2023年全国高中化学竞赛决赛冬令营理论试题及答案.pdf

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1、中国化学会第20届全国高中学生化学竞赛（决赛）理论试题2023年1月1 7日 本竞赛试题共8题，总 分1 2 0分，竞赛时间4小时。迟到超过30分钟者不得进入考场，考试开始后1小时内不得离开考场。解答完毕，将试卷和答卷及草稿纸折好，背面朝上放于桌面,撤离考场。试卷和答卷已分别装订成册，不得拆散，所有解答必须写在答卷的指定位置，写于其他位置无效.选手营号写在答卷每页左边指定位置，不得写所属地区，学校名称和姓名，否则按废卷论。使用黑色墨水钢笔或圆珠笔答题，不得使用铅笔（涉及作图）。使用提供的草稿纸.不得携带任何其他纸张进入考场。允许使用非编程计算器及直尺,橡皮、涂改液等文具，不得将文具盒以及手机、

2、小灵通、BP机等通讯工具带入考场，一经发现将严厉解决。原予量：H 1.0 08 B 1 0.81 C 2.01 N 14.01 0 16.00第1题（1 4分）钛及其合金具有密度小、强度高、耐腐蚀等优良性能，被广泛用于航天、航空、航海、石油、化工、医药等部门。我国四川省有大型钢钛磁铁矿。从由钮钛磁铁矿经“选矿”得到的钛铁矿提取金属钛（海绵钛）的重要工艺过程如下：T焦炭 氯 气 镁钛断一画诞二鬻查一/1a_皿 含海面钛1-1 钛铁矿的重要成分为FeTiO3o 控制电炉熔炼温度（1500K）,用碳还原出铁，而钛则进入炉渣浮于熔融铁之上，使钛与铁分离，钛被富集。已知:FeTiO3+C=TiO2+Fe

3、+CO rG m/J-m o r1=190900-161TFeTiO3+4C =TiC+Fe+3CO A jG m/J-m o r1=750000-500TFeTiO3+3 C=Ti+Fe+3CO rGm/J-m ol_1=913800-519T通过计算判断在电炉熔炼中重要发生以上哪个反映？（3分）1 -2 写 出 在 107 3 1 2 73 K 下 氯 化 反 映 的 化 学 方 程 式。（1 分）1-3 氯化得到的Ti C L 中具有的VOCb必须用高效精储的方法除去，为什么？实际生产中常在4 0 9 K下用Cu还原VOC 1 3,反映物的摩尔比为1:1,生成氯化亚铜和难溶于Ti C 1

4、 4的 还 原 物，写 出 还 原 反 映 方 程 式。（2分）1-4 精制后的Ti C L 用金属镁还原可得海绵钛，写出化学反映方程式。（1分）1-5 菱镁矿（重要成分为M g C C h）燃烧分解后与焦炭混合在氯化器中加热到1 3 73 K,通入氯气生成M g C 1 2。在 1 0 2 3 K电解熔融MgC 1 2 得到金属镁。（1）写出用菱镁矿煨烧及氯化制取M g C h 的化学反映方程式。（2分）（2）写出电解熔融M g C 1 z 的电极反映式和电解反映式。（2分）（3）已知1 0 2 3 K M g C L（l）的标准摩尔生成烙公,/7金为-5 96.3 2。2。/，乂8（2 1

5、 2（1）、M g（1 ）、。2 您）的标准摩尔南除分别为2 3 1.0 2、7 7.3 0、2 6 8.2 0 kJ-moC,计算 Mg C l2 的理论分解电压。（3 分）第 2 题（1 4 分）自然界中许多金属和非金属形成的矿物微粒的粒度介于纳米-微米之间，并呈现出不同的晶体形貌和特殊的物理化学性能，我国己发现多个储量丰富的大型天然纳米非金属矿床。2-1 膨润土是一种天然纳米矿物材料，重要成分为蒙脱石。蒙脱石是层状结构的硅酸盐矿物,在一定地质条件下可形成厚度为纳米尺寸的层状晶体。不考虑层间水和阳离子置换时，化学式为A l z Si 4 0 I O（O H）2。将下面蒙脱石晶体结构图中与中

