1、1992年第24届IChO试题与答案1992年第24届IChO试题-理论题和实验题注意事项（1）当监考人员将“开始（start）”写在黑板上后才开始答题。（2）请用黑色笔（黑墨水笔或黑圆珠笔）答题。（3）请在每页答卷的右上角写上你的参赛编号。（4）请将计算过程和答案写在每题后面的空白处，勿写在纸的反面。若需另页，可向监考人员索取。原子量H C NO Na Si P1.008 12.01 14.01 16.00 22.99 28.09 30.97S ClK CaCr Fe Ag32.06 35.45 39.10 40.08 52.00 55.85 107.9物理常数R8.314Jmol-1K-1
2、8.314m3Pa mol-1K-1F96486Cmol-11.硅藻（一种微生物）是海洋中丰富的食物来源，它们通过CO2和水的光合作用产生碳水化合物（即醣）：6CO26H2O太阳能C6H12O66O2a）蓝鲸靠捕食一种称之为“Krill”的小鱼生长，在其头5年的生长期内体重每天增加75kg。鲸每天吃掉的小鱼量是它自身体重增加量的10.0倍。而小鱼（Krill）需吃掉10.0kg硅藻才增加1.0kg体重。假定鲸在头5年内体重的增加完全是由于消耗硅藻碳水化合物，则为提供给该鲸在头5年内生长中所需要的硅藻碳水化合物，硅藻要消耗多少升CO2（0、1.0atm）？b）i）在24和1.0atm下，每升海水
3、溶解0.23mlCO2，若硅藻能从水中把CO2全部除去，则必须处理多大体积的水才能产生蓝鲸在5年内所需要的碳水化合物？ii）假如海水的总体积是1.371018m3。1000头蓝鲸在5年生长中所消耗的CO2（这些CO2是硅藻用来产生碳水化合物的）应该由这一总体积的百分之多少的水来溶解？c）成年鲸质量的3是氮。质量为9.1104kg的鲸死亡后所产生的NH4+的最大质量是多少（这些NH4+可为水生物利用）？d）鲸的质量的18是碳。碳被转化成CO2进入大气，然后又可通过含有硅酸钙的岩石的风化从大气中除去：CaSiO3（s）2CO2（g）3H2O（l）Ca2+（aq）2HCO3-（aq）H4SiO4（a
4、q）估计每年大约有1000头蓝鲸死亡，从这些死鲸的分解中所产生的CO2风化CaSiO3，问最多能风化多少克CaSiO3？2.许多小溪流经煤矿和金属矿。由于含硫矿床暴露在空气中或暴露到含氧的水中，这些小溪变成酸性，溪水中含有溶解的铁和硫酸盐，它们的浓度都很高。最常见的含硫矿是黄铁矿（FeS2），其中铁的氧化态是2。当富含铁的溪水和其他水混合时，溶于水的铁以针铁矿FeO（OH）的形式沉淀出来，复盖小溪的底部，而水仍保持酸性。b）写出表明黄铁矿在小溪中被氧化而形成Fe（）和硫酸根离子的配平的方程式。c）写出表明Fe（）离子被氧化而生成FeO（OH）沉淀的配平的化学反应方程式。d）如果黄铁矿全部转化成
5、FeO（OH）和氢离子，计算：需多少摩尔的FeS2使1.0升纯水的pH降到3.0？（不考虑HSO4-的形成）e）小溪中Fe（）离子的浓度是0.00835mol/L。溪水从一个很小的孔流入一个很大的池塘，流速为20.0升/分钟。溪水中有75的 Fe（）被氧化为 Fe（）。池塘中水的pH很高（pH7）。因而Fe（）马上沉淀为Fe（OH）3，经老化，变为Fe2O3。计算两年内有多少克Fe2O3将在池塘底部沉淀出来。3.从松树中分离得到的松柏醇，其分子式为C10H12O3。a）松柏醇既不溶于水，也不溶于NaHCO3水溶液。但当Br2的CCl4溶液加入松柏醇后，溴溶液的颜色消失而形成A（C10H12O3
