中国化学会第21届（2024年）全国高中学生化学竞赛
（省级赛区）试题
（时间：3小时 满分：100分）
满 分 1 12 2 6 3 10 4 7 5 10 6 12 7 8 8 4 9 10 10 12 11 9 总分 100 H He 相对原子质量 1.008 4.003 Li Be B C N O F Ne 6.941 9.012 10.81 12.01 14.01 16.00 19.00 20.18 Na Mg Al Si P S Cl Ar 22.99 24.31 26.98 28.09 30.97 32.07 35.45 39.95 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 39.10 40.08 44.96 47.88 50.94 52.00 54.94 55.85 58.93 58.69 63.55 65.39 69.72 72.61 74.92 78.96 79.90 83.80 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 85.47 87.62 88.91 91.22 92.91 95.94 [98] 101.1 102.9 106.4 107.9 112.4 114.8 118.7 121.8 127.6 126.9 131.3 Cs Ba La－Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 132.9 137.3 Lu 178.5 180.9 183.8 186.2 190.2 192.2 195.1 197.0 200.6 204.4 207.2 209.0 [210] [210] [222] Fr Ra Ac－ Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg [223] [226] Lr 第一题（12分）
通常，硅不与水反应，然而，弱碱性水溶液能使一定量的硅溶解，生成Si(OH)4。 1．已知反应分两步进行，试用化学方程式表示上述溶解过程。
早在上世纪50年代就发现了CH5的存在，人们曾提出该离子结构的种种假设，然而，直至1999年才在低温下获得该离子的振动－转动光谱，并由此提出该离子的如下结构模型：氢原子围绕着碳原子快速转动；所有C－H键的键长相等。
2．该离子的结构能否用经典的共价键理论说明？简述理由。
＋
3．该离子是（ ）
A 质子酸 B 路易斯酸 C 自由基 D 亲核试剂
2003年5月报道，在石油中发现一种新的烷烃分子，因其结构类似于金刚石，被称为“分子钻石”，若能合成，有可能用作合成纳米材料的理想模板。该分子的结构简图如下：
4．该分子的分子式为 ； 5．该分子有无对称中心？ ；
6．该分子有几种不同级的碳原子？ ； 7．该分子有无手性碳原子？ ； 8．该分子有无手性？ 。
第二题（6分）
羟胺和用同位素标记氮原子（N*）的亚硝酸在不同介质中发生反应，方程式如下：
NH2OH＋HN*O2→A＋H2O NH2OH＋HN*O2→B＋H2O
A、B脱水都能形成N2O，由A得到N*NO和NN*O，而由B只得到NN*O。 请分别写出A和B的路易斯结构式。
第三题（10分）
X－射线衍射实验表明，某无水MgCl2晶体属三方晶系，呈层型结构，氯离子采取立方最密堆积（ccp)，镁离子填满同层的八面体空隙；晶体沿垂直于氯离子密置层的投影图如下。该晶体的六方晶胞的
－
参数：a＝363.63pm，c＝1766.63pm；晶体密度ρ＝2.35g·cm3。
－
1．以“□”表示空层，A、B、C 表示Cl离子层，a、b、c表＋
示Mg2离子层，给出该三方层型结构的堆积方式。
2．计算一个六方晶胞中“MgCl2”的单元数。
＋
3．假定将该晶体中所有八面体空隙皆填满Mg2离子，将是哪种晶体结构类型?
第四题（7分）
化合物A是一种热稳定性较差的无水的弱酸钠盐。用如下方法对其进行分析：将A与惰性填料混合均匀制成样品，加热至400℃，记录含A量不同的样品的质量损失（%），结果列于下表： 样品中A的质量分数/％ 20 50 70 90 样品的质量损失/％ 7.4 18.5 25.8 33.3 利用上述信息，通过作图，推断化合物A的化学式，并给出主要计算过程。
第五题（分）
甲苯与干燥氯气在光照下反应生成氯化苄，用下列方法分析粗产品的纯度：称取0.255g
－
样品，与25mL 4mol·L1氢氧化钠水溶液在100mL圆底烧瓶中混合，加热回流1小时；冷至室
－－
温，加入50mL 20%硝酸后，用25.00mL 0.1000mol·L1硝酸银水溶液处理，再用0.1000mol·L1
NH4SCN水溶液滴定剩余的硝酸银，以硫酸铁铵为指示剂，消耗了6.75mL。
1．写出分析过程的反应方程式。
2．计算样品中氯化苄的质量分数（%）。
3．通常，上述测定结果高于样品中氯化苄的实际含量，指出原因。 4．上述分析方法是否适用于氯苯的纯度分析？请说明理由。
第六题（12分）
在给定实验条件下，一元弱酸HA在苯(B)和水(W)中的分配系数KD＝[HA]B/[HA]W＝1.00。
－3－3－1
已知水相和苯相中HA的分析浓度分别为3.05×10和3.96×10mol·L。在水中，HA
－－
按HAH＋＋A解离，Ka＝1.00×104；在苯中，HA发生二聚：2HA（HA）2。
1．计算水相中各物种的浓度及pH。
2．计算化合物HA在苯相中的二聚平衡常数。
3．已知HA中有苯环，l.00g HA含3.85×1021个分子，给出HA的化学名称。 4．解释HA在苯中发生二聚的原因，画出二聚体的结构。