6、心A 1 原子配位的O原子和OH原子团用短线连接起来（A 1 的配位多面体共边），指出配位多面体的空间构型。（4分）O O 0 o n o oOOOO OO oO%OO eo。*oO 0OOOOOO解Al Si OHO o2-2 非金属纳米矿物开采出来后，需经选矿、化学提纯才干应用。（1）当矿物中具有C u S、Z n S 杂质时;将适量浓硫酸拌入矿粉，加热，充足搅拌，待反映完全后用水稀释、过滤、清洗，可将这些杂质分离除去。从环保和经济的角度，应尽量减少硫酸的 用 量，写 出 化 学 反 映 方 程 式。加 水 稀 释 的 目 的 是 什 么？（2.5 分）（2 ）当矿物中具有A s 2 s

7、3、S nS2杂质时，加入硫化钠和少量氢氧化钠的混合溶液，加热搅拌，待反映完全后通过滤、消洗，可将杂质分离除去,写出重要化学反映方程式。为什么需加氢氧 化 钠 溶 液？（2.5 分）2-3若膨润土中含F e z C h 时，白度就会受到影响，须进行漂白解决:在硫酸介质中用连二亚硫酸钠作漂白剂进行漂白；加水漂洗后加入氨基三乙酸钠（N a s A）,结合残留的亚铁离子,以维持产品的白度。（1 ）写出漂白过程的离子反映方程式。（2分）（2）写出氨基三乙酸钠与亚铁离子结合生成的2：1 型单核配合物的化学式及阴离子的结构 式。（3 分）第 3 题（10分）无机高分子絮凝刑具有效能高、价格低廉的优点，广泛

8、用于给水排水、工业废水及城市污水解决。3-1大多数金属离子都能生成多核水解产物。铁盐溶于水后生成水合铁（III）离子，当溶液P H 升高时发生水解，一方面生成黄色的水解产物 FeOH（H2O5）F+,写出水解反映方程式。（1分）3-2 水解时发生聚合，写出 FeOH（HzO5）2+聚合为二聚体（用结构式表达）的化学反映方程 式。写 出 当 溶 液 碱 化 度（OH/Fe）为 2.0 时 形 成 的 链 状 多 聚 物 的 结 构 式。（3 分）3-3 聚合氯化铝（PAC）通 式 为 L（Ah（O H）nClr,.,巾是无机高分子絮凝剂，它可用软铝 矿（主要成分A1H Q）为原料通过酸溶法制备。

9、其重要制备过程是：将通过焙烧的矿粉移入反映釜，加入适量盐酸溶解;用碱调高pH,得到 A l（OH）2（w 0）4JCI；提成两份,将其中一份用氨水中和得到凝胶;将此凝胶溶于另一份溶液，pH 调高至4,充足反映，即可制得PAC。写出制备 过 程 的 化 学 反 映 方 程 式。（4 分）3-4 聚合氯化铝（PAC）中存在一种三聚体，由二个铝氧八面体构成，其中三个八面体共用的顶点数为1,每两个八面体共用的顶点数为2。不标原子，用短线为八面体的棱，画出这种三聚体 的 空 间 构 型 图。（2 分）第 4 题（22分）硼氢化钠是一种重要的还原剂，可用于纸张漂白、醛酮的还原及含汞污水的解决等等。近年来,

10、科学家十分关注硼氢化钠用作储氢介质的研究。2023年 G J.G ain s f o r d 和 T.Kemmit t 考察了硼氢化钠的醇解反映，发现它与乙醇反映的产物A 是由互相平行的一维链组成的晶体。4-1写出硼氢化钠与乙醇反映的化学反映方程式。（2 分）4-2 根据A中 存 在 的 作 用 力 类 型 说 明 A 属 于 何 种 晶 体。（2 分）4-3画出A 的一维结构示意图，拟定A 的结构基元，抽出一维点阵。（6分）4-4A中 Na 的 配 位 数 为 多 少？硼 原 子 采 用 什 么 杂 化？（2 分）4-5硼的一种同素异构体是由B|2（以B 为顶点的二十面体）单位和单个B 原子

