第48屆國際化學(xué)奧林匹克實(shí)驗(yàn)試題

江萬權(quán)朱平平王穎霞裴堅(jiān),*

(1中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，合肥230026；2北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京100871)

第48屆國際化學(xué)奧林匹克實(shí)驗(yàn)試題

江萬權(quán)1朱平平1王穎霞2裴堅(jiān)2,*

(1中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，合肥230026；2北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京100871)

第I部分

注意事項(xiàng)

只有在發(fā)出“START”命令后，才可以開始實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)考試包括兩大部分，第I部分(實(shí)驗(yàn)1)需100分鐘，第I部分實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，必須離開實(shí)驗(yàn)室30分鐘。

實(shí)驗(yàn)試題第I部分(實(shí)驗(yàn)1)包括試題5頁、答題紙4頁。

遵守預(yù)備題中告知的安全規(guī)則。若違反規(guī)則，只給一次警告；若再次違反，將被取消參賽資格。

在實(shí)驗(yàn)室始終穿著實(shí)驗(yàn)服并佩戴防護(hù)鏡。需要時(shí)向監(jiān)考老師索要大小合適的手套。

只能使用提供的筆、記號筆以及計(jì)算器。不要用記號筆在紙上書寫，記號筆只用于在玻璃或者塑料物品上做記號。

確認(rèn)每一頁答題紙上都有你的參賽號。

解答必須寫在答題紙上指定的答題框內(nèi)。寫在其他任何地方的解答不予評判。可以在試題的背面打草稿。

實(shí)驗(yàn)室中你無法使用水池。提供給你的實(shí)驗(yàn)物品足夠使用。只有少數(shù)器皿需要重復(fù)使用。利用合適的溶劑小心洗滌這些器皿，洗滌液倒入廢液容器中。需要的時(shí)候利用試管刷。蒸餾水和紙巾自由使用。

廢液須倒入標(biāo)有“Liquid waste Test 1”的容器中。垃圾(紙巾、塑料，等等)勿放入此容器，而應(yīng)投入實(shí)驗(yàn)室的廢物筐中。

所提供的化學(xué)品和實(shí)驗(yàn)器皿預(yù)計(jì)無須添加或者替換。僅在整個(gè)實(shí)驗(yàn)開始時(shí)允許提出添加或者更換，之后每替換一件，將在實(shí)驗(yàn)考試的40分中扣去1分。

若有安全的問題，或者需要飲水、去洗手間，舉手示意。

完成這一部分的實(shí)驗(yàn)后，將答題紙放入所提供的信封中，不要封口，置于臺面上。不能再次接觸這一部分的答卷。

當(dāng)發(fā)出“STOP”命令后，必須立刻停止實(shí)驗(yàn)工作。拖延將可能導(dǎo)致取消你的實(shí)驗(yàn)考試。在監(jiān)考人允許之前不能離開你的位置。你可以保留實(shí)驗(yàn)試題。

為了澄清問題，可向監(jiān)考人要求英文原版試卷。

實(shí)驗(yàn)器皿清單

物品(Item)放在公用臺上，用于所有實(shí)驗(yàn)乳膠手套(Latex gloves)，有不同尺寸，選取適合你的尺寸所有實(shí)驗(yàn)的通用物品，放在你的實(shí)驗(yàn)臺面上試管架(60孔)，Test tube rack(60 holes)紙巾(可以索取)，Paper tissue(can ask for extra)防涂擦記號筆，Permanent marker 20 cm玻璃棒，Glass stirring rod,20 cm直徑3.5 cm的塑料漏斗，Polypropylene funnel,diam.3.5 cm軟質(zhì)塑料杯，Soft plastic cup硬質(zhì)塑料杯，Strong plastic cup實(shí)驗(yàn)用品，放在你實(shí)驗(yàn)臺面上的軟質(zhì)塑料杯中塑料試管用蓋子，Caps for polystyrene test tubes實(shí)驗(yàn)1用品，放在你的實(shí)驗(yàn)臺面上離心管架(21孔)，Rack for centrifuge tubes(21 holes)帶蓋的、標(biāo)有“Liquid waste Test 1”的廢液容器，Container with a screw cap for waste,1 dm3,labeled“Test 1”封口袋中的濾紙，Paper filters in zip-bag實(shí)驗(yàn)1用品，放在你實(shí)驗(yàn)臺面上的硬質(zhì)塑料杯中塑料滴管，Pasteur pipettes實(shí)驗(yàn)1用品，放在你臺面上的試管架(60孔)中10 cm3塑料試管，Polystyrene test tubes,10 cm3數(shù)量(Quantity)－1 5 1 1 1 3 1 2 2 1 1 5 2 0 35

