2017年第31届中国化学奥林匹克(初赛)试题(含参考答案)

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。

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。

•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处。

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。

第31届中国化学奥林匹克(初赛)试题解析(一)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【摘要】详细分析并解答了第31届中国化学奥林匹克(初赛)试题.对于每一道题目,我们都给出了详尽的讨论,引导读者综合运用所学的化学知识,通过推理、演算、论证等方法顺利解题.对于特定的题目,我们还给出了相关的科学背景介绍与知识拓展,鼓励读者了解题目背后的科学思想,感受化学学习与科研的乐趣.%The questions in the 31st Chinese Chemistry Olympiad (Preliminary Test) are solved in detail. The manuscript not only provides systematic analyses for all questions, but also guides the readers through the solutions in an intuitive manner. For selected questions, rich introduction to the scientific backgrounds and bibliographical resources are also included.【期刊名称】《大学化学》【年(卷),期】2018(033)001【总页数】9页(P73-81)【关键词】化学竞赛;试题解析【作者】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【作者单位】北京大学化学与分子工程学院,北京 100871;北京大学化学与分子工程学院,北京 100871;北京大学化学与分子工程学院,北京 100871;北京大学化学与分子工程学院,北京 100871;北京大学化学与分子工程学院,北京 100871;北京大学化学与分子工程学院,北京 100871;北京大学化学与分子工程学院,北京 100871;北京大学化学与分子工程学院,北京 100871;北京大学化学与分子工程学院,北京100871【正文语种】中文【中图分类】G64;O6第1题题目(10分)根据条件书写化学反应方程式。

“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。

●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。

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●允许使用非编程计算器以及直尺等文具。

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。