2004年全国高中学生化学竞赛决赛(冬令营)理论试题及答案.doc

2004年天下高中先生化学比赛决赛实际试题及谜底第一题6分拔取表1中的适宜物资的字母代号一后的括号中单项选择，并按请求填空。表1字母所代表的物资AH填人响应题目ABCDEFGHNO2+NONO32NH42NH3NO42HNO2NHOH222不是立体分子，其衍生物用作高能燃料。存在两种异构体，此中一种异构体的构造为。存在线型构造，Lewis构造式中每个键的键级为2.0。是无色的，立体分子，它的一种等电子体是既有酸性，又有碱性，可作制冷剂。既有酸性，又有碱性；既是氧化剂，又是复原剂，要紧做是顺磁性分子。剂。水溶液会剖析天生N0,反响式为2。第二题(6分)图1是元素的fGm/F一Z图，它是以元素的差别氧化态Z与对应物种的mfG/F在热力学规范态pH=0或pH=14的对绘图。图中任何两种物种联线的歪率在数值上即是响应电对的规范电极电势A或B，A、B分不表示pH0实线跟pH14虚线。上图中各物种的fG/F的数值如表2所示。m表2各物资的G/FfmAFX-X20HXO/HXO2XO3-/XO4-/-3.06-1.36-1.06-0.54/ClBrI01.611.601.454.917.327.605.979.7911.129.270/0-BFX-X2XO-/XO/2XO/3XO/4-3.06-1.36-1.06-0.540ClBrI0000.400.450.451.722.382.611.013.184.472.41/A(IO/I-)-(IO/I-)-A4(ClO/HClO2)用上表供给的数据盘算：3B3由上述信息答复：对统一氧化态的卤素，其含氧酸的氧化才干是年夜于、即是依然小于其含氧酸盐的氧化性。溴在天然界中要紧存在于海水中，每吨海水约含0.14kg溴。Br的沸点为258.78；溴在水中的消融度3.58g/100gH020。应用此题的信息阐明怎样2从海水中提取Br，写出响应的化学方程式，并用方框图表白流程。2第三题6分过氧乙酸是一种广谱消毒剂，可用过氧化氢与乙酸反响制取，调理乙酸跟过氧化氢的浓度可掉掉差别浓度的过氧乙酸。过氧乙酸含量的剖析办法如下：精确称取0.5027g过氧乙酸试样，置于事后盛有23滴1mol/LMnSO0.02366mol/LKMnO40mLH05mol3mol/L、2HSO溶液跟溶液并已冷却至45的碘量瓶中，摇匀，用24规范溶液滴定至溶液呈浅粉色30s不退色，耗费了12.494mL;随即加人10mL20KI溶液跟23滴NHMoO424溶液起催化感化并减轻溶液的色彩，悄悄摇匀，加塞，在暗处放置5min10min，用0.10183mL0.5淀粉唆使剂，NaSO23.61mL。mol/LNaSO规范溶液滴定，濒临起点时加人接着滴定至223蓝色消灭，并坚持30s不从新显色，为起点，耗费了223写出与测定有关的化学方程式。盘算过氧乙酸的品质分数请求3位无效数字；过氧乙酸的摩尔品质为76.05g/mol。本法的KMnO滴定差别于惯例办法，什么原因？4简述什么原因而法试验后果只能到达3位无效数字。过氧乙酸不波动，易受热剖析。写出热剖析反响方程式。第四题8分日本的白川英树即是1977年起首剖析出带有金属光芒的聚乙炔薄膜，发觉它存在导电性。这是天下上第一个导电高分子聚合物。研讨者为此获得了2000年诺贝尔化学奖。写出聚乙炔分子的顺式跟反式两种构型。.假定把聚乙炔分子当作一维晶体，指出该晶体的构造基元。假定有一种聚乙炔由9个乙炔分子聚合而成，聚乙炔分子中碳一碳均匀键长为140pm。假定将上述线型聚乙炔分子头尾衔接起来，构成一个年夜环轮烯分子，请画出该分子的构造。电子在环上活动的能量可由公式给出，式中h为-34-31普朗克常数(6.626×10Js)m是电子品质9.109×10kg·，l是年夜环周e边的长度，量子数收的光的波长。n=0，士1，士2，盘算电子从基态跃迁到第一激起态需求吸第五题6分氢是主要而干净的动力。要应用氢气作动力，必需处理好平安无效地贮存氢气咨询题。化学家研讨出应用合金贮存氢气，LaNi是一种储氢资料。5LaNi的晶体构造曾经测定，属六方晶系，晶胞参数5a=511pm,c397pm,晶体构造如图2所示。从LaNi晶体构造图中勾勒出一个5LaNi晶胞。5每个晶胞中含有几多个La原子跟Ni原子？LaNi晶胞中含有3个八面体缝隙跟6个四周体缝隙，假定每个缝隙填人1个(8.987×5H原子，盘算该储氢资料吸氢后氢的密度，该密度是规范形态下氢气密度-5-38-110g·m)的几多倍？氢的绝对原子品质为1.008；光速c为2998×10m·s；疏忽吸氢前后晶胞的体积变更。