第31届我国化学奥林匹克初赛试题与答案解析WORD版.docx
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第31届我国化学奥林匹克初赛试题与答案解析WORD版
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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）
题号12345678910总分
满分101012101012613107100
得分
评卷人
●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处。
●允许使用非编程计算器以及直尺等文具。
HHe
1.004.00
相对原子质量
83
LiBeBCNOFNe
6.949.0110.812.014.016.019.020.1
12111008
NaMgAlSiPSClAr
22.924.326.928.030.932.035.439.9
91897755
KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr
39.140.044.947.850.952.054.955.858.958.663.565.469.772.674.978.979.983.8
086840453951212600
RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe
85.487.688.991.292.995.9[98101.102.106.107.112.114.118.121.127.126.131.
721214]19494878693
Cs
132.
9
Ba
137.
3
La－
Lu
Hf
178.
5
Ta
180.
9
W
183.
8
Re
186.
2
Os
190.
2
Ir
192.
2
Pt
195.
1
Au
197.
0
Hg
200.
6
Tl
204.
4
Pb
207.
2
Bi
209.
0
Po
[210
]
At
[210
]
Rn
[222
]
Fr
[223
]
Ra
[226
]
Ac－
La
RfDbSgBhHsMtDsRgCnUutUuqUupUuhUusUuo
LaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu
AcThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr
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[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Pu
3+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）。
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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）=1072kJ·mol
-1，BE（O-H）=463kJ·mol-1，BE（C=O）=799
kJ·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-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
2-4硫粉和S
粉完全反应。
检测到溶液中最大聚合度的多硫离子是S3
2-且S2-（n=1,2,3,⋯）离子浓度之
n
比符合等比数列1,10,⋯,10
n-1。
若不考虑其他副反应，计算反应后溶液中S2-的浓度c
1和
其起始浓度c0。
第3题（12分）
3+的溶液中，加入酸H
在金属离子MmX，控制条件，可以得到不同沉淀。
pH<1，得到沉淀
A（M2Xn·yH2O，y<10）；pH>7，得到沉淀B[MX（OH）]，A在空气气氛中的热重分析显示，
从30°C升温至100°C，失重11.1%，对应失去5个结晶水（部分）；继续加热至
300°C，再失重31.2%，放出无色无味气体，残留物为氧化物M2O3，B在氮气气氛中加热至
300°C总失重29.6%。
3-1通过计算，指出M是哪种金属，确定A的化学式。
3-2写出A在空气中热解的反应方程式。
3-3通过计算，确定B在N2气氛中失重后的产物及产物的定量组成（用摩尔分数表示）。
3-4写出B在氮气气氛中分解的反应方程式。
第4题（10分）
随着科学的发展和大型实验装置（如同步辐射和中子源）的建成，高压技术在物质研究中发
挥着越来越重要的作用。
高压不仅会引发物质的相变，也会导致新类型化学键的形成。
近
