2017年第31届中国化学奥林匹克(初赛)试题及答案(WORD版)

第28届中国化学奥林匹克初赛试题第1题（6分）合成氨原料气由天然气在高温下与水和空气反应而得。

涉及的主要反应如下：（1）CH4(g)＋H2O(g)→CO(g)＋3H2(g)（2）2CH4(g)＋O2(g)→2CO(g)＋4H2(g)（3）CO(g)＋H2O(g)→H2(g)＋CO2(g)假设反应产生的CO全部转化为CO2，CO2被碱液完全吸收，剩余的H2O通过冷凝干燥除去。

进入合成氨反应塔的原料气为纯净的N2和H2。

1-1为使原料气中的N2和H2的体积比为1∶3，推出起始气体中CH4和空气的比例。

设空气中O2和N2的体积比为1∶4，所有气体均按理想气体处理。

1-2计算反应（2）的反应热。

已知：（4）C(s)＋2H2(g)→CH4(g)ΔH4＝－74.8kJ mol－1（5）C(s)＋1/2O2(g)→CO(g)ΔH5＝－110.5kJ mol－1第2题（5分）连二亚硫酸钠是一种常用的还原剂。

硫同位素交换和核磁共振实验证实，其水溶液中存在亚硫酰自由基负离子。

2-1写出该自由基负离子的结构简式，根据VSEPR理论推测其形状。

2-2连二亚硫酸钠与CF3Br反应得到三氟甲烷亚磺酸钠。

文献报道，反应过程主要包括自由基的产生、转移和湮灭（生成产物）三步，写出三氟甲烷亚磺酸根形成的反应机理。

第3题（6分）2013年，科学家通过计算预测了高压下固态氮的一种新结构：N8分子晶体。

其中，N8分子呈首尾不分的链状结构；按价键理论，氮原子有4种成键方式；除端位以外，其他氮原子采用3种不同类型的杂化轨道。

3-1画出N8分子的Lewis结构并标出形式电荷。

写出端位之外的N原子的杂化轨道类型。

3-2画出N8分子的构型异构体。

第4题（5分）2014年6月18日，发明开夫拉（Kevlar）的波兰裔美国女化学家Stephanie Kwolek 谢世，享年90岁。

开夫拉的强度比钢丝高5倍，用于制防弹衣，也用于制从飞机、装甲车、帆船到手机的多种部件。

第31 屆中國化學奧林匹克(初賽)試題（2017 年8 月27 日9:00 ~ 12:00）●競賽時間3 小時。

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草稿紙在最後一頁。

不得持有任何其他紙張。

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●允許使用非編程計算器以及直尺等文具。

第 1 題（10 分）根據條件書寫化學反應方程式。

1-1工業上從碳酸氫銨和鎂硼石[Mg2B2O4(OH)2]在水溶液中反應制備硼酸。

1-2從乏燃料提取鈈元素の過程中，利用亞硝酸鈉在強酸溶液中將Pu3+氧化為Pu4+。

1-3N aBH4與氯化鎳（摩爾比2:1）在水溶液中反應，可得到兩種硼化物：硼化鎳和硼酸（摩爾比1:3）。

1-4通過KMnO4和H2O2在KF-HF 介質中反應獲得化學法制F2の原料K2MnF6。

1-5磷化氫與甲醛の硫酸溶液反應，產物僅為硫酸鏻（鹽）。

第 2 題（10 分）2-1氨晶體中，氨分子中の每個H 均參與一個氫鍵の形成，N 原子鄰接幾個氫原子？1摩爾固態氨中有幾摩爾氫鍵？氨晶體融化時，固態氨下沉還是漂浮在液氨の液面上？2-2P4S5是個多面體分子，結構中の多邊形雖非平面狀，但仍符合歐拉定律，兩種原子成鍵後價層均滿足8 電子，S の氧化數為-2。

畫出該分子の結構圖（用元素符號表示原子）。

2-3水煤氣轉化反應[CO(g) + H2O(g) → H2(g) + CO2(g)]是一個重要の化工過程，已知如下鍵能(BE)數據：BE(C≡O) =1072 kJ·mol-1，BE(O-H) = 463 kJ·mol-1，BE(C=O) = 799 kJ·mol-1，BE(H-H) = 436 kJ·mol-1估算反應熱，該反應低溫還是高溫有利？簡述理由。

