中国化学会2003年全国高中学生化学竞赛（省级赛区）试题

中国化学会2003年全国高中学生化学竞赛（省级赛区）试题(一)
中国化学会2003年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题与答案(Word版)

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。

1－2 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的中文化学名称是：脱氧核糖核酸；DNA是由如下三种基本组分构成的：脱氧核糖（基）、磷酸（基）和 碱基 ；DNA中的遗传基因是以 碱基 的排列顺序存储的；DNA双链之间的主要作用力是 氢键 。给出DNA双螺旋结构在现代科技中应用的一个实例：基因重组或基因工程、转基因作物、人类全基因图谱„„ 。（每空1分；无“基”字得分相同。）

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

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 过渡元素 C. 主族元素 D. 稀土元素

3－3 8的是

A. Ga3+ Ti4+ C. Cu+ D. Li+

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。

5－1 5－2 分)

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(1分；不写“＋”给0.5分)

6－2 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。【中国化学会2003年全国高中学生化学竞赛（省级赛区）试题】

画成不符合化学式者如：

分。 ， 不是同一形状平行四边形的最小体积者以及不符合平移特征的图形均不得

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 84 ％。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）

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。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Koo

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

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。

COOH3

阿司匹林中的羧酸和柠檬酸根反应形成阿司匹林的钠盐。（2

分）

（若写方程式表达得分相同，但必须配

平。）

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）。钒酸钇是四方晶体，晶胞参数 a = 712 pm, c = 629 pm,密度d = 4.22 g/cm3，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。

一个晶胞中的原子数：4X6=24 （2分） （类似过程或步骤合并，得分相同）

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。

中国化学会2003年全国高中学生化学竞赛（省级赛区）试题(二)
2003中国化学会全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题

中国化学会2003年全国高中学生化学竞赛（省级赛区）试题

（2003年9月14日 9︰00－12︰00 共计3小时）

 竞赛时间3小时。迟到超过30分钟者不能进考场。开始考试后1小时内不得离场。时间到，把试卷（背

面前上）放在桌面上，立即起立撤离考场。

 试卷装订成册，不得拆散。所有解答必须写在站定的方框内，不得用铅笔填写。草稿纸在最后一页。不

得持有任何其他纸张。

 姓名、报名号和所属学校必须写在首页左侧指定位置，写在其他地方者按废卷论。  允许使用非编程计算器以及直尺等文具。

第一题（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．用系统命名法命名芥子气。

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。

3．用碱液可以解毒。写出反应式。 第二题（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；构成DNA的三种基本组分是： 、 和 ；DNA中的遗传基因是以 的排列顺序存储的；DNA双键之间的主要作用力是 DNA双螺旋结构在现代科技中应用的一个实例： 。

第三题（5分）

在正确选项上圈圈。

1．下列化学键中碳的正电性最强的是

A．C－F B．C一O C．C－Si D．C－Cl 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．下列离子中最外层电子数为8的是

A．Ga3＋ B．Ti4＋ C．Cu＋ D．Li＋

第四题（8分）

在30℃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健方式。

1．写出X、Y的最简式，给出推理过程。

X的最简式： Y的最简式： 推理过程：

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）。 第五题（6分）

右图是一种正在投入生系统。左右两侧为电解质储池，电解质通过泵不断在储环；电池中的左右两侧为电选择性膜，在电池放电和充许钠离子通过；放电前，被质为Na2S2和NaBr3，放电Na2S4和NaBr。

1．左、右储罐中的电解

产的大型蓄电

罐，中央为电罐和电池间循极，中间为离子电时该膜可允膜隔开的电解后，分别变为质分别为：

左： ；右： 。 2．写出电池充电时，阳极和阴极的电极反应。

阳极： ；阴极： 。 3．写出电池充、放电的反应方程式。

4．指出在充电过程中钠离子通过膜的流向。

第六题（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。

1.3H2O，据报道，该晶体的化学式为Na0.35CoO2·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。