第七题（8分）
KClO3热分解是实验室制取氧气的一种方法。KClO3在不同条件下热分解结果如下：
实验 反应体系 第一放热峰温度/℃ 第二放热峰温度/℃ A KClO3 400 480 B KClO3＋Fe2O3 360 390 C KClO3＋MnO2 350 － Θ－已知：①K(s)＋1/2Cl2(g)＝KCl(s) ΔH(1)＝－437kJ·mol1 Θ－
②K(s)＋1/2Cl2(g)＋3/2O2(g)＝KClO3(s) ΔH(2)＝－398kJ·mol1
Θ－
③K(s)＋1/2Cl2(g)＋2O2(g)＝KClO4(s) ΔH(3)＝－433kJ·mol1
1．根据以上数据，写出上述三个体系对应的分解过程的热化学方程式。
2．用MnO2催化KClO3分解制得的氧气有轻微的刺激性气味。推测这种气体是什么，并提出确认这种气体的实验方案。
第八题（4分）
用下列路线合成化合物C：
反应结束后，产物中仍含有未反应的A和B。
1．请给出从混合物中分离出C的合理操作步骤；简述操作步骤的理论依据。 2．生成C的反应属于哪类基本有机反应类型？
第九题（10分）
根据文献报道，醛基可和双氧水发生如下反应：
为了合成一类新药，选择了下列合成路线：
1．请写出A的化学式；画出B、C、D和缩醛G的结构式。
2．由E生成F和由F生成G的反应分别属于哪类基本有机反应类型。 3．请画出化合物G的所有光活异构体。
第十题（12分）
尿素受热生成的主要产物与NaOH反应，得到化合物A（三钠盐)。A与氯气反应，得到化合物B，分子式C3N3O3Cl3。B是一种大规模生产的化工产品，全球年产达40万吨以上，我国年生产能力达5万吨以上。B在水中能持续不断地产生次氯酸和化合物C，因此广泛用于游泳池消毒等。
1．画出化合物A的阴离子的结构式。
2．画出化合物B的结构式并写出它与水反应的化学方程式。
3．化合物C有一个互变异构体，给出C及其互变异构体的结构式。 4．写出上述尿素受热发生反应的配平的化学方程式。
第十一题（9分）
石竹烯（Caryophyllene，C15H24)是一种含有双键的天然产物，其中一个双键的构型是反式的，丁香花气味主要是由它引起的。可从下面的反应推断石竹烯及其相关化合物的结构。
2???C15H28 反应1：石竹烯??H，Pd/C3，CH2Cl2反应2：石竹烯?O????，CH3COOH?Zn?????＋HCHO
3222??????????C（C15H26O） 反应3：石竹烯????等摩尔BH，THFHO，NaOH，HO3，CH2Cl2反应4：C（C15H26O）?O????，CH3COOH?Zn?????
石竹烯的异构体——异石竹烯在反应1和反应2中也分别得到产物A和B，而在经过反应
3后却得到了产物C的异构体，此异构体在经过反应4后仍得到了产物D。
1．在不考虑反应生成手性中心的前提下，画出化合物A、C以及C的异构体的结构式； 2．画出石竹烯和异石竹烯的结构式； 3．指出石竹烯和异石竹烯的结构差别。
郑重声明：本试卷的版权属中国化学会所有
答案及评分标准
今年起只提供pdf可打印文件，需要Word文件进入QQ群，详细：http://www.zhxk.net/hxjs/7.htm。
第一题（12分）
1．Si＋4OH＝SiO44＋2H2（1分） SiO44＋4H2O＝Si(OH)4＋4OH（1分）
－
－
－
－
若写成Si＋2OH＋H2O＝SiO32＋2H2 SiO32＋3H2O＝Si(OH)4＋2OH，也得同样的分。
－
－
－
－
但写成Si＋4H2O＝Si(OH)4＋2H2不得分。写不写↓（沉淀）和↑（气体）不影响得分。 2．不能。（1分）
经典共价键理论认为原子之间通过共享电子对而成键。C为第二周期元素，只有4个价层轨道，最多形成4个共价键。（1分）
理由部分：答“C原子无2d轨道，不能形成sp3d杂化轨道”，得1分；只答“C原子没有2d轨道”，得0.5分；只答“C原子有4个价电子”，得0.5分；答CH5中有一个三中心二电子键，不得分（因按三中心二电子键模型，CH5离子的C－H键不等长）。
3．A或质子酸（2分）多选或错选均不得分。 4．C26H30（2分，分子式不全对不得分） 5．有（1分）
6．3种（1分，答错不得分） 7．有（1分） 8．无（1分）
＋
＋
第二题（6分）
A：
B：
（每式3分）
对每一式，只写对原子之间的连接顺序，但未标对价电子分布，只得1分；未给出立体结构特征不扣分；未标出同位素符号不扣分，但B中将星号标错位置扣0.5分。
第三题（10分）
1．…AcB□CbA□BaC□A…（5分）
大写字母要体现出Cl层作立方最密堆积的次序，镁离子与空层的交替排列必须正确，镁离子层与氯离子层之间的相对位置关系（大写字母与小写字母的相对关系）不要求。必须表示出层型结构的完整周期，即至少写出包含6个大写字母、3个小写字母、3个空层的排列。若只写对含4个大写字母的排列，如“…AcB□CbA…”，得2.5分。
2．ρ＝m/V＝ZMMgCl2/VNA＝ZMMgCl2/ac2sin120°NA Z＝ρac2sin120°NA/MMgCl2 ＝2.35×103×(363.63×10＝3.01
每个晶胞含有3个“MgCl2”单元。（3分）
Z的表达式对，计算过程修约合理，结果正确（Z＝3.00～3.02，指出单元数为整数3），得3分。Z的表达式对，但结果错，只得1分。
NaCl型或岩盐型（2分）
－12
－
)2×(1766.63×10
－12
)×0.866×6.022×1023／(95.21×103)
－
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