中国化学会全国高中学生化学竞赛试题及答案

第1题(12分) 写出下列化学反应的方程式

1-1 加热时，三氧化二锰与一氧化碳反应产生四氧化三锰。

1-2 将KCN加入到过量的CuSO4水溶液中。

1-3 在碱性溶液中，Cr2O3和K3Fe(CN)6反应。

1-4 在碱性条件下，Zn(CN)42和甲醛反应。

1-5  Fe(OH)2在常温无氧条件下转化为Fe3O4。

1-6 将NaNO3粉末小心加到熔融的NaNH2中，生成NaN3（没有水生成）。

1-1  3Mn2O3＋CO＝2Mn3O4＋CO2                                2分

1-2  4CN＋2Cu2+＝2CuCN＋(CN)2                                                2分

1-3  Cr2O3＋6Fe(CN)63＋10OH ＝2CrO42＋6Fe(CN)＋5H2O      2分

1-4  Zn(CN)42＋4H2CO＋4H2O＝4 HOCH2CN＋Zn(OH) 42               2分

1-5  3Fe(OH)2＝Fe3O4＋H2＋2H2O                                2分

1-6  NaNO3＋3NaNH2＝NaN3＋NH3＋3NaOH                      2分

1方程式正确才能得满分。

2若全部物质皆写对而未配平，可得1分。

第2题(23分) 简要回答或计算

2-1 Bi2Cl82-离子中铋原子的配位数为5，配体呈四角锥型分布，画出该离子的结构并指出Bi原子的杂化轨道类型。

Bi2Cl82-的结构：

或  2分   

 .......

未画成楔形键不扣分；

不画电子对不扣分；若画了电子对且画成如上图（蓝）所示的连线，则与电子对相连的线不画成虚线（左）、虽画成虚线但远离Bi原子，扣分 

杂化轨道类型：sp3d2                               1分

2-2在液氨中，Eθ(Na+/Na)＝－，Eθ(Mg2+/Mg)＝－，但可以发生Mg置换Na的反应：Mg＋2NaI＝MgI2＋2Na，指出原因。

MgI2在液氨中难溶。                                        1分

答微溶或溶解度小，也可得1分。

2-3将Pb加到氨基钠的液氨溶液中，先生成白色沉淀Na4Pb，随后转化为Na4Pb9(绿色)而溶解。在此溶液中插入两块铅电极，通直流电，当 mol 电子通过电解槽时，在哪个电极（阴极或阳极）上沉积出铅写出沉积铅的量。

阳极                                                    1分

9/4mol                                                  1分

2-4下图是某金属氧化物的晶体结构示意图。图中，小球代表金属原子，大球代表氧原子，细线框出其晶胞。

2-4-1写出金属原子的配位数（m）和氧原子的配位数（n）。

2-4-2写出晶胞中金属原子数（p）和氧原子数（q）。

2-4-3写出该金属氧化物的化学式（金属用M表示）。

2-4-1：m＝4，n＝4。                       m: 分， n: 分

2-4-2：p＝4，q＝4。                        p: ，    q: 分

2-4-3：MO。                              MO：1分

2-5向含[cis-Co(NH3)4(H2O)2]3+的溶液中加入氨水，析出含{Co[Co(NH3)4(OH)2]3}6+的难溶盐。{ Co[Co(NH3)4(OH)2]3}6+ 是以羟基为桥键的多核络离子，具有手性。画出其结构。

4分  

未画成楔形键，也得4分 

只画出1个对应体，也得4分            

2-6向K2Cr2O7和NaCl的混合物中加入浓硫酸制得化合物X（ g mol-1）。X为暗红色液体，沸点117 oC，有强刺激性臭味，遇水冒白烟，遇硫燃烧。X分子有两个相互垂直的镜面，两镜面的交线为二重旋转轴。写出X的化学式并画出其结构式。