1．钴原子的平均氧化态为。

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：石墨的二维晶胞是右图中用粗线围拢的平行四边形。

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。

第七题（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。

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 以100％。

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80℃，压

77

力10Pa；后一反应用镍催化剂，温度80～120℃，压力1.6×10Pa。对比之下，新工艺至少具有以下3种绿色化学特征：

① ② ③ 第八题（12分） 1．（4分）1摩尔高锰酸钾在240～300℃加热释放出19.2g氧气，写出反应方程式。（已知K2MnO4 640℃分解，K3MnO4 800℃分解。）

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2g/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。

3．（2分）阿司匹林结构式如右，难溶于水。若和适量柠檬酸三钠溶解度。解释原因。

4．（3分）氯仿在苯中的溶解度明显比1，1，1－三氯乙烷的大，能的原因（含图示）。

混合，即可增大请给出一种可

第九题（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）。钒酸钇是四方晶体，晶胞参数a＝712pm，c＝629pm，密度d＝4.22g/cm3，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。

钒酸钛的化学式： 一个晶胞中的原子数： 计算过程： 第十题（12分）

美国Monsando公司生产了一种除草剂，结构如右图，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。

1．Roundup为无色晶体，熔点高达200℃，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：Roundap在晶体中以什么型式存在？写出它的结构式。

2．加热至200～230℃，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316℃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。

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Roundop后三级电离的方程式（方程式中的型体附加①②③④标注），并问：Roundup在植物动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。

电离方程式：

植物动皮液的主要型体： 细胞内液的主要型体：

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？

第十一题（10分）

6，9－三烯9%，6－二烯57％， 某烯烃混合物的摩尔分数为十八碳－3，十八碳－3，十八碳－3一烯34％。

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。 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。

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。

第十二题（12分）

中和1.2312g平面构型的羧酸消耗18.00mL 1.20mol/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。

核酸的结构式： 脱水产物的结构式： 推理过程：

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参考答案

第一题（5分）

1．2－氯乙硫醚（或2－氯乙烷硫化物）（1分）

2．2ClCH2CH2OH＋Na2S＝(HOCH2CH2)2S＋2NaCl（1分） (HOCH2CH2)2S＋2HCl＝(ClCH2CH2)2S＋2H2O（1分） 2CH2＝CH2＋S2Cl2＝(ClCH2CH2)2S＋S（1分）

－

3．(ClCH2CH2)2S＋2OH－＝(HOCH2CH2)2S＋2Cl－（1分）（用NaOH代替OH也可。方程式必须配平才能得分。） 第二题（7分）

脱氧核糖核酸 脱氧核糖（基） 磷酸（基） 碱基 碱基 氢键 基因重组（或基因工程、转基因作物、人类全基因图谱„„）（每空1分；无“基”字得分相同。）

第三题（5分）

1．A 2．B 3．B

第四题（8分）

1．NaBH8O7 NaBH2O4（各1分；写成水合物也可）

Na B H O

14.90/23.0＝0.648 7.03/10.8＝0.651 5.24/1.008＝5.20 72.83/16.0＝4.55 1 1 8 7

X变成Y是脱水过程。X为NaBH2O4·3H2O，则Y中Na的质量百分数为23/99.8＝0.23 （若X是NaBO3·4H2O，则Y中Na的质量分数为23/81.8＝0.28不符合题意。）（1分）

2-HO

O

BHO

O

O

O

B

OHOH

2．

（5分；不写“2－”不扣分。）

（参考图形：）

第五题（6分）

1．左：NaBr3/NaBr（1分；只写一种也可）右：Na2S2/Na2S4（1分；只写一种也可）

2．阳极：3NaBr－2e－＝NaBr3＋2Na＋（1分） 阴极：Na2S4＋2Na＋＋2e－＝2Na2S2（1分）

Na2S3．2NaS2+NaBr＋ NaBr223Na 3NaBr3NaBr（1分） 2S4+2S4＋

4．Na＋的流向为从左到右。（1分） 第六题（12分）

1．＋3.65（1分；不写“＋”给0.5分）

2

．

、

（或

或

（画出1种晶胞给6分，画出2种晶胞给9分）

（画成不符合化学式者如：，不是同一形状平行四边形的最小体积者以及不符合平移特征的

图形均不得分。）

3．Na0.7CoO2＋0.35/2Br2＝Na0.35CoO2＋0.35NaBr（2分，未配平不给分。） 第七题（5分） 1．84（2分）

2．原子利用率高，使用了可再生的植物资源，反应在温和条件下进行因而能耗低，不使用贵金属催化剂，不使用有机溶剂，有毒污染物排放少，反应在温和条件进行而不使用高压设备，„„。（共3分；每答出上列各点之一给1分。）

