1998年全国高中学生化学竞赛(初赛)试题评析
吴国庆 北京师范大学化学系100875北京
1.某芳香烃A,分子式C9H12.在光照下用Br2溴化A得到两种一溴衍生物(B1和B2),产率约为1 : 1.在铁催化下用Br2溴化A也得到两种一溴衍生物(C1和C2);C1和C2在铁催化下继续溴化则总共得到4种二溴衍生物(D1,D2,D3,D4).(13分)
(1)写出A的结构简式.(5分)
(2)写出B1,B2,C1,C2,D1,D2,D3,D4的结构简式.(8分)
[评 析]
A是"芳香烃",至少要有一个苯环.按分子式C9H12,已不可能有比苯环更高级的芳香环,例如萘的分子式是C10H8,已超过9个碳.因而,C9H12是有烃基侧链的苯的衍生物是无疑的了.问题是:侧链有几个 侧链的组成 粗想起来,以下所有结构似乎都是可能的:
但分析试题提供的信息之一——光照下得到2种一溴衍生物,不必细想,就可以立即排除掉上列的2和7,因为2,7无疑只能得到一种一溴衍生物.3也可排除,因为当溴取代三个甲基中的一个氢就可得到3种一溴衍生物,超过2种.如果选手以为7的一溴衍生物不止一种,就说明没有一溴代只发生在侧链的a-碳上的基本知识.这个基本知识比中学有机化学深,被命题人假设为完全可以通过课外活动达到的最低限度的高一级的有机化学知识.究竟有多少参赛学生可以达到这个最低限度的高一级的有机化学知识 这需要作统计.如果统计的结果,超过85% 的学生达不到这个高一级的有机化学知识,说明命题人过高地估计参赛选手的知识水平了,学生解答该题其余部分也就困难了.1式也可以得到2种一溴代衍生物,但1-溴代甲基-2,3-二甲基苯的产率跟2-溴代甲基-1,3-二甲基苯的产率不会相等,不符合2种一溴衍生物的产率相等的信息.于是只剩下4,5,6三种可能性.然后再分析另一个信息——芳香环上的氢被溴取代得到2种一溴衍生物.这又需要选手有芳香环上的氢被取代的定位知识——烃基是一种邻对位定向基团.选手有这个超过中学化学知识的高一级的化学知识吗 命题人又一次面临对选手的化学知识的估计的考验.命题人认为这个知识是中学化学知识的自然延伸,应该不成问题.例如,甲苯的硝化,中学化学教科书上是有的,学生在学习时是不是问过:为什么不得到间位的硝基甲苯 当然,似乎应当有更进一步的知识:邻位和对位取代的几率是否相等 不过,此题事实上没有这个知识也还过得去,因为4,5两种烷基苯的一溴代衍生物不止2种,于是,就可以认定只有6是A了.而且,用一溴衍生物再溴化得到二溴衍生物的信息来验证,只有A形成的B1和B2继续溴化可总共得到4种二溴衍生物:
以上分析告诉我们,参加化学竞赛是必须有课外活动对课堂知识作适当补充为基础的,只靠按中学化学大纲进行的课堂教学是难以在竞赛中取得优胜的.然而,在课外活动里补充的化学知识只限于中学化学的自然生长点,不需要大量补充大学化学来达到大学化学本科低年级的知识水平.我们既不应该要求竞赛的知识储备跟中学化学完全相同,也不应该过度地要求学生掌握大量的大学化学知识.这里存在一个"度"的问题.如何把握这个"度",需要参加竞赛辅导教师的共同努力.现在有2种完全相反的倾向,一种是要求化学竞赛完全在中学化学大纲的知识水平上开展,另一种是要求竞赛在尽量高的知识水平的基础上开展.我们的想法是,尽量努力往中学化学水平上靠,但是决不可能只按中学化学水平进行竞赛,原因是我国的中学化学知识水平(指作为升学预备教育的化学课程的知识水平)比起国际中学化学教育达到的水平实在过低,从"面向世界"的角度着眼,只在中学化学知识基础上展开化学竞赛在现阶段是不可行的.我们的努力是发展在我们心目中的"国际中学化学的知识水平"上的高智力型的化学竞赛, 作为课堂教学的延伸和补充.
2.100.0g无水氢氧化钾溶于100.0g水.在T温度下电解该溶液,电流强度I = 6.00安培,电解时间10.00小时.电解结束温度重新调至T,分离析出的KOH·2H2O固体后,测得剩余溶液的总质量为164.8g.已知不同温度下每100g溶液中无水氢氧化钾的质量为:
温度/oC
0
10
20
30
KOH/g
49.2
50.8
52.8
55.8
求温度T,给出计算过程,最后计算结果只要求两位有效数字. (15分)
注:法拉第常数F = 9.65X104 C/mol,相对原子质量:K 39.1 O16.0 H 1.01
[评 析]
(1)过去我们总觉得我国中学生比国际中学生平均计算能力高,另一方面,我们又主张不要在中学化学里过多搞计算,以失去其他课程不能代替的中学化学课程自身的功能, 如从宏观与微观两个层次上的思考, 带有创造性发展魅力的化学符号体系, 从观察到实验而后进行逻辑推理与丰富想象结合的思考, 等等,因而多年赛题没有计算题.然而考察近年我国国际竞赛选手的计算能力,发现竟有明显下降趋势,他们常因"低级错误"而丢分——如代错了数,不会列算式,不懂得计算前先找出最佳路线,不懂得有效数字的意义,写数字时发生笔误,甚至不会用计算器,等等——因而决定在今年初赛里适当地增加一些化学计算.

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