2023年全國(guó)高中學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽決賽理論試題

2023年全國(guó)高中學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽決賽理論試題

2023.1.15.上海

?競(jìng)賽時(shí)間4.5小時(shí)。遲到超過30分鐘者不能進(jìn)考場(chǎng)。開始考試后1小時(shí)

內(nèi)不得離場(chǎng)。時(shí)間到，把試題和答卷紙裝入信封，放在桌面上，立即撤離考場(chǎng)。

?試卷和答卷裝訂成冊(cè)，不得拆散。所有解答必須寫在答卷紙的指定位置；用

黑色墨水筆或圓珠筆答題。不得攜帶任何其它紙張進(jìn)入考場(chǎng)。需要額外的答

卷紙或草稿紙時(shí)可舉手向監(jiān)考老師索取。在答卷紙頁眉自填總頁數(shù)和頁碼。

營(yíng)?必須在試題首頁左邊和每頁答卷紙左邊指定位置填寫營(yíng)號(hào)及姓名，否則按廢

卷論。

號(hào)

?允許使用非編程計(jì)算器以及直尺等文具。不得攜帶鉛筆盒、通訊工具入場(chǎng)。

第1題（8分）

?白色晶體X是用濃硫酸與尿素反映產(chǎn)生的。X不含結(jié)晶水，不吸潮，易溶于

姓

水,摩爾質(zhì)量小于lOOg-mor',用途廣泛，如造紙、紡織、電鍍、水解決和有機(jī)合

名

成等。野外地質(zhì)人員用它來鑒定石灰?guī)r遠(yuǎn)比用鹽酸方便。在酸性條件下」摩爾X

與過量亞硝酸鈉水溶液反映，釋放出1摩爾氮?dú)猓又尤脒^量的BaCb水溶液,

產(chǎn)生1摩爾BaS04沉淀。

1-1寫出X的結(jié)構(gòu)式和化學(xué)名稱。（寫不出結(jié)構(gòu)式可從監(jiān)考教師處得到答案，但

要當(dāng)場(chǎng)扣2分;仍應(yīng)回答本題其他問題）。

1-2寫出上述制備X的化學(xué)方程式。

1-3寫出X在酸性條件下與亞硝酸鈉反映的化學(xué)方程式。

?在近中性溶液中』mol高碘酸與過量碘化物反映產(chǎn)生1molh,將所得溶

液酸化，又產(chǎn)生3mol3

1-4用配平的化學(xué)方程式來說明上述現(xiàn)象。

?油氣井開采到后期一般需要注水以開采深層油氣，過一段時(shí)間后往往還要再

注入甲醇之類有機(jī)溶劑才干產(chǎn)出更多的油氣。

1-5簡(jiǎn)述注入甲醇的作用。

第2題（6分）

2-1在答卷紙給出的空模板上畫出fr二氯?二（2,3-丁二胺）合鉆（I

II）離子的所有幾何異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)式。（注：2,3一丁二胺又名2,3-二氨基丁烷）

