2018杨子石化杯江苏化学夏令营暨选拔赛

第 1 题（10 分）氮是地球表面上以单质存在的最丰富的元素，它以双原子分子 N2 形式存在。
1-1 氮在元素周期表中处于第
周期、第
族，N2 分子中两 N 原子间形成了
键（请填键型和个数）。
键和
1-2 用 VSEPR 预测 NO2 和 NF3 的几何构型分别为
和
，其中心氮原子的杂化类型分
别为
和
。
1-3 平面型分子 N2O4(
mol/L，因此该方法是不可行的。
（已知 Kspѳ(Fe(OH)2 = 4.86×10-17，Kspѳ(Cu(OH)2 = 2.2×10-20，Kspѳ(Fe(OH)3 = 2.8×10-39）
第 4 题（10 分）
4-1 用电解法精炼生产出来的铜称为“电解铜”，纯度高，可以用来制作电气产品。电解时将粗铜（含铜
2018 年“扬子石化杯”化学竞赛江苏夏令营暨选拔赛
H 1.008
相对原子质量
He 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 3 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]
99％）预先制成厚板作为阳极，纯铜制成薄片作阴极，以硫酸和硫酸铜的混合液作为电解液。粗铜
中含有的金属杂质包括比铜活泼的铁、锌等，以及不如铜活泼的金、银等。此处分别以金、铁为例，
假设粗铜中仅含杂质 Au 和 Fe。
（1）生产电解铜时，粗铜的三种主要组分的变化为：精铜在
极析出， 进入电解液，
进
入阳极泥。
7-1 670 ℃ 以上，ZrRh 具有 CsCl 型结构，已知 Zr 和 Rh 的金属原子半径分别为 1.60 Å、1.34 Å，则可估
算 ZrRh 的晶胞参数为
。
7-2 Cr2Al 是一种可用于航空发动机的极具吸引力的轻质高温材料，四方晶系，其晶胞可以看作是在类似 CsCl 晶胞的上下部再堆叠上两个晶胞形成的，在 Al 的周围 Cr 形成立方体配位；沿晶胞的 c 轴方向
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
（2）写出在阳极发生的产生气体的电极反应方程式
。
4-2 近年来，室温钠离子电池因钠离子资源丰富、成本低廉，引起了人们的广泛关注。作为钠离子电池的
负极材料，锑（Sb）因其储存钠离子容量高而更受研究工作者的青睐。然而锑在充放电过程中有较
大的体积改变，使其容量快速衰减而阻碍其实际应用。解决这一问题的有效方法之一便是将锑与碳
（1）在 KMnO4、H2O2、NH3·H2O、Na2CO3、ZnO、CuO 等化学药药品中该厂应选的最合适的氧化剂
为
，调整 pH 的试剂为
。
（2）若用直接沉淀出 Fe(OH)2 的方法提纯 CuCl2，计算可知，当 Fe2+浓度小于 1.0×10-5 mol/L 时，若要不
产生 Cu(OH)2 沉淀，Cu2+浓度必须小于或等于
。
6-2 写出化学反应方程式 1－5。（反应 3/4/5 中的 D 以 A 的质量分数为 77.37 %时的形式表示）
反应 1：
；
反应 2：
；
反应 3：
；
反应 4：
；
反应 5：
；
第 7 题（10 分） 汽车和航空发动机对材料性能要求很高，需要具有卓越的高温强度和良好的机械性能、
抗氧化性、抗腐蚀性等一系列优异性能，常见的有 AB 型和 A2B 型。ZrRh 就是 AB 型的典型代表， ZrRh 还是极具商业应用价值的高温形状记忆合金；Cr2Al、Zr2Al 是 A2B 型轻质高温材料的代表。 这些材料都具有简单的 CsCl 型结构的特点，可以看作是由 CsCl 衍生出来的结构。请解答问题：
酸分子中含有三个羧基，则柠檬酸与氢氧化钠反应的物质的量之比为
含量为
（mg/100 mL）。
。样品中 C6H8O7 的
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3-2 在工业污水处理中，经常通过沉淀的方法除去水中的重金属离子并进行资源化。例如，某化工厂用盐
酸加热处理粗 CuO 的方法制备 CuCl2，每 100 mL 所得的溶液中有 0.055 g Fe2+杂质。为除去铁杂质， 首先使 Fe2+氧化成 Fe3+，再调整 pH 使 Fe3+成为 Fe(OH)3 沉淀。