第八题（12分）

1．5KMnO4＝K2MnO4＋K3MnO4＋3MnO2＋3O2（4分）

O

H3C2．

CH3N

COONa

N

HO

（3分）（不要求氢键的键角和方向，但要求画在有孤对电

NNCH3

O

子的氮原子上。）

3．阿司匹林中的羧酸和柠檬酸根反应形成阿司匹林的钠盐。（2分）（若写方程式表达得分相同，但必须配平。）

Cl

ClCl

4．（2分） CHCl3的氢原子与苯环的共軛电子形成氢键。（1分）（若只写“氢键”给1

分。）

第九题（6分）

钒酸钇的化学式：YVO4（1分）

计算过程：YVO4的摩尔质量为203.8g/mol；钒的质量分数为50.9/203.8＝025合题意。 203.8/4.22＝48.3cm3/mol

2303223

四方晶胞的体积V＝712×629×10－cm＝3.18×10－cm（1分） 48.3/6.02×1023＝8.02×10－23cm3（1分） 3.18X10－22/8.02×10－23＝3.97≈4（1分）

中国化学会2003年全国高中学生化学竞赛（省级赛区）试题(三)
2004中国化学会全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题

姓名

 竞赛时间3小时。迟到超过半小时者不能进考场。开始考试后1小时内不得离场。时

间到，把试卷(背面朝上)放在桌面上，立即起立撤离考场。

 试卷装订成册，不得拆散。所有解答必须写在指定的方框内，不得用铅笔填写。草稿

纸在最后一页。不得持有任何其他纸张。

 姓名、报名号和所属学校必须写在首页左侧指定位置，写在其他地方者按废卷论。  允许使用非编程计算器以及直尺等文具。

省市自治区报名号

赛场学校

第1题（4分） 2004年2月2日，俄国杜布纳实验室宣布用核反应得到了两种新元素X和Y。X是用高能48Ca撞击24395Am靶得到的。经过100微秒，X发生α-衰变，得到Y。然后Y连续发生4次α-衰变，转变为质量数为268的第105号元素Db的同位素。以X和Y的原子序数为新元素的代号（左上角标注该核素的质量数），写出上述合成新元素X和Y的核反应方程式。

48288

答案： 243115+3n （2分）不写3n不得分。答291115不得分。 95Am+ 20Ca = 288115 = 284113 + 4He （2分） 质量数错误不得分。 4He也可用符号α。 （答下式不计分：284113-44He = 268105或268（蓝色为答案，红色为注释，注释语不计分，105Db）

赛区

下同）

第2题（4分）2004年7月德俄两国化学家共同宣布，在高压下氮气会发生聚合得到高聚

当前第 1

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氮, 这种高聚氮的N-N键的键能为160 kJ/mol (N2的键能为942 kJ/mol)，晶体结构如图所示。在这种晶体中，每个氮原子的配位数为 ；按键型分类时，属于 晶体。这种固体的可能潜在应用是 ，这是因为： 。

答案： 3 原子晶体 炸药（或高能材料） 高聚氮分解成

N2释放大量能量。（各1分）

第3题（6分）某实验测出人类呼吸中各种气体的分压/Pa如下表所示：

3－1 请将各种气体的分子式填入上表。

3－2 指出表中第一种和第二种呼出气体的分压小于吸入气体分压的主要原因。 答案：

（每空1分，共4分） 呼出气中的N2的分压小于吸入气中的分压的主要原因是呼出气中的CO2和水蒸气有较大分压，总压不变，因而N2的摩尔分数下降（1分）；呼出气中的O2的分压小于吸入气中的分

压的主要原因是吸入的O2被人体消耗了。 （1分） （共2分）

第4题（15分）在铜的催化作用下氨和氟反应得到一种铵盐和一种三角锥体分子A（键角102o，偶极矩0.78x10-30 C·m；对比：氨的键角107.3o，偶极矩4.74x10-30 C·m)； 4-1 写出A的分子式和它的合成反应的化学方程式。