X的化学式： CrO2Cl2                             2分

X的结构式：               1分

 若画成两个Cr-O单键，只得分; 若画成一个Cr-O单键和一个Cr＝O双键，不得分。

2-7实验得到一种含钯化合物Pd[CxHyNz](ClO4)2，该化合物中C和H的质量分数分别为% 和%。将此化合物转化为硫氰酸盐Pd[CxHyNz](SCN)2，则C和H的质量分数分别为%和%。通过计算确定Pd[CxHyNz](ClO4)2的组成。

解法一：

Pd[CxHyNz](ClO4)2中，C和H的比例为  :  ＝ 1：2

即y＝2x             (1)                                        1分

Pd[CxHyNz](SCN)2中， C和H的比例为  :  = 

即 (x＋2) / y＝   (2)

综合(1)、(2)，解得：x＝ ≈ 14,  y＝28                         1分

设Pd[CxHyNz](ClO4)2的摩尔质量为M：则14×M＝ %, 得M＝ (g mol-1)

1分

z＝{–[＋×14＋28＋2×（＋）]}/＝＝4                                                          分

Pd[CxHyNz](ClO4)2的组成为Pd[C14H28N4](ClO4)2   。                        分

解法二：

设Pd[CxHyNz](ClO4)2的摩尔质量为M，比较Pd[CxHyNz](ClO4)2和Pd[CxHyNz](SCN)2知，Pd[CxHyNz](SCN)2的摩尔质量为：M－2×[＋－（＋＋）]＝M－ (g mol-1)

根据C的质量分数，有：

× x＝  M

× (x＋2) ＝  × (M－

 ＝ ( － M－ × 

解得：M＝,  x＝ 14                                        2分

根据H的质量分数，有：y ＝ ×  /  ＝ ＝ 28   1分

则：z＝ {－[＋×14＋ ×28＋2 ×（＋）]}/＝＝4

1分

其他合理计算且得出正确结果亦得4分

2-8甲烷在汽车发动机中平稳、完全燃烧是保证汽车安全和高能效的关键。甲烷与空气按一定比例混合，氧气的利用率为85%，计算汽车尾气中O2、CO2、H2O和N2的体积比（空气中O2和N2体积比按21: 79计；设尾气中CO2的体积为1）。

 甲烷完全燃烧：CH4＋2O2＝CO2＋2H2O  

 1体积甲烷消耗2体积O2生成1体积CO2和2体积H2O                 1分

由于O2的利用率为85%，反应前O2的体积2/＝ 

剩余O2的体积： – 2 ＝                                        1分

混合气中N2的体积： 79/21=   N2不参与反应，仍保留在尾气中。

汽车尾气中，O2、CO2、H2O和N2的体积比为:1:2:。              1分

第3题(11分)白色固体A，熔点182oC，摩尔质量 g mol1，可代替氰化物用于提炼金的新工艺。A的合成方法有：（1）142oC下加热硫氰酸铵；（2）CS2与氨反应；（3）CaCN2和(NH4)2S水溶液反应(放出氨气)。常温下，A在水溶液中可发生异构化反应，部分转化成B。酸性溶液中，A在氧化剂（如Fe3+、H2O2和O2）存在下能溶解金，形成取sp杂化的Au(I) 配合物。

3-1画出A的结构式。

3-2分别写出合成A的方法（2）、（3）中化学反应的方程式。

3-3画出B的结构式。

3-4写出A在硫酸铁存在下溶解金的离子方程式。

3-5 A和Au(I)形成的配合物中配位原子是什么

3-6在提炼金时，A可被氧化成C：2A→C + 2e ；C能提高金的溶解速率。画出C的结构式。写出C和Au反应的方程式。

3-1

                                          2分

3-2

反应（2）：   1分

反应（3）： 1分

3-3

                                                 2分

3-4 1分

3-5 配位原子为S。                                          1分

3-6

     或       2分

写成下二式不得分：

   和    

C和Au反应的方程式：

S2C2(NH2)42+ + 2Au + 2SC(NH2) 2 → 2Au［SC(NH2)2］2+      1分

第4题(7分)人体中三分之二的阴离子是氯离子，主要存在于胃液和尿液中。可用汞量法测定体液中的氯离子：以汞（II）为标准溶液，二苯卡巴腙为指示剂。滴定中Hg2+与Cl生成电离度很小的HgCl2, 过量的Hg2+与二苯卡巴腙生成紫色螯合物。