2-2指出其中有旋光性的異構(gòu)體。

2-3已知其中有一種異構(gòu)體的氯被其他負(fù)一價(jià)陰離子取代的速率最慢。它是

哪一種？如何理解它的這種性質(zhì)？

第3題（10分）目前商品化的鋰離子電池正極幾乎都是鋰鉆復(fù)合氧化物，其抱

負(fù)結(jié)構(gòu)如答卷紙的圖3-1所示。

3-1在答卷紙的圖3-1上用粗線框出這種抱負(fù)結(jié)構(gòu)的鋰鉆復(fù)合氧化物晶體

的一個(gè)晶胞。

3-2這種晶體的一個(gè)晶胞里有幾個(gè)鋰原子、幾個(gè)鉆原子和幾個(gè)氧原子？

3-3給出這種抱負(fù)結(jié)構(gòu)的鋰鉆復(fù)合氧化物的化學(xué)式（最簡(jiǎn)式）。

3-4鋰離子電池必須先長(zhǎng)時(shí)間充電后才干使用。寫出上述鋰鉆氧化物作為正

極放電時(shí)的電極反映。

3-5鋰鎰復(fù)合氧化物是另一種鋰離子電池正極材料。它的抱負(fù)晶體中有兩種

多面體:LiC>4四周體和Mn06八面體，個(gè)數(shù)比1:2,LiCU四周體互相分離，

MnO。八面體的所有氧原子所有取自Li04四周體。寫出這種晶體的化

學(xué)式。

3-6從下圖獲取信息，說明為什么鋰錦氧化物正極材料在充電和放電時(shí)晶體

中的鋰離子可在晶體中移動(dòng)，并且個(gè)數(shù)可變。并說明晶體中鋰離子的增減對(duì)銃的

氧化態(tài)有何影響。

圖3-2鋰?yán)弿?fù)合氧化物正極材料的抱負(fù)晶體的結(jié)構(gòu)示意圖

第4題（6分）用EDTA配位滴定法可測(cè)定與Cd+和ZiP+共存的A1"的含量,

以PAN為指示劑，測(cè)定的相對(duì)誤差＜±0.1%o測(cè)定過程可表述如下（注:表中的

配合物電荷數(shù)被省略;游離的EDTA的各種形體均被簡(jiǎn)寫為丫）：

ZnYZnY

Zn2+CuYCuY

EDTA（過量，匕）.六次（亞）甲基四胺Cu?土溶液滴定

2+A1YrPANrA1Y

Cu丫2,

pH-3,AAl3+pH5?6,APAN

Al3+

YY

ABC

ZnYZnY

ZnY

CuYcE+溶液滴定_CuY

CuYNH4F一

△沸一33

A1YAIF6-匕AIF6-

Cu-PANPAN?

Y

DEF

附：配合物穩(wěn)定常數(shù)的對(duì)數(shù)值IgK槍的數(shù)據(jù)：

CuY18.8ZnY16.5A1Y16.1A1FW-19.7

Cu-PAN16

4-1寫出從D框狀態(tài)到E框狀態(tài)的反映式并配平。

4-2F框狀態(tài)內(nèi)還應(yīng)存在何種物質(zhì)？

4-3是否需確知所用EDTA溶液的準(zhǔn)確濃度?H是否需要準(zhǔn)確讀取并記錄？

簡(jiǎn)述因素。

4-4若從C框狀態(tài)到D框狀態(tài)時(shí)Ci?+溶液滴過量了，問：

(i)對(duì)最終的測(cè)定結(jié)果將引入正誤差還是負(fù)誤差？還是無影響？

(ii)如你認(rèn)為有影響，在實(shí)驗(yàn)方面應(yīng)如何解決？

4-5設(shè)試液取量的和0、%、匕均以mL為單位,MAI為A1的摩爾質(zhì)量(g.mo

1'),c(EDTA),c(Cu)分別為EDTA和Cu2+溶液的濃度(mol-L1),列出試

液中Al含量(g.L“)的計(jì)算式。

第5題(6分)同分異構(gòu)體分子中的原子(團(tuán))在空間有特定取向而使它有也許

與其鏡像不相重合而呈現(xiàn)對(duì)映異構(gòu)體，這類分子被稱為手性分子。

5-1已知(R)CHBrCIF的旋光活性的符號(hào)可用(+)來表達(dá)，下列1~±

所示的4個(gè)結(jié)構(gòu)式中哪個(gè)是左旋的？

5-3帶有三個(gè)不同取代基的月申化物如CH3As(C2H5)(C6H5cH2)有光學(xué)活性,

但帶有三個(gè)不同取代基的胺如CH3NC2H5)(C6H5cH2)沒有光學(xué)活性，為

什么？但類似L那樣結(jié)構(gòu)的光學(xué)活性的胺又是可以穩(wěn)定存在的了，為什

么？

第6題(8分)甲醛亦稱“蟻醛”。含甲醛37?40%、甲醇8%的水溶液俗稱

“福爾馬林”。甲醛是重要的有機(jī)合成原料，大量用于生產(chǎn)樹脂、合成纖維、藥物、

涂料以及用于房屋、家具和種子的消毒等。

運(yùn)用下表所給數(shù)據(jù)回答問題(設(shè)和Sm?均不隨溫度而變化)。

一些物質(zhì)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)(298.15K)

