第27屆全國奧林匹克化學(xué)競賽決賽理論試題WORD(共12頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第27屆中國化學(xué)奧林匹克（決賽）理論試題2013年11月29日 北京營員號_考試須知l 競賽時間4小時，遲到超過半小時者不能進(jìn)考場，開始考試后1小時內(nèi)不得離場。時間到，把試卷、答題紙和草稿紙裝入信封，放于桌面，聽到指令后方可離開考場。l 將營員號寫在試卷首頁及每頁答卷指定位置，寫于其他位置按廢卷論處。l 說有解答必須寫于答卷指定框內(nèi)，寫于其他位置無效。l 凡要求計算或推演的，須給出計算或推演過程，無計算或推演過程，即使結(jié)果正確也不得分。l 用鉛筆解答的部分（包括作圖）無效。l 禁用涂改液和修正帶，否則，整個答卷無效。l 試卷已裝訂成冊，不得拆散。l 允許使用非編程計算

2、器及直尺等文具，不得攜帶鉛筆盒和任何通訊工具入場，否則取消考試資格。l 用黑色墨水筆或黑色圓珠筆答題。不得攜帶任何其他紙張進(jìn)入考場。若另需草稿紙，可舉手向監(jiān)考教師索取。l 寫有與試題內(nèi)容無關(guān)的任何文字的答卷均無效。 H1.008元素周期表He4.003Li6.941Be9.012B10.81C12.01N14.01O16.00F19.00Ne20.18Na22.99Mg24.31Al26.98Si28.09P30.97S32.07Cl35.45Ar39.95K39.10Ca40.08Sc44.96Ti47.88V50.94Cr52.00Mn54.94Fe55.85Co58.93Ni58.69C

3、u63.55Zn65.39Ga69.72Ge72.61As74.92Se78.96Br79.90Kr83.80Rb85.47Sr87.62Y88.91Zr91.22Nb92.91Mo95.96Tc98Ru101.07Rh102.91Pd106.42Ag107.87Cd112.41In114.82Sn118.71Sb121.76Te127.60I126.90Xe131.29Cs132.91Ba137.33La138.91Hf178.49Ta180.95W183.84Re186.21Os190.23Ir192.22Pt195.08Au196.97Hg200.59Tl204.38Pb207.2Bi2

4、08.98Po(209)At(210)Rn(222)Fr(223)Ra(226)Ac(227)Rf(261)Db(262)有關(guān)常量NA = 6.022×1023 mol-1R = 8.314 Jmol-1K-1 F = 9.647 ×104Cmol-1 第1題（7分）氮與其他元素可形成多種化合物，如二元氮化物L(fēng)i3N、GaN、Ge3N4、P3N5，疊氮化物NaN3、Ca(N3)2等。這些氮化物在發(fā)光、安全氣囊等方面有重要應(yīng)用。1-1 NaN3受熱產(chǎn)生氣體，寫出反應(yīng)方程式。1-2 在二元氮化物Ga3N2、GaN和Ge3N4結(jié)構(gòu)中，金屬與氮采用四面體配位方式結(jié)合，N原子只有一種

5、化學(xué)環(huán)境，寫出這三種氮化物中N的配位數(shù)。1-3 P3N5晶體結(jié)構(gòu)中，P的配位數(shù)為4，指出N有幾種配位方式、配位數(shù)和不同配位方式的N的比例。1-4 Ca(N3)2中，Ca與N3-中兩端的N相連，Ca的配位數(shù)為8，指出N3-兩端的N與幾個Ca相連。第二題（9分）光合作用是自然界最重要的過程之一，其總反應(yīng)一半表示為6CO2+6H2OC6H12O6+6O2實際反應(yīng)分多步進(jìn)行。其中，水的氧化過程是一個很重要的環(huán)節(jié)，此過程在光系統(tǒng)II（簡稱PSII）中發(fā)生，使水氧化的活性中心是含有4個錳原子的配位簇（成為錳氧簇）。初始狀態(tài)的錳氧簇（S0）在光照下依次失去電子變?yōu)镾1、S2、S3和S4，S4氧化H2O生成O

