第29届中国化学奥林匹克(决赛)实验试题的设计与解析

6 三聚氰胺
C3H6N6
7
盐酸
HCl
148.16 204.01 72.06 224.49 105.99 126.12 36.46
133 °C －30 °C 13 °C 205 °C 851 °C 250 °C
－
300 °C 溶于乙醇、甲醇、氯仿，微溶于水 白色至淡黄色粉末
188 °C 溶于醇、醚、苯、氯仿，不溶于水
Key Words: Chinese Chemical Olympiad; Chemistry competition; Experimental test
第 29 届中国化学奥林匹克(决赛)暨冬令营实验考试于 2015 年 11 月 29 日在中国科学技术大学化学 实验教学中心顺利举行。实验试题兼顾了内容的新颖性和综合性，全面考查了营员的基本实验技能和 综合分析问题能力。本文是命题小组对本届实验试题的回顾和总结。
本实验即利用水相 Heck 反应合成 3-苯基丙烯酸，并分析其纯度，主要内容如下。 (1) 3-苯基丙烯酸的合成：原位生成催化剂，在其催化作用下，以碘苯和丙烯酸为原料，在水溶 液中合成 3-苯基丙烯酸。 (2) 3-苯基丙烯酸的纯度分析：用酸碱滴定法测定自制 3-苯基丙烯酸的纯度。 1.2 相关物质的物理化学性质 表 1 列出了相关物质的物理化学性质。
Abstract: The design of experimental test for the 29th Chinese Chemical Olympiad (Finals) was introduced and analyzed. Experimental test, design ideas, the development of experimental selection and evaluation rules were provided.
淡黄色液体
141 °C 与水混溶，可混溶于乙醇、乙醚 无色液体，有刺激性气味
－
不溶于水
黄棕色粉末
1600 °C
易溶于水、可溶于甘油
白色固体
－
微溶于水，可溶于甲醇、甘油等
白色固体
－
易溶于水、乙醇等
1 mol∙L－1
8 氢氧化钠
NaOH
40.00
318.4 °C 1390 °C
易溶于水、乙醇
无色溶液
9 二水合草酸 H2C2O4∙2H2O
(中国科学技术大学化学实验教学中心，合肥 230026)
摘要：详细介绍和评析了第 29 届中国化学奥林匹克决赛实验试题；并详细介绍了实验设计思路和筛选 过程，给出了评分规则制定的原则。
关键词：中国化学奥林匹克；化学竞赛；实验试题 中图分类号：O6；G64
The Design and Analysis of Experimental Test for the 29th Chinese Chemical Olympiad (Finals)
水，室温搅拌 6 min。 用注射器分别移取 1.7 mL 碘苯(需记录，0.015 mol)和 1.2 mL 丙烯酸(需记录，0.018 mol)，加入上
述反应瓶中，再缓慢加入 3.2 g 碳酸钠(已提供)，设置搅拌器温度约为 220 °C，搅拌下(转速 1000－ 1300 r∙min－1)回流 45 min。移除热源，趁热进行减压过滤(注意：使用棉线手套操作！在布氏漏斗的滤 纸上垫一层硅藻土，厚度约 1 cm，现场黑板上给出说明)。将滤液转移至 250 mL 烧杯中，搅拌下滴加 约 45 mL 1 mol∙L－1盐酸，析出白色固体。减压过滤，将烧杯内所生成固体完全转移至布氏漏斗中， 并用少量冷水洗涤。收集固体产品于大称量瓶(规格 70 mm ´ 35 mm、标注营员号、空称量瓶需称重 并记录)，置于烘箱中，于 110 °C 下干燥约半小时(需记录干燥起始时间)，称重(需记录)并计算收率。 产品转移至小称量瓶(规格 25 mm ´ 40 mm)中，进行纯度分析。 1.4 3-苯基丙烯酸的纯度分析
June
∙竞赛园地∙
大学化学(Daxue Huaxue) Univ. Chem. 2016, 31 (6), 103－110
doi: 10.3866/PKU.DXHX201604027
103 www.dxhx.pku.edu.cn
第 29 届中国化学奥林匹克(决赛)实验试题的设计与解析
查正根 金 谷 兰 泉 黄 微 朱平平*
1 实验试题：3-苯基丙烯酸的合成及其纯度分析
1.1 实验内容简介 Heck 反应通常是指在碱性条件以及钯的催化下，不饱和卤代烃和烯烃之间发生的偶联反应。自 20
世纪 70 年代初 Heck 等发现该反应以来，化学家通过对催化剂和反应条件的不断改进使其得到广泛应 用[1,2]。该反应已成为构建 C―C 键的重要方法之一，具有简单、便捷和高效的优势，在天然产物合成、 医药以及新型高分子材料制备等领域具有重要的应用价值，Heck 因此获得了 2010 年诺贝尔化学奖[3,4]。
*通讯作者，Email: zhupp@ustc.edu.cn
104
Univ. Chem. 2016
Vol.31
表 1 相关物质的物理化学性质
序号 名称
化学式 相对分子质量 熔点
沸点
溶解性
备注
1 3-苯基丙烯酸 C9H8O2
2
碘苯
C6H5I
3
丙烯酸
C3H4O2
4
醋酸钯
Pd(OAc)2
5
来自百度文库
碳酸钠
Na2CO3
10 无水乙醇
C2H6O
11 酚酞溶液
C20H14O4
126.06 46.07 318.33
252 °C －117.3 °C
261 °C
－
78.5 °C
－
易溶于水 与水、醇、醚等混溶 与醇、丙酮等有机溶剂混溶
白色固体 无色液体 0.5%乙醇溶液
1.3 3-苯基丙烯酸的制备 在 100 mL 圆底烧瓶中加入 17 mg 醋酸钯(已提供)和 38 mg 三聚氰胺(已提供)，再加入 50 mL 蒸馏
ZHA Zheng-Gen JIN Gu LAN Quan HUANG Wei ZHU Ping-Ping*
(Chemistry Experiment Teaching Center, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, P. R. China)