11、组成的晶体，其晶胞参数为a=b=8 75.6pm,c=5 1 7.8 p m,晶体密度p=2.31 0 g.c m。晶胞沿a、b、c 轴的投影图如下:沿 a或b轴的才嘉乡OB12单个B橱出U 4沿 C轴的才翡乡1）计算晶胞中的原子 数（4 分）（2-TLT.）画出晶胞示悬图（2 分）拟定晶 体 的结构 基元、点 阵 型式 及特 性对称元素。（4 分）第 5 题（1 6 分）用氨水与硝酸反映得硝酸镀水溶液，经蒸发、结晶得硝酸镀晶体。硝酸镀有多种晶型,其中晶型 I、H 和HI的密度分别为1 .73、1.66和 1.70g c m.。在标准压力、室温下，加热固体硝酸钱到305 K,晶型I 转变为晶型

12、H,晶变热为1.6 8。机。尸；加热到357 K 时，晶型II转变为晶型m,晶变热为1.15 k J-moP.单组分体系两相平衡的温度和压力满足克拉贝龙方程（可向监考员索要克拉贝龙方程，但要在本题得分中扣除4 分）。5-1 若两种晶型平衡共存的温度T 和压力P 呈线性关系，计算三种晶型同时平衡共存的温度 和 压 力。（7 分）5-2 求 在 三 相 点 由 晶 型 I 直接 转 化 为 晶 型 III过 程 的 摩 尔 焰 变 和 摩 尔 牖 变。（4 分）5-3 根据计算，在 P-T 坐标图（P 用尸 表达，T 用K表达）上粗略绘出硝酸锈体系的相图，并 标 明 各 相 区 的 相 态。（5

13、分）第 6 题（14分）有人用酸碱滴定法测定二元弱酸的分子量，实验过程如下：环节一：用邻苯二甲酸氢钾标定氢氧化钠，测得氢氧化钠标准溶液的浓度为0.10 5 5m ol/L。氢氧化钠标准溶液在未密闭的情况放置两天后（溶剂挥发忽略不计），按照下列方法测定了氢氧化钠标准溶液吸取的C O2的量：移取25.0 0 mL该标准碱液用0.1 1 5 2moi/L 的HC I 滴定至酚猷变色为终点，消耗H C I标准溶液22.7 8 mL。环节二：称取纯的有机弱酸（HzB）样品0.1 96 3 g。将样品定量溶解在50.00mL纯水中，选择甲基橙为指示剂进行滴定。当加入新标定的0.09 5 0 m o 1/L

14、氢氧化钠标准溶液9.2 1mL时，发现该法不妥，遂停止滴定，用酸度计测定了停止滴定期溶液的pH=2.8 7。已知H?B的 p K a,=2.8 6,pKa2=5.706-1 按 环 节 一 计 算 放 置 两 天 后 的 氢 氧 化 钠 标 准 溶 液 每 升 吸 取 了 多 少 克 CO2o（2 分）6-2 按环节二估算该二元弱酸 H2B 的分子量。（6 分）6-3 试设计一个对的的测定该弱酸分子量的滴定分析方法，指明滴定剂，指示剂，并计算化学 计 量 点 的 pH（3分）6 -4若使用环节一放置两天后的氢氧化钠标准溶液用设计的对的方法测定该二元弱酸的分子量，计算 由 此引 起的相对误差。（

15、3分）第 7 题（1 5 分）只有大共扼兀 电子体系的聚乙快导电聚合物的合成使高分子材料进入“合成金属 和塑料电子学时代。用碘蒸气掺杂后的聚乙快高分子的导电性与金属铜相称，在光导材料、非线性光学材料、电致发光材料、光电池材料等领域有广阔的应用前景。但聚乙焕难溶于有机溶剂，加热不熔化，在空气中不稳定，限制了它的实际应用。对聚乙焕分子结构进行改导致为该领域一项重要工作。7-1以下是带有液晶结构单元的聚乙焕高分子材料的合成路线，请写出A I 代表的化学试剂。（9分）7-2当聚乙快分子带上药物、氨基酸、糖基等分子片后，就具有一定的生物活性。以下是我国化学家近年来合成的一些聚乙烘衍生物分子的结构式：（1

