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。时间至L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He4.003Li6.941Be9.012B1C.

2、81C12.01N14.01O16.00F19.00Ne20.18Na22.99Mg24.31Al26.98Si28.09P30.97S32.07Cl35.45Ar39.95K39.10Ca40.08Sc44.96Ti47.88V50.94Cr52.00Mn54.94Fe55.85Co58.93Ni58.69Cu63.55Zn65.41Ga69.72Ge72.61As74.92Se78.96Br79.90Kr83.80Rb85.47Sr87.62Y88.91Zr91.22Nb92.91Mo95.94Tc 98 Ru101.1Rh102.9Pd106.41Ag107.9Cd112.4In114.

3、8Sn118.7Sb121.8Te127.6I126.9Xe131.3Cs132.9Ba137.3LaLuHf178.5Ta180.9W183.8Re186.2Os190.2Ir192.2Pt195.1Au197.0Hg200.6Tl2 04.4Pb207.2Bi209.0"Po 210At210Rn222Fr223Ra226AcLaRfDbSgBhHsMtDsRgCnUutUuqUupUuhUusUuoLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLuAcThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr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

4、钱和镁硼石Mg2B2O(0H)2在水溶液中反应制备硼酸。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+。1-3NaBH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(摩 尔比1:3 )。1-4通过KMnOF口库。在KF-H吩质中反应获彳#化学法制 F2的原料K2MnF。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匀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？2-2 R8是个多面体分子，结构中的多边形虽

5、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H2(g)+CO2(g)是一个重要的化工过程，已知如下键能(BE)数据：BE(O O)=1072kJ - mol -1, BE(O-H)=463kJ mol-1, BE(C=O)=799kJ- mol-1, BE(H-H)=436kJ mol -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 10mLC-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

6、离子是52-且Sn2-（n=1,2,3,）离子浓度之比符合等比数列1,10,10 n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C0。第3题（12分）在金属离子M+的溶液中，加入酸 HX,控制条件，可以彳#到不同沉淀。pH<1,得到沉淀A（MaX-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MQ,皿氮气气氛中加热至300°

7、C总失重29.6%。3-1通过计算，指出除哪种金属，确定 A的化学式。3-2写出A在空气中热解的反应方程式。3-3通过计算，确定BE砧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BPB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。4-1 NaCl晶体在50-300GPa的高压下和N破CI2反应，可以形成不同组成、不同结构的晶体。A、日C的化学式。下图给出其中三种晶

8、体的晶胞（大球为氯原子，小球为钠原子）。写出 4-2在超高压（300GP3下，金属钠和氨可形成化合物。结构中，钠 离子按简单立方排布，形成N&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=395pm）计算此结构中Na-He的间距d和晶体的密度第5题（10分）IA _由元素期口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FeF2与黄铁矿反应

9、制备，同时得到另一个二元化合物B。B溶于稀硫酸放出气体C,而与浓硫酸反应放出二氧化硫。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阴放出气体C, DW CI2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吉构对称性相同的化合物G和G。5-1写出A、C到F以及G和G的分子式。5-2写出由生产X单质的副产物FeF2与黄铁矿反应制备 A的方程式。5-3写出 叫浓硫酸反应的方程式。第6题（12分）钉的配合物在发光、

10、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（bpy） n（phen） 3-n（CIO 4） （2配体结构如下图）。元素分析结果给出 C、H N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。、一6-2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Ru3Q(NH3)i4Cl 6,由Ru(NH3)6Cl 3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

11、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类型。6-2-4经测定，钉红阳离子中 Ru-Ot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。画出多中心冗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。A

12、BAS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段，随后加入过量乙二醇单甲醛CH(OCHCH) nOHS行封端。写出单体X丫的结构式。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&2)。反应原料反应试剂产物反应类型1H2S/KOH_2ECO1 1 二1J3H2O14CHOH第9题(1