6、Br2）；当松柏醇进行臭氧化及还原反应后，生成香荚醛（4-羟基-3-甲氧基苯甲醛）和B（C2H4O2）。在碱存在下，松柏醇与苯甲酰氯（C6H5COCl）反应，形成化合物C（C24H20O5），此产物使KMnO4（aq）褪色，它不溶于稀NaOH溶液。松柏醇与冷的HBr反应，生成化合物D（C10H11O2Br）。热的HI可使ArOR转变为ArOH和RI，而松柏醇与过量的热HI反应，得到CH3I和化合物E（C9H9O2I）。在碱水溶液中，松柏醇与CH3I反应，形成化合物F（C11H14O3），该产物不溶于强碱，但可使Br2/CCl4溶液褪色。请写出化合物B、C、D、E、F及松柏醇的结构。b）化合物A
7、可有几种立体异构体，请画出化合物A的结构，用“*”号标出A中的手征中心。对其全部立体异构体，画出它们的费歇尔（Fischer）投影（以下图为例），并用R或S来表示它们结构中手征中心的绝对构型。4.某萜烯醇A（C10H18O）经选择性氧化得到的产物或是一个十碳原子的醛，或是一个十碳原子的羧酸；A与二摩尔的溴反应，生成一个四溴化合物，分子式为C10H18OBr4（B）；A经臭氧解、氧化反应后，生成下述三个化合物：化合物A也能与氢溴酸（HBr）反应，生成几种化合物，包括分子式为C10H17Br的两个开链的溴化物。a）画出化合物A的结构；b）画出化合物B的结构；c）画出分子式为C10H17Br的两个开
8、链溴化物的结构；d）用反应结构式表示出C中两个溴化物形成的历程。5.二氧化氮是大气中许多含氮氧化物之一，它可二聚成N2O4（g）。a）NO2（g）是顺磁性的，用共振方式，写出NO2（g）的点电子结构式（用圆点表示电子）。b）N2O4是反磁性的，写出其点电子结构式；c）在298K，N2O4（g）的生成自由能是98.28kJmol-1，NO2（g）的生成自由能是51.84kJmol-1。在1.0atm和298K从1molN2O4（g）开始反应，若总压力恒定在1.0atm，温度恒定在298K，则有百分之多少的N2O4（g）分解？d）若反应N2O4（g）2NO2（g）的H是+58.03kJmol-1，
9、在什么温度下，N2O4（g）分解的百分数是c中计算结果的两倍？（假定熵和焓不随温度变化）e）N2O4（g）解离成NO2（g）的反应是一级反应，在298K，比速率常数是5.3104s-1。N2O4（g）分解20需多长时间？f）NO2（g）二聚成N2O4（g）是二级反应，在298K，比速率常数是9.8106Lmol-1s-1，它的逆反应是一级反应，比速率常数是5.3104S-1，请根据这些数据计算反应2NO2（g）N2O4（g）在298K时的浓度平衡常数Kc。6.本世纪大气中CO2的含量大大增加，预期今后将继续增加，有人预测，到2020年大气中CO2的分压可达到大约4.4010-4atm。有关热力
10、学数据如下：25、总压1.00atm下，CO2（在水中）的享利常数是0.0343molL-1atm-1； fG(kJmol-1) fH(kJmol-1)CO2（aq）-386.2 -412.9H2O（1） -237.2 -285.8HCO3-（aq）-587.1 -691.2H+（aq） -0.0 0.0解答下列问题时，温度用25，总压力为1.0atm。a）计算下列反应的平衡常数KCO2（aq）H2O（1）H+（aq）HCO3-（aq）b）计算2020年溶解在与大气平衡的蒸馏水中的CO2的浓度（以molL-1为单位）；c）计算上述溶液（即b中溶液）的pH值；d）计算CO2（aq）和H2O反应的
11、焓变；e）若CO2和H2O的反应已达平衡，溶液的温度升高，而溶解的CO2的浓度不变，则溶液的pH值改变。判断pH升高还是降低。圈出正确的答案。升高 降低7.当流向Chesapeake海湾的淡水河在春季大雨后洪水泛滥时，海湾中淡水的增加引起海蚝坜生长地带盐分的减少。海坜正常生长所需最低的氯离子浓度是8ppm（亦可近似表示为8mgL-1）a）一周大雨之后，对海湾的水进行分析。向50.00ml海湾水样中加几滴K2CrO4指示剂，用16.16ml浓度为0.00164molL-1的AgNO3溶液滴定，终点时形成明显的砖红色沉淀。Ksp（AgCl）1.7810-10 Ksp（Ag2CrO4）=1.0010