化學(xué)品(Chemicals)

實(shí)驗(yàn)1

10種不同化合物的水溶液兩兩混合(每種化合物均用到且只用一次)，配得5個(gè)未知液，并分別編號。這10種化合物分別為：AgNO3，Al2(SO4)3，Ba(NO3)2，F(xiàn)e(NO3)3，KI，KIO3，Na2CO3，Na2SO3，MgCl2，NH3。

實(shí)驗(yàn)室提供HNO3溶液、NaOH溶液、己烷和上述10種純化合物的溶液。

利用所提供的空試管以及任何液體(包括未知液)，鑒定未知樣品中的化合物。所提供的漏斗和濾紙可用于分離。

鑒定未知液1－5中所含的化合物。

在答題紙上寫出每種化合物所在溶液的編號。對于未知液中每種化合物所發(fā)生的反應(yīng)，寫出兩種化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象，這些現(xiàn)象均采用相應(yīng)的代碼(從列表中選擇一種或者一種以上)表示，寫出可以解釋與觀察到的現(xiàn)象對應(yīng)的離子方程式并配平。這兩種現(xiàn)象中至少有一種必須是從未知液中鑒定該化合物的特征反應(yīng)。

注意：當(dāng)發(fā)出STOP信號后，將標(biāo)有參賽號的盛有未知液的離心管用蓋子蓋緊，置于試管架上。

第II部分

注意事項(xiàng)

在實(shí)驗(yàn)之前你有15分鐘的讀題時(shí)間。只有在發(fā)出“START”命令后，才可以開始閱讀。

遵守預(yù)備題中告知的安全規(guī)則。若違反規(guī)則，只給一次警告；若再次違反，將被取消參賽資格。在實(shí)驗(yàn)室始終穿著實(shí)驗(yàn)服并佩戴防護(hù)鏡。需要時(shí)可以向監(jiān)考老師索要大小合適的手套。

只能使用提供的筆、記號筆和計(jì)算器。不要用記號筆在紙上書寫，記號筆只用于在玻璃或者塑料物品上做記號。

確認(rèn)每一頁答題紙上都有你的參賽號。

解答必須寫在答題紙上指定的答題框內(nèi)。寫在其他任何地方的解答不予評判?？梢杂迷囶}的背面打草稿。

你無法使用實(shí)驗(yàn)室的水池。提供給你的實(shí)驗(yàn)物品足夠使用。只有少數(shù)器皿需要重復(fù)使用。利用合適的溶劑小心洗滌這些器皿，洗滌液倒入廢液容器中。需要的時(shí)候可以使用試管刷。蒸餾水和紙巾自由使用。

廢液須倒入標(biāo)有“Liquid waste Test 2&3”的容器中。垃圾(紙巾、塑料，等等)勿放入此容器，而應(yīng)投入實(shí)驗(yàn)室的廢物筐中。

所提供的化學(xué)品和實(shí)驗(yàn)器皿預(yù)計(jì)無須添加或者替換。僅在整個(gè)實(shí)驗(yàn)開始時(shí)允許提出添加或者更換，之后每替換一件，將在實(shí)驗(yàn)考試的40分中扣去1分。

