科普傳播資訊

科普| 關于中國化學奧林匹克競賽題 你需要了解哪些?

發布時間:2020年04月20日 來源:中國化學會

2019年12月4日上午,由中國化學會主辦,河南科協、河南省教育廳指導,河南省化學學會、鄭州大學化學院共同承辦的第33屆中國化學奧林匹克(決賽)暨冬令營順利閉幕,閉幕式暨頒獎典禮在鄭州師范學院嵩山學堂隆重舉行。閉幕式上共頒發一等獎金牌107枚,二等獎銀牌143枚,三等獎銅牌84枚。

為了深入了解中國化學奧林匹克,下面跟著我一起來分析下第33屆中國化學奧林匹克(決賽)理論題第一題。(15分)

 

圖1.1 示出了一種結構有趣的“糖葫蘆”分子。其中ABC和D四種元素位于同一主族的相鄰周期,B的電負性大于D。C可分別與A、B、D形成二元化合物。C和E可形成易揮發的的化合物CE3,CE3在工業上可用于漂白和殺菌。A和E可形成化合物AE3(bq. 76 ℃)。AE3的完全水解產物之一X是塑料件鍍金屬的常用還原劑。A、C和E可形成含有六元環的化合物A3C3E6。在氯仿中,D和E可結合兩個甲基形成化合物DE3Me2

 

圖1-1

1-1 寫出A、B、C、D和E所代表的元素。1-2 寫出“糖葫蘆”分子中A和C的雜化軌道。1-3 畫出處于最高氧化態A與元素E組成的分子的結構圖,寫出該分子中的對稱元素(具體類型)。

1-4 畫出DE3Me2的所有可能的立體異構體。

1-5 指出X屬于幾元酸,寫出弱酸介質中硫酸鎳被其還原的反應方程式。

 

聯合國宣布2019年為國際元素周期表年,為了慶祝俄國化學家迪米特里·門捷列夫(Dimitri Mendeleev)排列的元素周期表150 周年。因而,這次競賽理論題以元素推斷題開啟。

 

答案與解析“84消毒液”是工業以及生活中非常常見的高效消毒劑,其主要成分為次氯酸鈉(NaClO),NaClO本身沒有消毒效果,是因為水解可以產生有消毒效果的HClO(次氯酸)。HClO是一種極弱的酸,但是具有極強的氧化性,可以將物質氧化,使其變性,從而達到消毒的作用。其水解原理如下:

NaClO+H2O→NaOH+HClO

空氣中的二氧化碳(CO2)也可以參與到該反應中:

NaClO+CO2+H2O→NaHCO3+HClO

根據這個,我們題目中CE3在工業中用于消毒和殺菌,則說明有HClO的產生,可以推斷出有Cl元素,為E。CE3在工業上可用于漂白和殺菌,我們可以推斷CE3為NCl3,可以推斷C為N元素。NCl3為黃色、油狀、具有刺激性氣味和揮發性的液體,化學性質活潑,易水解生成胺和強氧化劑HClO其原理為:

NCl3+3H2O→NH3+3HClO

生成的NH3又被會HClO氧化生成N2,故總反應式為:

2NCl3+3H2O→N2+3HCl+3HClO

化學鍍鎳是化學鍍中發展最快的一種。鍍液一般以硫酸鎳、乙酸鎳等為主鹽,亞磷酸、硼氫化鈉、硼烷、肼等為還原劑,在添加各種助劑,在90℃的酸性溶液中或者接近常溫的中性溶液、堿性溶液中進行化學反應。依據還原劑的不同可以分成化學鍍鎳-磷、化學鍍鎳-硼兩大類。鍍層在均勻性、耐腐蝕性、硬度、可焊性、磁性以及裝飾性上都顯示出優越性能。其原理為:在催化劑(常用Fe)的催作用下,溶液中的次亞磷酸根在催化表面催化脫氫,形成活性氫化物,并被氧化成亞磷酸根;活性氫化物與溶液中的鎳離子進行還原反應而沉積Ni。

2H2PO2+2H2O+Ni2+→Ni↓+H2↑+4H++2HPO32–

與此同時,溶液中的部分次亞磷酸根被氫化物還原成單質磷進入鍍層。即:

H2PO22–+H+→P+H2O+OH

所形成的化學鍍層是Ni–P合金,呈非晶態簿片結構。

A、B、C和D四種元素位于同一主族相鄰周期,可以得知為第五主族VA,根據電負性大小依次為N、P、As、Sb、Bi。由此可以推斷A為P元素,PCl3 (三氯化磷)是無色澄清的發煙液體,沸點76℃,做為催化劑、磷的溶劑以及氯化劑廣泛用于用于農藥、醫藥、染料工業等領域。PCl3 露于潮濕空氣中,完全水解成亞磷酸和氯化氫,其原理為:

PCl3+3H2O→3HCl+H3PO3

B的電負性大于D,又處于同一主族相鄰周期,因而最終可以推斷出B為As,D為Sb。

1-1 根據以上分析,A為P,B為As,C為N, D為Sb, E為Cl。(各1分)

1-2 A為sp2雜化,C為sp3雜化。(各1分)