年来就有多个关于超高压下新型晶体的形成与结构的研究报道。
4-1NaCl晶体在50-300GPa的高压下和Na或Cl2反应，可以形成不同组成、不同结构
的晶体。
下图给出其中三种晶体的晶胞（大球为氯原子，小球为钠原子）。
写出A、B、C的
化学式。
4-2在超高压（300GPa）下，金属钠和氦可形成化合物。
结构中，
钠离子按简单立方排布，形成Na4立方体空隙（如右图所示），电
子对（2e
-）和氦原子交替分布填充在立方体的中心。
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4-2-1写出晶胞中的钠离子数。
4-2-2写出体现该化合物结构特点的化学式。
-
4-2-3若将氦原子放在晶胞顶点，写出所有电子对（2e
）在晶胞中
的位置。
4-2-4晶胞边长a=395pm。
计算此结构中Na-He的间距d和晶体的密度ρ（单
-1
位:
g·cm
）。
第5题（10分）
由元素X和Y形成的化合物A是一种重要的化工产品，可用于制备润滑剂、杀虫剂等。
A可
由生产X单质的副产物FeP2与黄铁矿反应制备，同时得到另一个二元化合物B。
B溶于稀
硫酸放出气体C，而与浓硫酸反应放出二氧化硫。
C与大多数金属离子发生沉淀反应。
纯净的
A呈黄色，对热稳定，但遇潮湿空气极易分解而有臭鸡蛋味。
A在乙醇中发生醇解，得到以
X为单中心的二酯化合物D并放出气体C，D与Cl2反应生成制备杀虫剂的原料E、放出刺
激性的酸性气体F并得到Y的单质（产物的摩尔比为1:
1:
1）。
A与五氧化二磷混合加热，
可得到两种与A结构对称性相同的化合物G1和G2。
5-1写出A、C到F以及G1和G2的分子式。
5-2写出由生产X单质的副产物FeP2与黄铁矿反应制备A的方程式。
5-3写出B与浓硫酸反应的方程式。
第6题（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]（ClO4）（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
[Ru3O2（NH3）14]Cl6，由[Ru（NH3）6]Cl3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187pm，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。
第7题（6分）
嵌段共聚物指由不同聚合物链段连接而成的聚合物。
若其同时拥有亲水链段和疏水链段，
会形成内部为疏水链段，外部为亲水链段的核-壳组装体（如胶束）。
下图所示为一种ABA
型嵌段共聚物，该嵌段共聚物在水中可以形成胶束并包载药物分子，在氧化或还原的条件
刺激下，实现药物的可控释放。
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ABA型三嵌段共聚物
7-1该共聚物的合成方法如下：
先使单体X与稍过量单体Y在无水溶剂中进行聚合反
应，形成中部的聚氨酯链段，随后加入过量乙二醇单甲醚CH3（OCH2CH2）nOH进行封端。
写
出单体X与Y的结构式。
7-2在氧化还原条件下二硫键可发生断裂，采用R-S-S-R简式，写出其断键后的氧化产物O
和还原产物P。
7-3该嵌段共聚物所形成的胶束可以包载右图中哪种抗癌药物？
简述理由。
第8题（13分）
8-1判断以下分子是否有手性。
8-2画出以下反应所得产物的立体结构简式，并写出反应类型（SN1或SN2）。
反应原料反应试剂产物反应类型
1H2S/KOH
2K2CO3
3H2O
4CH3OH
第9题（10分）
画出以下转换的中间体和产物（A-E）的结构简式。
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元素分析结果表明化合物E含C，64.84%；H，8.16%，N，12.60%。
化合物B不含羟基。
第10题（7分）
影响有机反应的因素较多。
例如，反应底物中的取代基不同往往会使反应生成不同的产物。
10-1当R=CH3时，产物为A，分子式为C15H12O4。
研究表明A不含羟基，它的
1HNMR（CDCl
3，1HNMR（CDCl
ppm）：
δ1.68（3H），2.73-2.88（2H），3.96-4.05（2H），5.57（1H），7.72-8.10（4H）。
画出A的结构简式。
提示：
δ不同，氢的化学环境不同。
10-2当R=Ph时，产物为B，分子式为C20H14O4。
研究表明B含有一个羟基，它的
1H
NMR（CDC3，lppm）：
δ2.16（1H），3.79（1H），4.07（1H），5.87（1H），6.68（1H），
7.41-7.77（5H），7.82-8.13（4H）。
画出B的结构简式；解释生成B的原因。
10-3当R=OEt时，产物为C，分子式为C14H10O5。
参照以上实验结果，画出C的结构简
式。
