第四屆Chemy化學(xué)奧林匹克競賽聯(lián)賽試題答案

1、第四屆Chemy化學(xué)奧林匹克競賽聯(lián)賽試題答案(2017 年 4 月 28 日 19:00 22:00)題號12345678910總分滿分8128991011101112100得分評卷人競賽時(shí)間3小時(shí)。遲到超過半小時(shí)者不能進(jìn)考場。開始考試后1小時(shí)內(nèi)不得離場。時(shí)間到，把試卷(背面朝上)放在桌面上，立即起立撤離考場。試卷裝訂成冊，不得拆散。所有解答必須寫在指定的方框內(nèi)，不得用鉛筆填寫。草稿紙?jiān)谧詈笠豁?。不得持有任何其他紙張。姓名、?bào)名號和所屬學(xué)校必須寫在首頁左側(cè)指定位置，寫在其他地方者按廢卷論處。允許使用非編程計(jì)算器以及直尺等文具。H 1.008相對原子質(zhì)量He 4.003Li 6.941Be 9.

2、012B 10.81C 12.01n 14.01O 16.00F 19.00Ne 20.18Na 22.99Mg 24.31Al 26.98Si 28.09P 30.97S 32.07Cl 35.45Ar39.95KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr39.1040.0844.9647.8850.9452.0054.9455.8558.9358.6963.5565.4169.7272.6174.9278.9679.9083.80RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe85.4787.6288.9191.2292.9195.9498 11

3、01.1102.9106.4107.9112.4114.8118.7121.8127.6126.9131.3CsBaLa HfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn132.9137.3Lu178.5180.9183.8186.2190.2192.2195.1197.0200.6204.4207.2209.0210210222Fr 223Ra 226Ac LaRfDbSgBhHsMtDsRgCnUutUuqUupUuhUusUuoLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLuAcThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr第1題（8分）在恒星中，當(dāng)聚集成一

4、團(tuán)的氫和氯原子的溫度達(dá)到107K時(shí)，就會發(fā)生一連串的熱核反應(yīng)。其中一個(gè)反應(yīng)是四個(gè)質(zhì)子聚合為一個(gè)氨核的反應(yīng)，總反應(yīng)為41H =4He + 2e+ 2期 這個(gè)反應(yīng)經(jīng)過了 2H、3He兩個(gè)中間體，最后一步為兩個(gè)3He的核反應(yīng)。已知：A（1H） = 1.007825 ,A（2H） =2.01410 , A（3He） =3.01603 , A（4He） =4.002603 , A（e） = 0.000549。c= 2.9979 188 m s-1, e= 1.6022 M0-19 C, Na= 6.0221俅23。1-1寫出三步的核反應(yīng)方程式，已知電子中微子伴隨著正電子生成。1-11H +1H =2H

5、+ e+ 論（0.5 分）2H +1H =3He （0.5 分）3He +3He=4He + 21H （0.5 分）1-2假設(shè)兩個(gè)電子中彳It子各帶走了0.25 MeV的能量，其余能量以輻射的形式放出，求出總反應(yīng)輻射的總能量。1-2 AA= 2.01410 + 0.00055 2 1.007825 =- 0.001, 正=-AAc2/We= 0.93 MeVAA= 3.01603 - 1.007825 2.01410 = - 0.005895, AE= 5.49 MeVAA= 4.00260 + 21.007825 2 3.01603 =- 0.01381, AE= 12.86 MeV總反應(yīng)：

6、AA= 4.00260 + 20.00055 4 .007825 = - 0.02760, AE=25.71 MeV （1 分）AE = AE - 2 0.25 MeV = 25.21 MeV （0.5 分）注意：只有總反應(yīng)需要考慮中微子帶走的能量，因?yàn)橛?jì)算的是各步反應(yīng)的能量變化，而 不是輻射的能量。1-3在某些恒星中，這一反應(yīng)可以被碳、氮、氧三種元素的同位素循環(huán)催化。已知：催化循環(huán)的第一步和最后一步分別為12c與質(zhì)子的反應(yīng)和15n與質(zhì)子的反應(yīng)，第二步和第五步是兩個(gè)位衰變。核素原子量核素原子量核素原子量12c12.00000013N13.00573914o14.00859613c13.0033