82Univ. Chem. 2018, 33 (2), 82−92收稿：2017-11-28；录用：2017-11-29*通讯作者，Email: ctw@•竞赛园地• doi: 10.3866/ 第31届中国化学奥林匹克(初赛)试题解析(二)常泰维*，戴昱民，方润亭，李宇轩，孙斯达，孙泽昊，王泽淳，曾承禹，张宇婷 北京大学化学与分子工程学院，北京 100871第6题题目(12分)钌的配合物在发光、光电、催化、生物等领域备受关注。

6-1 研究者制得一种含混合配体的Ru(II)配合物[Ru(bpy)n (phen)3−n ](ClO 4)2 (配体结构如下图)。

元素分析结果给出C 、H 、N 的质量分数分别为48.38%、3.06%、10.54%。

磁性测量表明该配合物呈抗磁性。

6-1-1 推算配合物化学式中的n 值。

6-1-2 写出中心钌原子的杂化轨道类型。

6-2 利用显微镜观察生物样品时，常用到一种被称为“钌红”的染色剂，钌红的化学式为[Ru 3O 2(NH 3)14]Cl 6，由[Ru(NH 3)6]Cl 3的氨水溶液暴露在空气中形成，钌红阳离子中三个钌原子均为6配位且无金属-金属键。

6-2-1 写出生成钌红阳离子的反应方程式。

6-2-2 画出钌红阳离子的结构式并标出每个钌的氧化态。

6-2-3 写出钌红阳离子中桥键原子的杂化轨道类型。

6-2-4 经测定，钌红阳离子中Ru ―O 键长为187 pm ，远小于其单键键长。

对此，研究者解释为：在中心原子和桥键原子间形成了两套由d 和p 轨道重叠形成的多中心π键。

画出多中心π键的原子轨道重叠示意图。

分析与解答6-1 本题考查对配合物杂化理论的基本理解。

首先元素分析给出了C 、H 、N 的质量分数，那么可以直接除以相对原子质量，转化为摩尔比C : H : N = 32.1 : 24.2 : 6.0，与n = 1 (34 : 24 : 6)和n = 2 (32 : 24 : 6)比较可知n = 2。

第31届中国化学奥林匹克（初赛）试题时间至腹把试卷（背面朝上）放在桌面上，立即起立撤离考场。

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第1题（10分）根据条件书写化学反应方程式。

1- 1工业上从碳酸氢铵和镁硼石［Mg 2B2O4Q H）2］在水溶液中反应制备硼酸。

1- 2从乏燃料提取钚元素的过程中，利用亚硝酸钠在强酸溶液中将Pu3+氧化为Pu4+。

1- 3NaBH4与氯化镍（摩尔比2:1 ）在水溶液中反应，可得到两种硼化物：硼化镍和硼酸（摩尔比1:3）。

1- 4通过KMnO4和H2O2在KF-HF介质中反应获得化学法制F?的原料K2MnF6。

1- 5磷化氢与甲醛的硫酸溶液反应，产物仅为硫酸鏻（盐）。

第2题（10分）2- 1氨晶体中，氨分子中的每个H均参与一个氢键的形成，N原子邻接几个氢原子？1摩尔固态氨中有几摩尔氢键？氨晶体融化时，固态氨下沉还是漂浮在液氨的液面上？2- 2P4S5是个多面体分子，结构中的多边形虽非平面状，但仍符合欧拉定律，两种原子成键后价层均满足8电子，S的氧化数为-2。

画出该分子的结构图（用元素符号表示原子）。

2- 3水煤气转化反应［CO（g）+H 2O（g）fH2（g）+CO 2（g）］是一个重要的化工过程，已知如下键能（BE）数据：BE（OO）=1072kJ - mol1, BE（O-H）=463kJ • mol-1, BE（C=O）=799kJ・ mol-1, BE（H-H）=436kJ mol-1估算反应热，该反应低温还是高温有利？简述理由。

2- 4硫粉和S2-反应可以生成多硫离子。

在10mLS2-溶液中加入0.080g硫粉，控制条件使硫粉完全反应。

检测到溶液中最大聚合度的多硫离子是S32-且S n2-（n=1,2,3,…）离子浓度之比符合等比数列1,10,…,10n-1。

“扬子石化杯”第31届中国化学奥林匹克竞赛（江苏赛区）初赛试卷可能用到的相对原子质量：H:1 C:12 N:14 O:16 Na:23 Al:27 Si:28 Cl:35.5 Fe:56 Co:59 Cu:64 Ag:108 题号 一 二 三 四 五 总分 核分人 得分1．本试卷共22题，用2小时完成，共120分。

