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高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座 第20讲 赛前指导

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的结构,认清目标分子的骨架是由两种原料分别转化为中间体然后连接而成。其次需考察目标分子的结构,寻找该骨架何处可断开成两截,一截来自由乙烯得到的中间体,另一截来自由甲苯得到的中间体。很明显,乙烯转化过程加入了NH(C2H5)2, 该片段显然加到乙烯CH2=CH2分子的一端去,故目标分子需从主链的O—CH2间断开。然后,应试者应转向分别从两种原料得出可连接成靶分子骨架的中间体。为思路清晰,应试者可用符号表达框图中的各中间体,例如:

CH2=CH2O2AI2) 2 ??àNH(C2H5)2BD HH3C+IIIEFCII ú ?2? 1?-? 框图指出乙烯应先氧化得A才与NH(C2H5)2反应得B,A是什么?大多数应试者会按中学课本得乙醛,这时,得到的产物是CH3—C(OH)N(C2H5)2, 但所得产物“B”与D在H+催化下脱水得到的“E”将不符合目标分子的骨架结构,由此应否定乙烯氧化得乙醛的设想,不得不思考如何使乙烯氧化形成保持CH2—CH2片段的A,就被“逼”得出环氧乙烷(A),后者有环,不饱和度与乙醛相等,故加二乙胺是环乙烷的开环反应,开环后羟基与二乙胺基分置于-CH2—CH2-的两端,才可能与D脱水而连接,同时也就明确D分子中有羧基,后者与B中的羟基“酯化”脱水相连。

D的羧基何处来?当然是甲苯侧链氧化的产物。接着问:酯化反应是反应I呢还是反应II?这时,应试者需记住目标分子芳香环上的氨基处在主链的对位,再联系框图指出B和D连接后还要进行一个还

原反应(III)才得到目标分子,从目标分子中保留着羧基可见,还原反应不可能是羧基被还原,就被“逼”到I和II之一是硝化反应,在芳香环上引入硝基,最后被还原为氨基。于是问题只剩下I和II是先硝化后氧化甲基还是先将甲基氧化后再硝化。

中学课本里有甲苯氧化得到三硝基甲苯的反应,说明甲苯氧化硝基才会被引入甲基的邻对位,由此可判断,I是硝化,II是甲基氧化为羧基,整个试题得解。

【答案】

CH2=CH2O2Ag2ONH(C2H5)2OHON(C2H5)2H3C1) HNO3 + H2SO42) ? à2?O2NCH3KMnO4/H+O2NCOOHFe + HCl 2 ?ú? ? ?1-O2NO||C OCH2CH2N(C2H5)2H+

甲苯必须先硝化后氧化。若应答为先氧化后硝化,反应试剂正确时,要适当扣分。 4、信息给予题

这类题目或给出文字阅读材料或给出图示、图表,其中隐含着许多信息,请你通过阅读、理解,对信息进行加工处理,回答各种问题。这也是奥赛的主要题型之一,要答好这类题目,你必须具备以下六个方面的能力:(1)寻找、选择、整理和储存信息的能力(2)从一种描述形式转变成另一种形式的能力(3)针对问题,选择、重组、应用已有信息,解决问题的能力(4)评价信息的能力(5)利用信息做出新

的预测或假设的能力(6)从信息看出变化趋势,进一步提出变化规律的能力。解题的关键是寻找突破口,致力信息加工。请看几个具体的实例。

【例10】(1999年全国化学竞赛初赛试题)铬的化学丰富多采,实验结果常出人意料。将过量30%H2O2加入(NH4)2CrO4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: 。

【解题思路】

(1)由A的组成Cr 31.1%,N 25.1%,H 5.4%及A的生成反应: (NH4)2CrO4 +H2O2+NH32H2O →A知A中含有另一元素只能是O,且O的质量分数为(1—0.311—0.251—0.054)3100%=38.4%

