2023年第37届中国化学奥林匹克决赛第一场化学试题（含答案）

第 37 届中国化学奥林匹克决赛第一场试题 第 1 题（11 分， 6%） 铜的配位化学 1- 1 掺杂一些特定元素的铜氧化物常被用作高温超导材料， 镧锶铜氧 La2 x Srx CuO4 (LSCO) 的单胞结构如右 图所示， 具有典型的钙钛矿结构。已知 c 轴方向上 Cu O 之间的距离大于 a 轴和 b 轴方向上 Cu O 之间的距 离，画出 LSCO 中 Cu2+d 轨道的简并和电子填充情况。 1-2 过渡金属离子 M(M = Cu2+ 或 Zn2+ ) 可与席夫 H2 L 反应生成单核配合物 ML， ML 又可作为配体通过 2 -酳氧桥联其他 M 形成多核眍合物。 L2 的结构如下图所示： 1-2- 1 已知高氯酸铜与 ZnL 反应形成多核配合物Cu (ZnL)n (ClO4 )2 ，其中的配离子存在一对旋光异构体， 西出该配离子的结构。 1-2-2 计算上述配离子的理论磁矩（玻尔磁子用 0 表示）。 1-3 两个平面型 Cu( OH )2 Cu 双核铜簇骼单元（结构如下图所示）可通过四个 Cu O (H ) 键形成立方烷 型 Cu4 ( 3 OH )4 四核铜筷骼单元 A， 也可通过 Cu O (H ) 键二聚形成阶梯型 Cu4 ( 2 OH )2 ( 3 OH )2 四核铜族骼各单元 B。以上述两种方式继续组装， 可以得到具有更多核数的簇骼单元。 Cu ( OH )2 Cu 1-3- 1 画出 A 和 B 的结构。 1-3-2 以碱式碳酸铜、 2, 2′ 联吡啶（bpy）与己二酸(C6 H10 O4 )反应， 可以得到含有阶梯型六核铜簇骼单元的 配合物 Cu6 (OH )6 (bpy)6 (H2 O)2 (C6 H8O4 )3 23H2 O ，其中的配离子呈中心对称， 每个铜离子均处于 CuN2 O3 四方锥配位环境中。画出该配离子的结构。（用 N N 代表 bpy 配体） 第 2 题（15 分， 8%） 钪的元素化学 2- 1 依照元素物理和化学性质的特点， 以下三种元素离子半径最大的是（ ）。 A.Sc B.Y C.Lu 2-2 常压下， Sc 可与 O2 反应生成Sc2 O3。 X-射线晶体衍射分析发现， Sc2 O3 的晶体结构属立方晶系，晶胞参 数， 晶胞参数 “ = 0.9845nm， 密度 ρ = 3.864g cm 3， O2 之间的最小间距为 0.246nm。 2-2- 1 计算一个晶胞中所含Sc2 O3 的分子数。（写出结果即可，不需要计算过程） 2-2-2 画出立方晶胞中两种以 Sc3+ 为中心的 Sc-O 配位多面体单胞结构示意图。 2-3 Sc2 O3 与无水 HF 作用可生成 ScF3， ScF3 同属于立方晶系， 晶胞中最近邻 Sc3+ 间距为 0.402nm，密度 ρ = 2.52g cm 3。 2-3- 1 画出ScF3 晶胞结构示意图。 2-3-2 写出晶胞中一组Sc3+ 和 F 的最简原子坐标。 2-4 1937 年， 费舍尔率先将 ScCl3 与 LiCl KCl 的低共融体系作为原料， 以液态金属 Zn 为阴极， 通过电解的 方法制备Sc 金属。 2-4- 1 写出费舍尔电解法阴极发生的氧化还原反应的离子方程式。 2-4-2 简述从费舍尔法阴极产物中分离出Sc 金属的物理方法。 2-5 在乙 溶液中， Sc (ClO4 )3 6H2 O 与 2,6-二乙酰基吡啶及肼发生反应， 形成具有偶氮结构的十四元环配体 的 Sc (C18H18N6 )(H2 O)2 (ClO4 )3 4H2 O 配合物， 画出Sc (C18H18N6 )(H2 O)2 3+ 配离子结构。 第 3 题（14 分， 11%） 硼和硅元素化学 N-杂环硼化物（N-heterocyclic boryl， NHB）是 N-杂环卡宾（N-heterocyclic carbene， NHC） 的等电子体， 可用 于稳定低配位主族元素化合物。 3- 1 比较 A（一种 NHB）与 B（一种 NHC）的 σ 给电子能力强弱，并解释原因。 3-2 研究者利用 NHB 合成了 1,2-双锂化二硅烯 C(Ar = 2, 6 i Pr2 C6 H3 )。 C 分别与卤素硼试剂反应生成 D 和 E，其中 D 中有含硅环系。 3-2- 1 画出 D 和 E 的结构。（不要求立体化学，用[B]代表 NHB 基团） 3-2-2 化合物 D 中含硅环系的特性是（ ）。 ①非芳香性 ②芳香性 ③反芳香性 3-3 研究者利用 NHB 合成了二硅炔化合物 F， F 可分别与甲苯及一氧化碳反应. 3-3- 1 化合物 F 与甲苯反应生成中间体 G， 随后经过与 ene 反应相似的过程得到 H.画出 G 的结构。（用[B]代表 N ... ...