16、）写出A中手性药物小分子竣酸的结构式并命名。（2 分）（2）写 出 B 中氨基酸的结构式式并命名。（2 分）（3）写 出 C 中 糖 分 子 的 费 歇 尔 投 影 式，并 给 出 该 糖 的 名 称。（2 分）第 8 题（15分）8 1化合物A（CioHi203）具有旋光性，能溶于NaHCCh水溶液，并可起碘仿反映。将 A 加热的化合物B,B 无旋光性，也能溶于NaHCCh水溶液。B经臭氧化，并在Z n 粉和醋酸存在下分解得化合物C和 D,C 可进行碘仿反映。D加强热放出CO2,并得化合物E（C7H6。）,E 可进行银镜反映，试写出A、B、C、8-2 根据以下反映路线推导F、CO2HC-II

17、 4CO2HD、E 的结构式。（10分）G、H、I 的结构式。（5 分）上GCOR HOQ,-*F一Pd/C,H2 Cc中国化学会第2 0届全国高中学生化学竞赛（决赛）理论试题参考答案及评分细则第 1 题（14分）1 -1 当 AgG,“1500 K,T31761K,故只有反映在 1500K以下可自动正向进行。（计算2 分，结 果 1 分,共 3 分）1-2TiO2+2CI2=TiCI4+2CO（方程式未配平不得分）（1分）13V 0 Cl与 TiC沸点 相近（1分）Cu+VOC1VOCl2+CuCl（1分）1-4TiCl4+2Mg=T+2MgC（1分）（1）MgCO3=MgO+CO2（1分）

18、（0.5 分）（0.（1分）（0.5 分）MgO+Cl2+C MgCI2+CO（1分）阴极反映Mg2+2eMg阳极反映:2C1C12+2e5分）电解反映:MgCl2=Mg4-C1 腐596.32kJ-molAr S n?=gV B S 科二77.30+2 68.2 0-2 31.0 2=1 14.4 8（0.5 分）A G卢=4而一7A屏=596.3 21 023x 1 14.48 xl 0.=479.2l（k J m o l1）（1分）E =-rGm。/ZF=-479210/（2 x 9 65 0 0）=-2.4 8（V）E理2.48V（1分）第2题2-1（3分）空间构型：八面体AlsiOH

19、o只要求画出铝的配位多面体（1分）（1）ZnS+2H2S0 4=ZnSO 4+S O 2+S+2H 2。（1分）CuS+2H2S OCuS04+S02+S+2H2O（1分）加 水的 目 的是浸取反映生 成 的可溶性硫酸盐（0.5 分）（2）As2S3+3Na2Na3Ass3（1分）SnSj+NaSNaSnSj（1分）加入氢氧化钠的目的是防止硫化钠水解1）S2 0 42+F e20 3+2H+=2 S0 32+2Fe2+H2O（2分）（2）Na4FeA2oo4-(化学式1 分,结构式2 分 洪 3分)第 3题(1 0 分)Fe(H2O)i+H20=FeOH(H2O)5 2+H03-13-22Fe

20、OH(H2O)52+（1 分）33 A 1 2。3 +6 H C 1+9 H2 0 =2 A 1(2分)(H 2 0 )6 1C h(1 分)A 1(H 2 O)n C 1 3=A l0 H )2(H 2 O)4 C 1 +2 HC 1（1 分）A 1(O H)(2H 2 0 )4 C 1+N H 3-H2O=A 1(0 H)3+N H4 C I+4 H2 O(1 分)(n m-4 m)A l(O H)3+(6 m-n m)A l (0 H)2(H2O)4 C 1 =f A l2(O H)n C l6-n m+(2 4 m-4 n m)H20 (1 分)3-4（2 分）第 4题（2 2 分）4

21、-1n（2分）N a B H 4+4 n C H3 cH2 0 H=N a B (0 C2H s)4 n+4 nH 2 1（分子式错误，方程式未配平不得分;未写n不扣分）4-2 A属于混合晶体4-3 I N a B （O C 2 H5）4 n的一维结构示意图及一维点阵如下:（结构示意图4分，结构基元1分，一维点阵1分，共6分）4 -4N a的配 位 数为4 ,B 原 子 采 用 S P3杂化（2分）4-5 (1)/?=M n(VNA)M n/a2C N A)或 n =pV NA1M（各1分，共2分）n=2.3 1 0 x 8 7 5 .6 2x 5 0 7 .8 x 1 0-3 0 x 6 .