答案： NF3 （1分） 4NH3 + 3F2 = NF3 + 3NH4F（1分） （共2分） 4-2 A分子质子化放出的热明显小于氨分子质子化放出的热。为什么？

答案：N-F 键的偶极方向与氮原子孤对电子的偶极方向相反，导致分子偶极矩很小，因此质子化能力远比氨质子化能力小。 画图说明也可，如：

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（1分）

4-3 A与汞共热，得到一种汞盐和一对互为异构体的B和C（相对分子质量66）。写出化学方程式及B和C的立体结构。 答案：

2NF3 +2Hg = N2F2 + 2HgF2 （1分）

(14+19)X2=66 （每式1分） （共3分）

4-4 B与四氟化锡反应首先得到平面构型的D和负二价单中心阴离子E构成的离子化合物；这种离子化合物受热放出C，同时得到D和负一价单中心阴离子F构成的离子化合物。画出D、E、F的立体结构；写出得到它们的化学方程式。

答案：

D

E

F （每式1分）

2 N2F2 + SnF4 = [N2F+]2[SnF6]2- （1分）

[N2F+]2[SnF6]2- = [N2F] +[SnF5]- + N2F2 （1分） （共5分） 4-5 A与F2、BF3反应得到一种四氟硼酸盐，它的阳离子水解能定量地生成A和HF，而同时得到的O2和H2O2的量却因反应条件不同而不同。写出这个阳离子的化学式和它的合成反应的化学方程式，并用化学方程式和必要的推断对它的水解反应产物作出解释。 答案：

阳离子的化学式为NF4+。（1分）

NF3 + F2 + BF3 = NF4+BF4- （1分）

NF4+水解反应首先得到HOF （否则写不出配平的NF4+水解反应）: NF4++H2O = NF3+HOF+H+ 定量生成NF3。（1分）

而反应2HOF = 2HF+O2和反应HOF+H2O = HF+H2O2 哪一反应为主与反应条件有关，但无论哪一反应为主却总是定量生成HF。（1分） （共4分）

第5题（7分）研究发现，钒与吡啶-2-甲酸根形成的单核配合物可增强胰岛素降糖作用，它是电中性分子，实验测得其氧的质量分数为25.7 %, 画出它的立体结构，指出中心原子的氧化态。要给出推理过程。 答案：吡啶甲酸根的相对分子质量为122。设钒与2个吡啶甲酸根络合，50.9＋244＝ 295，氧的质量分数为21.7%;设钒与3个吡啶甲酸根络合，50.9＋366＝417，氧的质量分数为23.0 %;设钒与4个吡啶甲酸根结合，50.9＋488＝539，氧的质量分数为23.7%；设钒与5个吡啶甲酸根结合，50.9＋610＝661，氧的质量分数为24.2%；钒与更多吡啶甲酸根络合将使钒的氧化态超过+5而不可能，因而应假设该配合物的配体除吡啶甲酸根外还有氧，设配合物为VO(吡啶甲酸根)2, 相对分子质量为50.9＋16.0＋244＝311，氧的

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质量分数为25.7%,符合题设。（3分）

结论：该配合物的结构如下： (其他合理推论也可)

和/或得分相同（2分）

钒的氧化态为 +IV （或答＋4或V+4） （1分）

钒与吡啶甲酸根形成的五元环呈平面结构，因此，该配合物的配位结构为四角锥体（或四方锥体），氧原子位于锥顶。 （1分） （共7分）【中国化学会2003年全国高中学生化学竞赛（省级赛区）试题】

通过计算得出VO(C6H4NO2)2，但将配位结构画成三角双锥，尽管无此配位结构，却也符合题意，建议总共得4分，以资鼓励。用有效数字较多的原子量数据通过计算得出V(C6H4NO2)3·H2O，氧含量为25.7%，钒+3，五角双锥，尽管由于环太大而不可能，却也符合题意，建议总共得4分，以资鼓励。

