历年高中化学竞赛有机题

历年有机试题一．有机结构（1999）第六题（10分）曾有人用金属钠处理化合物A（分子式C5H6Br2，含五元环），欲得产物B，而事实上却得到芳香化合物C（分子式C15H18）。6-1请画出A、B、C的结构简式。6-2为什么该反应得不到B却得到C？6-3预期用过量酸性高锰酸钾溶液处理C，得到的产物是D，写出D的结构式。[解题思路]1．对比产物C的分子式（C15H18）和起始物A的分子式（C5H6Br2）可见一个C分子是3个A分子脱去溴原子连接而成的，而且A转化为C的反应是用金属钠消除A分子中的溴。可见此题并没有要求应试者必须学过武兹反应，此思路的知识基础没有超过中学化学。2．试题用A是溴代环戊烯和C是芳香化合物2个信息同时限定了A和C的结构。溴代环戊烯因溴原子连在不同碳原子上而有多种位置异构体，它们与金属钠反应失去溴连接的方式更多，但是，为满足C是分子式为C15H18的芳香化合物（至少要有一个含共轭双键的苯环）的条件，A必须是1，2-二溴环戊烯，C必定有答案给出的结构式。应试者得出这个结论的过程和花费的时间自然很不相同，有的学生可能在草稿纸画满各种各样的二溴环戊烯，并令其脱溴相连，甚至得出很大的环状化合物，有的学生则只需在脑子里想清楚，其差别不是知识水平高低而是智力水平高低。在思考过程中，下述联想是有助于应试者得出结论：3．为什么A与金属钠反应会得到C呢？如果应试者联想起中学化学里学过乙炔合成苯的反应，就会想到，A脱去溴首先得到的应是含CC键的环戊炔（B），既然乙炔经催化可三聚成苯，对比乙炔和环戊炔的结构，理应联想到中学化学学到：乙炔的碳氢处在一条直线上（《化学读本》的sp杂化当然有帮助，属竞赛大纲要求，但并非必需），环戊炔的炔碳在五元环上，其不稳定性就不至犹豫，不需催化剂也会聚合就在意料之中。4．命题人考虑到环戊烯不稳定，有的学生可能将B写成它的双聚物，以求得到较稳定的化合物，因而答双聚体也算对，而且对两种B的不稳定给了注释性说明（注：不要求学生达到这种注释水平）。5．C的氧化可看成是苯环的侧链碳原子的氧化。中学化学里讲过甲苯氧化得苯（甲）酸，去年初赛题分析里讨论过芳香烃侧链氧化的规律，应试者一般研究过去年初赛题，所以由C得出D应不是困难的事。但是，这里仍有很强的智力因素，应试者若被C的复杂结构迷惑住，不注意分子的核心部位是一个苯环，对题目给出的C是芳香化合物的信息视而不见，D是什么就很难答上来，到事后才恍然大悟。[答案]6-1各2分若答B的结构式为：亦给2分6-2要点：B不稳定(2分)注：前者的炔碳原子通常为sp杂化轨道，线性，环炔的张力太大；后者为反芳香性。6-3ABrBrBCCOOHCOOHCOOHCOOHHOOCHOOC或COHOCHOOCHOOCOHOOCOHCHOO（2分）注：酸性高锰酸钾溶液氧化芳香环侧链反应发生在碳上；该产物可形成分子内氢键。[评论]此题充分利用中学化学知识创造性地得出大中学教科书上没有讨论过的新知识。它不仅使应试者应用了知识，更使应试者应用知识去创造新知识。在应试者具有同等中学化学知识的前提下，应答水平主要取决于应试者的智力水平。笔者认为，这是今后化学竞赛的命题方向。赛场实情是能够解此题的学生很少，大多数学生根本缕不清思路，这些学生此题1分也未得，若仅6-3问答不出，则可归咎于该问超过中学化学知识，因此，我们认为，大力研究如何加强教学中的创造性思维培养，是迫在眉睫的教改任务。（1999）第七题（12分）在星际云中发现一种高度对称的有机分子（Z），在紫外辐射或加热下可转化为其他许多生命前物质，这些事实支持了生命来自星际的假说。有人认为，Z的形成过程如下：（1）星际分子CH2=NH聚合生成X；（2）X与甲醛加成得到Y（分子式C6H15O3N3）；（3）Y与氨（摩尔比1:1）脱水缩合得到Z。试写出X、Y和Z的结构简式。[解题思路]此题的题型与思路同上题。从X是CH2=NH聚合反应产物，应试者当可写出其通式为-(-CH—NH-)n-。