第六题7分地球外表约70以上是陆地，寰球约95的生物物种在陆地中，由此可见陆地领有极端丰厚的天然资本，是有待开辟的天然宝库。从某种陆地微生物中不离掉掉存在心理活性的无机化合物A，用质谱法跟元素剖析法测得A的化学式为CHO。在苯溶液中，A可与等物资的量的Pb(OAc)415284反响，天生物经酸水解得乙醛酸跟另一化合物B。B遇热掉掉一分子水得化合物C。将C与KMnO溶液共热得草酸跟十一酸。4请写出化合物A、B跟C的构造式。A能够存在几多种光学异构体？B为S一构型，请写出化合物写出A的3-羟基与D-甘露糖构成的-单糖苷的构象式。D-甘露糖的构造式已测得化合物A最波动的构象式。如下：第七题9分写出以下反响式中AD的构造式：提醒：药物剖析中罕见如下反响：写出以下反响式中EI的构造式：第八题12分车载甲醇质子交流膜燃料电池(PEMFC)将甲醇蒸气转化为氢2)氛围氧化法。两种工艺都掉掉气的工艺有两种：1)水蒸气变更重整法；副产品CO。分不写出这两种工艺的化学方程式，经过盘算，阐明这两种工艺的优缺陷。有关资料298.15K列于表3。表3物资的热力学数据物资H/kJ·mol-1S/mJK·mol-1-1·fmCHOH(g)-200.66-393.51-110.52-241.820239.81213.64197.91188.83130.593CO(g)2CO(g)HO(g)2H(g)2上述两种工艺发生的年夜批CO会吸附在燃料电池的Pt或其余贵金属催化剂H的吸附跟电氧化，惹起燃料电池放电功能急剧下落，为此，开辟了外表，障碍2撤除CO的办法。现有一组试验后果500K如表4。、PO2CO跟O的分压；r为以每秒每个催化剂Ru活性位上所表中PCO分不为2co耗费的CO分子数表现的CO的氧化速度。求催化剂Ru上CO氧化反响分不对CO跟O的反响级数取整数，写出2速度方程。固体Ru外表存在吸附气体分子的才干，然而气体分子只要遇到空活性位才能够发作吸附感化。当已吸附分子的热活动的动能足以克制固体引力场的势垒时，才干脱附，从新回到气相。假定CO跟O的吸附与脱附互不妨碍，同时外表是均2匀的，以表现气体分子掩盖活性位的百分数掩盖度，那么气体的吸附速度与气体的压力成反比，也与固体外表的空活性位数成反比。研讨提出CO在Ru上的氧化反响的一种机理如下：此中kco,ads、kco,des分不为CO在Ru的活性位上的吸附速度常数跟脱附速率常数，ko,ads为O在Ru的活性位上的吸附速度常数。M表现Ru催化剂外表22上的活性位。CO在Ru外表活性位上的吸附比O的吸附强得多。2试依照上述反响机理推导CO在催化剂Ru外表上氧化反响的速度方程不考虑O的脱附；也不思索产品2CO的吸附，并与试验后果比拟。2有关物资的热力学函数29815K如表5。表5物资的热力学数据物资H/kJ·mol-1Sm/J·K-1·mol-1fmH2(g)(g)00130.59205.03188.8369.94O2H2O(g)-241.82-285.84HO(l)2H-1=40.64kJ·mol，在298.15在373.15K，100kPa下，水的蒸发焓vapm-1-175.6J·K·mol。373.15K间水的等压热容为将上述工艺掉掉的富氢气体作为质子交流膜燃料电池的燃料。论效力是指电池所能做的最年夜电功相关于燃料反响焓变的效力。在燃料电池的理298.15K，100kPa下，当1molH熄灭分不天生2H2O(l)跟HO(g)时，盘算燃料电池任务的实际2效力，并剖析两者存在差异的缘故。假定燃料电池在473.15K、100kPa下任务，其实际效力又为几多可疏忽焓变跟明日变随温度的变更？阐明跟中的统一反响有差别实际效力的缘故。谜底及评分规范第一题6分每空0.5分第二题6分年夜于(0.5分)化学方程式：-将氯气通人稀释的酸性的海水中，紧缩氛围将溴吹出，碱性溶液接收：Cl+2Br=2Cl+Br2(1分)22-+5Br+3CO-3Br2+3CO3=BrO32或3Br2+6OH=BrO3+5Br+3H2O(1分)-+稀释酸化BrO+5Br+6H=3Br+3HO(1分)322冷凝：Br(g)Br(l)流程框图：22(1分)第三题6分化学方程式：2KMnO+3HSO+5HO=2MnSO+KSO+5O+8HO42422424222KI+2HSO+CHCOOOH=2KHSO4+CHCOOH+HO+I224332I2+2NaSO=2NaI+NaSO6(各0.5分)22324盘算进程：过氧乙酸的品质分数0.182为防止过氧乙酸与高锰酸钾反响。高锰酸钾反响。或：为防止过氧乙酸剖析发生过氧化氢接着与1分4.可揣测：过氧乙酸在水溶液中会剖析，因而该测定办法自身不能够到达4位无效数字的精确度。