2023年第37届中国化学奥林匹克决赛第一场试题

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 La-Sr,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-0之间的距离大于a轴和b轴方向上Cu0 之间的距离，画出LSC0中Cu2d轨道的简并和电子填充情况。 La.Sr 1-2过渡金属离子M(M=Cu或Zn2+)可与席夫碱HL反应生成单 核配合物ML,ML又可作为配体通过-酚氧桥联其他M形成多核 配合物。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(ZL)%](C1O2,其中的配离子存在一对旋光异构 体，画出该配离子的结构。 12-2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C(u-OH)Cu双核铜，骼单元（结构如下图所示）可通过四个C-O键形成立方 烷型Cu4-OH4四核铜簇骼单元A,也可通过Cu-OH)键二聚形成阶梯型C4(a-OH-OH2四核 铜簇骼单元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。 131画出A和B的结构。 1-32以碱式碳酸铜、2,2联毗啶(bpy)与己二酸(CHoO)反应，可以得到含有 Cu. Cu 阶梯型六核铜簇骼单元的配合物[Cu6(OH)(bpy%(HO)(CH,O23HO,其中的配 离子星中心对称，每个铜离子均处于CNO,四方锥配位环境中。画出该配离子的 Cu(OH)2Cu 结构。（用N一N代表bpy配体） 第2题(15分，8%)钪的元素化学 21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Sc20。X-射线品体衍射分析发现，ScO,的品体结构属立方晶 系，晶胞参数a=0.9845nm,密度p=3.864gcm3,02-之间的最小间距为0.246nm. 2-21计算一个晶胞中所含Sc0,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Sc“为中心的Sc-0配位多面体单胞结构示意图。 2-3ScO,与无水HF作用可生成ScF,Sc同属于立方晶系，晶胞中最近邻Sc间距为0.402nm, 密度p=2.52gcm3, 2-3-1画出ScF品胞结构示意图. 2-3-2写出品胞中一组S*和F的最简原子坐标。 2-41937年，费舍尔率先将ScC与LiC-KC的低共融体系作为原料，以液态金属Zm为阴极，通 过电解的方法制备Sc金属。 241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。 2-42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在乙醇溶液中，Sc(C1O)r6H0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(C1HN6)HO)h](CIO44HO配合物，画出Sc(C1HN6)阳O配离子结构. 第3题(14分，11%)硼和硅元素化学 N-杂环硼化物(W-heterocyelic boryl,NHB)是N杂环卡宾(W-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g给电子能力强弱，并解释原因。 H 3-2研究者利用NHB合成了1,2-双锂化二硅烯C(Ar=2,6-P,C。H).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。 Me e (1当量) 2当量) D 室温 室温 -2LiBr -2LiBr 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合成了二硅块化合物F,F可分别与甲苯及一氧化碳反应。 Ar■26-Pt2CgH 2C0 2 MeOH (C.HB NO Si2) (CooHanB2NOSiz) (CseHecB2N Si) 3-3-1化合物F与甲苯反应生成中间体G,随后经过与cn©反应相似的过程得到H.画出G的结构. (用B代表NHB基团) 33-2化合物F与一氧化碳反应生成1.1与甲醇反应生成J。I和J结构中均含Si-Si单键，不含三 元环：J中包含一个四元环，并具有一个C2对称轴。画出1和J的结构。（不要求立体化学，用B到 代表NHB基团) 第4题(18分，12%)磷的结构化学 41紫磷和纤维红磷是磷的两种晶态同素异形体。其中，紫磷为单斜品系，品胞参数a=0.921m, c=226nm,B=106.1°，含84个原子：X-射线衍射(Cu粑Ka,1=0.1541nm)图谱中，20=9.658 处衍射峰为紫磷(010)晶面的衍射信号。纤维红磷为三斜晶系，正当晶胞