7、5514N14.00307415o15.00306614c14.00324215N15.00010916o15.9949151-3-1根據(jù)題中所給信息，寫出一條包含六個(gè)反應(yīng)的催化循環(huán)。1-3-1(1)12C+1H _ 13N; (2) 13N 13C + e+K(3) 13C+1H - 14N; (4) 14N+1H -15八3O;15o- 15N+ e+舊(6) 15N +1H -12C+4He(2分)1-3-2你認(rèn)為什么樣的恒星中會存在這種催化循環(huán)，說明理由。1-3-2通過舊恒星殘留下的元素形成的恒星，這樣的恒星中存在較多的較重元素（例如太 陽）。（1分）1-4如果一對正負(fù)電子發(fā)生湮滅，會

8、放出的能量是多少？如果能量通過一對光子放出，光子 的波長是多少？已知：h= 6.626 0-34 Js-1-4 AE= 1.023 MeV。（ 1 分）波長為 2.42 pm。（ 1 分） 第2題（12分）2-1在Pt管中將AgF加熱到513 K,通入NO2CI氣體發(fā)生反應(yīng)，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式， 并指出反應(yīng)的動力。2-1 AgF+NO2Cl= AgCl + NO 2F （1 分）；AgCl 比 AgF 穩(wěn)定（HSAB ）,不能答 AgCl 沉淀促進(jìn)平衡，因?yàn)椴皇侨芤褐械姆磻?yīng)。（1分）2-2將Fe（CO）5加入到NaOH溶液中，反應(yīng)得到一種陰離子含F(xiàn)e 33.07%的鈉鹽，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式

9、。2-2Fe（CO）5 + 3NaOH = NaHFe（CO） 4 + Na2CO3+ H2O （2 分）2-3醋酸銅-聯(lián)苯胺試紙可以用來檢驗(yàn)空氣當(dāng)中的HCN ,若空氣當(dāng)中有 HCN ,可以使?jié)駶櫟脑嚰堊兯{(lán)。寫出反應(yīng)的方程式，并指出為何檢驗(yàn)時(shí)試紙應(yīng)濕潤？2-3+2CuAc2+2HCN =+ 2CuCN+4HAc （2分）水先吸收HCN ,再與醋酸銅和聯(lián)苯胺反應(yīng)，水作為流動相，吸收氣體溶解固體，促進(jìn)兩相（氣相和固相）物質(zhì)反應(yīng)。（1分）2-41 mol SiF4分別和1 mol NH 3、2 mol NH 3反應(yīng)，畫出產(chǎn)物并分別指出產(chǎn)物中Si的雜化形2-4SiF4+ NH3= H3N-SiF4 (

10、1 分)，sp3d 雜化(0.5 分)H3N -SiF4+ NH 3= H 3N- SiF4- NH3 (1 分)，sp3d2 (0.5 分)2-5ZnCl2的水溶液能夠溶解FeO,生成了一種鹽，已知該鹽當(dāng)中陰陽離子比例并非1: 1,寫出生成鹽的化學(xué)式。2-5 FeO + 2HZnCl 2(OH) = FeZnCl 2(OH) 2 + H 2O (2 分) 第3題（8分） 在反應(yīng) MnO2 + 4HCl = MnCl 2 + CI2 + 2H2O 中，c(H +) = c(Cl),氣體分壓為 101325 Pa,假定其他離子濃度均為 1 molL-1,實(shí)驗(yàn)員欲使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，通過理論手段對于該

11、反應(yīng)能夠進(jìn)行的鹽酸最低濃度進(jìn)行了計(jì)算，并記錄了如下求鹽酸最低濃度的方法：對于該反應(yīng)而言，能夠自發(fā)進(jìn)行，即使得AG 1反應(yīng)即可自發(fā)進(jìn)行。列出平衡常數(shù)表達(dá)式K,由H+ = Cl-,解得H+ 1 mol L-1,即求得鹽酸最高濃度為1 mol L-1,也就是說，如果鹽酸濃度高于 1 mol L-1,根據(jù)實(shí)驗(yàn)員的求法，該反應(yīng)無法 自發(fā)進(jìn)行。3-1根據(jù)實(shí)驗(yàn)員的求法，我們發(fā)現(xiàn)與我們的認(rèn)知不同。我們知道，二氧化鎰和濃鹽酸反應(yīng)需要在加熱條件下進(jìn)行，用1mol L-1的鹽酸和二氧化鎰混合加熱反應(yīng)無法進(jìn)行。是我們的認(rèn)知出現(xiàn)了偏差還是實(shí)驗(yàn)員的計(jì)算方法錯(cuò)誤，為什么？3-1對于任意一個(gè)狀態(tài)下的反應(yīng)，AG= -RTlnQ