6、2。該過程簡示如下：2-1 光合作用中，水的氧化是幾個電子轉(zhuǎn)移的過程？2-2 25，標(biāo)態(tài)下，下列電極反應(yīng)的電極電勢分別為：a）MnO43-+4H+e- MnO2+2H2O E=2.90Vb）MnO2+4H+e- Mn3+2H2O E=0.95Vc）O2+4H+4e- 2H2O E=1.23V計算上述半反應(yīng)在中性條件下的電極電勢。假定MnO43-和Mn3+的濃度均為0.10mol·L-1，氧分壓等于其在空氣中的分壓?；卮鸫藯l件下MnO43-和MnO2能否氧化水。2-3 在模擬錳氧簇的人工光合作用研究中，研究者注意到了如下Mn(III)/Mn(II)體系（25）：d) Mn3+e- Mn

7、2+ E=1.51Ve) 在H2P2O72-=0.40mol·L-1，Mn(H2P2O7)33-=Mn(H2P2O7)22-的溶液中：Mn(H2P2O7)33-+2H+e- Mn(H2P2O7)22-+H4P2O7 E=1.15V2-3-1 計算e）中的半反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢。 （H4P2O7的酸解離常數(shù)：Ka1=1.2×10-1，Ka2=7.9×10-3，Ka3=2.0×10-7，Ka4=4.5×10-10）2-3-2 計算Mn(H2P2O7)22-和Mn(H2P2O7)33-的穩(wěn)定常數(shù)之比。第3題（13分）X、Y、Z均為非金屬元素（X的原子序

8、數(shù)小于Y的原子序數(shù)），三者形成多種化合物。其中分子式為XYZ6的化合物被認(rèn)為是潛在的儲氫材料，氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)19.6%。3-1 通過計算說明X、Y、Z各是說明元素3-2 下圖示出XYZ6及相關(guān)化合物的生成與轉(zhuǎn)化的流程圖：其中，實線箭頭表示在一定條件的轉(zhuǎn)化過程，虛線僅表示分子式的關(guān)聯(lián)關(guān)系；由A和B制備XYZ6的過程中給出了所有的反應(yīng)物和產(chǎn)物，而其他過程僅給出了所有的反應(yīng)物及其參與反應(yīng)的計量系數(shù)的比例（例如，AC，箭頭上的1/2B表示“2A+B”反應(yīng)，產(chǎn)物為C或者C和其他可能的物質(zhì)，計量系數(shù)比未給出）；B和D的結(jié)構(gòu)中均含有正四面體構(gòu)型的負(fù)離子基團(tuán)，E、F和G均為六元環(huán)結(jié)構(gòu)。根據(jù)圖中的關(guān)系與所述條件

9、，寫出化合物A、B、C、D、E、F、G、H和I的化學(xué)式；畫出D和G的結(jié)構(gòu)式；寫出D與A產(chǎn)生C的反應(yīng)方程式。第4題（10分）工業(yè)漂白劑由次氯酸鈣、氫氧化鈣、氯化鈣和水組成，有效成分為次氯酸鈣。準(zhǔn)確稱取7.630g研細(xì)試樣，用蒸餾水溶解，定容于1000ml容量瓶。移取25.00ml該試樣溶液至250ml錐形瓶中，緩慢加入過量的KI水溶液，以足量的1:1乙酸水溶液酸化，以0.1076mol·L-1的Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點，消耗18.54ml。移取25.00ml試樣溶液至250ml錐形瓶中，緩慢加入過足量的3%H2O2水溶液，攪拌至不再產(chǎn)生氣泡。以0.1008mol·L-

