化学竞赛南京全解

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,化学竞赛(南京)全解,化学竞赛(南京)全解化学竞赛(南京)全解近年化学竞赛试题分析成功参赛需要：知识+能力+运气化学竞赛重在参与化学竞赛主要考查选手的能力2021/4/13,近年化学竞赛试题分析,成功参赛需要：知识+能力+运气,化学竞赛重在参与,化学竞赛主要考查选手的能力,2024/9/22,近年化学竞赛试题分析,2024/9/22,2024/9/22,2024/9/22,2024/9/22,近年化学竞赛试题的特点,特点之一：与生产、生活科技前沿相联系,2003：芥子气，,DNA,双螺旋，除草剂，绿色化学，光纤通讯系统中，光信息材料钒酸钇,2002：海底金属结核，“吊白块”，酱油中的“氯丙醇”，船只的防腐，组合化学，绿色溶剂,2001：含氯洁污剂，燃料电池，纳米材料，新药麦米诺的合成，布洛芬的合成，燃料电池,2024/9/22,特点之二：题目信息量大，但书写量小,2024/9/22,特点之三：注重物质的空间构型,2024/9/22,特点之四：考查选手的知识，更考查学生的能力,2001题,题最近报道在100的低温下合成了化合物,X，,元素分析得出其分子式为,C,5,H,4,，,红外光谱和核磁共振表明其分子中的氢原子的化学环境没有区别，而碳的化学环境却有2种，而且，分子中既有,CC,单键，又有,CC,双键。温度升高将迅速分解。,X,的结构式是：,知识：化学环境、化学键,能力：分子空间构型的分析,2000题3 1999,年合成了一种新化合物，本题用,X,为代号。用现代物理方法测得,X,的相对分子质量为,64,；,X,含碳,93.8%,，含氢,6.2%,；,X,分子中有,3,种化学环境不同的氢原子和,4,种化学环境不同的碳原子；,X,分子中同时存在,C,C,、,C,C,和,C,C,三种键，并发现其,C,C,键比寻常的,C,C,短。,1,X,的分子式是,_,（,2,分）,2,请画出,X,的可能结构。（,4,分）,2024/9/22,接受未知知识的能力,处理加工信息的能力,空间思维和想象能力,根据情景大胆假设能力,化学竞赛主要考查选手的能力,2024/9/22,接受未知知识的能力,第,10,题,（,5,分）最近有人用一种称为“超酸”的化合物,H(CB,11,H,6,Cl,6,),和,C,60,反应，使,C,60,获得一个质子，得到一种新型离于化合物,HC,60,CB,11,H,6,CL,6,。,回答如下问题：,10,1,以上反应看起来很陌生，但反应类型上却可以跟中学化学课本中的一个化学反应相比拟，后者是：,。,10,2,上述阴离子,CB,11,H,6,Cl,6,的结构可以跟图,10,1,的硼二十面体相比拟，也是一个闭合的纳米笼，而且，,CB,11,H,6,Cl,6,离子有如下结构特征：它有一根轴穿过笼心，依据这根轴旋转,360/5,的度数，不能察觉是否旋转过。请在图,10,1,右边的图上添加原子（用元素符号表示）和短线（表示化学键）画出上述阴离子。,2024/9/22,处理加工信息的能力,第,4,题,（,10,分）去年报道，在,55,令,XeF,4,（,A,）,和,C,6,F,5,BF,2,（,B,）,化合，得一离子化合物（,C,），,测得,Xe,的质量分数为,31,，阴离子为四氟硼酸根离子，阳离子结构中有,B,的苯环。,C,是首例有机氙（,IV,）,化合物，,20,以下稳定。,C,为强氟化剂和强氧化剂，如与碘反应得到五氟化碘，放出氙，同时得到,B,。,4,1,写出,C,的化学式，正负离子应分开写。答：,4,2,根据什么结构特征把,C,归为有机氙比合物？答：,4,3,写出,C,的合成反应方程式。答：,4,4,写出,C,和碘的反应。答：,4,5,画出五氟化碘分子的立体结构：答：,2024/9/22,空间思维和想象能力,2024/9/22,根据情景大胆假设能力,乙酸在磷酸铝的催化作用下生成一种重要的基本有机试剂,A,。