A的原子个数比为:Cr﹕O﹕N﹕H = ﹕3﹕9

31.1﹕38.4﹕25.1﹕5.4

1.014.052.016.0= 1﹕4

如果按此式计算原子的个数比,那将是很费事的,但在解题过程中应有此一试,不易计算再另辟蹊径。由题对A的描述知A是一个配合物,Cr是配合物的中心,且该配合物是五角双锥型,故该配合物只能有一个中心原子Cr。那么,由Cr的质量分数可求得A的式量为167,这个计算是为了确定A的组成,因之不必对有效严格要求。知道了式量(分子量)和各元素的质量分数可求得A的分子中各元素的个数,N—3个,H—9个,O—4个。故A的化学式为CrO4N3H9或Cr(NH3)3O4。

A中的N﹕H=1﹕3,而题又说A中N—H键的键能同游离氨中N—H浆键能相近,故A中的N、H以NH3分子存在,N原子上有一对未成键电子对,故NH3可作配体。A中有3分子NH3,对Cr的配位原子有3个,题说Cr有7个配位原子,那么所剩的配位原子只能是4个O,4个O2-成为Cr的配位原子,则Cr的化合价为+8价是不可能的,故4个O原子只能形成过氧键同铬配位。如果是一个过氧离子和两个O2-同Cr配位,则Cr的化合价同反应物相比未改变,也不可能,因为该反应明显是氧化还原反应,配合物A中Cr的化合价只能低于+6价,因之应有两个过氧负离子同Cr配位。 A的可能结构式如图 所示:

NH3OONH3OCrNH3OOOCrONH3NH3and/orONH3

(2)从A的结构中可判断铬的氧化数为+4。

(3)由于A的分子结构中含有两个过氧键、3个氨分子,因之我们可以预料到A可能具有的化学性质是氧化还原性,及受热易分解的不稳定性等。

(4)A的生成反应为:CrO42-+H2O2+3NH3→Cr(O2)2(NH3)3 生成物中的NH3是反应物中的NH3,反应物中的H2O2的H在生成物中成为了什么呢?为了使电荷平衡,生成物中必有OH,则该反应为:

CrO42+ H2O2 + 3NH3 = Cr(O2)2(NH3)3 +2OH

这样以来电荷平衡了,原子个数也平衡了,但该化学反应方程式对吗?从氧化剂还原剂着手分析:CrO42是氧化剂,Cr是化合价降低

了2价,还原剂是H2O2,化合价升高的元素只能是O,那么氧化物就是O2。而上面所写的化学方程式实则是CrO42的自身氧化还原反应,

由CrO42和H2O2的性质知这个反应方程式显然是不对的。

该反应的还原剂是H2O2,1molCrO42参加反应,生成物中应有

1molO2。故正确的反应方程式应是:CrO42Cr(O2)2(NH3)3+2OH+2H2O +O2↑

【答案】

+3H2O2+3NH3 =

1.A 的化学式Cr(NH3)3O4 或CrN3H9O4(写成其他形式也可);A 的可能结构式如下图:

NH3OONH3OCrNH3OOOCrONH3NH3and/orONH3

1式和/或2式均得满分,但无2个过氧键O—O者得零分。 (注:还可画出其他结构式,但本题强调的是结构中有2个过氧键,并不要求判断它们在结构中的正确位置。)

2.A中铬的氧化数为+4

高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座 第20讲 赛前指导

的结构,认清目标分子的骨架是由两种原料分别转化为中间体然后连接而成。其次需考察目标分子的结构,寻找该骨架何处可断开成两截,一截来自由乙烯得到的中间体,另一截来自由甲苯得到的中间体。很明显,乙烯转化过程加入了NH(C2H5)2,该片段显然加到乙烯CH2=CH2分子的一端去,故目标分子需从主链的O—CH2间断开。然后,应试者应转向分别从两种原料得出可连接成靶分子骨架的中间体。为思路清晰,应试者
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