12、 ,而在平衡的特殊狀態(tài)下，K =Q，但是如果反應(yīng)自發(fā)，應(yīng)該 Q 1 mol L-1。(2分)實(shí)際情況下，氯氣在空 氣當(dāng)中的分壓不可能為 101325 Pa。( 1分)因此實(shí)驗(yàn)員計(jì)算方法錯(cuò)誤。 (1分)指出合理錯(cuò)誤點(diǎn)均可得分。3-2試設(shè)計(jì)方案計(jì)算反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行時(shí)鹽酸的最低濃度，需要的數(shù)據(jù)用符號代替。3-2 查表得。(MnO 2/Mn 2+),。(Cl 2/Cl-),反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行時(shí)，E = 0。由 Nernst 方程，E =()(MnO 2/Mn2+) -()(Cl2/Cl-) -RTlnQ /(2F)。Q表示成濃度商，帶入 Nernst方程，解得c(HCl)。(4分)合理方法和答案均可得分。第4題

13、(9分)某實(shí)驗(yàn)室用如下方案測定 KBF4的含量：準(zhǔn)確稱取0.6914g熔融的苯甲酸，溶于20mL中性乙醇中，在酚酬:指示下以 NaOH溶液滴定， 消耗NaOH溶液23.40mL。稱取0.3483g KBF4樣品，用50mL水溶解，控溫至 25C,力口 1 滴甲基橙，用上述NaOH溶液滴定至黃色，消耗NaOH溶液0.26mL ,加入30mL中性300g L-1 CaCl2溶液，搖勻，力口 150mL水，回流3分鐘，冷卻后加入 25.00mL上述NaOH溶液，重 新加熱回流50分鐘，冷卻后用 NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，消耗 NaOH溶液8.50mL。 4-1為什么不能用水溶解苯甲酸？4-1苯甲酸

14、在水溶液中溶解度小。(1分)4-2試寫出加入CaCl2后發(fā)生的反應(yīng)的方程式。4-22Ca2+ + BF4 + 3H2O = 3H+ + H3BO3 + 2CaF2 (2 分)4-3為什么要反復(fù)煮沸溶液？4-3 為使 BF4-完全水解，充分釋放出 F-離子。(1分)4-4試計(jì)算1品中KBF 4的含量。4-4c(NaOH) = m(苯甲酸)加(苯甲酸)XV(NaOH) = 0.6914 g + (0.02340L M22.118g mol-1) = 0.2420 mol L-1 (2 分)co(KBF 4) = M (KBF 4)者(NaOH) V2(NaOH) + V3(NaOH) j3 m(樣

15、品)=97.69% (3 分) 第5題(9分)“胡粉”是中國古代婦女使用的化妝品。天工開物中記載，“胡粉投入炭爐中，仍還熔化”， 生成A、二氧化碳和水蒸氣。 A難溶于水，但可與較稀的硝酸反應(yīng)，得到無色溶液B并放出氣體。向溶液 B中逐漸加入氫氧化鈉溶液，先生成白色沉淀C,后沉淀溶解得到無色溶液D。向溶液D中加入氫氧化鈉和次氯酸鈉的混合溶液，得到棕黑色沉淀E。在隔絕空氣的情況下，將E加熱到605C,會逐漸放出氧氣并得到黃色固體F。F能完全溶于硝酸，仍得到溶液Bo5-1寫出“胡粉”的化學(xué)名稱。5-1堿式碳酸鉛。（1分）5-2寫出AF的化學(xué)式。5-2A: Pb （1 分）B: Pb（NO3）2 （1

16、分）C: Pb（OH）2（1 分）D: NaPb（OH）3 （其他合理形式亦可）（0.5 分）E: PbO2 （0.5 分）F: PbO （0.5 分）5-3寫出D與氫氧化鈉和次氯酸鈉反應(yīng)，得到 E的反應(yīng)方程式。5-3Pb（OH）3- + ClO-= PbO2 + Cl- + H2O + OH- （1.5 分）5-4黃色F在溫度較低時(shí)會轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖环N晶型，晶型的轉(zhuǎn)變是嫡增還是嫡減過程？5-4嫡減。（1分）5-5本草綱目記載，胡粉有毒，參與生產(chǎn)的工人“必食肥豬犬肉”。請解釋為什么食用肉類能減緩胡粉中毒。5-5肉類富含蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)中的疏基可與鉛離子結(jié)合。（管重金屬離子使蛋白質(zhì)變性亦可）（1分）第

