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1998年全国高中学生化学竞赛(决赛)理论试题


1998年全国高中学生化学竞赛(决赛)理论试题

1998.1

郑州

共4页

1

1998年全国高中学生化学竞赛(决赛)理论试题 第一题 环硼氮烷B3N3H6是苯的等电子体,具有与苯相似的结构。铝与硼同族,有形成与 环硼氮烷类似的环铝氮烷的可能。 这种可能性长期以来一直引起

化学家们的兴趣。 近期报道 了用三甲基铝[Al(CH3)3]2(A)和 2,6-二异丙基苯胺(B)为原料, 通过两步反应, 得到一种环铝 氮烷的衍生物(D): 第一步: A + 2 B = C + 2 CH4 第二步:

C

170 oC

D

+

CH4

( ? 中需填入适当的系数 )

请回答下列问题: (1) 分别写出两步反应配平的化学方程式(A, B, C, D要用结构简式表示)。 (2) 写出D的结构式。 (3) 设在第一步反应中A与过量的B完全反应,产物中的甲烷又全部挥发,对反应后的混 合物进行元素分析,得到其质量分数如下:C (碳): 73.71 %,N(氮): 6.34 %。试求混合物中B 与C的质量分数(%) 。 已知:相对原子质量: Al—26.98 C—12.01 N—14.01 H—1.01 第二题 热重分析法是在程序控制温度下,测量物质 的质量与温度的关系的一种实验技术。热重分析仪的 基本构造由精密天平、程序控温加热炉和记录仪组成 (图1);记录仪画出质量~炉温曲线, 即热重(TG)曲线 图。 请回答下列问题: 1. 图2为CaC2O4·H2O 在N2和O2 中的热重曲线。曲 线表明,N2和O2气氛对三步分解反应有不同的影响。 试分析其原因。 图1. 热重分析仪示意图 2. 在试样质量没有变化的情况下, 温度升高时,天平显示出试样重量增 加,这种现象称为“表观增重” ,其原 因是什么? 3. 电机在运转中的发热,导致所用 漆包线表面漆膜发生热降解作用,绝 缘性逐渐降低,并最终失效。实验表 明:异氰酸酯树脂改性缩醛漆包线在 恒温箱中热老化, 温度分别为 393.0K、 411.0K和 453.0K,寿命分别 图2. 热重(TG)曲线 为20,000小时、5000小时和307.0小时, 此时漆膜重量均减少39.0 %;假定热降解机理不变且服从一级反应规律,试推算它在348.0K 的正常使用温度下漆包线的寿命有多长? 热降解的活化能为多少?
F

第三题 苯氟布洛芬的结构式为

CHCOOH CH 3

。 它是一种消炎镇痛药, 用于治疗风

湿性关节炎、弯曲性脊椎炎等;剂量小、作用快、疗效高。合成该药物是我国“七五” 重点开发项目,已取得成功。下面是某研制人员以苄腈为起始原料设计出的合成路线:

1

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2

回答下列问题:
CH2 CN

HNO3 H2SO4

( A )

Fe, H2O NH4Cl

( B )

( C ) (3)

( D )

( E ) (4)

1. 写出在合成路线 中的A 至J 所代表的试 剂的化学式和产物的 结构式; 2. 画出苯氟布洛芬 的对映异构体的构型 式(用透视式或者平面 投影式均可),并用R、 S标定手性碳原子的 构型; 3. 指出第(10)步反应 属于什么反应类型;

(1)
O2N

(2)

CH3 CONH

CH2 CN

干 HCl

,

无水乙 醇

( F )

Cl3CCOOH, C5H11ONO Cu, , 偶 联

(5)

(6)

O2N HBF 4 Zn, CaCl2 ( G ) CH2 CN C 2H5 OH, H O NaNO2 2

F 4BN 2

CH2 CN

(7)

(8) F

加热

CH ( H ) 3

(相 转 移 催 化 剂 ) Br, TEBA

(9)

NaOH(50%) ( 10 )

( I )

( J ) ( 11)

CHCOOH CH3

4. 用系统命名法命名下面两个化合物:
O2 N

(1)
(2)

CH 3 CONH
F

CH2 CN

CHCOOH CH 3

1

第四题 某地有软锰矿和闪锌矿两座矿山, 它们的组成如下: 软锰矿:MnO2含量?65%, SiO2含量约20%, Al2O3含量约4%, 其余为水分; 闪锌矿: ZnS含量? 80%, FeS 、CuS、CdS 含量各约2%,SiO2含量约7%,余为水份。 科研人员开发了综合利用这两种资源的 工艺,主产品是通过电解获得的锌和二氧化 锰, 副产品为硫磺、少量金属铜和镉。生产正 常时 , 只需外购少量硫酸和纯碱 , 其他原料 则由内部解决。工艺流程框图如图3所示, 流 程框图中每一方框为一种处理过程 , 带箭头 的线表示物流线。请在阅图后回答下列问题: 1. 写出图上标有阿拉伯数字的处理过程中发 生的主要反应的化学方程式,并配平之。 2. 写出用字母A、B、C、D、E、F、G表示 的物流线上全部物料的组分的化学式。