22、0 2 3 x 1 0 2 3/10.8 1(1分)=5 03)点阵B n （单个B原子未画出）（2分）型式四方(1分)结 构 单 元:4 B1 2和2 B（或 答 素 晶胞）（2分）（将结构单元回答为5 0 B可 得1分）特性4或4素对称元(1分)第5题（1 6分）5-1；V m =M 卷 一 8 0.0 忌一士）=1.9 5（c m m o L）（1 分）丸=M（3大=8 0.。段-）=-1.1 3（cm3.m o r1）1.6 6I一1 1A L%.T TA?Vm1.68x103305x1.95x1 O-6=2.825 x106（Pa-K-1）=27.88（P-K-1）（1 分）（份）口

23、 一 田-4 -=1 7 5 x 1 3-=-4.438x106（PaK i）=-42.81（pG,K）（1 分）T T&Vm 357x（-1.13x10）故I-H的 直 线 方 程 为：P=A+BT=A+27.88 P-K T当T=305K时，P=P田以 可 确 魁A=-8502（1分）P=A+BT=-8502+27.88 T.故u-n i的 直 线 方 程 为：p=A+B，T=A，42.81ReK 1T当T=375K时，P=P.代入上式 可确定出A=15284 Pe/.P=A，+B，T=15284 42.81 T.两 式 联 立 解 得：T=336.5 KP=879 3 P（或正确的确定出

24、两 箱 线方程各3分，联立求解1分，共7分）5-2由 晶 型I-Hm=A i Hm+AHm=3.43 kJ-mol-1苧 Vm=苧 Vm+%Vm=0.82 cm3-moF1AnmSm=T Hm 3430,-=QQRR=10.2（J-K-1-moF1）|oOO.O（1分）（1分）（1分）（1分）（2分）由 晶 型i-3 P/A T=A H/(T A V)=3.43.10=1.24 x107(Pa-K”)336.5 x 0.82 x 10 6=122.4 P-K-1(1 分)故晶型14皿直线斜率为正，且 大 于 晶 型1=二 口 直 线 斜 率4雕 以 上结果做图如下:（准确标出A、B、O 点的位

25、置各0.5分，正确标出晶型I、II、m各 0.5分，共 3 分。正确画出C O 线 1 分。由于计算错而使。点位置错，若不影响AO、BO 的斜率符号改变，可以不扣分；但若引起AO、B。的斜率符号改变，应由改变的具体情况扣分。若 C O 线的斜率小于A O 线的斜率，则 CO 线不给分。）（4 分）第6题（14分）6-1吸取C O 2(0.1055x25.00-0.1 152x22.78)x1000,-i-x 44.0=0.023 g-L25.00 x1000（2分）6-2 HB_=a 9 5 0 x：g+1。2 8 7=0.0161 mol-L1(150.00+9.21、=H+惟 _ _ _

26、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _炉，1()2 8 6 _)HB-=H+fM H+l a i+K a iK a 2-=10-287+10-287x W286+10 286x 1 o5-70=0.506（1分）HB-c=-6HB_.-1=0.0319mol-L（2分）W、相广。网9分 子 量 为：1.0 x1026-3（2分）对的的方法是使用酚酿作指示剂，用N a O H标液滴定到溶液微红半分钟不褪色为终点，即,3 mL）（1 分）H 2 B+2Na 0 H=Na2B+2 H 2 O（1分）估 算 s p 时的pH 值。终点时0.1963x1000、，2 x-=0.0950V VNa

27、0H=411.0 x102CB2-=0 95X 41-3-=0.0430mol-L-150.00+41.3O H P=yK b lcB,=0.0430=W483 mol-L-11、d2 pH=97（1 分）6-4使用吸取了 CO 2 的 NaOH标准溶液测定，将引起误差。C实际=0.1152x22.7825.00=0.1050（mol-L1）（1分）相 对 误 差 为：0-1 00.1 0 5 51055 xW0%=-0-5%（2 分）第 7 题（1 5 分）7-1A:Mg,THFB:CqOH C:HCID:HBr or HIE:Br2F:KOHG:HCIH：SOC I2Et3N7-2CHOHOOC（S）-2-（6-甲氧基-2-蔡 基）丙酸（R）-3-甲基-2-氨 基 优D-葡萄糖（每个结构式和命名各 1分，共 6 分）第8题（15分）8-1C8H6O3EC 7H 6。（每个结构式2分，共10分）8-2C6H4O5（F 2分，其余结构式各1分，共5分）