行脑力劳动和体力劳动还需要功 可见人体能量转换以电化学过程可 能性较大 飞 一朴 o H 一 气 饰 一 尸C一C 恤 护C一c o 2 l 酸根是共扼 旅 键 2 OH 是烯醇 O H 基 3 C二O 中氧拉电子 平面形 四个碳原子和四个氧原子共面 形成 离域 二 键的条件之一是原子共面或基本共面 4 弱 因它相当于芳香胺 或答N原子参与形 成离域 二 键 降低了电荷密度 从而降低了吸引质子 的能力 5 没有反式 7 D D六 1 s e 一 D月 r l s e e s 一 D DD 一异 一 几 尸 声票 洲 朽 U N 几 DD D 娜 O D 卿 D 卿 勺 夕 l r 入 岁 0 介 一份小 一 l 岁 一司火 l l 坷 D 了亏 D 3 D 6 D 剑 四 l N a N0 2 NH 4 CI N a CI N Z 2 H 2 0 4 eo NH Z 2 2No 汁ZH C 02 2N2 3HZo 5 No三 N HZso 二 NZ so羞 一 H Zo l 4 5 能使N O 转化为NZ 2 H Zo Z N o三 H N o丁二次污染物 3 N o三 FeZ H N o 二次污染物 五 制备 H ZsOS 试样 使其中一o o H氧随机 用 80 示踪 使之和等量的普通 H 2s05 混合并分解 若产物 o 分子中的一半含有示踪一0 0 H 基团中的 1 80 则为第一种机理 若全部 中至少含一个 50 原子 而 80 的浓度只是示踪一OOH基 中 O浓度 的 一半 则是第二种机理 2 其中 3 4 属对映异构体 其余均属非对 映异构体 烷无顺反异构体 3 C o H S D 的异构体有3个 1 1 H 脚 H 卿娜 1 l 六 a NBS CCI 一 b K C N 2 有对映异构体 八 1 取 V 体积的12一K l 水溶液用N aZSZO3 水溶液 滴定 测 得 H 20 再取 V 体积的 12一Kl水溶 液 加人犷体积的CC 1 4 达分配平衡后用分液漏斗 将CC 1 4相 分走 然后用N aZs20 水溶液 滴定 得 eZ 因此 cl CC1 4 e 厂eZ 该值应 是 j L 轮结果的平 均值 亡产 阅N CH刃 T U CH 2 K 一 1 K I 一 l K I D 一 D生 二全 c 亩叶 6 d一H 0 H C瓦0 沙 职 一U灿 若用别的方法 只要合理 亦给分 九 1 1 N a CI 杂质 阳极区原料 盐水 中的C 1 一较 难通 过离子交换膜 因此烧碱产品中N aC I 杂质少 兄H 隔膜法中未反 应的 C l 一可顺 利通过膜到达 阴极室 所 以烧碱产品中含N ac l 较多 2 N a C 1 0 3 杂质 隔膜 法阳极 室 中生成的 0 2 与阴极室透过隔膜到达阳极室的O H 一发生下列反应 3CI 60H 一二 C 10 牙 SC I 一 3H 20 而离子膜法中O H e e很难透过膜 2 在离子膜法中 从阴极室取出烧碱液浓度随电 解进行而增大 并加水调节 浓度 隔膜法中阴极 液是 Na0 H和Naa 混合液 过度电解会使副反应加剧 因此电解到含N a0 H 约 10 此时含N aC I 15 取出 蒸发浓缩 3 不仅Na 能 通 过阳离子交换膜 c a 2 M g升 等金属离子也能通过 当C a2 M g2 通过膜到达阴 极室时与O H 一形成难溶化合物 造成堵塞 影响膜性 能 的发挥 十 答案 1 3 2 3 3 2 4 2 5 l 2 3 4 5 6 7 5 6 7 8 9 6 l 2 3 4 5 6 7 少 l 5 少 6 7 7 a l 少 5 6 b 1 3 4 e 6 8 d 1 1 8 从任意一 层取 少量溶液加水 如 混溶则该层为水 相 不混溶则为有机相 9 2 10 2 l 2 3 2 11 27 49 12 测定产 品的沸点或折射 率 13 I 在 50 m l圆底烧瓶中加人20 m 1H ZO 小心加人 29ml浓H Zso 混 匀 冷至室温 依次加 人 15 9 或 18 5ml n一C H90 H 259N a B r 和少 量沸石 2 安装带有气体吸收装置的 回流装置 加热回 流 3 反应结束时改为蒸馏装置蒸出所有有机物 4 将馏出液倒人分液漏斗 中 分出水相弃去 有机相在分液漏斗中依次用 N aH sO3 水溶液 浓 H ZSO4 H 2 0 N a H Co 3 水溶液 H 2 0 洗至 中性 5 分出有机相 用豆粒状无水C aC I 干燥粗产 口 口口 6 滤掉 干燥 剂 常压 蒸馏粗产品 收集 99一10 3 或10 1 馏分 产品称重 计算产率 测产品的沸点或折射率 户 协了 叮0 0 廿 矛 廿 硬 实验题 一 注意事项 1 实验竞赛包括二个部份 总共时限为6小 时 考生可自行安排实验程序 最高得分为 4 0 分 2 实验操作中遇到困难 特别是你不熟悉仪器使 用 时可以询问监考人员以获得帮助 此类询问不会导 致扣分 3 原料和产物的称量需接受监考人员的检查 监 考人员也可以检查其它实验结果 