17、6題（10分）晶體X只含鈉、鎂、鉛三種元素。在不同的溫度和壓力下，晶體 X呈現(xiàn)不同的晶相。“-X 是一種六方晶系的晶體，而yX是立方晶系的晶體。在“-X中，鎂和鉛按1: 1的比例形成類似于石墨的層狀結(jié)構(gòu)，鈉填在層間。在yX中，鉛做立方最密堆積，其余兩種原子填滿所有的四面體空隙和八面體空隙。6-1給出X的化學(xué)式。6-1 Na2MgPb （2 分）6-2畫出一層a-X的結(jié)構(gòu)。6-2（2分）6-3已知a-X的晶胞參數(shù) a= 511 pm, c= 1017 pm, Z = 2,計(jì)算 維X的密度。6-3D = ZM/ NaV = 4.01 g cm-3 （2 分）6-4在不同的條件下，TX也呈現(xiàn)不同的結(jié)

18、構(gòu)。yX的立方晶胞。yX的立方晶胞。6-4-1畫出由鉛形成的八面體空隙僅被鎂占據(jù)時(shí),6-4-2畫出由鉛形成的八面體空隙僅被鈉占據(jù)時(shí),第7題（11分）近期，研究人員于-30 C令硅#賓配合物A與CO2在THF中反應(yīng)，成功制備了具有“二碳酸硅”結(jié)構(gòu)的D。它具有一個(gè)六配位的硅原子，并且同時(shí)和兩個(gè)碳酸根中的四個(gè)氧原子成鍵。生成D的過程中有兩個(gè)中間體 B、C產(chǎn)生，O表示氧化。7-1畫出B、C、D的結(jié)構(gòu)簡式，寫出制備過程的總反應(yīng)方程式。7-1總反應(yīng)方程式：A + 4CO2=D+ 2CO, （1分）反應(yīng)條件：THF, -30Co底物和產(chǎn)物可以寫成結(jié)構(gòu)簡式。不寫反應(yīng)條件扣分。其他氧化劑不得分。BCD（每個(gè)1分

19、）7-2寫出AD中硅元素的氧化數(shù)和配位數(shù)。7-2氧化數(shù)：0, 2, 4, 4;配位數(shù)：2, 3, 4, 6。（每個(gè)0.5分）7-3畫出至少3種C的共振結(jié)構(gòu)式以及一種 D的四配位的共振式，并標(biāo)出形式電荷。7-3C的共振結(jié)構(gòu)非常多，前兩個(gè)必須至少寫出一個(gè)。（2分，前2個(gè)結(jié)構(gòu)寫出一個(gè)得1分，其余結(jié)構(gòu)一個(gè)0.5分）D的共振結(jié)構(gòu)之一。（1分）第8題（10分）8-1試比較NaBH4, NaBHaCN, LiBH 4的還原能力大小。8-1 LiBH 4的還原性強(qiáng)于 NaBH 4,而NaBH4的還原性強(qiáng)于 NaBH 3cN。（2分）LiBH 4還原 性強(qiáng)于NaBH4,是因?yàn)長i+半徑比較小，容易靠近還原的底物

20、，可以起到活化的作用，同時(shí)Li+與BH4-結(jié)合相較于Na+與BH4結(jié)合更加不穩(wěn)定，從HSAB的角度而言LiBH 4還原性 更強(qiáng)。其實(shí)實(shí)際是因?yàn)長iBH 4在惰性溶劑中溶解度比 NaBH4好，但是站在競賽的角度考慮，答出HSAB或者Li +半徑小更容易活化底物都可給分。一般情況下NaBH 4可以還原醛酮但是不能還原酯基，而 LiBH 4可以還原酯基，NaBH 3CN可以選擇性還原亞胺但是不 還原醛酮。答出此點(diǎn)給一半分。8-2試解釋為什么在質(zhì)子溶劑中既是一個(gè)好的親核試劑，又是一個(gè)好的離去基團(tuán)。8-2堿性很弱，因此 是一個(gè)好的離去基團(tuán)。由于堿性比較弱，所以在質(zhì)子溶劑中溶劑 化效應(yīng)比較差，因此裸露的負(fù)電荷會具有強(qiáng)的親核性，離子半徑比較大，電荷密度低，可極化性較強(qiáng)，綜合以上兩點(diǎn)， 在質(zhì)子溶劑中的親核性強(qiáng)。 （2分）8-3芳環(huán)上的一個(gè)基團(tuán)被一個(gè)親核試劑取代的反應(yīng)被稱為芳香親核取代反應(yīng)。如下述反應(yīng)：8-3-1試解釋為什么甲氧