这里命题人已经预计到，许多学生会以为n值一定很大，以为凡聚合反应必得到高聚物，实在是设置的“陷阱”。其实，聚合反应不一定得到高聚物，中学课本里的乙炔聚合成苯就是典型例子。因此，编题人给出Y的分子式，意在帮助应试者“跳出陷阱”，联想到乙炔聚合为苯，反推出n=3，X是起始物的三聚体。该思路要求应试人首先要有“加成反应”的明确概念，懂得所谓“加成反应”是A+B=C，然后对比X（通式）和Y以及甲醛的分子式，对Y分子式这个信息进行加工——Y分子中的所有氮原子必来源于亚甲胺（注：编题人为减少枝节未给出它的化学名称），既然Y中有3个氮原子，说明Y是由亚甲胺的三聚体与甲醛发生加成而得，由此得到X是C3H9N3，Y的分子式与X的分子式相减，得知与1分子亚甲胺三聚体反应的是3分子甲醛。这一信息加工过程也就同时得出了X和Y都是环状分子的结论。羰基加成反应中学里确实讲过，但印象最深的恐怕是加氢，并归入还原，羰基加水，就已经“超纲”，编题人设想参加竞赛的选手有这个知识，并用以理解加胺（可理解为加氨”，这考察了应试者对氨与水的类似性的把握与否，能否将甲醛加水C=O双键打开的知识“迁移”于加氨）。最后，Y与NH3发生缩合反应，编题人首先考察了应试者有没有缩合反应的基本图式：A+B=C+D的模式概念以及缩合反应从反应物“母体”里脱除的是“小分子”的概念，要求应试人找到氨分子与Y分子的什么基团发生缩合，脱除什么小分子。脱水缩合在中学课本里讲到最多，应属于应试者已有的知识基础。只是Y与氨的缩合脱去3分子水，不同于中学课本里的缩合反应，是需要应试者的思维十分敏捷、广阔的。若应试人从Y的结构式里发现它有3个羟基，氨分子又有3个氢原子，本不难作这种带有相当程度创造性的思维。最后，Z的结构的得出，编题人显然是在考察应试者空间感受能力的强弱。[答案]X的结构式Y的结构式Z的结构式NNNHHHNNNCH2OHCH2OHHOH2CNNNN（4分）（4分）（4分）Z画平面结构如上右图等不扣分；画X、Y、Z其他等价结构式，均得满分。[评论]本题涉及到中学有机化学“聚合”、“加成”、“缩合”三个概念，若应试人确实把握中学课本中这三个反应类型的概念以及课本上的具体知识内容，就已经有了解出此题的知NNNN识基础。因此，笔者认为，此题在知识基础上没有超过中学化学。然而，此题的能力要求很高，要求灵活运用中学学到的基本知识创造未知知识的能力，同时也考察了应试者面对陌生的心理承受能力和应变能力。因此，这道试题应视为较成功的“知识要求低、能力要求高”的好题。赛场实情：好学生得解，差学生零分。得零分的原因有几种可能：一种可能是对聚合反应的内涵把握得太片面，以为只要聚合反应一定得到高聚物，或者对羰基加成反应缺乏基本概念；另一种可能是解题不灵活，不善于上下前后前后整体性地审题；第3种可能是创造性思维能力差，不善于用原有知识基础理解加工新信息得出新知识；第4种可能是空间感受能力差。编题人给出Y的分子式，不前不后，十分恰当。要求应试者对试题有整体性的把握，思路清晰地进行逻辑思维，“上下求索、左右逢源、前后呼应”。此题可能存在的问题是，命题人本来预计此题的主题完全是新的，因为在星际云中存在六次甲基四胺并假定它是由亚甲胺生成，是最近的文献报道，只是最后产物可能有的学生见到过，可能对解题有帮助，但这个知识点不是本题思路的主要出发点，说不上一定有帮助。（2000）3．1999年合成了一种新化合物，本题用X为代号。用现代物理方法测得X的相对分子质量为64；X含碳93.8%，含氢6.2%；X分子中有3种化学环境不同的氢原子和4种化学环境不同的碳原子；X分子中同时存在C—C、C＝C和C≡C三种键，并发现其C＝C键比寻常的C＝C短。1．X的分子式是____（2分）2．请画出X的可能结构。（4分）【答案】1．C5H42．如右右上图注：只有一种可能结构；重键位置必须正确，而键角和立体结构则不必要求。右上图是用Chemsketch程序制作的立体结构图，图形未画出重键，仅供参考，不是答案。