12、-12i）样品中氯离子的摩尔浓度是多少？ii）水中是否含有足够的氯离子以供海坜正常生长？圈出是或不是。 是 不是。写出计算过程。iii）写出滴定剂和样品反应的配平的化学方程式；iv）写出滴定终点颜色变化的配平的离子反应式。圈出反应式中砖红色化合物的分子式；v）在滴定终点，铬酸根离子的浓度是0.020molL-1。计算当砖红色沉淀出现时溶液中Cl-的浓度。vi）为使滴定更有效，被滴定溶液必须呈中性或弱碱性。写出用来描述在酸性介质中所发生的竞争反应的配平的方程式（这个反应影响滴定终点的观察）。b）如果开始滴定时样品溶液是酸性的，通常向被滴溶液加入缓冲溶液以控制pH。假定海湾水的pH为5.10，则由
13、于酸性太强而不能进行准确分析。i）从列出的体系中选择一个缓冲剂，此缓冲剂能使你建立并维持pH7.20的水溶液介质。圈出你所选择的缓冲溶液的号码（假定缓冲剂不与样品和滴定剂发生反应）缓冲体系 弱酸的K（25）（1）0.1molL-1乳酸/0.1molL-1乳酸钠 1.410-4（2）0.1molL-1醋酸/0.1molL-1醋酸钠 1.810-5（3）0.1molL-1NaH2PO4/0.1molL-1Na2HPO4 6.210-8（4）0.1molL-1NH4NO3/0.1molL-1氨水 5.610-10写出使你做出这种选择的计算过程。ii）用从（i）中选出的缓冲体系，计算溶解在蒸馏水中以配
14、制500mlpH7.20的缓冲溶液所需的弱酸及其共轭碱的质量。c）在另一个50.00ml海湾水样中的氯离子的浓度由佛尔哈德（Volhard）法测定。将过量的AgNO3加到样品中，过量的Ag+用标准KSCN溶液滴定，生成AgSCN沉淀。若加入50.00ml浓度为0.00129molL-1AgNO3溶液到水样后引起的过量Ag+需要27.46ml 1.4110-3mol L-1的KSCN溶液来滴定，计算海湾水中氯离子的浓度。d）在具有更高氯离子浓度的天然水中，Cl-可以通过沉淀为AgCl的重量法来测定。此方法的缺点之一是AgCl易发生分解反应：如果这一光解反应在过量Ag+存在下发生，则伴随另一反应：
15、3Cl2（g）2H2O（1）5Ag+（aq）5AgCl（s）ClO3-（aq）6H+（aq）如果3.000克AgCl样品（这些样品同含有Ag+的溶液接触）中有0.0100克发生了光解反应（如上述方程式所示），请计算由这些反应所产生的固体的最后的总质量。8.下面三个图分别是水、氮和锰的Pourbaix图（E（v）pH图）。水的pE/pH图上的边界也同样以虚线画在其他两个图上。a）写出富氧并具有正常pH值（pH6.0）的湖中占优势的含氮物质的化学式。b）写出在高度缺氧、富含有机物质、并受碱类（pH12.0）污染的湖中占优势的含锰物质的化学式。c）人们经常发现从水井中提出的微酸性的清水会在抽水马桶上
16、沉淀出一层黑色的含锰固体。i）写出此黑色固体的化学式；ii）写出地下的井水中含锰物种的化学式。d）根据Pourbaix图，有些化学型体的锰可氧化NH3（aq）或NH4+（aq）生成N2（aq）。在下面所列出的锰的诸化学形态中，圈出所有能发生此种反应的化学型体。Mn Mn（OH）2 Mn2+ Mn3O4 Mn2O3 MnO2 MnO42- MnO42-e）高锰酸铵（NH4MnO4）是一个众所周知的盐，而锰酸铵（NH4）2MnO4则少有人知。i）写出并配平NH4MnO4分解成MnO2和N2的化学反应方程式；ii）写出并配平（NH4）2MnO4分解成Mn和N2的化学反应方程式。f）Pourbaix图
