1997年全国高中学生化学竞赛（初赛）试题与试题分析

1997年全国高中学生化学竞赛（初赛）试题与试题分析 编者按：今年的全国高中学生化学竞赛的初赛刚刚结束。我们认为这次竞赛的试题较好地体现了今年5月全国高中学生化学竞赛工作会议上再次肯定的试题的水平要求：原理水平大致与人民教育-出卷网-的《化学读本》相当，基本上不涉及更高一级的，即大学化学的原理，但考虑到冬令营的优胜选手以及参加国际竞赛的选拔，需要补充一定量的静态立体化学的知识(包括立体异构)，当然试题涉及的具体化学内容本身对中学生是陌生的，但用竞赛学生的已有知识以及适当增加的知识为基础是可以理解的。为进一步考察试题的难易，我们对试题作如下的分析。 第一题（10分） 次磷酸H3PO2是一种强还原剂，将它加入CuSO4水溶液，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．与盐酸应放出气体。 回答如下问题： 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。 4．写出A与盐酸反应的化学方程式。 【解题思路】 整个试题围绕着A是什么物质。可以把有关的信息用如下的图形来综合： 首先可以把A写成MX。其中的M是铜是无疑的，因A经加热分解可以得到铜（M＝Cu）。X是什么？这是本题的难点。先根据MX具有ZnS的结构，是M：X＝1︰1的组成，A只可能是CuS，CuP，CuO和CuH等等，显然，只有CuH才是与其他信息对应的，若是CuS或CuO，生成反应中就找不到被强还原剂（NaH2PO2）还原的元素，若是CuP，与铜和磷的化合价矛盾（按化合价，应是Cu3P或者Cu3P2，均不是ZnS的组成），所以A是CuH。如果选手以为A是Cu、Cu2O、CuH2PO3、Cu3P、Cu3P2、CuH2P、CuHP等等物质，与A的晶体结构属ZnS型（1︰1的MX）矛盾，更无后面所述的几种化学性质，不可取。解决了A是什么（本题的关键），其余的问题引刃而解。 【解】 1．CuH（4分） 2．4CuSO4＋3H3PO2＋6H2O＝4CuH＋3H3PO4＋4H2SO4（2分） 【分析】 题面已经告诉反应在水溶液里进行，配平时加水应在情理之中，题面已经告诉得到磷酸和硫酸，因此得到其他别的产物不得分；不配平也不得分，后面的反应式也要配平，不配平不得分。 3．2CuH＋3Cl2＝2CuCl2＋2HCl（2分） 【分析】 把CuCl2写成CuCl不给分，因铜与氯气反应得到氯化铜属于中学化学知识点。 4．CuH＋HCl＝CuCl＋H2（2分） 【分析】 单单写成CuCl2不给分，但如果写成CuCl2＋Cu可以考虑给一半分，因这种错误不属于中学的知识点。或写成CuH＋2HCl＝HCuCl2＋H2或者CuH＋3HCl＝H2CuCl3＋H2也得分。因各小题明显相关，答不出CuH则后面各小题均无分，因此后几小题分值较低。 【评论】 本题涉及的化学概念有氧化还原反应的本质、化合价、化合物的基本类型等。本题涉及的A＝CuH在中学教学内容中根本没有（大学化学里也没有），完全是新的，但试题本身的信息迫使学生认可它的若干基本性质。中学化学里有NaH的知识点，因此，不能认为负氢离子是新知识，问题是负氢离子的性质中学化学并没有，但试题给了足够的信息：在高温下发生分解（自身氧化还原反应）；负氢离子是强还原剂（与氯气反应，当然CuH中的Cu＋同时也被氧化）；与正氢离子反应放出氢气。本题的思路中的科学假设与科学论证是科学思维的最基本形式；本题较好地考察了竞赛学生思维的严密性、敏捷性、深刻性、广阔性和创造性；既考察发散，又考察收敛；既需要逻辑思维，又需要高度的想象：解题本身就是一种创新思维。考虑到学生可能没有关于一价铜的性质的具体化学知识，在给分的设计中，应答超过中学化学知识水平的，或者答错的，也给分 ... ...