（2000）9．最近，我国一留美化学家参与合成了一种新型炸药，它跟三硝基甘油一样抗打击、抗震，但一经引爆就发生激烈爆炸，据信是迄今最烈性的非核爆炸品。该炸药的化学式为C8N8O16，同种元素的原子在分子中是毫无区别的。1．画出它的结构式。（4分）2．写出它的爆炸反应方程式。(2分)3．该物质为何是迄今最烈性的非核爆炸品。（3粉）【答案】1．如右图所示。答八硝基环辛四烯者也按正确论。2．C8(NO2)8＝8CO2＋4N23．①八硝基立方烷分解得到的两种气体都是最稳定的化合物；②立方烷的碳架键角只有90o，大大小于109°28’(或答：是张力很大的环)，因而八硝基立方烷是一种高能化合物,分解时将释放大量能量；③八硝基立方烷分解产物完全是气体，体积膨胀将引起激烈爆炸。说明：以上是参考答案，只要能答出类似以上要点者均可得满分（2002）第13题（11分）离子液体是常温下呈液态的离子化合物，已知品种几十种，是一类“绿色溶剂”。据2002年4月的一篇报道，最近有人进行了用离子液体溶解木浆纤维素的实验，结果如下表所示；向溶解了纤维素的离子液体添加约1.0％（质量）的水，纤维素会从离子液体中析出而再生；再生纤维素跟原料纤维素的聚合度相近；纤维素分子是葡萄糖（C6H12O6）的缩合高分子，可粗略地表示如下图，它们以平行成束的高级结构形成纤维；葡萄糖缩合不改变葡萄糖环的结构；纤维素溶于离子溶液又从离子液体中析出，基本结构不变。n=400~1000表木浆纤维在离子液体中的溶解性离子液体溶解条件溶解度(质量%)[C4mim]Cl加热到100oC10%[C4mim]Cl微波加热25%,清澈透明[C4mim]Br微波加热5～7%[C4mim]SCN微波加热5～7%[C4mim][BF4]微波加热不溶解[C4mim][PF6]微波加热不溶解[C6mim]Cl加热到100oC5%[C8mim]Cl加热到100oC微溶表中[C4mim]是1-(正)丁基-3-甲基咪唑正一价离子的代号，“咪唑”的结构如右上图所示。回答如下问题：13－1。在下面的方框中画出以[C4mim]+为代号的离子的结构式。NNCH2CH2CH2CH3CH3+（2分）注：不加括号而将“＋”加在甲基氮上也正确。丁基用锯齿状无氢简式表示得分相同。13－2。符号[C6mim]＋和[C8mim]＋里的C6和C8代表什么？答：己基和辛基（1分）。13－3。根据上表所示在相同条件下纤维素溶于离子液体的差异可见，纤维素溶于离子液体的主要原因是纤维素分子与离子液体中的阴离子（或负离子）之间形成了氢键；纤维素在[C4mim]Cl、[C4mim]Br、[C4mim][BF4]中的溶解性下降可用Cl-、Br-、BF4-结合氢的能力下降来解释（注：或答半径增大，或与氢形成氢键的能力下降，或作为质子碱的碱性减小，等等），而纤维素在[C4mim]Cl、[C6mim]Cl和[C8mim]Cl中溶解度下降是由于Cl-的摩尔分数降低。（每空1分，小计5分）13－4。在离子液体中加入水会使纤维素在离子液体里的溶解度下降，可解释为：水与离子液体中的阴离子形成氢键的能力更强。（1分）13－5。假设在[C4mim]Cl里溶解了25％的聚合度n=500的纤维素，试估算，向该体系添加1％（质量）的水，占整个体系的摩尔分数多少？假设添水后纤维素全部析出，析出的纤维素的摩尔分数多大？溶解于离子液体中的纤维素的摩尔质量为：(6x12+10+5x16)x1000=1.62x105（g/mol）NNH离子液体的摩尔质量为：8x12+15+14x2+35.5=96+15+28+35.5=175(g/mol)水的摩尔分数为：1.0/18/(1.0/18+75/175+25/1.62x105)=0.12析出的纤维素的摩尔分数为：(25/162000)/(1.0/18+75/175+25/1.62x105)=3.2x10-4（2分）（2005）第7题（8分）7-1给出下列四种化合物的化学名称：A.