,核磁共振谱表明,A,分子中的氢原子没有差别；红外光谱表明,A,分子里存在羰基，而且，,A,分子里的所有原子在一个平面上。,A,很容易与水反应重新变成乙酸。回答如下问题：,1,写出,A,的结构式。,2,写出,A,与水的反应方程式。,3,写出,A,与氢氧化钠的反应方程式。,4,写出,A,与氨的反应方程式，有机产物要用结构式表示。,5,写成,A,与乙醇的反应方程式，有机产物要用结构式表示。,2024/9/22,成功参赛需要：知识、能力、运气,2024/9/22,物质的结构与性质,物质的性质,物理性质：颜色,极性,磁性,结构与性质,化学性质：氧化还原性,酸碱性,水解性,物质结构,化学键：离子键,共价键（,、）,金属键,分子间作用力,相关理论：价键理论（,VB）,分子轨道（,MO）,金属能带理论,离子极化理论,2024/9/22,(2000)铂系金属是最重要的工业催化剂。但其储藏已几近枯竭，上小行星去开采还纯属科学幻想。研究证实，有一类共价化合物可代替铂系金属催化剂。它们是坚硬的固体，熔点极高，高温下不分解，被称为“千禧催化剂”（,millennium catalysts,）。,下面,3,种方法都可以合成它们：,l,在高温下将烃类气体通过钨或钼的氧化物的表面。,l,高温分解钨或钼的有机金属化合物（即：钨或钼与烃或烃的卤代物形成的配合物）。,l,在高度分散的碳表面上通过高温气态钨或钼的氧化物。,1,合成的化合物的中文名称是,_,和,_,。（共,4,分，各,2,分）,2,为解释这类化合物为什么能代替铂系金属，提出了一种电子理论，认为这些化合物是金属原子与非金属原子结合的原子晶体，金属原子周围的价电子数等于同周期的铂原子或钌原子的价电子数。这类化合物的化学式（即最简式或实验式）是,_,和,_,。（,4,分，各,2,分),）,2024/9/22,MoxCy,的价电子数等于钌原子的价电子数。,WxCy,的的价电子数等于铂原子的价电子数。,1,s,2,2,2s,2,2p,6,8,3s,2,3p,6,8,4s,2,3d,10,4p,6,18,5s,2,4d,10,5p,6,18,6s,2,4f,14,5d,10,6p,6,32,ns (n-2)f (n-1)d np,l,C、H 、Mo、W、O,l,C、H 、Mo、W、X,l,C、Mo、W、O,3,种方法都可以合成它们：,l,在高温下将烃类气体通过钨或钼的氧化物的表面。,l,高温分解钨或钼的有机金属化合物（即：钨或钼与烃或烃的卤代物形成的配合物）。,l,在高度分散的碳表面上通过高温气态钨或钼的氧化物,Pt 5d,8,6s,2,(10),；,W 5d,4,6s,2,(6),Ru 4d,6,5s,2,(8);,Mo 4d,5,5s,1,(6),C 2s,2,2p,2,WC,Mo,2,C,2024/9/22,孤电子对孤电子对,孤电子对成键电子对,成键电子对成键电子对,价层电子对互斥理论,2024/9/22,ABn,型粒子（配位体数价层电子数）,2024/9/22,ABm,型粒子（配位体数小于价层电子数）,n=5,的,ABm,型粒子,AB,2,AB,3,AB,4,AB,5,n=6,的,ABm,型粒子,AB,6,AB,5,AB,4,2024/9/22,非极性分子：,配位体数=价层电子数的,ABm,型分子,配位体数=5的,AB,3,型分子,配位体数=6的,AB,4,型分子,O,3,分子的,0,吗？,n=3sp,2,杂化,V,型分子,2024/9/22,某不活泼金属,X,在氯气中燃烧的产物,Y,溶于盐酸得黄色溶液，蒸发结晶，得到黄色晶体,Z,，,其中,X,的质量分数为,50,。在,500,mL,浓度为,mol/L,的,Y,水溶液中投入锌片，反应结束时固体的质量比反应前增加,g,。,X,是,；,Y,是,；,Z,是,。