雜化軌道的類型和分子空間構型是緊密相關的。sp雜化為線性分子,比如乙炔和二氧化碳,sp2雜化為三角平面型,比如三氟化硼和乙烯,sp3雜化則為正四面體,比如甲烷等。根據“糖葫蘆”的分子結構,我們可以推斷出A為sp2雜化,C為sp3雜化。

1-3 PCl5

 

4個鏡面,1個三次旋轉軸和3個兩次旋轉軸。(每正確答對一個對稱元素的類型得1分)

1-4 DE3Me2得分子式為: SbCl3Me2

 

(每寫對一個為0.5分,共1.5分)

1-5 X為H3PO二元酸(1分)

亞磷酸的結構式中只有―OH中得氫可以電離,因而為二元酸。其方程式:

NiSO4+H3PO3+H2O→Ni+H3PO4+H2SO4

(寫對化學反應方程式得1.5分,寫成離子反應方程式不得分)

 

可以看出,中國化學奧林匹競賽理論題都是綜合分析題,每題涵蓋的知識點非常豐富、全面。這就需要同學們平時多積累有關化學方面的知識以及常識。題目到這就全部分析解答完了。不知道大家看了這道題目,對照公布的題目分析與答案,能得幾分?那些參加冬令營的“大神”們很多都是滿分!

 

中國化學奧林匹克競賽簡介

 

中國化學奧林匹克競賽成四個階段:預賽→初賽→決賽→IChO(國際化學奧林匹克競賽)。一般省級預賽每年3月~5月舉行,全國初賽8月底9月初舉行以及決賽暨冬令營11月底12月初舉辦。

每個國家最終會派出4名學生組隊參加國際化學奧林匹克(IChO),IChO是世界上規模和影響最大的中學生化學學科競賽活動,現今已有80多個國家和地區參加這項活動,每年在7月份進行,由參賽國中的一國主辦。中國將在決賽暨冬令營中選出特別優秀的同學組成國家集訓隊進行短期集訓,并通過最終的測試從中選出4名最優秀的同學組成國家代表隊,代表中國參加國際化學奧林匹克(IChO)。

在第33屆中國化學奧林匹克(決賽)暨冬令營上,中國化學會秘書長范青華致辭,他向獲獎同學們表示祝賀,并與大家共同分享了經過緊張的答辯陳述和最終票選,中國獲得了2022年第54屆國際化學奧林匹克競賽的承辦權。這是繼1995年在北京大學舉辦國際化學奧林匹克后,時隔27年國際青年化學愛好者的盛會重返中國。他同時勉勵同學們在今后的工作和生活中繼續保持對化學的興趣和熱情,傳播化學知識,改變社會公眾對化學的誤解。

 

南開大學梁廣鑫教授代表中國做申辦陳述

 

最后,給大家留一道在2018年7月在斯洛伐克布拉迪斯拉發和捷克布拉格舉辦的第50屆國際化學奧林匹克競賽理論題第7題―西多福韋。這一道是關于有機合成化學推斷題,考考大家的有機合成基礎如何,能取得多少分?(答案下期公布)

 

7-1 畫出化合物A–D的結構式,包括立體化學。一個A分子產生兩個B分子。

7-2 畫出化合物3的所有其他異構體的結構式——這些異構體可用于相同的反應過程,僅生成相同的產物2。

二醇2可以進一步修飾并轉化為化合物1。用于將化合物F轉化為G的磷酸酯4的合成將在后面討論。

 

7-3畫出化合物E–I的結構式,包括立體化學。用縮寫MMT表示4-甲氧基苯基二苯基甲基((4-methoxyphenyl)diphenylmethyl)基團。

磷酸酯4可以通過以下合成路線制備:

 

7-4 畫出化合物J–L的結構式。

化合物I(來自題目7-3 )與胞嘧啶(5)反應得到一種異構體M 和N的比例為3:1 的混合物。這兩種產物的形成可以理解為,胞嘧啶(5)也可異構化為具有芳香性的互變異構體P,因而產生兩種產物。M與1,4-環己二烯及氫氧化鈀/碳反應生成化合物O。化合物O中的磷酸酯部分進一步與三甲基溴硅烷反應生成西多福韋(1)。

 

7-5畫出兩個異構體M和N以及化合物O的結構式,包括立體化學;畫出胞嘧啶(5)的具有芳香性的互變異構體P的結構式。M至O的轉變過程是去保護基團。

7-6畫出Q(來自環己二烯)和R(來自保護基)的結構式,它們是M到O的轉化過程中生成的兩個簡單的有機副產物。

 

(來源:化學通訊微信公眾號,閔陽/撰稿)

 

好运彩彩票-Welcome 鄢陵县 | 五台县 | 佛坪县 | 象山县 | 弥勒县 | 武清区 | 潍坊市 | 榆林市 | 天峻县 | 隆尧县 | 山阴县 | 正定县 | 寿阳县 | 华宁县 | 齐齐哈尔市 | 巴林右旗 | 威信县 | 上杭县 | 锦州市 | 勐海县 | 义乌市 | 仲巴县 | 崇明县 | 卓尼县 | 阿拉善盟 | 会东县 | 磴口县 | 洪江市 | 科技 | 三河市 | 廊坊市 | 西贡区 |