有關(guān)于安全的問題，或者需要飲水、去洗手間，舉手示意。

完成這一部分的實(shí)驗(yàn)后，將答卷紙放入所提供的信封中，不要封口，置于臺面上。

當(dāng)發(fā)出“STOP”命令后，立刻停止實(shí)驗(yàn)工作。拖延將導(dǎo)致取消你的實(shí)驗(yàn)考試。在監(jiān)考人允許之前不能離開你的位置。你可以保留實(shí)驗(yàn)試題。

為了澄清問題，可向監(jiān)考人要求英文原版試卷。

第II部分實(shí)驗(yàn)特別提示

第II部分(實(shí)驗(yàn)2和3)時(shí)間為200分鐘。

第II部分從實(shí)驗(yàn)2開始。當(dāng)你做好開始實(shí)驗(yàn)3的準(zhǔn)備后，告知監(jiān)考老師，你將拿到實(shí)驗(yàn)3的化學(xué)藥品和實(shí)驗(yàn)器皿。實(shí)驗(yàn)2的試劑同時(shí)將被收走。

第II部分(實(shí)驗(yàn)2和3)包括實(shí)驗(yàn)試題10頁，答題紙6頁。

需要點(diǎn)燃酒精燈時(shí)，告知監(jiān)考老師。只能加熱玻璃試管。加熱結(jié)束后，蓋上蓋子以熄滅酒精燈。

實(shí)驗(yàn)器皿清單

物品(Item)所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目通用，均已放在你的實(shí)驗(yàn)臺面上試管管架(60孔)，Test tube rack(60 holes)紙巾，Paper tissue防涂擦記號筆，Permanent marker 20 cm玻璃棒，Glass stirring rod,20 cm直徑3.5 cm的塑料漏斗，Polypropylene funnel,diam.3.5 cm軟質(zhì)塑料杯，Soft plastic cups硬質(zhì)塑料杯，Strong plastic cup塑料試管用蓋子，Caps for polystyrene test tubes實(shí)驗(yàn)2和3的用品，已放在你的實(shí)驗(yàn)臺面上帶蓋的、貼有標(biāo)簽“Liquid waste Tests 2&3”的廢液容器(3升)，Container with a screw cap for waste,3 dm3,labeled“Liquid waste Tests 2&3”實(shí)驗(yàn)2的用品，已放在你的實(shí)驗(yàn)臺面上貼有標(biāo)簽“Task 2”的塑料盒，Storage box labeled“Task 2”帶有雙滴定管夾的鐵架臺，Laboratory stand with double burette clamp 25 cm3滴定管，Burette,25.00 cm310.0 cm3吸量管，Graduated pipette,10.0 cm31.00 cm3吸量管，Graduated pipette,1.00 cm310.00 cm3移液管，Bulb(Mohr)pipette,10.00 cm3100 cm3錐形瓶，Erlenmeyer flask,100 cm310.0 cm3量筒，Graduated cylinder,10.0 cm3刷子，Brush直徑5.5 cm塑料漏斗，Polypropylene funnel,5.5 cm實(shí)驗(yàn)2的用品，放在貼有標(biāo)簽“Task 2”的塑料盒中10 cm3塑料試管，Polystyrene test tubes,10 cm3洗耳球，Pipette filler移取指示劑的塑料滴管，Pasteur pipettes for indicators實(shí)驗(yàn)3的用品，每位學(xué)生從實(shí)驗(yàn)室助理處領(lǐng)取貼有標(biāo)簽“Task 3”的塑料盒，Storage box labeled“Task 3”實(shí)驗(yàn)3的用品，放在貼有標(biāo)簽“Task 3”的塑料盒中10 cm3塑料試管，Polystyrene test tubes,10 cm3酒精燈，Alcohol lamp木質(zhì)試管夾，Test tube holders,wooden玻璃試管，Glass test tubes塑料滴管，Pasteur pipettes硬質(zhì)塑料杯，Strong plastic cup數(shù)量(Quantity) 1 5 1 1 1 3 1 2 2 1 1 1 2 1 1 1 2 2 1 1 8 1 2 1 2 0 1 1 1 0 10 1