10、1的AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點，消耗20.36ml。移取25.00ml試樣溶液至100ml容量瓶中，一蒸餾水稀釋至刻度。移取25.00ml試樣溶液至250ml錐形瓶中，以足量的3%H2O2水溶液處理至不再產(chǎn)生氣泡。于氨性緩沖液中以0.01988mol·L-1的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點，消耗24.43ml。4-1 計算該漂白粉中有效氯的百分含量（以Cl2計）4-2 計算總氯百分含量4-3 計算總鈣百分含量 第5題（7分）稀溶液的一些性質(zhì)只取決于所含溶質(zhì)的分子數(shù)目而與溶質(zhì)本性無關(guān)，所謂的分子的數(shù)目必須是獨立運動的質(zhì)點數(shù)目，此即稀溶液的依數(shù)性。1912年McBain在研究脂肪酸納水溶液

11、的時發(fā)現(xiàn)，與一般電解質(zhì)（如NaCl）水溶液不同，脂肪酸納體系在濃度達(dá)到一定值后，其電導(dǎo)率、表面張力等依數(shù)性質(zhì)嚴(yán)重偏離該濃度前的線性規(guī)律，依數(shù)性-濃度曲線上呈現(xiàn)一個明顯的拐點。而密度等非依數(shù)性質(zhì)則符合一般電解質(zhì)溶液的規(guī)律。通過對多種=脂肪酸鹽的實驗，他發(fā)現(xiàn)這是一個普遍的規(guī)律。他認(rèn)為在濃度大于拐點值時，脂肪酸鹽在溶液中并非以單分子形式存在，而是發(fā)生了分子聚集。他將這些聚集體成為締合膠體。5-1 根據(jù)上述事實，你認(rèn)為McBain的推論是否合理？說明理由。5-2 McBain對脂肪酸納體系進(jìn)行了量熱實驗，發(fā)現(xiàn)在拐點濃度附近，由拐點前到拐點后體系的標(biāo)準(zhǔn)焓變幾乎為零，這讓他百思不得其解。經(jīng)過長期的研究和思

12、考，他鼓起勇氣在國際學(xué)術(shù)會上宣講了自己的研究結(jié)果，認(rèn)為脂肪酸鹽在拐點濃度后的締合膠體形成是熱力學(xué)穩(wěn)定的。當(dāng)時的會議主席對此勃然大怒，沒有等報告講完就以“McBain，胡說！”，將NcBain轟下講臺。假設(shè)在脂肪酸鹽拐點濃度前、后體系中水的結(jié)構(gòu)性之沒有發(fā)生變化，結(jié)合基礎(chǔ)熱力學(xué)和熵的統(tǒng)計意義，簡單說明會議主席認(rèn)為McBain的觀點“荒謬”的原因。5-3 然而，大量研究結(jié)果證實了McBain的結(jié)論是正確的，原因是“在脂肪酸鹽拐點濃度前、后水的結(jié)構(gòu)性質(zhì)沒有變化”這一假設(shè)是錯誤的。如果認(rèn)為“在脂肪酸鹽拐點濃度前、后對溶劑水的結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生不同影響”，那么請基于熵的統(tǒng)計意義，推測水的結(jié)構(gòu)在拐點濃度前和拐點后哪

13、個更有序，說明理由。5-4 除脂肪酸鹽外還有很多物質(zhì)具有類似的變化規(guī)律。這些物質(zhì)（表面活性劑）的分子結(jié)構(gòu)具有一個共同的特點，都具有親水頭基和疏水尾鏈（如下圖所示）。請給出表面活性劑在水中形成的“締合膠體”的結(jié)構(gòu)示意圖。若表面活性劑的分子長度為1.0nm，估算“締合膠體”在剛過拐點濃度時的最大尺寸。第六題（9分）將1mol水在100，101.3kPa下全部蒸發(fā)為水蒸氣，再沿著p/V=a（常數(shù)）的可逆過程壓縮，終態(tài)壓力為152.0kPa，設(shè)水蒸氣為理想氣體，在此過程溫度范圍內(nèi)，它的摩爾等壓熱容Cp,m=33.20J·mol-1·K-1。水的氣化熱為40.66kJ·mo