2．不可使用计算器。

3．用铅笔作答无效。

4．不可使用涂改液或修正带。

一、选择题（每小题有1～2个选项符合题意，每小题4分，共60分。

若有两个正确选项，选错一个得0分，少选一个得2分。

请将答案填在下方的表格内。

） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 得分 阅卷人 答案1．中国古代著作中有许多涉及化学的叙述，是中华民族智慧的结晶。

下列解读正确的是 A ．《汉书》中“高奴县有洧水可燃”，洧水指汽油B ．《天工开物》中“凡石灰，经火焚炼为用”，“石灰”指碳酸钙C ．《本草纲目》中“冬月灶中所烧薪柴之灰，令人以灰淋汁，取碱浣衣”，碱指烧碱D ．《淮南万毕术》中“曾青得铁则化为铜”，“曾青”是硫酸铜溶液 2．下列化学用语表示正确的是A ．中子数为8的氮原子：N 158 B ．硫离子的结构示意图：C ．铵根离子的电子式：D ．聚丙烯的结构简式：3．用下列实验装置和方法进行的相应实验，能达到实验目的的是A ．用甲装置比较盐酸、碳酸和硅酸的酸性强弱B ．用乙所示方法检验装置的气密性C ．用丙装置制备和收集氨气D ．用丁装置测定化学反应速率 4．常温下，下列各组离子在指定溶液中一定能大量共存的是A ．饱和氯水中：SO 32－、Na ＋、SO 42－、Br －B ．能使甲基橙变红的溶液中：Cu 2＋、Mg 2＋、SO 42－、Cl －C ．)()(+-H c OH c ＝106的溶液中：NH 4＋、K ＋、AlO 2－、NO 3－D ．1.0mol·L－1的KNO 3溶液中：Fe 2＋、H ＋、Cl －、I－5．下列有关物质性质的应用正确的是A．铁制容器可以盛装冷的浓硫酸，因为常温下铁和浓H2SO4不反应B．二氧化硅是制造太阳能电池板的主要材料C．二氧化硫通入酸性KMnO4溶液，溶液紫红色褪去，体现了SO2的漂白性D．有机磷农药多为磷酸酯或硫代磷酸酯类物质，肥皂水等碱性物质有利其水解而解毒6．用N A表示阿伏加德罗常数的值。

第31 届中国化学奥林匹克(初赛)试题（2017 年8 月27 日9:00 ~ 12:00）●时间到，把试卷（背面朝上）放在桌面上，立即起立撤离考场。

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不得持有任何其他纸张。

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第1根据条件书写化学反应方程式。

1-1工业上从碳酸氢铵和镁硼石[Mg2B2O4(OH)2]在水溶液中反应制备硼酸。

1-2从乏燃料提取钚元素的过程中，利用亚硝酸钠在强酸溶液中将Pu3+氧化为Pu4+。

1-3N aBH4与氯化镍（摩尔比2:1）在水溶液中反应，可得到两种硼化物：硼化镍和硼酸（摩尔比1:3）。

1-4通过KMnO4和H2O2在KF-HF 介质中反应获得化学法制F2的原料K2MnF6。

1-5磷化氢与甲醛的硫酸溶液反应，产物仅为硫酸鏻（盐）。

第2 题（10 分）2-1氨晶体中，氨分子中的每个H 均参与一个氢键的形成，N 原子邻接几个氢原子？1 摩尔固态氨中有几摩尔氢键？氨晶体融化时，固态氨下沉还是漂浮在液氨的液面上？2-2P4S5是个多面体分子，结构中的多边形虽非平面状，但仍符合欧拉定律，两种原子成键后价层均满足8 电子，S 的氧化数为-2。

画出该分子的结构图（用元素符号表示原子）。

2-3水煤气转化反应[CO(g) + H2O(g) → H2(g) + CO2(g)]是一个重要的化工过程，已知如下键能(BE)数据：BE(C≡O) =1072 kJ·mol-1，BE(O-H) = 463 kJ·mol-1，BE(C=O) = 799 kJ·mol-1，BE(H-H) = 436 kJ·mol-1估算反应热，该反应低温还是高温有利？简述理由。

2-4硫粉和S2-反应可以生成多硫离子。

在10 mL S2-溶液中加入0.080 g 硫粉，控制条件使硫粉完全反应。