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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[AI(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+2B=C+2CH4<

br />? 第二步:□C ? ? ? □D+□CH4(□中需填入适当的系数) 。
170 C
?

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:A126.98 C12.01 N14.01 H1.01 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 3-2-1) ;记录仪画出质量~炉温曲线,即热重( TG )曲线 图。 请回答下列顺题: 1. 3-2-2 为 CaC2O4, H2O 在 N2 和 O2 中的热重曲 图 · 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。 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? 第三题 苯氟布洛芬的结构为

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:

回答下列问题: 1.写出合成路线中的 A 至 J 所代表的试剂的化学式和中间产物的结构式;

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; 4.用系统命名法命名下面两个化合物:

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%,AI2O3 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%,其余 为水分。 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 3-2-3 所示, 流程框 图中每一方框为一种 处理不定期程,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。 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—苯甲瓒(简写 BCPF)的结构简式如下所示,

是新近合成的 Cu2+的良好显色剂。 已知它与 Cu2+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 ( Cu 2 ? )


和 BCPF 总浓度 c ( BCPF ) 变化的曲

线(图 3-2-4) :各溶液的 pH 值相同,改

c ( Cu 2 ? )



c ( BCPF

)

, 且 使
— —

c ( Cu 2 ? )

+ c ( BCPF ) =2.0×10 4mol·L 1,

测定各吸光度值。 以吸光度 A 对 Cu2+总浓 度 c ( Cu 2 ? ) 、 BCPF 总浓度 c ( BCPF ) 作图 (图 3-2-4) 。
c 曲线 2: 配制一系列 c ( Cu 2 ? ) 、 ( 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 3-2-5) 。 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。 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 稳 。 第六题 麻黄素又称黄碱,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,其结构如下:

(一)—麻黄素 麻黄素的合成路线为:
? ? C6H6+CH3CH2COCI ? ? ? A ? ? ? B ? ? ? ? C ? ? ? ? D
AICI
3

Br 2

CH 3 NH

2

H 2 / Pd

CH 3 COOH

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 New-man 式表示) 。 第七题 黄铜矿是最重要铜矿,全世界约
2 3

的铜是由它提炼的。

回答下列问题: 1.图 3-2-6 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?在黄铜矿晶体中 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。 若铁原子和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? 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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