14、l-1（假設(shè)一定溫度范圍內(nèi)水的氣化熱不變）6-1 計算整個過程終態(tài)的熱力學(xué)溫度T2。6-2 通過計算，判斷終態(tài)時體系中是否含有液態(tài)水，若存在，液態(tài)水的量是多少。 6-3 計算整個過程發(fā)生后，體系的焓變H。 6-4 若整個過程的熵變?yōu)?32.5J·K-1，推算可逆過程的熵變S。 第7題（5分）某酸堿催化反應(yīng)（E和S是反應(yīng)物，P是產(chǎn)物）機(jī)理如下：k1=1.0×107mol-1·dm3·s-1，k2=1.0×102mol-1·dm3·s-1，pKa=5.0，反應(yīng)決速步驟為中間產(chǎn)物HES和 ES之生成。7-1 推倒表觀反應(yīng)速率常數(shù)k

15、exp的表達(dá)式，式中只能含有基元反應(yīng)的速率常數(shù)k1和k2以及氫離子濃度H+和E的電離平衡常數(shù)Ka。 7-2 推斷上述反應(yīng)屬于酸催化還是堿催化。若控制此反應(yīng)緩慢進(jìn)行，通過計算，判斷pH在什么范圍，kexp基本不隨pH發(fā)生變化（1%以內(nèi)）。 第8題（11分）金屬氫化物是儲氫和超導(dǎo)領(lǐng)域的一個研究熱點。在70GPa下鋇的氫化物可形成四方晶系晶體：晶胞參數(shù)a=305.2pm，b=305.2pm，c=383.1pm；通過晶胞頂點有4次旋轉(zhuǎn)軸，通過頂點垂直于a，b，c方向均有鏡面；在晶胞頂點處有Ba2+離子，在（0.500,0.500,0.237）處有H-離子，在（0.132,0.500,0.500）處有H

16、原子。8-1 寫出一個正當(dāng)晶胞中各離子（原子）的坐標(biāo)及結(jié)構(gòu)基元（須指明具體的原子或離子種類及數(shù)目）。 8-2 畫出一個正當(dāng)晶胞沿a方向的投影圖，標(biāo)出坐標(biāo)方向。 8-3 計算該晶體中H原子之間的最短距離。 8-4 該晶體可看作由H2分子填入Ba2+離子和H-離子組成的多面體中心而形成，說明此多面體的連接方式。 8-5 假設(shè)常壓脫氫后氫化物骨架不變，計算最大儲氫密度。 第9題（6分）9-1 下列化合物中堿性最強(qiáng)的是 A B C D9-2 下列化合物在酸性條件下最難發(fā)生水解的是 A B C D9-3 部分丙烷與鹵素自由基發(fā)生的反應(yīng)及其相應(yīng)的反應(yīng)焓變?nèi)缦拢篊H3CH2CH3+Cl· CH3C

17、HCH3+HCl H =-34kJ/mol (1) CH3CH2CH3+Cl· CH3CH2CH2+HCl H =-22kJ/mol (2) CH3CH2CH3+Br· CH3CH2CH2+HBr H =+44kJ/mol (3)當(dāng)反應(yīng)溫度升高，上述反應(yīng)的速率將A.都降低； B.都升高； C.反應(yīng)(1)和(2)降低，反應(yīng)(3)升高； D.反應(yīng)(1)和(2)升高，反應(yīng)(3)降低；9-4 25，下列反應(yīng)的兩種產(chǎn)物的比例已經(jīng)給出CH3CH2CH3+Cl· CH3CH2CH2+CH3CHCH3+HCl 43% 57%結(jié)合9-3題中所給的信息，預(yù)測當(dāng)反應(yīng)溫度升高而其他反應(yīng)條件不變時，1級自由基產(chǎn)物比例將 A.降低； B.升高； C.不變； D.無法判斷第10題（10分）根據(jù)下列化學(xué)反