17、同样可定性地应用于固体。若用研杵和研钵研磨以下物质，是否危险？（只答出是或否）。i）硝酸钾和金属锰；ii）硝酸钾和二氧化锰。g）MnO4-还原到MnO2的标准还原势E是1.692V。用能斯特（Nernst）方程，计算在25、pH4.0的条件下，0.00100molL-1的MnO4-的还原势。9.信息素是由昆虫和一些动物分泌出的、起传递信息作用的化学物质或化学物质的混和物。它们能引起同种类其他昆虫或动物的响应。在下述题目中，列出了一系列信息素以及确定它们结构的化学反应。在每种情况下，写出含碳产物的结构（一种或几种）在（e）部分，对相应的产物，请写出几何（顺、反）异构体（可忽略其他立体异构体），在
18、出现两个箭头的地方，只写出最终产物。醋酸异戊酯2-庚酮实验题 在开始做实验之前，请阅读全部操作步骤及附页之说明。注意事项在整个实验过程中，必须戴防护镜，必须用提供的吸球吸取溶液。如果摘掉防护镜（不管是什么原因）或用嘴吸取溶液，则将受到警告。若受到两次警告，则扣5分。若受到第三次警告，则将被取消实验资格，实验计分为零。 二氧化碳对溶解度的影响 CaCO3是一种难溶物质，通常以石灰石、大理石、白垩或方解石的形式存在。在富含CO2的地下水存在时，CaCO3溶解，形成岩洞。本实验要求测定：（1）CaCO3在CO2的饱和水溶液中的溶解度（2）CaCO3在无CO2的水溶液中的溶解度。Ca2+用EDTA络合
19、滴定法测定。该EDTA溶液需由你自己标定。 Ca2+的测定步骤1.按照后面附页的说明，校准你所用的pH计。2.测量并记录所提供的样品溶液的pH值。该溶液已被固体CaCO3和气体CO2所饱和。3.将全部样品过滤到另一个250ml的塑料瓶中以除去任何悬浮的CaCO3。一旦过滤完毕，很快将瓶子盖好。4.打开瓶盖，测定并记录滤液的pH，瓶口敞开所持续的时间只要满足测量pH所需要的时间即可，然后重新盖上瓶盖直到进行下一步操作。5.取三个锥形瓶，向每个锥形瓶中放25ml该样品。每次从塑料瓶中取出25ml溶液后，尽快将样品瓶重新盖好。6.在搅拌下，向每个锥形瓶中加15滴6molL-1HCl。可能形成的任何C
20、aCO3应该溶解。在进行下一步操作前，确信锥形瓶中无固体CaCO3。如果仍有固体CaCO3，需要进一步搅拌。对每一个样品，完成步骤710（一个样品一个样品地做）7.加入5mlpH为10的NH3缓冲溶液。8.向锥形瓶中加入20滴0.001molL-1的“Mg2+/EDTA4”溶液以便使指示剂正确地发挥作用。9.向样品中加入5滴钙指示剂（1（1-羟基-4-甲基-2-苯偶氮）-2-萘酚-4-磺酸）（英文称为Calmagite indicator）。10.用所提供的约0.01molL-1EDTA溶液滴定样品使颜色由红变蓝。你可以用水、缓冲溶液、两滴EDTA和指示剂作终点的参考。估计每个读数至0.01m
21、l。11.当你满意地完成步骤110之后，将从步骤3得到的剩余饱和滤液转移到适当的烧怀中。加热此溶液使其接近沸腾，在该温度下用磁力搅拌器搅拌5分钟。搅拌器旋钮放在6档是适宜的，开始加热时用“HIGH”档（即高温档，标在仪器上）是需要的。你应该看到有CO2逸出，可能有一些CaCO3沉淀出来。12.加热5分钟后，用烧杯夹把烧杯从热垫板上移开，放到冰浴中，使溶液冷至室温。13.测量并记录冷却后的溶液的pH。14.将溶液过滤以除去悬浮的CaCO3。15.取三个锥形瓶，将该滤液转移到锥形瓶中（每个锥形瓶加入25ml滤液），向每个锥形瓶中加入约25ml去离子水，然后加入15滴6molL-1HCl16.按照步
22、骤710，滴定每个样品。 EDTA的标定步骤1.准确称取约0.35g干燥的CaCO3基准物（摩尔质量为100.09gmol1），该基准物保存在干燥器中的称量瓶里。（注意：CaCO3是易吸潮的）。2.向CaCO3中加入25ml去离子水，然后小心地加5ml 6molL-1盐酸。很快盖上表面皿。3.待CaCO3溶解后，将溶液转移到250ml容量瓶中，稀释至刻度。4.取三个锥形瓶，向每一锥形瓶中放25ml标准Ca2+溶液。5.按步骤710的顺序，对每个样品进行滴定。 pH计的操作说明校正pH计：1.将功能选择旋钮放在“pH”档。2.将电极放入pH=7的缓冲溶液，把温度调到该缓冲溶液的温度。摇动电极，除