4-1 简述配制汞溶液时必须用酸化的理由。

抑制Hg2+水解。                                                1分

H3O+浓度增大，阻止Hg(OH)NO3的生成。若写出了水解产物，但又错写为HgO,不扣分。

4-2 称取 Hg(NO3)2  xH2O，配制成500 mL溶液作为滴定剂。取 mL  molL1 NaCl标准溶液注入锥形瓶，用1mL 5% HNO3酸化，加入5滴二苯卡巴腙指示剂，用上述汞溶液滴定至紫色，消耗 mL。推断该汞水合物样品的化学式。

n［Hg(NO3)2］＝(1/2)n(NaCl)＝1/2× mL×10-3L mL-1× mol L-1 ＝ ×10-4 mol

c［Hg(NO3)2］＝ ×10-4 mol÷（ mL×10-3L mL-1）＝×10-3 mol L-1

500 mL溶液中汞的摩尔数（即水合物的摩尔数）＝×10-3 mol L-1× L

＝×10-3 mol

汞水合物摩尔质量 M＝m/n＝ /×10-3mol)＝350 

结晶水的摩尔质量M (H2O)＝M［Hg(NO3)2 .xH2O］－M［Hg(NO3)2］＝(350－ ＝25 gmol-1

x＝n(H2O)＝25 g mol-1÷ g mol-1＝

该汞水合物样品的化学式: Hg(NO3)2 ·                 2分

4-3 取 mL血清放入小锥形瓶，加2mL去离子水、4滴5%的和3滴二苯卡巴腙指示剂，用上述汞溶液滴定至终点，消耗。为使测量结果准确，以十倍于血清样品体积的水为试样进行空白实验，消耗汞溶液 mL。计算该血清样品中氯离子的浓度（毫克/100毫升）。

 mL血清样品实际消耗的汞标准溶液为( －× mL＝ mL  1分

n(Cl-)＝n［(Hg (NO3)2)］×2＝ ×10-3 mol L-1××10-3 L×2＝×10-5 mol 1分

c(Cl-)＝n(Cl-)/V(试样)＝×10-5 mol÷  mL×10-3L mL-1＝ ×10-2 mol L-1  1分                  

相当于 g mol-1× ×10-2 mol L-1＝×102 mg/100mL                    1分

第5题（10分）M3XY呈反钙钛矿结构，是一种良好的离子导体。M为金属元素，X和Y为非金属元素，三者均为短周期元素且原子序数Z(X)＜Z(M)＜Z(Y)。M3XY可由M和X 、M和Y的二元化合物在约500K，3MPa的惰性气氛中反应得到。为避免采用高压条件，研究者发展了常压下的合成反应：

M + MXA + MY → M3XY + 1/2A2（g）

A2无色无味。反应消耗 M可获得 L A2气体(25oC, 100kPa)。

(气体常量R＝ kPa L mol-1 K-1)