,物质的磁性,1顺磁性的大小：,n(n+1),1/2,比较下列物质的磁性：,N,2,与,O,2,、,Fe(CN),6,3,与,FeF,6,3-,、,Hg,2,Cl,2,与,CuCl,在,Cu(NH,3,),4,SO,4,溶液里通入二氧化硫气体，从溶液里析出一种白色的难溶物,A。,组成分析证实，,A,含有铜、硫、氮、氧、氢等元素，而且，摩尔比,Cu:S:N=1:1:1；,结构分析证实，,A,的晶体里有两种原子团(离子或分子，结构分析不能直接得知是电中性的还是带电的)，一种呈正四面体(,XY,4,)，,另一种呈三角锥体(,XY,3,)；,磁性实验表明，,A,是反磁性物质。,2024/9/22,配合物的性质与应用,配合物,配合物的化学键理论,价键理论：（配位键、杂化、内外轨、高低自旋）,晶体场理论：（静电力、强弱场、稳定化能）,配位场理论：（分子轨道、,键）,配合物的构型,直线、四边形、四面体、八面体,键合异构、配位异构、立体异构,反位效应,配合物的稳定性,配位取代平衡,配合物的稳定常数,软硬酸碱理论,螯合效应,2024/9/22,1995年（全国）：由顺式,Pt(NH,3,),2,Cl,2,合成反式,Pt(NH,3,),2,(Met),2,2024/9/22,Pt(NH,3,),2,Cl,2,配合物的问题,2024/9/22,1926年前苏联科学家切尔纳耶夫反位配位的反位效应：,Pt(NH,3,),2,Cl,2,配合物的反位顺序：,COCN, C,2,H,4,H, PH,3, SC（NH,2,）,2, CH,3,C,6,H,5,NO,2,I,SCN,Br,Cl,Py RNH,2,NH,3,OH,H,2,O,COCN,NO,2,SCN,Br,Cl,NH,3,OH,H,2,O,2024/9/22,2024/9/22,配合物的稳定性,1,FeCl,6,3-,、FeF,6,3,、,Fe(CN),6,3,Cu(NH,3,),4,2+,、Cu(en),2,Ag(NH,3,),2,+,、Ag(S,2,O,3,),2,3,配合物的构型,Ni(en),2,(NO,2,),2：,2024/9/22,氧化还原,氧化剂和还原剂,氧化剂：活泼非金属单质,高价元素,还原剂：金属单质,低价元素,氧化还原性强弱,氧化还原反应,电极电位,影响因素：电对的本质、溶液的酸碱度,氧化还原反应,反应的电动势（根据能斯特方程进行计算）,元素电位图,电势,pH,图,氧化还原反应,2024/9/22,镅（,Am,）,是一种用途广泛的锕系元素。,241,Am,的放射性强度是镭的,3,倍，在我国各地商场里常常可见到,241,Am,骨密度测定仪，检测人体是否缺钙：用,241,Am,制作的烟雾监测元件已广泛用于我国各地建筑物的火警报警器（制作火警报警器的,1,片,241,Am,我国批发价仅,10,元左右）。,镅在酸性水溶液里的氧化态和标准电极电势（,E,/,V,）,如下，图中是,Am,4,/Am,3,的标准电极电势，是,Am,3,/Am,的标准电极电势，等等。一般而言，发生自发的氧化还原反应的条件是氧化剂的标准电极电势大于还原剂的标准电极电势。,试判断金属镅溶于过量稀盐酸溶液后将以什么离子形态存在。简述理由。,附：,E,(H,/H,2,),0V,；,E,(Cl,2,/Cl,),；,E,(O,2,/H,2,O),。,2024/9/22,歧化反应：,左,右,2024/9/22,常见的歧化反应：,2,Cu,+,= Cu,2+,+Cu,2MnO,4,2,4H,= MnO,4,MnO,2,2H,2,O,Cl,2,+2OH,= Cl,+ClO,+ H,2,O(,稀,),3,Cl,2,+6OH,=5Cl,+ClO,3,+3H,2,O(,浓,),Br,2,+2OH,= Br,+ Br O,+ H,2,O(,稀、冷,),3,Br,2,+6OH,=5 Br,+ BrO,3,+3H,2,O(,浓,),3,I,2,+6OH,=5I,+IO,3,+3H,2,O,2,S,2,O,3,2,2H,= SO,2,S2H,2,O,Na,2,SO,3,= Na,2,SO,4,Na,2,S,Hg,2,2+,+S,2,= HgS,Hg,加热,2024/9/22,2024/9/22,2024/9/22,逆推法,假设法,分析法,排除法,类比法,竞赛成功需要科学的思维方法,2024/9/22,（1999）化合物,C,是生命体中广泛存在的一种物质，它的人工合成方法是：,（,1,）在催化剂存在下甲醇与氨气反应得到,A,。