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2003年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题(打印)


中国化学会 2003 年全国高中学生化学竞赛 (省级赛区) 试题答案及评分标准 2003 年 9 月 14 日



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中国化学会 2003 年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题
题 号 满 分

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5 7 5 8 6 12 5 12 6 12 10 12 100

说明:1。为节省篇幅,原试题中的周期表等已删去。2。网络版以颜色区分题面、答案和注释,打 印稿中的楷体字为答案,以圆体字为注释,以示区别。3。请参考内容相同的网络版。 第 1 题(5 分) 二战期间日本是在战场上唯一大量使用毒气弹的国家,战争结束日军撤退时,在 我国秘密地遗弃了大量未使用过的毒气弹,芥子气是其中一 种毒气。芥子气的分子式为 (ClCH2CH2)2S。人接触低浓度芥子气并不会立即感受痛苦,然而,嗅觉不能感受的极低浓度芥子气 已能对人造成伤害,而且,伤害是慢慢发展的。 1-1 用系统命名法命名芥子气。

(1 分)
1-2 芥子气可用两种方法制备。其一是 ClCH2CH2OH 与 Na2S 反应,反应产物之一接着与氯化氢 反应;其二是 CH2=CH2 与 S2Cl2 反应,反应物的摩尔比为 2 : 1。写出化学方程式。

1-3 用碱液可以解毒。写出反应式。

第 2 题(7 分)50 年前,Watson 和 Crick 因发现 DNA 双螺旋而获得诺贝尔化学奖。DNA 的中文 化学名称是: ; DNA 是由如下三种基本组分构成的: 、 , 和 ;DNA 中的遗传基因是以 的排列顺序存储的; DNA 双链之间的主要作用力 是 。给出 DNA 双螺旋结构在现代科技中应用的一个实例: 。 第 3 题(5 分) 在正确选项上圈圈。 3-1 下列化学键中碳的正电性最强的是 A. C- F B. C-O C. C-Si D. C-Cl

3-2 电子构型为[Xe]4f145d76s2 的元素是 A. 稀有气体 B. 过渡元素 C. 主族元素 D. 稀土元素

3-3 下列离子中最外层电子数为 8 的是 A. Ga3+ B. Ti4+ C. Cu+ D. Li+

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第 4 题(8 分) 在 30oC 以下,将过氧化氢加到硼酸和氢氧化钠的混合溶液中,析出一种无色晶 体 X。组成分析证实,该晶体的质量组成为 Na 14.90%,B 7.03 %,H 5.24 %。加热 X,得无色晶 体 Y。Y 含 Na 23.0%,是一种温和的氧化剂,常温下在干燥空气里稳定,但在潮湿热空气中分解放 氧,广泛用作洗涤剂、牙膏、织物漂白剂和美发产品,也用于有机合成。结构分析证实 X 和 Y 的 晶体中有同一种阴离子 Z2-,该离子中硼原子的化学环境相同,而氧原子却有两种成键方式。 4-1 写出 X、Y 的最简式,给出推理过程。

4-2 用最恰当的视角画出 Z2-离子的立体结构(原子用元素符号表示,共价键用短线表示) 。

第 5 题(6 分) 下图是一种正在投入生产的大型蓄电系统。左右两侧为电解质储罐,中央为电池, 电解质通过泵不断在储罐和电池间循环;电池中的左右两侧为电极,中间为离子选择性膜,在电池 放电和充电时该膜可允许钠离子通过;放电前,被膜隔开的电解质为 Na2S2 和 NaBr3,放电后,分 别变为 Na2S4 和 NaBr。

电解质

电解质

离子选 择性膜

+
电解质 储罐
电 电解质 极 电解质 极 电

_
电解质 储罐

电解质





电解质

电源/负载

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5-1 左、右储罐中的电解质分别为;

5-2 写出电池充电时,阳极和阴极的电极反应。

5-3 写出电池充、放电的反应方程式。

5-4 指出在充电过程中钠离子通过膜的流向。

第 6 题(12 分) 2003 年 3 月日本筑波材料科学国家实验室一个研究小组发现首例带结晶水的晶 体 在 5K 下 呈 现 超 导 性 。 据 报 道 , 该 晶 体 的 化 学 式 为 Na0.35CoO2 ? 1.3H2O , 具 有 ? ? -CoO2-H2O-Na-H2O-CoO2-H2O-Na-H2O-??层状结构;在以“CoO2”为最简式表示的二维结构中, 钴原子和氧原子呈周期性排列,钴原子被 4 个氧原子包围,Co-O 键等长。 6-1 钴原子的平均氧化态为 。 6-2 以 代表氧原子,以 代表钴原子,画出 CoO2 层的结构,用粗线画出两种二维晶胞。可 资参考的范例是:石墨的二维晶胞是下图中用粗线围拢的平行四边形。

6-3 据报道,该晶体是以 Na0.7CoO2 为起始物,先跟溴反应,然后用水洗涤而得到的。写出起始 物和溴的反应方程式。

第 7 题(5 分) 杜邦公司因发明了一项新技术而获得了 2003 年美国总统绿色化学奖。该技术利 用基因工程将酵母菌的基因引入一种大肠杆菌,用来将葡萄糖发酵生成 1.3-丙二醇。 7-1 在上述发酵过程中,葡萄糖首先转化为二羟基丙酮的一磷酸酯,随后转化为目标产物。该 反应对于葡萄糖的原子利用率为 %。原子利用率是目标产物的相对分子质量除以反应物相对 原子质量之和乘以 100%。 (2 分)