第6题（6分）最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。鉴于这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该晶体的结构可看作由镁原子和镍原子在一起进行(面心)立方最密堆积(ccp)，它们的排列有序，没有相互代换的现象（即没有平均原子或统计原子），它们构成两种八面体空隙，一种由镍原子构成，另一种由镍原子和镁原子一起构成，两种八面体的数量比是1 : 3，碳原子只填充在镍原子构成的八面体空隙中。 6－1 画出该新型超导材料的一个晶胞（碳原子用小球，镍原子用大

球）。

6－2 写出该新型超导材料的化学式。 答案： 6－1

（5分）

在（面心）立方最密堆积－填隙模型中，八面体空隙与堆积球的比例为1 : 1, 在如图晶胞中，八面体空隙位于体心位置和所有棱的中心位置，它们的比例是1 : 3，体心位置的八面体由镍原子构成，可填入碳原子，而棱心位置的八面体由2个镁原子和4个镍原子一起构成，不填碳原子。

6－2 MgCNi3（化学式中元素的顺序可不同，但原子数目不能错）。 （1分）

第7题（9分）用2份等质量的XeF2和XeF4混合物进行如下实验：

（1） 一份用水处理，得到气体A 和溶液B，A 的体积为56.7 mL（标准状况，下同），

其中含O2 22.7 mL，余为Xe。B中的XeO3能氧化30.0mL浓度为0.100mol/L的(NH4)2Fe(SO4)2。

（2） 另一份用KI溶液处理，生成的I2被0.200mol/L Na2S2O3滴定，用去Na2S2O3 35.0

mL。

求混合物中XeF2和XeF4各自的物质的量。 答案：

由（1）求Xe的总量： Xe 56.7mL-22.7mL=34.0mL 34,0 mL/2.24 x104 mL/mol = 1.52x10-3 mol (1分）

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球，镁原子用大

XeO3 + 6Fe2+ + 6H+ = Xe + 6Fe3+ + 3H2O

1 : 6 （1分） x 0.100mol/Lx0.0300mL

x = 5.0x10-4 mol (1分） Xe的总量 1.52x10-3 mol + 5.0x10-4 mol = 2.02x10-3 mol （1分） 由（2）

XeF2 + 2I-

I2 ~ 2S2O32-

1 2 （1分） y z z = 2 y (1分） XeF4 + 4I- 2I2 ~ 4S2O32-

1 4 （1分） 2.02x10-3 - y 0.200 mol/Lx0.0350 L -z

y = 5.4x10-4 mol (XeF2) (1分） XeF4 2.02x10-3 mol - 5.4x10-4 mol = 1.48x10-5 mol （1分） 第8题（8分）今有化学式为Co(NH3)4BrCO3的配合物。 8－1 画出全部异构体的立体结构。 8－2 指出区分它们的实验方法。 答案

8－1 三种。 立体结构如下：

I II III （各2分，共6分）

结构式中的碳酸根离子也可用路易斯结构式表示，但须表明是单齿还是双齿配位（可不标2-）；编号任意，但须与下题的分析对应；CO32-不能用π电子配位（受限于Co的配位数及NH3必为配体）。画其他配位数的配合物不计分。 8－2 配合物III可通过其离子特性与另两个配合物区分开：滴加AgNO3溶液，Br-立即被沉淀下来（而直接与钴配位的溴相当缓慢地沉淀）。也可通过测定电导将III与I、II区分（用红外光谱法区分也可）(1分)。I的偶极矩比II的偶极矩小，因此测定极性可将两者区分开（1分）。（共2 分）

第9题（6分）下图摘自一篇新近发表的钒生物化学的论文。回答如下问题：

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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(四)
中国化学会2003年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题

中国化学会2003年全国高中学生化学竞赛（省级赛区）试题

（2003年9月14日 9︰00－12︰00 共计3小时）

 竞赛时间3小时。迟到超过30分钟者不能进考场。开始考试后1小时内不得离场。时

间到，把试卷（背面前上）放在桌面上，立即起立撤离考场。

 试卷装订成册，不得拆散。所有解答必须写在站定的方框内，不得用铅笔填写。草稿纸

在最后一页。不得持有任何其他纸张。

 姓名、报名号和所属学校必须写在首页左侧指定位置，写在其他地方者按废卷论。  允许使用非编程计算器以及直尺等文具。

第一题（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．用系统命名法命名芥子气。

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。

3．用碱液可以解毒。写出反应式。

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的三种基本组分是： DNA

DNA双键之间的主要作用力是 中的遗传基因是以 给

出DNA双螺旋结构在现代科技中应用的一个实例： 。

第三题（5分）

在正确选项上圈圈。

1．下列化学键中碳的正电性最强的是

A．C－F B．C一O C．C－Si D．C－Cl 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．下列离子中最外层电子数为8的是