e-11

物質(zhì)Af77m/kJ-m01Sne/J-K-'-moF

CzH50H(g)-235.10282.70

CH3OH(g)-200.66239.81

HCHO(g)-108.57218.77

H2O(g)-241.818188.825

CO(g)-110.525197.674

Ag20(s)-31.05121.3

Ag(s)042.55

H2(g)0130.684

O2(g)0205.138

6-1甲醇脫氫是制甲醛最簡(jiǎn)樸的工業(yè)方法:

CH30H(g)=HCHO(g)+H2(g)

甲醇氧化是制甲醛的另一種工業(yè)方法，即甲醇蒸氣和一定量的空氣通過Ag

催化劑層，甲醇即被氧化得到甲醛：

CH30H(g)+1o2(g)=HCHO(g)+H2O(g)

試通過簡(jiǎn)樸的熱力學(xué)分析，對(duì)298.15K時(shí)的上述兩種方法作出評(píng)價(jià)。

6-2事實(shí)上，甲醇氧化制甲醛的反映，是甲醇

30

脫氫反映和氫氧化合反映的結(jié)合。試通過

計(jì)算分析兩反映結(jié)合對(duì)制甲醛的實(shí)際意

義。

6-3右圖是甲醇制甲醛有關(guān)反映的IgK?隨

溫度T的變化。試指出圖中曲線(1)、(2)、

(3)分別相應(yīng)哪個(gè)化學(xué)反映？為什么？

有關(guān)反映有:

CH,OH(g)=HCHO(g)+H2(g)

CH,OH(g)+1o2(g)=HCHO(g)+H2O(g)

和在氧化法中不可避免的深度氧化反映：

HCHO(g)+1o2(g)=CO(g)+H2O(g)

6-4氧化法制甲醛時(shí)溫度為550。。、總壓為101325Pa的甲醇與空氣混合

物通過銀催化劑,銀逐漸失去光澤并且碎裂。試通過計(jì)算判斷上述現(xiàn)象是

否由于Ag氧化成Ag2O(s)所致。

6-5以CO和H2為原料可以合成甲醇。500C和25MPa時(shí)，CO和H2的

體積比為1:2的合成氣，在催化劑ZnO-SCh—A12O3存在下，發(fā)生如

下兩平行反映①和②：

%CHQH

8+2H,彳11

>^-C2H5OH+-H2O

試計(jì)算平衡產(chǎn)物CH30H和C2H50H的摩爾分?jǐn)?shù)之比。

第7題(6分)化學(xué)反映一般是由若干基元反映構(gòu)成的，所以原則上可由反映

機(jī)理建立反映的速率方程。在科學(xué)研究工作中，往往根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)先假設(shè)反映機(jī)

理，然后再用各種實(shí)驗(yàn)方法和手段，檢查所設(shè)反映機(jī)理的對(duì)的性。

硝酰胺在水溶液中的分解反映為：

（）HO

NO2NH2——>N2og+2

實(shí)驗(yàn)測(cè)得其速率方程為：

dc'NOzNH?_,.

r

NO2NH2=J_=幺CNOZNH?/。小。，

7-1有研究者提出下列三種反映機(jī)理，你認(rèn)為什么者是合理的?并寫出在的

表達(dá)式。

k

①。NO2NH2'->N20（g）+H20

k\

+

②。NO2NH2+H30、jN02NH3++H20（瞬間達(dá)

k-i

成平衡）

N02NH3+—N20（g）+H3O'（緩慢反映）

+

③NO,NH,+H20r_NO,NET+H30（瞬間達(dá)成平

衡）

NO2NH-—N2O（g）+OH-（緩慢反映）

HQ++OH-2H2O（快速反映）

7-2在實(shí)驗(yàn)溫度和pH恒定的緩沖介質(zhì)中，將反映在密閉的容器中進(jìn)行，測(cè)得

N2O氣體的壓力p隨時(shí)間的變化數(shù)據(jù)如下表：

〃min051015202500

p/kP

06.8012.4017.2020.8024.0040.00

a

求NC^NH?分解反映的半衰期42,并證明1gf〃2與緩沖介質(zhì)的PH呈線性關(guān)

