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2003年全国高中学生化学竞赛试题答案及评分标准

第1题（5分） 二战期间日本是在战场上唯一大量使用毒气弹的国家，战争结束日军撤退时，在我国秘密地遗弃了大量未使用过的毒气弹，芥子气是其中一种毒气。芥子气的分子式为 (ClCH2CH2)2S。人接触低浓度芥子气并不会立即感受痛苦，然而，嗅觉不能感受的极低浓度芥子气已能对人造成伤害，而且，伤害是慢慢发展的。 1－1 用系统命名法命名芥子气。

2-氯乙硫醚 或 2-氯乙烷硫化物 （1分）1－2 芥子气可用两种方法制备。其一是ClCH2CH2OH与Na2S反应，反应产物之一接着与氯化氢反应；其二是CH2=CH2与S2Cl2反应，反应物的摩尔比为2 : 1。写出化学方程式。 2ClCH2CH2OH + Na2S = (HOCH2CH2)2S + 2NaCl （1分） （1分） (HOCH2CH2)2S + 2HCl = (ClCH2CH2)2S + 2H2O 2CH2=CH2 + S2Cl2 = (ClCH2CH2)2S + S （1分） 1－3 用碱液可以解毒。写出反应式。 (ClCH2CH2)2S + 2OH = (HOCH2CH2)2S + 2Cl－－ （1分） 用 NaOH代替OH－也可。方程式必须配平才能得分。 第2题（7分）50年前，Watson和Crick因发现DNA双螺旋而获得诺贝尔化学奖。DNA的中文化学名称是：脱氧核糖核酸；DNA是由如下三种基本组分构成的：脱氧核糖（基）、

磷酸（基）和 碱基 ；DNA中的遗传基因是以 碱基 的排列顺序存储的；DNA双链之间的主要作用力是 氢键 。给出DNA双螺旋结构在现代科技中应用的一个实例：基因重组或基因工程、转基因作物、人类全基因图谱…… 。（每空1分；无“基”字得分相同。）

第3题（5分） 在正确选项上圈圈。 3－1 下列化学键中碳的正电性最强的是

A. C－F B. C－O C. C－Si D. C－Cl 3－2 电子构型为[Xe]4f145d76s2的元素是

A. 稀有气体 B. 过渡元素 C. 主族元素 D. 稀土元素 3－3 下列离子中最外层电子数为8的是

A. Ga3+ B. Ti4+ C. Cu+ D. Li+

第4题（8分） 在30oC以下，将过氧化氢加到硼酸和氢氧化钠的混合溶液中，析出一种无色晶体X。组成分析证实，该晶体的质量组成为Na 14.90％，B 7.03 %，H 5.24 %。加热X，得无色晶体Y。Y含Na 23.0%，是一种温和的氧化剂，常温下在干燥空气里稳定，但在潮湿热空气中分解放氧，广泛用作洗涤剂、牙膏、织物漂白剂和美发产品，也用于有机合成。结构分析证实X和Y的晶体中有同一种阴离子Z2-，该离子中硼原子的化学环境相同，而氧原子却有两种成键方式。

4－1 写出X、Y的最简式，给出推理过程。

X的最简式；NaBH8O7 Y的最简式；NaBH2O4 (各1分；写成水合物也可) 推理过程： Na B H O

14.90/23.0 = 0.648 7.03/10.8 = 0.651 5.24/1.008= 5.20 72.83/16.0=4.55 1 1 8 7 X变成Y是脱水过程。X为NaBH2O4·3H2O, 则Y中Na的质量百分数为23/99.8 = 0.23 （若X是NaBO3·4H2O，则Y中Na的质量分数为23/81.8=0.28 不符合题意。） (1分)

4－2 用最恰当的视角画出Z2-离子的立体结构（原子用元素符号表示，共价键用短线表示）。

2-HOBHOOOOOBOHOH (5分； 不写“2－”不扣分。) 参考图形：

第5题（6分） 下图是一种正在投入生产的大型蓄电系统。左右两侧为电解质储罐，中央为电池，电解质通过泵不断在储罐和电池间循环；电池中的左右两侧为电极，中间为离子选择性膜，在电池放电和充电时该膜可允许钠离子通过；放电前，被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3，放电后，分别变为Na2S4和NaBr。

电解质电解质离子选择性膜+电解质储罐电极电电解质电解质极_电解质储罐电解质泵泵电解质电源/负载

5－1 左、右储罐中的电解质分别为； 左 ：NaBr3/NaBr（1分；只写一种也可）右 : Na2S2/Na2S4 （1分；只写一种也可） 5－2 写出电池充电时，阳极和阴极的电极反应。 -++-阳极：3NaBr –2e = NaBr3 + 2Na (1分) 阴极：Na2S4+2Na+2e=2Na2S2 (1分)

5－3 写出电池充、放电的反应方程式。 2Na2S2+ NaBr3 放电充电Na2S4+ 3NaBr (1分) 5－4 指出在充电过程中钠离子通过膜的流向。

Na+ 的流向为从左到右。（1分） 第6题（12分） 2003年3月日本筑波材料科学国家实验室一个研究小组发现首例带结晶水的晶体在5K下呈现超导性。据报道，该晶体的化学式为 Na0.35CoO2 ? 1.3H2O，具有……-CoO2-H2O-Na-H2O-CoO2-H2O-Na-H2O-……层状结构；在以“CoO2”为最简式表示的二维结构中，钴原子和氧原子呈周期性排列，钴原子被4个氧原子包围，Co-O键等长。 6－1 钴原子的平均氧化态为 + 3.65 。(1分；不写“＋”给0.5分)

6－2 以 代表氧原子，以 代表钴原子，画出CoO2层的结构，用粗线画出两种二维晶胞。可资参考的范例是：石墨的二维晶胞是下图中用粗线围拢的平行四边形。

、或或 （画出1种晶胞给6分，画出2种晶胞给9分） 画成不符合化学式者如：

， 不是同一形状平行四边形的最小体积者以及不符合平移特征的图形均不得

分。

6－3 据报道，该晶体是以Na0.7CoO2为起始物，先跟溴反应，然后用水洗涤而得到的。写出起始物和溴的反应方程式。

Na0.7CoO2 + 0.35/2 Br2 = Na0.35CoO2 + 0.35 NaBr (2分; 未配平不给分。) 第7题（5分） 杜邦公司因发明了一项新技术而获得了2003年美国总统绿色化学奖。该技术利用基因工程将酵母菌的基因引入一种大肠杆菌，用来将葡萄糖发酵生成1.3-丙二醇。 7－1 在上述发酵过程中，葡萄糖首先转化为二羟基丙酮的一磷酸酯，随后转化为目标产物。该反应对于葡萄糖的原子利用率为 84 ％。原子利用率是目标产物的相对分子质量除以反应物相对原子质量之和乘以100％。（2分）

7－2 生产1.3-丙二醇的传统工艺是以石油为原料按下述路线进行的：石油→乙烯→环氧乙烷→3-羟基丙醛→1.3-丙二醇。获得3－羟基丙醛的反应在乙醚溶剂中进行，用钴催化剂或铑催化剂，温度80oC，压力107 Pa；后一反应用镍催化剂，温度80－120oC，压力1.6x107 Pa。对比之下，新工艺至少具有以下3种绿色化学特征： 原子利用率高，使用了可再生的植物资源，反应在温和条件下进行因而能耗低，不使用贵金属催化剂，不使用有机溶剂，有毒污染物排放少，反应在温和条件进行而不使用高压设备，……。 （共3分；每答出上列各点之一给1分。）