,（,2,）,在催化剂存在下乙烯跟氧气反应得到,B,。,（,3,）,在水存在下,A,和,B,反应得到,C,。,C,的脱水产物的结构如下：,写出,C,的合成反应的化学方程式，,A,、,B,、,C,要用结构式表示。,逆推法,2024/9/22,不活泼金属的离子与锌反应：,X,n+,+ n/2Zn = n/2Zn,2+,+ X,消耗,Zn,的质量(,g),n/2,得到,X,的质量(,g), ,Mx,反应后得到的固体质量增加(,g),：,0.05Mx,1.63n,设,n=1,； X= Xe, Cs,n=2,Mx=,164.2； X=,镧系,n=3,Mx=,196.8 ； X= Au,n=4,Mx=,229.4 ； X=,锕系,题示：,X,为不活泼金属,X,为金，,Y=AuCl,3,，,AuCl,3,溶于盐酸生成,HAuCl,4,得到的黄色晶体为,HAuCl,4,xH,2,O,。,某不活泼金属,X,在氯气中燃烧的产物,Y,溶于盐酸得黄色溶液，蒸发结晶，得到黄色晶体,Z,，,其中,X,的质量分数为,50,。在,500,mL,浓度为,mol/L,的,Y,水溶液中投入锌片，反应结束时固体的质量比反应前增加,g,。,X,是,；,Y,是,；,Z,是,。,假设法,2024/9/22,(2002)六配位（八面体）单核配合物,MA,2,(NO,2,),2,呈电中性；组成分析结果：,M 21.68%, N 31.04%, C 17.74%,；,配体,A,含氮不含氧；配体,(,NO,2,),x,的两个氮氧键不等长。,5,1,该配合物中心原子,M,是什么元素？氧化态多大？给出推论过程。,5,2,画出该配合物的结构示意图，给出推理过程。,5,3,指出配体,(,NO,2,),x,在“自由”状态下的几何构型和氮原子的杂化轨道。,5,4,除本例外，上述无机配体还可能以什么方式和中心原子配位？用图形回答问题。,设：,A,中含氮原子数为,y,M,的相对原子质量为,M,A,n,M,: n,NM,：（,2y + 2,）,M,A,x,(y+1),y,1，,M,A,=,39,.,1,(g/mol),，,M =,K,（,舍去，,A,应有2个配位原子）,y,2,，,M,A,= 58.7 (g/mol),，,M = Ni,y,3,，,M,A,= 78.2 (g/mol),M= Se,y,4,，,M,A,= 97.8 (g/mol),M= Tc,由配体 (,NO2)x,的两个氮氧键不等长，推断配体为单齿配体，配位原子为,O，,故配体为,NO,2,-,，,因此，,Ni,的氧化数为+2。,2024/9/22,类比法,例4（2000）最近，我国某高校一研究小组将,g AgCl,，,0.160g Se,和,g NaOH,装入充满蒸馏水的反应釜中加热到,115,，,10,小时后冷至室温，用水洗净可溶物后，得到难溶于水的金属色晶体,A,。,在显微镜下观察，发现,A,的单晶竟是六角微型管（如右图所示），有望开发为特殊材料。现代物理方法证实,A,由银和硒两种元素组成，,Se,的质量几近原料的,2/3,；,A,的理论产量约,g,。,1,写出合成,A,的化学方程式，标明,A,是什么？