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第30届中国化学奥林匹克（初赛）参考答案
第1题（10分）
1-12NH4HCO3+Mg2B2O4（OH）2=2MgCO3+2NH3+2H3BO3（2分）
NH4HCO3+Mg2B2O4（OH）2+2H2O=Mg2（OH）2CO3+NH3+2H3BO3
1-24H++2HNO2+4Pu3+=N
2O+4Pu4++3H
2O（2分）
1-38NaBH4+4NiCl2+18H2O=6H3BO3+2Ni2B+8NaCl+25H2（2分）
1-42KMnO4+3H2O2+2KF+10HF=2K2MnF6+3O2+8H2O（2分）
1-52PH3+8HCHO+H2SO4=[P（CH2OH）4]2SO4（2分）
第2题（10分）
2-16（3个氢键、3个共价键）；（1分）3mol（1分）；下沉（1分）。
2-2（2分）
2-3ΔH≈-2[BE（C=O）+BE（H-H）-BE（C≡O）-2BE（O-H）]=-36KJ·mol-1（1分）
该反应的ΔH＜0，根据勒夏特列平衡移动原理，故而低温有利于平衡正向移动，因而低温有
利。
（1分）
注：
实际反应要用合适的温度。
2-4根据题意可得溶液中只有三种含硫离子S2-,S22-,S32-
列式
S22-S32-
2-
S
10c1100c1
c
根据零价S守恒可得：
10c1+21×00c1=n（S）=2.4910×-3mol（1分）因而c1=1.21×0-3mol·L-1（1分）
-1（1分）c0=c1+10c1+100c1=0.13molL·
第3题（12分）
3-1由MX（OH）可知X为-2价，因而A为M2X3·yH2O
根据第一步失去5个结晶水可以确定其分子量为811.53g·mol-1（1分）
因为在热重分析中放出无色无味的气体，因而推测该气体可能为CO（21分）当X
为碳酸根时，验证无合理答案。
因而推测X为C2O42-，经过分子量计算可得M为Bi。
（1分）
因而A的化学式为：
Bi2（C2O4）3·7H2O（1分）
3-22Bi2（C2O4）3·7H2O+3O2=2Bi2O3+14H2O+12CO2（2分）
Bi2（C2O4）3·7H2O=Bi2（C2O4）3·2H2O+5H2O
2Bi2（C2O4）3·2H2O+3O2=2Bi2O3+4H2O+12CO2
3-3Mr（0.75（2分）
失重）=92.25g·mol-1，剩下的为BiO
所以产物为Bi（66.7%）+Bi2O3（33.3%）（2分）
4Bi（C2O4）（OH）=2Bi+Bi2O3+2H2O+7CO2+CO（2分）
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第4题（10分）
4-1ANaCl3BNa3ClCNa2Cl（每个1分）
4-2-18（1分）
4-2-2Na2（e2）He。
（1分）
4-2-3体心、棱心。
（1分）
4-2-4ρ=zM/NAV=5.39g·mol-1（2分）
d=√3/4a=171pm（2分）
第5题（10分）
5-1AP4S10CH2SDHSPS（OC2H5）2EClPS（OC2H5）2FHClG1P4S6O4G2P4O6S4
（每个1分）
5-22FeP2+12FeS2=P4S10+14FeS（1分）
5-32FeS+13H2SO4=2Fe（HSO4）3+10H2O+9SO2（2分）
第6题（12分）
6-1-1n=2。
（1分）
6-1-2d2sp3（1分）
6-2-112[Ru（NH3）6]3++O2+6H2O=4[Ru3O2（NH3）14]6++12NH++4NH
3（2分）4
6-2-2
H3N
NH3
H3N
NH3H3N
NH
3
6+
H3NRuORuORu
NH
H3NNH3
H3NNH3H3N
NH3
（3分）
+3+4+3（每个1分）
6-2-3sp杂化（1分）
6-2-4（1分）
第7题（6分）
7-1（每个1分）
7-2O：
ROH、SP：
RSH（每个1分）
7-3紫杉醇。
（1分）盐酸阿霉素中存在大量羟基、羰基以及铵盐基团，形成氢键的能力很强，
倾向于与共聚物的亲水部分结合，难以被包和。
（1分）
第8题（13分）
8-11.有2.有3.有4.有5.无（每个1分）
8-2（每个1分）
反应1234
产物
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（每个
1分）
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反应类型SN2SN2SN1SN1
第9题（10分）
（每个2分）
第10题（7分）
10-1（2分）
10-2生成了更大的共轭体系。
（1分）（2分）
10-3（2分）
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