Question

鉻的化學豐富多采，實驗結果常出人意料。將過量30% H₂O₂加入(NH₄)₂CrO₄的氨水溶液, 熱至50^oC后冷至0^oC，析出暗棕紅色晶體A。元素分析報告：A含Cr 31.1%，N 25.1%，H 5.4%。在極性溶劑中A不導電。紅外圖譜證實A 有N-H鍵，且與游離氨分子鍵能相差不太大，還證實A 中的鉻原子周圍有7個配位原子提供孤對電子與鉻原子形成配位鍵，呈五角雙錐構型。
3-1 以上信息表明A 的化學式為：        ；可能的結構式為：          。
3-2  A 中鉻的氧化數為：             。
3-3 預期A 最特征的化學性質為：                       。
3-4 生成晶體A的反應是氧化還原反應，方程式是：                       。

Answer 1

3-1  A 的化學式Cr(NH₃)₃ O₄或CrN₃H₉O₄（寫成其他形式也可以）  (2分)
A 的可能結構式如下圖：                                  (4分)

1式和/或2式均得滿分，但無2個過氧鍵O—O者得零分。
（編者注：還可畫出其他結構式，但本題強調的是結構中有2個過氧鍵，并不要求判斷它們在結構中的正確位置。）
3-2  A 中鉻的氧化數為 +4                                      (2分)
3-3 氧化還原性（或易分解或不穩定等類似表述均得滿分）          (2分)
3-4 化學方程式：CrO₄^2-+3NH₃+3H₂O₂=Cr(NH₃)₃(O₂)₂+O₂+2H₂O+2OH^–   (2分)

此題是利用已經形成的但一般教科書未涉及的知識編制成的探究式試題。如本文開頭所述，屬于謎底為新知識的謎語式試題。此題信息很多，為縷清信息相互關系，最形象的方法是制作一張破案式的線索圖，下面只是一例（制作什么樣的圖并無模式可循，依應試者思維特征不同而異，圖也不一定在紙上畫出來，在腦中構建也一樣可以——這要看應試者腦子清晰不清晰，右腦發達不發達而定）：

從這個“破案線索圖”可以判斷出“犯案人”A只能是含2個過氧團的鉻(IV)配合物。因為過氧團可以從過氧化氫中轉移過來，有來源（如果此題沒有A的生成反應的信息，當然也可以假設配合物里存在H₂N—NH₂，同時有—OH的配體，但生成反應排除了這個“嫌疑犯”）；同時也排除1個過氧團或者沒有過氧團的可能，因為生成反應是氧化還原反應，在K₂CrO₄中鉻的價態（或說氧化態）已經達到最高價，只能發生還原反應，鉻的價態必低于+6，因此A是唯一的。
[評論] 此題重在形成知識的過程。當然，作為試題，并未給出實際科學研究獲得的全部信息，例如紅外圖譜中肯定同時顯示了A中有過氧鍵，卻被命題人“制謎”時略去了，否則會降低解謎的智力測試水平。平心而論，此題的知識要求是較多的，但在中學課本里都已涉及,如:應試者至少需要有配合物（絡合物）的基本概念(中學有Cu(NH₃)₄²⁺、Ag(NH₃)₂⁺、Fe(CN)₆^4–、Fe(SCN)₆^3–等)、過氧化合物的知識(中學有H₂O₂)、鉻的價態及作為氧化劑的知識(中學有重鉻酸鹽作氧化劑的例子)、氧化數的概念、配價鍵或者配位鍵的概念（中學有電子對的給予和接受的實際例子）、電解質的概念、由元素組成求分子量的技能（此題氧原子數需用余量來求，這既符合實際科研信息，又增加了試題難度），等等。由于這些知識基礎不超綱，不能說此題對已有知識基礎要求太高，試題難是難在這樣多的知識要綜合在一起，由應試人得出一個從未見過的結構式（按說只有左邊的結構圖是正確的，但命題人并不這樣要求，是符合應試者水平的判分標準，再次體現了競賽判分的特點），因此此題的智力要求確實比較高，理解力、分析力、綜合力、聯想力、想象力、創造力都進行了考察。如果實測結果此題難度太高，可在今后命題時適當減少信息量，降低綜合度，不要連這種命題思路一起潑走。