中國化學會2023年國初化競試題
（2023年10月13日 9︰00－12︰00 共計3小時）
● 競賽時間3小時。遲到超過30分鐘者不能進考場。開始考試後1小時內不得離場。時間到，把試卷（背面前上）放在桌面上，立即起立撤離考場。
● 試卷裝訂成冊，不得拆散。所有解答必須寫在站定的方框內，不得用鉛筆填寫。草稿紙在最後一頁。不得持有任何其他紙張。
● 姓名、報名號和所屬學校必須寫在首頁左側指定位置，寫在其他地方者按廢卷論。
● 允許使用非程式設計計算器以及直尺等文具。
第1題（4分）今年5月底6月初，各地報刊紛紛**了不要將不同品牌潔汙劑混合使用的警告。據報道，在全國各地發生了多起混合潔汙劑發生氯氣中毒的事件。根據你的化學知識作出如下判斷（這一判斷的正確性有待證明）：
當事人使用的液態潔汙劑之一必定含氯，最可能的存在形式是和 。當另一種具有性質）的液態潔汙劑與之混合，可能發生如下反應而產生氯氣
第2題（2分）目然界中，碳除了有2種穩定同位素12c和13c外，還有一種半衰期很長的放射性同位素14c，豐度也十分穩定，如下表所示（注：資料後括號裡的數字是最後一位或兩位的精確度，14c只提供了大氣豐度，地殼中的含量小於表中資料）：
試問：為什麼通常碳的相對原子質量只是其穩定同位素的加權平均值而不將14c也加入取平均值？
答：第3題（4分）最近報道在－100℃的低溫下合成了化合物x，元素分析得出其分子式為c5h4，紅外光譜和核磁共振表明其分子中的氫原子的化學環境沒有區別，而碳的化學環境卻有2種，而且，分子中既有c－c單鍵，又有c＝c雙鍵。溫度公升高將迅速分解。
x的結構式是：
第4題（10分）去年報道，在－55℃令xef4（a）和c6f5bf2（b）化合，得一離子化合物（c），測得xe的質量分數為31％，陰離子為四氟硼酸根離子，陽離子結構中有b的苯環。c是首例有機氙（iv）化合物，－20℃以下穩定。c為強氟化劑和強氧化劑，如與碘反應得到五氟化碘，放出氙，同時得到b。
4－1 寫出 c的化學式，正負離子應分開寫。答
4－2 根據什麼結構特徵把 c歸為有機氙比合物？答
4－3 寫出 c的合成反應方程式。答
4－4 寫出 c和碘的反應。答
4－5 畫出五氟化碘分子的立體結構：
第5題（5分）今年3月發現硼化鎂在39k呈超導性，可能是人類對超導認識的新里程碑。在硼化鎂晶體的理想模型中，鎂原子和硼原子是分層排布的，像維夫餅乾，一層鎂一層硼地相間，圖5－1是該晶體微觀空間中取出的部分原子沿c軸方向的投影，白球是鎂原子投影，黑球是硼原子投影，圖中的硼原子和鎂原子投影在同一平面上。
5－1 由圖5－1可確定硼化鎂的化學式為
5－2 在圖5－l右邊的方框裡畫出硼化鎂的乙個晶胞的透檢視，標出該晶胞內面、稜、頂角上可能存在的所有硼原子和鎂原子（鎂原子用大白球，硼原子用小黑球表示）。
圖5－1硼化鎂的晶體結構示意圖
第6題（8分）mn2＋離子是kmno4溶液氧化h2c2o4的催化劑。有人提出該反應的歷程為：
mn（ⅶ）mn（ⅵ）mn（ⅳ）mn（ⅲ）
mn(c2o4)n3－2nmn2＋＋co2
請設計2個實驗方案來驗證這個歷程是可信的（無須給出實驗裝置，無須指出選用的具體試劑，只需給出設計思想）。
第7題（10分）某不活潑金屬 x在氯氣中燃燒的產物y溶於鹽酸得黃色溶液，蒸發結晶，得到黃色晶體z，其中 x的質量分數為50％。在500ml濃度為0.10mol/l的y水溶液中投入鋅片，反應結束時固體的質量比反應前增加4.
95g。
x是y是z是
推理過程如下：
第8題（11分）新藥麥公尺諾的合成路線如下：
8－1 確定b、c、d的結構式（填入方框）。
8－2 給出b和c的系統命名：b為c為
8－3 ch3sh在常溫常壓下的物理狀態最可能是 （填氣或液或固），作出以上判斷的理由是
第9題（10分）2023年bhc公司因改進常用藥布洛芬的合成路線獲得美國綠色化學挑戰獎：
舊合成路線：
新合成路線：
9－1 寫出a、b、c、d的結構式（填入方框內）。
9－2 布洛芬的系統命名為
第10題（5分）最近有人用一種稱為「超酸」的化合物h(cb11h6cl6) 和c60反應，使c60獲得乙個質子，得到一種新型離於化合物[hc60]＋[cb11h6cl6]－。回答如下問題：
10－1 以上反應看起來很陌生，但反應型別上卻可以跟中學化學課本中的乙個化學反應相比擬，後者是
10－2 上述陰離子[cb11h6cl6]－的結構可以跟圖10－1的硼二十面體相比擬，也是乙個閉合的奈米籠，而且，[cb11h6cl6]－離子有如下結構特徵：它有一根軸穿過籠心，依據這根軸旋轉360°/5的度數，不能察覺是否旋轉過。請在圖10－1右邊的圖上新增原子（用元素符號表示）和**（表示化學鍵）畫出上述陰離子。
圖10－1
第11題（10分）研究離子晶體，常考察以乙個離子為中心時，其周圍不同距離的離子對它的吸引或排斥的靜電作用力。設氯化鈉晶體中鈉離子跟離它最近的氯離子之間的距離為d，以鈉離子為中心，則：
11－1 第二層離子有個，離中心離子的距離為 d，它們是離子。
11－2 已知在晶體中na＋離子的半徑為116pm，cl－離子的半徑為167pm，它們在晶體中是緊密接觸的。求離子佔據整個晶體空間的百分數。
11－3 奈米材料的表面原子佔總原子數的比例極大，這是它的許多特殊性質的原因，假設某氯化鈉奈米顆粒的大小和形狀恰等於氯化鈉晶胞的大小和形狀，求這種奈米顆粒的表面原子佔總原子數的百分比。
11－4 假設某氯化鈉顆粒形狀為立方體，邊長為氯化鈉晶胞邊長的10倍，試估算表面原子佔總原子數的百分比。
第12題（11分）設計出燃料電池使汽油氧化直接產生電流是對世紀最富有挑戰性的課題之一。
最近有人製造了一種燃料電池，乙個電極通入空氣，另一電極通入汽油蒸氣，電池的電解質是摻雜了y2o3的zro2晶體，它在高溫下能傳導o2－離子。回答如下問題：
12－1 以丁烷代表汽油，這個電池放電時發生的化學反應的化學方程式是
12－2 這個電池的正極發生的反應是
負極發生的反應是
固體電解質裡的o2－的移動方向是
向外電路釋放電子的電極是
12－3 人們追求燃料電池氧化汽油而不在內燃機裡燃燒汽油產生動力的主要原因是：
12－4 你認為在zro2晶體裡摻雜y2o3用y3＋代替晶體裡部分的zr4＋對提高固體電解質的導電能力會起什麼作用？其可能的原因是什麼？
答12－5 汽油燃料電池最大的障礙是氧化反應不完全產生堵塞電極的氣體通道，有人估計，完全避免這種副反應至少還需10年時間，正是新一代化學家的歷史使命。
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