系。

第8題（10分）青蒿素是我國(guó)的科技工作者于1972年從中藥青蒿中提取得

到的，其結(jié)構(gòu)在1976年得到確認(rèn)。據(jù)英國(guó)的《自然》雜志在2023年8月的一

篇論文中報(bào)道，青蒿素與瘧蟲接觸后直接與瘧蟲的細(xì)胞膜作用而起到殺蟲效果，

故半衰期短，瘧蟲也難以產(chǎn)生抗藥性。此外，青蒿素還沒有抗瘧常用藥“奎寧”

所產(chǎn)生的副作用。我國(guó)研制的青蒿素類藥物“蒿甲醛”于2023年接受了泰國(guó)最

高醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的表彰。青蒿素的結(jié)構(gòu)式如上所示。

8-1青蒿素分子中有什么官能團(tuán)？

8-2青蒿素分子中有幾個(gè)手性碳原子？

8-3青蒿素的全合成工作也是由我國(guó)的科研人員初次完畢的，根據(jù)給予的反

映過程寫出a,。,c,d,e,f,g,h,i,J?所代表的反映試劑。

8-4全合成工作中最后一步從坨到L的反映涉及到哪幾種化學(xué)反映類型？

H9H3

H<H?H?

xxx

PhCH2O-*'PhCH2O-\PhCH2O

234

H;H;

H?

-SrZ^TlHC(OMe)：

-SOH(0H

(

PhCH2O-^H3CO2T\x

H3co,cr'

567

H>OH;oH1

廣吧三'八十、O，/hv*

VsSVCHCJ^-HOO-JI-------

3鶻女

z

H^CO2CH382cA_7式H3co2c

S.9ill

2023年全國(guó)高中學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽實(shí)驗(yàn)試題

2023.1.16.上海

營(yíng)號(hào)_________________

從鹽泥中提取七水合硫酸鎂

注意事項(xiàng)：

1、實(shí)驗(yàn)考試總分計(jì)為100分。實(shí)驗(yàn)考試用紙涉及“實(shí)驗(yàn)試題”

和“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”兩部分。實(shí)驗(yàn)試題第6頁由監(jiān)考教師逐人發(fā)放。

2、實(shí)驗(yàn)考試時(shí)間為5小時(shí),每超過5分鐘扣3分，最長(zhǎng)不得超過

20分鐘。請(qǐng)考生仔細(xì)閱讀試題內(nèi)容，合理安排時(shí)間?？捎米詡涞挠?jì)

算器解決數(shù)據(jù)。

3、實(shí)驗(yàn)前請(qǐng)檢查所提供的儀器，若有問題，向監(jiān)考教師報(bào)告。

4、若制備實(shí)驗(yàn)失敗，可向監(jiān)考教師索要產(chǎn)品進(jìn)行分析，但要扣除

30分。若出現(xiàn)制備實(shí)驗(yàn)重做，每索要一次原料扣除10分。分析實(shí)驗(yàn)

中，平行測(cè)定少做一次扣3分，重稱1次扣2分。

5、需監(jiān)考教師簽字處,考生務(wù)必積極配合，未簽字者實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按無效論處。偽造數(shù)據(jù)者，按零分計(jì)。

6、注意安全，必須配戴防護(hù)眼鏡和手套。

7、廢棄物和回收的溶劑應(yīng)放入指定的容器內(nèi)。

8、完畢所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后將產(chǎn)品、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)試題交給監(jiān)考