化學(xué)品(Chemicals)

*在完成實(shí)驗(yàn)1后，剩余的HNO3。

實(shí)驗(yàn)2

礦泉水中氟離子和氯離子含量測定

格魯吉亞出產(chǎn)世界聞名的優(yōu)質(zhì)礦泉水，其中不少甚至可治療某些疾病。生產(chǎn)商必須嚴(yán)格控制水中的各種離子含量，氟離子和氯離子是其中最重要的兩種。

目視比色法測定氟離子濃度

氟離子與鋯(IV)可以生成更穩(wěn)定的無色絡(luò)合物。氟離子存在時(shí)可使鋯(IV)-茜素紅S絡(luò)合物顏色減褪，據(jù)此可測定氟離子的濃度。試劑混合約20分鐘后，該褪色反應(yīng)達(dá)到平衡。目視比色法測定是將氟離子樣品溶液的顏色與氟離子標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行比較以確定氟離子的濃度。

從樣品瓶中準(zhǔn)確移取9.0 cm3礦泉水(mineral water)置于標(biāo)有“X”的塑料試管中。

配制系列氟離子標(biāo)準(zhǔn)溶液，其濃度分別為：0.0，1.0，2.0，3.5，5.0，6.5，8.0 (mg?dm－3)。溶液體積均以9.0 cm3計(jì)，計(jì)算所需濃度為9.0 mg?dm－3的氟離子標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。

用1.0 cm3和10.0 cm3吸量管分別移取一定量的氟離子標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入試管中，在每支試管中各加入1.0 cm3的鋯(IV)-茜素紅S指示劑，用蒸餾水將系列標(biāo)準(zhǔn)溶液體積調(diào)至試管10.0 cm3刻度處(刻度線如圖中箭頭所示)。

2.1.1 記錄所用氟離子溶液的體積。

混勻試管中的溶液，置于試管架上至少20分鐘。

2.1.2 比較樣品和標(biāo)準(zhǔn)溶液的顏色，由上向下，由前向后仔細(xì)觀察，選出濃度與水樣氟離子最接近的標(biāo)準(zhǔn)氟離子溶液。

注意：實(shí)驗(yàn)考試完成后，由監(jiān)考教師拍照放置所有試管的試管架。

莫爾法(Mohr method)標(biāo)定硝酸銀濃度

用移液管準(zhǔn)確移取0.0500 mol?dm－3NaCl標(biāo)準(zhǔn)溶液10.0 cm3，放入錐形瓶中，加入約20 cm3蒸餾水、10滴10%K2CrO4溶液。

在滴定管中加入硝酸銀溶液。用AgNO3滴定錐形瓶中的物質(zhì)，并劇烈搖動，有沉淀形成。接近終點(diǎn)時(shí)，緩慢滴加滴定劑并劇烈搖動錐形瓶。在淺黃色懸浮液中，隨著滴定劑加入，體系顏色發(fā)生些微可見的變化且不消失，即為終點(diǎn)。記錄終點(diǎn)讀數(shù)。需要時(shí)可以重復(fù)滴定。

2.2.1 在答題紙上記錄滴定體積。

2.2.2 寫出NaCl與AgNO3滴定的化學(xué)反應(yīng)式，寫出指示終點(diǎn)的反應(yīng)式。

2.2.3 根據(jù)滴定結(jié)果計(jì)算AgNO3溶液的濃度。

2.2.4 莫爾法滴定必須在中性介質(zhì)中進(jìn)行，分別寫出pH值偏低或偏高時(shí)發(fā)生的干擾反應(yīng)的方程式。

福爾哈德法(Volhard method)測定氯離子濃度

用蒸餾水洗滌移液管。錐形瓶先用少量氨水(實(shí)驗(yàn)1剩余的)除去銀鹽沉淀，再用蒸餾水洗滌干凈。(如果實(shí)驗(yàn)1用完了所有的氨水，可以向監(jiān)考老師索取，不扣分。)