软锰矿粉 硫酸溶液 闪锌矿粉

加 热 浸 出 [1] A [2] D(适量)

过滤出的残渣去硫磺回收

过滤出海绵状铜、镉回收 E

加热水解除铁、 铝 等 并 过 滤 [3] C F B 过滤 贮备 [5]

G

去污水处理

Na2CO3 溶 液

电 解 [4]

电 解 产 品 MnO2 粉 碎 、 包 装 、 入 成 品 库 电 解 产 品 Zn 入 成 品 库

3. 二氧化锰和锌是制造干电池的基本材料。电解二氧化锰的传统生产工艺主要为: 软锰矿加煤还原焙烧;硫酸浸 出焙烧料;浸出液经净化后去电解,电解时在阳极上析出二氧化锰(阴极产生的气体放空),获得的二氧化锰经粉碎后 为成品。电解锌的传统生产工艺主要为: 闪锌矿高温氧化除硫;焙烧渣用硫酸浸出;浸出液经净化后电解还原,在阴 极获得电解锌(阳极产生的气体放空)。试从环境保护和能耗的角度对比新工艺与传统工艺,指出新工艺的特点 , 并简单评述之。 第五题 1,5-二(2-羧基苯)-3-苯甲
2+

(简写BCPF)的结构简式如右所
2+

COOH N C N N COOH H N

示,是新近合成的Cu 的良好显色剂。已知它与Cu 形成的配合 物的最大吸收波长为560nm。配合物溶液的吸光度值A与配合物的 浓度c(配合物)成正比,即A = kc(配合物)。为确定BCPF与Cu2+配合 物的组成、稳定性以及溶液pH值对配合物稳定性的影响,实验得 到下面两条曲线:

曲线1:溶液吸光度A随Cu2+总浓度c(Cu2+)和BCPF总浓度c(BCPF)变化的曲线(图4):各溶液的pH值相同, 改 变c(Cu2+)和c(BCPF),且使c(Cu2+)+ c(BCPF) = 2.0×10-4 mol/L, 测定各吸光度值。 以吸光度A对Cu2+总浓度c(Cu2+)、 BCPF总浓度c(BCPF)作图(图4) 。 曲线2: 配制一系列c(Cu2+)、c(BCPF)相同而pH值不同的该配合物溶液, 测定各溶液的pH值与在560nm的吸 光度值的关系, 以A对pH作图(图5) 。

图5. 曲线2 请回答: 1. 确定在配合 物中 Cu2+ 与 BCPF的 物质的量之比 ( 摩尔 比),给出判定依据。 图4. 曲线1 2. 说明pH值对该配合物稳定性的影响,分析其原因。 3. 计算曲线1的实验条件下该配合物的表观稳定常数K 。


第六题 麻黄素又称麻黄碱,是我国特产的中药材麻黄中所含的一种生物碱。天 然麻黄素是一种左旋体,经我国学者确定,其结构如右:

CH 3 H H NHCH 3 OH C 6H 5

C6H6

+ CH3CH2COCl

AlCl3

A

Br 2 CH3COOH

B

CH3NH2

C

H2/Pd

D

麻黄素的合成路线为: 1. 用Fischer投影式分别写出化合物A、B、C、D的旋光异构体。 2. 按此路线合成出的产物D是否具有旋光性? 简述理由。 3. 指出化合物D的各种旋光异构体间的关系(对映体、非对映体)。 4. 写出化合物C的各种旋光异构体的最稳定构象(用Newman式表示)。

(-)-麻黄素

第七题 黄铜矿是最重要的铜矿,全世界约三分之二的铜是由 它提炼的。 回答下列问题: 1. 图6为黄铜矿的晶胞, 计算该晶胞中各种原子的数目,写出 黄铜矿的化学式。 2. 在黄铜矿晶胞中, 化学和空间环境都相同的硫原子、铁原 子、 铜原子各有几个?在黄铜矿晶胞中含几个结构基元(周期性重 复的最小单位)? 每个结构基元代表什么? 3. 在高温下,黄铜矿晶体中的金属离子可以发生迁移。若铁 原子与铜原子发生完全无序的置换,可将它们视作等同的金属 原子,请画出它的晶胞。每个晶胞中环境相同的硫原子有几个? 4. 在无序的高温型结构中,硫原子作什么类型的堆积,金属 原子占据什么类型的空隙,该类型空隙被金属原子占据的分数是多少? 图6. 黄铜矿晶胞 (a = 52.4pm, c = 103.0pm)

5. 实验表明,CuGaS2和Cu2FeSnS4与黄铜矿的结构类型相同,请据此推测黄铜矿中铜和铁的氧化态。


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