4 实验失败要求重做或补做时 须经监考人同 意 离开实验室也需经监考人同意 二 实验内容和要求 1 合成环己烯并回答问题 2 鉴别氮肥并侧定肥效 还花 乍孰 实验部份 卜 环己灼的翻侧巧 分 稍除反应可用于合成制备及分子结构侧定和反应 机理的研究 醇脱水制烯就是一个常用 的消除反 应 根据反应物和产物的性质 采用合适的实验装置和反 应程序及性能 优 良的催化剂对完成反应和纯化产品是 至关重要的 l f义器 圆底烧瓶50 m l 19 和25 m一 l沪 各2只 齿形分馏柱 1根 19 直形冷凝管2根 1 9 和1护各 l 温度计1支 10 0 接液管2只 19 和 1 4 各 l 蒸馏烧瓶 2 5 n i l l只 1 4 分液漏斗 1只 小漏斗2只 烧杯25 0 创 l只12 5 回 1只 量杯1 0 n i l l只5 0 耐 l只 锥形瓶 2 5血 2只 骨匙 滤纸 标签纸 石棉网 煤气灯 火柴 橡皮塞 称量纸 铁架台 铁圈 铁夹子 三角架 橡皮管 滴管 滴头 升降台 软木塞 油脂 2 实验步骤 反应式 O H 白二 O二2 方法 等反应完全后再将产物分离出来是否可行 二 氮肥鉴别与肥效测定 巧分 氮肥是农业生产上应用最 广的化学肥料之一 不 同的氮肥 有不同的特性和肥效 因此氮肥的分析对 农业生产至关重要 1 仪器 试管10ml 滴定管 碱式 so n i l 环己烯的沸点 是 8 3 0 环己醇的沸 点 是 16 1 环己醇和水形成共沸物 沸点 9 8 含水 8 0 环己烯和水形 成共沸物 沸 点7 1 含 水 10 在 5 0 ml干燥 的 圆底烧瓶中 放人 2 0 9环己醇 2 8 s n i l 0 2 m o l 5 n i l 8 5 磷酸 烧瓶上装一 根用石棉绳保温的分馏柱搭好分馏装置用 5 0 n i l 蛋形 瓶作接受器 外用冰水冷却 将烧瓶在石棉网上经油 浴用小火慢慢加 热 控制加热速度直到沸腾 缓 慢地 蒸出生成的环已烯和水并注意勿使分馏柱 上端温度超 过 90 当烧瓶中只 留下少量残液 5ml左右 或 出现白雾时停止加热蒸馏 馏液中加人氯化钠 直到饱和 然后加人 5 碳 酸钠水液 中和 将此 溶液倒人分液漏斗 振摇后 放 清水层 粗产物倒 人锥 形瓶中 加人无水 氯化 钙干 燥 放置 半 小时以上 将此干燥后 的液体转 移到 25 血蒸馏烧瓶中 油浴加热蒸馏 收集 8 0 一8 5 的 馏分 称重 计算产率并回答下列 问题 3 问题 l 如果你身边没有磷酸 而有 硫酸 硝酸和高 氯酸 你将选择那一个酸作为催化剂 为什么 2 粗产品环己烯中为什么要加人氯化钠使水层 饱和 3 作干燥剂用 的无水氯化钙加多了或少了有什 么影响 4 在反应 中为什么要控制加热速度 若不控制 温度会有怎样的影响 5 能否用同样的装置和方法来制备乙烯 为什 么 6 本实验步骤为何要采用边反应边蒸出产物 的 烧杯 150ml 250ml 容量瓶25OI n l 表面皿 10 em 移液管25ml 洗瓶 锥形瓶25 0 n i l 洗耳球 量筒 m 2 氮肥的鉴别 今有四种氮肥溶液 分别为N H4C I NH 4 2 50 4 NH 4 Heo 3 NH 4 N o 3 请在实验台上选择你需要的 试剂 通 过实验进行鉴别 并将鉴别结果填人表中 编编号 号 l l l2 2 23 3 34 4 4 氮氮肥名称称称称称称 写 出具体鉴别方法 现象及有关反应的离子方程式 3 氮肥肥效的测定 氮肥中的氮含量常以甲醛法测 定 作为质量控制 和肥效的指标 甲醛法测定所利用的基 本反应 为 4N H 才 6H CH o井 C H Z 6从H 3H 6HZo 式中 C H几从H 为质 子 化的 六次甲基四胺 C H 八N 为六次甲基四胺 然后用 N ao H 标准溶液 滴定上述反应产生 的游 离H 十和 C H 几从H 中的 H 通过酚酞的变色确定终点 测定步骤 1 向监 考人员领取一份置于 25 0 ml容量瓶 中 的氮肥试液 用蒸馏水稀释至刻度 2 用移液管准确吸取氮肥溶 液 2 5 m l 置于锥 形瓶中 加人中性甲醛 溶液 s n i l 和 酚酞指示剂2一3 滴 摇匀后 静 置 1分钟使应完全 然后用 Na0 H 标准溶液滴定至溶液呈微红色 3 重复上述测定两次 下转第 6 3 页 史实教学能使学生 不仅可以学到作为知识活 动结果的知识结论 而且可以学到反映在认识 活动过程中的研究方法 从而学到运用知识和 发展知识的方法 印 总之 综上所述 化学教学同化学发展史 的结合 对改善教学效果 提高化学教学质量 具有十分重要的意义 做为化学教学改革的一 个重要方面 应该引起广大化学教师的充分重 视 笔者愿以此文对这项工作推波助澜 参考文献 世界科学译刊 2 24 1979 恩格斯 自然辩证法 人民出版社 2 1 2 1 9 7 1 龚育之 关于 自然科学发展规律的几个问题 上海 人民出版社 94 1978 化学发展简史 科学出版社 1 9 8 0 袁翰青 应礼文合编 化学重要史实 人民