A．Ga3＋ B．Ti4＋ C．Cu＋ D．Li＋

第四题（8分）

在30℃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健方式。

1．写出X、Y的最简式，给出推理过程。

X的最简式： Y的最简式： 推理过程：

2－

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

右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。

1．左、右储罐中的电解质分别为：

左： ；右： 。 2．写出电池充电时，阳极和阴极的电极反应。

阳极： ；阴极： 。 3．写出电池充、放电的反应方程式。

4．指出在充电过程中钠离子通过膜的流向。

第六题（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。

1．钴原子的平均氧化态为。

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：石墨的二维晶胞是右图中用粗线围拢的平行四边形。

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。

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。

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．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

7

化剂或铑催化剂，温度80℃，压力10Pa；后一反应用镍催化剂，温度80～120℃，压力1.6

7

×10Pa。对比之下，新工艺至少具有以下3种绿色化学特征：

① ② ③

第八题（12分） 1．（4分）1摩尔高锰酸钾在240～300℃加热释放出19.2g氧气，写出反应方程式。（已知K2MnO4 640℃分解，K3MnO4 800℃分解。）

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2g/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。

3．（2分）阿司匹林结构式如右，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。

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）。

第九题（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）。钒酸钇是四

3

方晶体，晶胞参数a＝712pm，c＝629pm，密度d＝4.22g/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。

钒酸钛的化学式： 一个晶胞中的原子数： 计算过程：

中国化学会2003年全国高中学生化学竞赛（省级赛区）试题(五)
2003年全国高中学生化学竞赛(省级赛区)试题

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。

1－2 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+

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。

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。

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第

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。【中国化学会2003年全国高中学生化学竞赛（省级赛区）试题】

6－1 钴原子的平均氧化态为

6－2

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％。

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）。钒酸钇是四方晶体，晶胞参数 a = 712 pm, c = 629 pm,密度d = 4.22 g/cm3，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。

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。

OHCOCH2

oOHNCH2OHPOH 10－1 Roundup为无色晶体，熔点高达200C，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。

-

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％。

11－2 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。

其他符合逻辑的应答也可，不完整应扣分。）

设羧酸为n元酸，则：

羧酸的摩尔质量为M = 1.2312 g/[(1.20 mol/LX18.00 mL/1000)/n] = 57n g/mol

羧基（COOH）的摩尔质量为45 g/mol, 对于n元酸，n个羧基的摩尔质量为45n g/mol， n元酸分子中除羧基外的基团的摩尔质量为(57－45)Xn=12n, n=1,2,3,4……，

该基团只能是n个碳原子才能保证羧酸的摩尔质量为57n g/mol。

对于一元酸：n=1, 结构为：C-COOH ，不存在。

对于二元酸：n=2，结构为 HOOC-C≡C-COOH （尚非最大摩尔质量平面结构）

对于三元酸：n=3, 无论3个碳呈链状结构还是三元环结构，都不存在。

对于四元酸：n=4，结构为：

HOOCCOOH

HOOC

CCCCCOOH

COOHHHOOCCOOH 或 H

OOC或

第一个结构符合题意，但尚非最大摩尔质量的平面结构羧酸（注；且不能稳定存在） 后两者具非平面结构，不符合题意。（最右边的结构可不写）

五元酸跟三元酸一样不能存在。（或得出结论：n为奇数均不能成立。）

对于六元酸：n=6, 羧酸及其脱水产物结构式如上。羧酸具平面结构，符合题意。

脱水产物的碳含量＝12MC/(12MC+9MO) = 50%。符合题意。

n更大，不可能再出现平面结构的羧酸。（或用碳架结构表示）

本试题版权归中国化学会所有。未经允许不得上网、刊载或引用。本试题的参考答案于2003年9月16日中午12:00在新浪网

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