教師,并由監(jiān)考教師簽字。清洗儀器并整理桌面后方可離開考場(chǎng)(清理

時(shí)間不計(jì)入實(shí)驗(yàn)時(shí)間)。

一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

鹽泥是氯堿工業(yè)中的廢渣,分為一次鹽泥和二次鹽泥。一次鹽泥

中具有鎂、鈣、鐵、鋁、鍋的硅酸鹽和碳酸鹽等成分，其中含鎂(以

Mg(OH)2計(jì))約15%。本實(shí)驗(yàn)規(guī)定從一次鹽泥中提取MgSO4鄉(xiāng)H2O。

本實(shí)驗(yàn)考試具體內(nèi)容涉及下列三個(gè)部分：

1、從一次鹽泥中提取MgSO4?7H2。。

2、測(cè)定MgSO4?7H2。的含量。

3、回答思考題并完畢實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

二、物質(zhì)的某些性質(zhì)

10

1、左打Mg(0H)2]=6.OXIO&就Ca(0H)2]=3.7

X10-6

Fe(OH)3]=3.OX10-K(OH)2]=8.0

X1016

l4

A：se[Mn(OH)2]=4.0X10-o(OH)3]=1.3X

IO-33

2、物質(zhì)的溶解度(g/100gH20)

物市7版?01020406080100

MgSO4?7H2O20.323.325.230.835.335.833.4

CaSO4?2H2O0.2230.2240.2550.2650.2440.2340.205

3、相對(duì)原子質(zhì)量：H1.01,O16.00,S32.07,Mg2

4.31,Zn65.39

三、重要試劑和儀器

1、試劑

各人實(shí)驗(yàn)桌上:工業(yè)鹽泥（26克）,6mol-L^HC1,1:1NH3?2O,

銘黑T指示劑,EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液（500mL）0

公用實(shí)驗(yàn)桌上：6moi?LrH2so4,25%三乙醇胺,N%-NH4cl

緩沖溶液（pH=l0）,NaCIO溶液（C.P.）,

丙酮，Zn粒（基準(zhǔn)）。

2、儀器

（1）玻璃器皿

燒杯150酸式滴定管50

1個(gè)1根

mLmL

燒杯250容量瓶250

1個(gè)1個(gè)

mLmL

燒杯400移液管25

1個(gè)1支

mLmL

燒杯100錐形瓶250

1個(gè)3只

0mLmL

量筒50mL1個(gè)稱量瓶1個(gè)

量筒10

1個(gè)洗瓶1個(gè)

mL

蒸發(fā)皿200膠頭滴管

1個(gè)2根

mL

培養(yǎng)皿1套玻璃棒1根

表面皿1個(gè)布氏漏斗、抽濾瓶1套

（2）器材：煤氣燈，三角架，石棉板，石棉網(wǎng)，鐵架臺(tái)，蝴蝶夾，標(biāo)

簽紙，廣泛pH試紙（1?14）,精密pH試紙（0.5-5.0）,濾紙，角勺,

洗耳球，防護(hù)眼鏡，手套,毛刷，去污粉，抹布，點(diǎn)火槍（二人合用）。

（3）公用儀器：電子天平（感量0.01g）,分析天平（感量0.Img）,

抽濾水泵。

四、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

1、MgSO4?7H2O的制備（30分）

在盛有26g鹽泥的燒杯中，加水120mL,攪拌成漿，滴加6

mol-LrH2sO,約18mL,邊滴加邊充足攪拌，防止?jié){料外溢。待

觀測(cè)到反映產(chǎn)生的氣體較少時(shí),開始加熱并繼續(xù)滴加H2s。4調(diào)節(jié)溶液

pH為1?2，加熱微沸20~30分鐘，保持溶液體積和pH值。待反映完

全,抽濾，用少量溫水淋洗。濾渣棄去;濾液倒入250mL的燒杯中，

滴加NaCl0溶液至溶液pH為5?6,加熱煮沸約5~10分鐘,使溶液

中產(chǎn)生深褐色沉淀,待溶液體積約80-100mL,立即趁熱抽濾，用

少量熱水淋洗（濾液若發(fā)黃，則需再加NaCIO反復(fù)上述操作）。濾渣棄

去，濾液倒入蒸發(fā)皿中加熱蒸發(fā)濃縮至稀稠狀后,熄火，取下蒸發(fā)皿

置于石棉板上，冷卻，抽濾。晶體用15mL丙酮洗滌。洗滌后的晶體

放入培養(yǎng)皿中，置于通風(fēng)櫥內(nèi)