用移液管移取10.0 cm3礦泉水樣品于錐形瓶中，用量筒量取2 mol?dm－3HNO3溶液5 cm3。用滴定管加入AgNO3溶液20.00 cm3，混合均勻，形成懸浮液。用塑料滴管加入約2 cm3指示劑(Fe3+)溶液。

在第二支滴定管中加入NH4SCN標(biāo)準(zhǔn)溶液(準(zhǔn)確濃度見標(biāo)簽)。用NH4SCN滴定上述懸浮液，并劇烈搖動錐形瓶。當(dāng)加入一滴滴定劑后有淡褐色產(chǎn)生且充分混合后體系顏色仍然穩(wěn)定存在，即為終點(diǎn)。記錄終點(diǎn)讀數(shù)。需要時(shí)可以重復(fù)滴定。

注意：在溶液中，SCN－能置換AgCl沉淀中的Cl－

。如果滴定太慢或有中斷，則褐色會隨著時(shí)間而消失，從而導(dǎo)致滴定劑過量消耗。因此接近終點(diǎn)時(shí)，應(yīng)勻速緩慢加入滴定劑，并持續(xù)搖動錐形瓶使懸浮液保持白色。一旦出現(xiàn)淡褐色即為終點(diǎn)。

2.3.1 在答題紙上記錄滴定體積。

2.3.2 寫出用NH4SCN返滴定的反應(yīng)方程式，寫出指示終點(diǎn)的反應(yīng)方程式，均配平。

2.3.3 根據(jù)你測定的結(jié)果計(jì)算水樣中氯離子濃度(單位：mg?dm－3)。

2.3.4 如果樣品中除Cl－離子外，還存在Br－

、I－和F－

離子，請問哪種或哪些離子對福爾哈德法測定結(jié)果有影響？

2.3.5 欲在其他鹵素離子存在時(shí)測定Cl－離子含量，分析人員在樣品中加入碘酸鉀和硫酸并煮沸溶液。然后將此溶液與亞磷酸(H3PO3)共沸，使碘酸根轉(zhuǎn)化為碘單質(zhì)，以除去過量的碘酸根。此處理可以消除哪些陰離子的干擾？寫出這些離子與碘酸鹽反應(yīng)的方程式。

實(shí)驗(yàn)3

香料和香精化合物的鑒定

來格魯吉亞旅游的游客都喜歡感受當(dāng)?shù)靥厣?，其中最重要的?dāng)屬品嘗當(dāng)?shù)孛朗?。美味的肉食、新鮮的蔬菜、水果以及家釀的果醬等等。怎樣才能使真正的美食家們滿意呢？當(dāng)然是獨(dú)特的香料和香精。

你有8個(gè)未知有機(jī)化合物(編號分別為1－8)。這些化合物都是商用的香料或香精。所有這些化合物均是純凈的。它們的結(jié)構(gòu)式在以下化合物A－M中。

所有這些未知有機(jī)化合物均易溶于乙醚，不溶于NaOH和HCl水溶液。除了未知化合物6微溶于水(3.5 g?dm－3)外，其他7個(gè)化合物均不溶于水。

3.1 按以下描述的實(shí)驗(yàn)方法鑒定化合物1－8。每一個(gè)反應(yīng)現(xiàn)象用一個(gè)羅馬數(shù)字代表。選擇正確的羅馬數(shù)字(一個(gè)或一個(gè)以上)將相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果填寫在對應(yīng)的方框中。使用+和－符號表明陽性(反應(yīng))或陰性(不反應(yīng))。