5-1计算M的摩尔质量。

5-2 A、M、X、Y各是什么

5-3写出M3XY发生水解的方程式。

5-4 M3XY晶体属于立方晶系，若以X为正当晶胞的顶点，写出M和Y的坐标以及该晶体的最小重复单位。

5-1  PV＝nRT

n(A2)＝PV/(RT) ＝100 kPa×  L /  kPa L mol-1 K-1×298K) ＝ mol

由反应式知，消耗 mol M

M的摩尔质量： g /  mol＝23 g mol-1                        2分

5-2  A：H，M：Na，X：O，Y：Cl                    每个分，共2分

5-3  Na3OCl＋H2O  2NaOH＋NaCl                         1分

5-4  M的坐标：1/2, 0, 0；0, 1/2, 0；0, 0, 1/2。

Y的坐标：1/2, 1/2, 1/2。                                4分

Na3OCl，或1个正当晶胞，或1个素晶胞。               1分    

第6题（10分）某同学从书上得知，一定浓度的Fe2+、Cr(OH)4、Ni2+ 、MnO42 和CuCl3 的水溶液都呈绿色。于是，请老师配制了这些离子的溶液。老师要求该同学用蒸馏水、稀硫酸以及试管、胶头滴管、白色点滴板等物品和尽可能少的步骤鉴别它们，从而了解这些离子溶液的颜色。请为该同学设计一个鉴别方案，用离子方程式表述反应并说明发生的现象（若A与B混合，必须写清是将A滴加到B中还是将B滴加到A中）。

答案：

第1步：在点滴板上分别滴几滴试样，分别滴加蒸馏水，颜色变蓝者为CuCl31分

 CuCl3＋4H2O ＝ Cu(H2O)42+＋3Cl                                            1分

第2步：另取其他4种溶液，滴加到点滴板上，分别滴加稀硫酸。生成绿色沉淀的是Cr(OH)4(随酸量增加又溶解)；溶液变紫红且生成棕色沉淀的是MnO42-。     2分

Cr(OH)4 ＋H+ ＝ Cr(OH)3＋H2O                                   1分

     Cr(OH)3＋3H+ ＝ Cr3+＋3H2O                          

3MnO42＋4H+ ＝ 2MnO4＋MnO2＋2H2O                             1分

若第1步用稀H2SO4，评分标准同上。

第3步：将Cr(OH)4 分别滴加到 Fe2+ 和 Ni2+ 的试液中，都得到氢氧化物沉淀。颜色发生变化的是Fe2+，不发生变化的是 Ni2+ 。                             2分

Fe2++2Cr(OH)4 =Fe(OH)2 +2Cr(OH)3                                  分

4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3                                           分  Ni2++2Cr(OH)4 =Ni(OH)2 +2Cr(OH)3                                   1分

第7题(5分) 根据所列反应条件，画出A、B、C、D和F的结构简式。

每个结构简式1分，其他答案不得分。

第8题(10分) 画出下列反应中合理的、带电荷中间体1、3、5、7和8以及产物2、4、6、9和10的结构简式。

8-1

每结构简式1分，其他答案不得分；

8-2

每结构简式1分，画成也得分，其他答案不得分；

8-3

每结构简式1分，5画成或也得1分， 6画成  或没有标出得分，其他答案不得分

8-4

每结构简式1分，其他答案不得分。

第9题(12分)

9-1常用同位素标记法研究有机反应历程。如利用18O标记的甲醇钠研究如下反应，发现最终产物不含18O。根据实验事实画出中间体的结构简式。

答案：

A: 2分

B和C可互换，每结构简式2分

其他答案不得分。

9-2某同学进行如下实验时在碱性条件下得到了两个产物D和E，产率分别为%和%。

（1）画出产物D和E的结构简式。

（2）指明此反应所属的具体反应类型。

（3）简述D产率较高的原因。

（4）简述反应体系加入二氧六环的原因。

（1） 

每结构简式1分，其他答案不得分。

（2）

芳香亲核取代反应               1分，  只答取代反应给分。

（3）

正丁胺中氮原子的亲核能力比水中氧原子的强，而二级芳香胺中氮原子的亲核能力比水中氧原子的弱，因此使得D的产率高。  2分

（4）

为了增加正丁胺和2,4-二硝基氯苯在水中的溶解度。   1分

其他答案不得分。

郑重声明：本试题及答案版权属中国化学会所有，未经中国化学会化学竞赛负责人授权，任何人不得翻印，不得在出版物或互联网网站上转载、贩卖、赢利，违者必究。本试卷和相应答案将分别于2013年9月8日12:00和15日12:00在网站上公布。