高中化学化学竞赛试题及解题方法研究

化学奥赛试题解法探析竞赛辅导训练是否有效，关键在于训练思维能力，培养思维方法。纵观近年来全国初赛及决赛试题，就解决问题的思维途径来看，可有以下几种。一、类比联想类比联想是解答化学奥赛试题的基本方法。它是抓住题目所给信息，展开联想，根据“此”对象在形式和内容上的特征，想像出与“此”关联的“彼”对象。类比常常具有启发思路，提供线索，达到以旧带新，触类旁通的作用。在实际解题中类比联想可使表面上看起来风马牛不相及的事物联系起来，进而产生新信息，新思路，发现新规律，最终解决问题。例1.已知液体SO2和纯水的导电性相近，实验测得两者的比电导分别为8×10－8Ω－1cm－1和6×10－8Ω－1cm－1。试用简要的文字和化学方程式给出解释，为什么在液体SO2中，可用Cs2SO3去滴定SOCl2?（1994年浙江省竞赛试题）解析：2H2OH3O＋＋OH－可看成：2OH2OH3＋＋OH－联想到：2SO2SO32－＋SO2＋（因氧显－2价）其逆过程便为Cs2SO3与SOCl2的反应。Cs2SO3＋SOCl2＝2CsCl＋2SO2由此题还可推广到：2NH3NH4＋＋NH2－2H2SO4H3SO4＋＋HSO4－2C2H5OHC2H5OH2＋＋C2H5O－二、排除确认先看一则字谜：口木不是呆，莫把杏字猜，若要猜困字，不算是秀才。此谜属于组合型字谜，先要思维发散找出各种可能的组合，再逐一排除确认。口和木上下组成的“呆、杏”被排除，左口右木或左木右口不能组字，也被排除；木内口外组合的“困”又被排除，这就只剩下木外口内，即将口插入木中这一种可能，故谜底为“束”。同理，合理有序的思维发散与排除确认的思维收剑也是化学奥赛常用的解题方法。例2.有机物X，Y的化学式均为C7H14，并且均有旋光性，用O3氧化，H2O/Zn处理后都有甲醛生成。二者经催化加氢后都得到Z（化学式为C7H16），Z也有旋光性。试推测X，Y，Z的结构。（1997年陕西省化学竞赛试题）解析：（1）由化学式可知不饱和度为1，则为单烯烃或环烷烃。又知可催化加氢后得到庚烷，必为单烯烃。（2）若X，Y为单烯烃，可能结构如下（思维发散）：A.直链烯烃B.含一个支链的烯烃C.含2个支链的烯烃D.含3个支链的烯烃（3）由于X，Y均有旋光性，可排除直链烯烃和含3个支链的烯烃。因此，X，Y只能为B，C两种情况。（4）在B，C两种情况中，因氧化后均有甲醛生成，则“C＝C”在链端，这样X，Y可能结构为：A.B.C.D.（无旋光性者不考虑）（5）催化加氢后得到Z，Z也有旋光性，据此可确认X，Y，进而可得C。三、猜想求证化学竞赛中经常出现一些“超纲”题，它要求我们要大胆的去猜想，去假设，再把事实与理论相比较，并加以证明。这种思维方法我们称之猜想求证。例3.次磷酸是一种强还原剂，将它加入CuSO4水溶液中，加热到40℃～50℃，析出一种红棕色的难溶物A。经鉴定：反应后的溶液是磷酸和硫酸的混合物，X射线衍射证实A是一种六方晶体，结构类同于纤维锌矿（ZnS），组成稳定。A的主要化学性质如下：①温度超过60℃，分解成金属铜和一种气体；②在氯气中着火；③与盐酸反应放出气体。回答以下问题：（1）写出A的化学式。（2）写出A的生成反应方程式。（3）写出A与氯气反应的化学方程式。（1997年全国化学竞赛初赛试题）解析：解答本题的关键是确定A的化学式。因A经加热分解可以得到铜，所以把A可写成CuX。X是什么?这是本题的难点。根据CuX具有ZnS的结构，得知n（Cu）︰n（X）＝1︰1，猜想A可能是CuS，CuP，CuO和CuH（由NaH联想而知）等，若是CuS或CuO，生成反应中就找不到被强还原剂还原的元素，而且它们是黑色的，与题目的红棕色不符；若是CuP，与铜和磷的化合价相矛盾（按化合价，应是Cu3P或者Cu3P2，均不是ZnS的组成）；若是CuH，与题目的信息完全一致。这样就可确定本题答案：（1）CuH（2）4CuSO4＋3H3PO2＋6H2O＝4CuH↓＋3H3PO4＋4H2SO4（3）2CuH＋3Cl2＝2CuCl2＋2HCl四、顺藤摸瓜有因，必有果。