3.2 基于以上所給的化合物性質(zhì)以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷這些未知化合物的結(jié)構(gòu)。在相應(yīng)的框中寫出你所判斷的這些化合物的結(jié)構(gòu)代碼(從A－M中選擇)。

實(shí)驗(yàn)步驟

KMnO4實(shí)驗(yàn)(Baeyer實(shí)驗(yàn))

在每一個(gè)塑料試管中加入約1 cm395%乙醇和1滴未知有機(jī)化合物，再加入1滴KMnO4溶液，振蕩混合溶液，振蕩后能使KMnO4溶液馬上褪色的反應(yīng)定為陽性。

3.3 寫出A－M中的一個(gè)化合物能進(jìn)行Baeyer反應(yīng)的方程式。

硝酸鈰(IV)實(shí)驗(yàn)

在每一個(gè)玻璃試管中加入2滴Ce(IV)試劑和2滴乙腈(acetonitrile)后，接著再加入2滴未知物(滴加的次序非常重要！)。振蕩混合溶液，混合溶液的顏色能迅速從黃色轉(zhuǎn)化為橙紅色，就定為陽性反應(yīng)。

說明1：每一個(gè)試管只做一個(gè)反應(yīng)。如果你需要洗試管，務(wù)必仔細(xì)選擇合適的溶劑。為了防止氣味從試管中逸出，在完成反應(yīng)后用綠色試管蓋子將試管蓋上。

說明2：為了合理解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，推薦做空白實(shí)驗(yàn)(無未知物)和對照實(shí)驗(yàn)(乙醇)。

說明3：Ce(IV)離子可以與醇形成配合物，起初其顏色比較明亮；與一級醇或二級醇形成的這個(gè)配合物可以進(jìn)一步反應(yīng)(15秒至1小時(shí))，此明亮的顏色最終會褪去。

2,4-二硝基苯肼(2,4-DNPH)實(shí)驗(yàn)

在每一個(gè)塑料試管中加入1 cm395%乙醇和僅1滴未知物，再加入1 cm3的DNPH試劑，振蕩試管后，放置1－2分鐘，若觀測到黃色至橙紅色沉淀生成，檢測即為陽性。

3.4 寫出A－M中的一個(gè)化合物能與2,4-DNPH反應(yīng)的方程式。羥胺鐵鹽實(shí)驗(yàn)

請監(jiān)考老師幫你點(diǎn)燃酒精燈。在玻璃試管中將1 cm3的0.5 mol?dm－3的羥胺鹽酸鹽乙醇溶液與5滴6 mol?dm－3的NaOH水溶液混合，再加入1滴未知物，利用酒精燈將混合液加熱至沸騰，加熱時(shí)緩慢晃動試管，以免溶液噴出。稍冷后，加入2 cm3的1 mol?dm－3的HCl水溶液，再加入1滴2.5%的FeCl3溶液，如溶液顏色變?yōu)槠芳t色，則為陽性反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將酒精燈蓋蓋上。

說明1：在此實(shí)驗(yàn)中只能使用玻璃試管。在加熱時(shí)，使用試管夾。如果你需要洗試管，使用合適的溶劑。為了防止氣味逸出，在完成反應(yīng)后用綠色試管蓋子將試管蓋上。

說明2：Fe(III)離子能與?；u胺(R-CO-NHOH)形成有色的1:1配合物。

3.5 寫出A－M中的一個(gè)化合物能進(jìn)行羥胺鐵鹽反應(yīng)的方程式。

注意：在實(shí)驗(yàn)停止信號STOP發(fā)出后，將取用未知樣品的注射器裝上原來的針頭，放入硬質(zhì)塑料杯中，將杯子放在實(shí)驗(yàn)桌上。

*通訊作者，Email:jianpei@pku.edu.cn

10.3866/PKU.DXHX201608024

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