1分CHCOOOH312O21分3CHCOOH+第四题8分3分数对电子数0.5分，准确推断跃迁1.5分能级1分，盘算后果准确第五题6分晶胞构造见图晶胞中含有4。2分1个La原子跟5个Ni原子盘算进程：共1分六方晶胞体积：V=a2csin120°=(5.11×10)×3.97×10×31/2/2=89.7×10cm3-82-8-24(1分)氢气密度2分31.87×10倍。是氢气密度的第六题7分每个1分3存在2=8个光学异构体1分最波动的构象式：1分以椅式表现，3个代替基均应处于平伏键位烃基为R-构型。e键，此中2位烃基为S-构型，34.第七题9分AD每个构造式各占1分，共4分。(共5分)EI每个构造式各占1分，共5分，I格氏试剂跟加热各占0.5分第八题12分评判分36分化学方程式：甲醇水蒸气变更重整的化学反响方程式为：CHOH(g)+HO(g)=CO(g)+3H(g)1分1分3222甲醇局部氧化的化学反响方程式为：12CHOH(g)+3O(g)=CO(g)+2H(g)222以上两种工艺都有如下副反响：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)1分反响、的热效应分不为：Hm=(-393.51+200.66+241.82)kJf·mol-1=48.97kJ·mol-11分Hm=(-393.51+200.66)kJ·mol=-192.85kJ·mol-11分-1f上述热力学盘算后果阐明，反响吸热，需求供给一个热源，这是其缺陷；反响的H收率高，这是其长处。反响放热，能够自行保持，此为长处；2反响的氏收率较低，且会被氛围普通是通人氛围进展氧化重整中的N2所稀释，因而产品中的H浓度较低，此为其缺陷。22分CO的氧化反响速度可表现为：1分将式双方取对数，有将题给资料分不作图，得两条直线，其歪率分不为：-11分11分另解：pco坚持为定值时，将两组试验资料(r、pO2)代人式，可求得一co个值，将差别组合的两组试验资料代人式，即可求得几多个值，取其平均值，得1(假定只盘算1个值，扣05分)pO2为定值时，将两组试验资料rco,p代人式，可求co同理，在坚持得一个值，将差别组合的两组试验资料代人式，即可求得几多个值，取其均匀值，得-1(假定只盘算1个值，扣05分)因而该反响对CO为负一级反响，对O2为正一级反响，速度方程为：1分在催化剂外表，各物资的吸附或脱附速度为：式中v,co分不为催化剂外表的空位分数、催化剂外表被CO分子占领的分数。外表物种O-M达均衡、OC-M达吸附均衡时，有：2分1分因而，有，k为CO在催化剂Ru活性位的氧化反响的表不雅速度常数。因为CO在催化剂外表吸附非常激烈，即有co1，在此近似下，由式得到：1分上述导出的速度方程与试验后果分歧。另解：CO跟O吸附于催化剂2Ru的活性位上，吸附的CO与吸附的O之2间的外表反响为速度操纵步调，那么可推出下式：4分上式中的k、kco、ko是包括kco,ads、ko,adskco,des等参数的常数。22、依照题意，在Ru的外表上，CO的吸附比O的吸附强得多，那么有2koPo201分，kcoP>>11分2cor因而上式可简化为式，即：按上述推导，异样给分。co=kPo/Pco212H(g)+O(g)HO(l)222298.15K时上述反响的热力学函数变更为：-1Hm=-285.84kJ·molr1分-1-1=-163.17J·K-1-1·mol1分S=(69.94-130.59-205.03/2)Jrm·K·molG=HmTSmrrmr-3-1-1=(-285.84+298.15×163.17×10)kJ·mol=-237.19kJ·mol1分燃料电池反响的实际效力为：1分12H(g)+O(g)HO(g)222反响的热力学函数变更为：1分燃料电池反响的实际效力为：1分两个反响的Gm与Gm相差不年夜，即它们能输入的最年夜电能相rr近；然而，这两个反响的热函变更Hm与Hm相差年夜，有：rr-1HHmHm=44.01kJ·molrr上述热函变更差H恰恰近似为图5流程的热函变更：上述后果阐明，因为两个熄灭反响的产品差别，所开释的热能热函变化也差别，虽然其能输入的最年夜电能邻近，但其燃料电池的实际效率依然相差较年夜。2分在473.15K下，关于反响，有：-1Hm=-241.82kJ·mol(1分)rS=-44.28J·K·mol-1(1分)-1rm-1=-220.88kJ·mol1分G=HmTSmrrmr=G/Hm=91.3%1分rmr比拟跟的盘算后果，阐明燃料电池的实际效力是随其任务温度而变更的，跟着温度落低，其实际效力降落。反响的Gmr随温度而变更，G随rm温度的变更要紧是由TS惹起的。2分rm