,2溶于水的物质有：_,2024/9/22,3S,6NaOH,2Na,2,S,Na,2,SO,3,3H,2,O,2AgCl,Na,2,S,2Ag,2,S,2NaCl,4,AgCl,3S,6NaOH,2Ag,2,S,Na,2,SO,3,4NaCl,3,H,2,O,3Se,6NaOH,2Na,2,Se,Na,2,SeO,3,3H,2,O,2AgCl,Na,2,Se,2Ag,2,Se,2NaCl,4,AgCl,3Se,6NaOH,2Ag,2,Se,Na,2,SeO,3,4NaCl,3,H,2,O,类比,歧化反应,2024/9/22,分析法,（1999）锇的名称源自拉丁文，原义“气味”，这是由于锇的粉末会被空气氧化为有恶臭的,OsO,4,（,代号,A,，,熔点,40,，沸点,130,）。,A,溶于强碱转化为深红色的,OsO,4,(OH),2,2,离子（代号,B,）,向含,B,的水溶液通入氨，生成,C,，,溶液的颜色转为淡黄色。,C,十分稳定。,C,是,A,的等电子体，其中锇的氧化态仍为,8,。红外图谱可以检出分子中某些化学键的振动吸收。红外谱图显示,C,有一个四氧化锇所没有的吸收。,C,的含钾化合物是黄色的晶体，与高锰酸钾类质同晶。（,8,分）,（,1,）给出,C,的化学式。,（,2,）给出,A,、,B,、,C,最可能的立体结构。,2024/9/22,2024/9/22,铬的化学丰富多采，实验结果常出人意料。将过量,30%,H,2,O,2,加入,(,NH,4,),2,CrO,4,的氨水溶液,热至,50,后冷至,0,，析出暗棕红色晶体,A,。,元素分析报告：,A,含,Cr 31.1%,，,N 25.1%,，,H 5.4%,。,在极性溶剂中,A,不导电。红外图谱证实,A,有,N,H,键，且与游离氨分子键能相差不太大，还证实,A,中的铬原子周围有,7,个配位原子提供孤对电子与铬原子形成配位键，呈五角双锥构型。,1,以上信息表明,A,的化学式为：,；可能的结构式为：,。,2,A,中铬的氧化数为：,。,3,预期,A,最特征的化学性质为：,。,4,生成晶体,A,的反应是氧化还原反应，方程式是,2024/9/22,2024/9/22,99初赛第六题,（,10分,）,曾有人用金属钠处理化合物,A,（,分子式,C,5,H,6,Br,2,，,含五元环），欲得产物,B,，,而事实上却得到芳香化合物,C,（,分子式,C,15,H,18,）。,6-1,请画出,A,、,B,、,C,的结构简式。,6-2,为什么该反应得不到,B,却得到,C,？,6-3,预期用过量酸性高锰酸钾溶液处理,C,，,得到的产物是,D,，,写出,D,的结构式。,2024/9/22,在,Cu(NH,3,),4,SO,4,溶液里通入二氧化硫气体，从溶液里析出一种白色的难溶物,A。,组成分析证实，,A,含有铜、硫、氮、氧、氢等元素，而且，摩尔比,Cu:S:N=1:1:1；,结构分析证实，,A,的晶体里有两种原子团(离子或分子，结构分析不能直接得知是电中性的还是带电的)，一种呈正四面体(,XY,4,)，,另一种呈三角锥体(,XY,3,)；,磁性实验表明，,A,是反磁性物质；,A,和中等浓度的硫酸反应，放出气体,B，,析出深色沉淀,C，,同时剩下天蓝色的溶液,D。C,是一种常见物质，是目标产品，而且，用此法得到的,C,是一种超细粉未，有特殊的用途。但上述反应的产率不高。有人发现，若将,A,和硫酸的反应改在密闭的容器里进行，便可大大提高反应的产率。回答以下问题：,（1）写出,A,的化学式（2）写出,A,的生成的化学方程式（3,）,写出,A,和硫酸的反应的化学方程式(配平)（4）为什么,A,和硫酸的反应若在密闭的容器里进行能提高,C,的产率？,排除法,2024/9/22,可能性1,A：Cu(NH,3,)SO,4,可能性2,A：Cu(NH,4,)SO,3,摩尔比,Cu:S:N=1:1:1；,一种正四面体,，,另一种呈三角锥体基团,是反磁性吗？,可能性1不成立,Cu(NH,4,)SO,3,与硫酸反应情况（验证假设2）,2Cu(NH,4,)SO,3,2,H,2,SO,4,Cu + CuSO,4,+ 2SO,2,(,NH,4,),2,SO,4,2,H,2,O,2024/9/22,祝愿每位同学走向成功,谢谢,2024/9/22,谢谢！,