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7-2 生产 1.3-丙二醇的传统工艺是以石油为原料按下述路线进行的:石油→乙烯→环氧乙烷→3羟基丙醛→1.3-丙二醇。获得 3-羟基丙醛的反应在乙醚溶剂中进行,用钴催化剂或铑催化剂,温 度 80oC,压力 107 Pa;后一反应用镍催化剂,温度 80-120oC,压力 1.6x107 Pa。对比之下,新工 艺至少具有以下 3 种绿色化学特征:

第 8 题(12 分) 8-1(4 分) 1 摩尔高锰酸钾在 240-300oC 加热释放出 19.2 g 氧气,写出反应方程式。 (已知 K2MnO4 640oC 分解,K3MnO4 800oC 分解。 )

8-2(3 分) 咖啡因对中枢神经有兴奋作用,其结构式如下。常温下,咖啡因在水中的溶解度为 2 g/100g H2O,加适量水杨酸钠[C6H4(OH)(COONa)],由于形成氢键而增大咖啡因的溶解度。请在附 图上添加水杨酸钠与咖啡因形成的氢键。

8-3(2 分) 阿司匹林结构式如下,难溶于水。若和适量柠檬酸三钠混合,即可增大溶解度。解 释原因。

8-4(3 分) 氯仿在苯中的溶解度明显比 1,1,1-三氯乙烷的大,请给出一种可能的原因(含图示) 。

第 9 题(6 分) 钒是我国丰产元素,储量占全球 11%,居第四位。在光纤通讯系统中,光 纤将信息导入离光源 1km 外的用户就需用 5 片钒酸钇晶体(钇是第 39 号元素) 。我国福州是全球 钒酸钇晶体主要供应地,每年出口几十万片钒酸钇晶体,年创汇近千万美元(1999 年) 。钒酸钇是 3 四方晶体,晶胞参数 a = 712 pm, c = 629 pm,密度 d = 4.22 g/cm ,含钒 25%,求钒酸钇的化学式以 及在一个晶胞中有几个原子。给出计算过程。

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第 10 题 (12 分) 美国 Monsando 公司生产了一种除草剂, 结构如下图, 酸式电离常数如下: pKa1 0.8, pKa2 2.3 , pKa3 6.0 , pKa4 11.0。与它配套出售的是转基因作物(大豆、棉花、玉米、油菜籽)的 种子,转入了抗御该除草剂的基因,喷洒该除草剂后其他植物全部死光,唯独这些作物茁壮成长, 由此该除草剂得名 Roundup,可意译为“一扫光” 。这四种转基因作物已在美国大量种植,并已向 我国和巴西等国大量出口,但欧洲至今禁止进口。
OH C O C H2
o

O H N C H2 OH P OH

10-1 Roundup 为无色晶体,熔点高达 200 C,根据如上结构式进行的分子间作用力(包括氢键) 的计算,不能解释其高熔点。试问:Roundup 在晶体中以什么型式存在?写出它的结构式。

10-2 加热至 200~230oC,Roundup 先熔化,后固化,得到一种极易溶于水的双聚体 A,其中有酰 胺键,在 316oC 高温下仍稳定存在,但在无机强酸存在下回流,重新转化为 Roundup。画出 A 的 结构式。

10-3 Roundup 的植物韧皮的体液的 pH 约为 8; 木质部和细胞内液的 pH 为 5~6。 试写出 Roundup 后三级电离的方程式(方程式中的型体附加①②③④标注) ,并问:Roundup 在植物轫皮液和细胞 内液的主要存在型体(用你定义的①②③④表达) 。提示:通常羧酸的电离常数介于磷酸的一、二 级电离常数之间。
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10-4 只有把 Roundup 转化为它的衍生物,才能测定它的 pK1,问:这种衍生物是什么?

第 11 题(10 分) 某烯烃混合物的摩尔分数为十八碳-3,6,9-三烯 9%, 十八碳-3,6-二烯 57%,十八 碳-3-烯 34%。 11-1 烯烃与过氧乙酸可发生环氧化反应,请以十八碳-3,6,9-三烯为例,写出化学反应方程式。

11-2 若所有的双键均被环氧化,计算 1 摩尔该混合烯烃需要多少摩尔过氧乙酸。

11-3 若上述混合烯烃中只有部分不饱和键环氧化,请设计一个实验方案,用酸碱滴定法测定分 离后产物的环氧化程度:简述实验方案;写出相关的反应方程式和计算环氧化程度(%)的通式。

第 12 题(12 分) 中和 1.2312 g 平面构型的羧酸消耗 18.00 mL 1.20 mol/L NaOH 溶液,将该羧酸 加热脱水,生成含碳量为 49.96%的化合物。确定符合上述条件的摩尔质量最大的羧酸及其脱水产 物的结构式,简述推理过程。


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Cu+ D. Li+ 中国化学会 2003 年全国高中学生化学竞赛 (省级赛区) 试题答案及评分标准 2003 年 9 月 14 日 共 6 页 2 第 4 题(8 分) 在 30oC 以下...

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