这就需要我们在解决实际问题时，不草率从事，轻意下结论，而是全面分析，层层剥笋，最终便能抓住题目的本质要素，使题目得解。例4.绿矾（化学式FeSO4·7H2O）是硫酸法生产钛白粉的主要副产物，每生产1t钛白粉，副产绿矾4.5t～5.0t，目前全国每年约副产物75万吨，除极少量用于制备新产品外，绝大部分作为废料弃去，对环境造成污染。因此开发综合利用绿矾的工艺，是一项很有意义的工作。某研究者提出如附图所示的绿色工艺流程。附图工艺流程其中B是氯化物，C是不含氯的优质钾肥，D是一种氮肥，E是红色颜料；A，B，C，D均是盐类，E和F是常见的化合物。该工艺实现了原料中各主要成分的利用率均达94%以上，可望达到综合利用工业废弃物和防治环境污染的双重目的。（1）写出A，B，C，D，E，F的化学式。（2）写出反应（1）、（2）、（3）的化学方程式。（2001年全国高中学生化学竞赛决赛试题）解析：本题是中学化学中最熟悉的框图题，我们可根据题给反应物FeSO4这一信息，“顺藤摸瓜”推理出A，B，C，D，E，F的化学式。FeSO4与盐A在水中发生反应（1），生成一种沉淀和溶液，并放出气体，被回收得F。A盐应是常见的碳酸盐。它与FeSO4反应得碱式碳酸亚铁沉淀和硫酸盐溶液，并放出CO2气体。这与题中反应（2）信息完全相符，接着Fe(OH)3煅烧得红色颜料Fe2O3。因此E是Fe2O3，F是CO2。经过上述分析，A盐的阴离子为CO32－，那么它的阳离子是什么呢?根据反应（3）后的框图分析，FeSO4中SO42－与盐A的阳离子组成新盐，它溶于水，因此进入反应后的滤液中，与氯化物B发生反应（3），这也是盐与盐反应，生成一种沉淀和溶液。沉淀经干燥得产品C；滤液经蒸发得产品D。由于C是不含氯的钾盐，说明B中氯元素没有进入C的组成，而进入了D的组成，因而D是氯化物。题中又提供D是氮肥，自然联想到D为氯化铵。D中的NH4＋可能来自A盐，也可能来自B盐。若为后者，则B也为NH4Cl，这样反应（3）在通常情况下不能发生。因此D中NH4＋只能来自于A盐，而C中的K＋来自B盐。于是B是ＫCl，C为Ｋ2SO4，A为NH4HCO3或(NH4)2CO3。反应方程式为：（1）(m＋n)FeSO4＋2(m＋n)NH4HCO3＝Femn(OH)2n(CO3)m↓＋(2n＋m)CO2↑＋(n＋m)(NH4)2SO4＋mH2O（2）2Femn(OH)2n(CO3)m＋(m＋n)/2O2＋(3m＋n)H2O＝2(m＋n)Fe(OH)3↓＋2nCO2↑（3）(NH4)2SO4＋2ＫClＫ2SO4↓＋2NH4Cl五、由果推因化学竞赛中，许多题目从正向推断，条件不足或不确定因素太多，但结果是明确的，这样我们就可从结果出发，根据有关信息，逆推而得到答案。例5.立体结构上特殊拥挤的2，3，4，5，6－五苯基苯甲醛是合成新型红色荧光材料的重要中间体，该中间体的合成难度较大。文献报道了类似化合物的合成。化合物（A）可由下列反应制取：某研究者根据相关文献资料，从易得的肉桂醛（F）出发，设计合成了2，3，4，5，6－五苯基苯甲醛，反应路线如下：以上各式中p－TsOH，DMSO和TCQ分别表示对甲基苯磺酸、二甲亚砜和四氯苯醌。写出A的化学式及结构简式。（2001年全国高中学生化学竞赛决赛试题）解析：此题的核心是求A的化学式，并确定其结构。若正向推理，无法办到，因此可采用“由果推因”法。五苯基苯甲酸的化学式为C37H26O2，加1个H2和1个CO即得C的化学式C38H28O3，减去肉桂酸的化学式C9H8O2，即得A的化学式为C29H2０O。确定A的结构式时，始终抓住A的化学式与五苯基苯甲酸结构的对照，从而确定A的碳骨架。通过分析可知，在五苯基苯甲酸的结构中切去一个肉桂酸的碳骨架可得型碳骨架，该骨架一定来自A的化学式，其原子组成为C28H2０。因此A化学式中只剩余。如何将CO与两部分组成合理的结构呢?根据题中提供的有关A的信息，最理想的碳骨架应为。这样A化学式中所有的原子均用完，根据碳四价的原则，A的结构式应为：A的结构式确定后，根据题中的信息就可确定其他物质的结构式。w_ww.k#s5_u.co*m