13、0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=CH时，产物为A,分子式为C5HlQ。研究表明 胚含羟基，它的1HNMR(CD(3：| 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勺结构 简式。提示：B不同，氢的化学环境不同。10-2当R=P时，产物为B,分子

14、式为C20H4Q。研究表明B含有一个羟基，它的1HNMR(CD(C| ppm): B2.16(1H) , 3.79(1H) , 4.07(1H) , 5.87(1H) , 6.68(1H) , 7.41-7.77(5H), 7.82-8.13(4H)。画出B的结构简式；解释生成 B勺原因。10-3当R=OE耐，产物为C,分子式为C14H0Q。参照以上实验结果，画出C勺结构简式。第30届中国化学奥林匹克（初赛）参考答案第1题（10分）1-1 2NHHCOMgB2Q（OH）2=2MgC吩2NH+2H3BO （2分）NHHCOMgBQ（OH）2+2H2O=Mg（OH）2CO+NH+2HBO1-2 4

15、H+2HNOMPl?+=NO+4Pd+3H2O （2分）1-3 8NaBH+4NiCl 2+18HO=6HBO+2Ni2B+8NaCl+25H （2分）1-4 2KMnO3H2Q+2KF+10HF=2KMnE+3O+8l4O （2分）1-5 2PH+8HCHO+2SQ=P（CH2OH> 2S。（ 2分）第2题（10分）2-1 6 （3个氢键、3个共价键）；（1分）3mol （1分）；下沉（1分）。R2-3 A h -2BE（C=O）+BE（H-H）- BE（O O） -2BE（O-H）=- 36KJ mol-1 （1分）该反应的AHV 0,根据勒夏特列平衡移动原理，故而低温有利于平衡正向

16、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 S2-S22-S32-ci10ci100C1根据零价S守恒可得：10c1+2X100c1=n（S）=2.49 1 &3mol （1分）因而C1=1.2 10-3mol L-1 （1 分）c0=c1+10c1+100c1=0.13mol L-1 （1 分）第3题（12分）3-1由MX（OH可知X为-2价，因而A为MX3 yWO根据第一步失去5个结晶水可以确定其分子量为811.53g - mol -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

17、体可能为CO （1分）当X为碳酸根时，验证无合理答案。因而推测X为C2。2-,经过分子量计算可得 M为Bi。（ 1分）因而A勺化学式为：Bi 2（C2O4） 3 - 7H2。（ 1 分）3-2 2Bi 2（C2C4）3 - 7H2O+3G=2Bi2Q+14H2O+12CO （2分）Bi 2（C2C4） 3 - 7H2O=Bi2（C2Q）3 - 2H2O+5HO2Bi 2（C2O4） 3 - 2H2O+3Q=2Bi2O+4HO+12CO3-3M）=92.25g - mol -1 ,剩下的为 BiO0.75 （2分）所以产物为 Bi（66.7%）+Bi 2。（33.3%） （2分）4Bi（C 2Q

18、）（OH）=2Bi+Bi 2Q+2H2O+7COCO （2分）第4题（10分）4-1 ANaCl3ENdClCtoCl （每个 1 分）4-2-1 8 （1 分）4-2-2 Na（e2）He。 （ 1分）4-2-3体心、棱心。（1分）4-2-4 p =zMNAV=5.39g mol-1 （2分）d=V3/4 a=171pm （2分）第5题（10分）G1P4&QG2P4QS45-1 AP4s10CHSDHSPS（OH5）2B3lPS（OC2H）2FHCl（每个1分）5-2 2FeR+12FeS=P4S10+14FeS （1 分）5-3 2FeS+13HSQ=2Fe（HSO） 3+10HO+9SO （2分）第6题（12分）6-1-1 n=2o （ 1 分）6-1-2 d2sp3 （1 分）6-2-1 12Ru（NH3）63+Q+6H2O=4RufeQ（NH3）146+12NH+4NH （ 2分）6-2-2HN NH6+HN Ru OHN nhhnRu ONHN /Ru NH