投影可以得到如下结构，请根据上述描述，构建一个以 Al 为顶点的 Cr2Al 晶胞结构透视图，并标出 各原子的位置。
7-3 轻质是航空发动机材料的重要指标，已知 Cr2Al 的晶胞参数：a = 3.004 Å，c = 8.646 Å，则该晶体的
密度为
g/cm3；Cr2Al 晶体一个结构基元包含的内容为
护的目的是
；为确保 Fe 的完全反应，通常体系中应加入过量的硼氢
化钠，请用离子方程式解释硼氢化钠过量的原因
。
5-3 部分学者利用纳米零价铁去除水体中的重金属铅元素，为该类污染物的环境修复提供了新的技术与方
法。研究表明，pH 是影响铅元素去除效果的重要因素，从下图可以看出，中性条件下去除率最高，
而酸性或碱性条件下去除效果均有明显下降，其主要原因是：
（1）写出上述制备锑/碳复合材料的化学反应方程式
。
（2）写出稀盐酸刻蚀步骤对应的化学反应方程式：
。
（3）已知锑的储存钠离子的反应为：Sb(s) + 3Na+ + 3e- → Na3Sb(s)，则计算可得锑的比容量（即单位质
量锑所能放出的电量，以 mAh/g 为单位）为
mAh/g。
第 5 题（10 分） 在人类物质文明的发展过程中，铁比其他任何元素更为重要，其既是引发工业革命的
制备纳米零价铁的方法为：（1）用一定体积比的乙醇、水混合溶剂分别配制硫酸铁溶液与硼氢化钠
溶液；（2）在无氧条件或氮气保护下，向硫酸铁溶液中缓慢滴加硼氢化钠溶液并不断搅拌。（3）反
应完毕后，用无氧水及无水乙醇多次洗涤反应过程中生成的纳米铁颗粒并妥善保存备用。
5-2 上述制备过程中，硼氢化钠的作用为
，反应中采取无氧体系或氮气保
写出 A、B、C、D、E 的结构简式。
A
；B
；
C
；D
；
E
；
第 9 题（10 分） 作为临床药物的分子往往是具有某种特定构型的化合物，因此在合成过程中常需要对 外消旋体进行手性拆分。一种和治疗帕金森病的药物盐酸罗替戈汀（Rotigotine Hydrochloride）可由 下面的路线合成：
请回答下列问题： 9-1 第一步生成 A 的反应类型为：
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 65.41 69.72 72.61 74.92 78.96 79.90 83.80
是
，产生的灰绿色固体是
（填化学式）。
第 3 题（12 分）
3-1 炎热而潮湿的夏天，人们需要适量喝水或饮料。许多饮料的主要成分是甜味剂、有机酸、矿物质和调
味剂。饮料中比较常见的有机酸是抗坏血酸(C6H8O6)和柠檬酸(C6H8O7)。为测定仅由这两种酸组成的 某样品的含量，进行以下实验。
（1）准确移取 50.00 mL 样品溶液于锥形瓶中，加入 25 mL 1 mol/L HCl 和 2 mL 0.5 %的淀粉溶液，用 0.010
。
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7-4 NH4HgCl 也是具有 CsCl 结构特点的晶体结构，结构如下图所示，大黑球是 NH4+（视为球形），小黑
球是 Hg2+，白球是 Cl-。则 Hg2+和 NH4+的 Cl-具体配位形式分別是：
和
。
第 8 题（10 分） 石斛兰属类植物中含有丰富的天然产物，可用作中药，具有治疗感冒发热、促进唾液 分泌等功效。“(+)-dendrowardol C”是 2013 年从大苞鞘石斛的茎中分离出的一种天然产物，拥有九 个连续立体中心的四环倍半萜结构。以下是“(+)-dendrowardol C”全合成中关键中间体 F 的合成路 线。
Fr Ra Ac－ [223] [226] La
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds
Rg
Cn
Nh
Fl
Mc
Lv
Ts
Og
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
气体常数 R = 8.31447 J·K-1·mol-1 法拉第常数 F = 96485 C·mol-1 阿伏伽德罗常数 NA = 6.022142×1023 mol-1
氨反应生成棕色粉末 D，D 中 A 的质量分数为 77.37 % ~ 85.07 %（反应 3）。D 可用作莫斯科大金顶