23、去残留在电极末端的气泡（电极浸入缓冲溶液时）。3.调节校准控制钮（Standardize）使显示器指示为7.00。然后将功能旋钮放在“旁路”位置或称辅助设备（Standby）。4.用去离子水（deionized water）冲洗电极，擦干后将其放入pH=4的缓冲溶液。5.再将功能选择旋钮放在pH档，调节电流升降控制钮（Slope），使显示器准确显示该缓冲溶液的pH值（即pH=4）。6.用去离子水冲洗电极，将功能旋钮（function）放在“Stand- by”位置。测量pH值：7.将功能旋钮（function）放在“pH”档。8.将电极放入样品，调节温度使其为样品的温度。9.读数稳定后，记录下
24、来，用去离子水冲洗电极。10.重复步骤8和9的操作方法，测量每一新样品的pH值。1.数字显示2.功能选择旋钮3.电流调节钮4.温度调节钮5.校准钮 实验结果记录和问题1.（a）步骤2中样品的pH值是多少？（b）步骤4中样品的pH值是多少？（c）步骤14中冷下来的溶液的pH是多少？2.（a）用来标定EDTA的CaCO3的质量是多少？（b）计算用来滴定标准Ca2+溶液的EDTA的平均体积，在下列空格中先写出每一次滴定所消耗的体积，然后写出平均体积。V1= V2= V3= V平均=（c）所标定的EDTA溶液的浓度是多少？请写出全部计算过程。3.（a）计算用来滴定样品（该样品被CaCO3和CO2饱和）
25、的EDTA溶液的平均体积。在下列空格中列出（用来计算平均值的）每一次滴定所消耗的体积。V1= V2= V3= V平均=（b）在CO2的饱和溶液中，碳酸钙的溶解度是多少？（用体积摩尔浓度表示）请写出全部计算过程。4.（a）计算用来滴定样品（该样品由CaCO3饱和，但无CO2）所消耗的EDTA溶液的平均体积。在下列空格中列出（用来计算平均体积的）每次滴定所消耗的体积。V1= V2= V3= V平均=（b）碳酸钙在无CO2的溶液中的溶解度是多少？（用体积摩尔浓度表示）请写出全部计算过程。5.（a）将CaCO3溶解在纯水中，哪些离子的浓度增加了（请将这些离子全部列出）？（b）下面给出两种关于CaCO3
26、饱和溶液的简短描述，请圈出CO32-（aq）浓度较高者。由CaCO3溶解在被CO2饱和了的水 由CaCO3溶于无CO2的水所形成的溶液 所形成的溶液c）在一个除去了CO2的溶液中，CaCO3的溶解度是增加、降低、还是保持不变？请圈出正确答案1992年第24届IChO试题答案 1.a）鲸在头5年中体重增加到753655=1.37105（kg）吃掉的小鱼量为1. 3710510.0=1.37106（kg）需硅藻碳水化合物为1. 3710610.0=1.37107（kg）6CO2+6H2O+太阳能C6H12O6+6O2在STPE（标态），Vco2=22.44.56108=1.021011（L）b）i
27、）在24和1.0atm下，0.23mlCO2的摩尔数要溶解4.56108molCO2需海水为c)9.11043%=2.73103(kg)1.95105(14.01+1.0084)=3.5103(kg)d）1000头死鲸所含C的物质的量 WCaSiO3=MCaSiO3nCaSiO3=116.21.361091/2=7.91010（g）2.b）2FeS2（s）+2H2O（1）+7O2（g）=2Fe2+（aq）+4SO42-（aq）+4H+（aq）c）4Fe2+O2+6H2O=4FeO（OH）+8H+d）使1.0L纯水pH降至3.0，需H+1.010-3mol从FeS2氧化的总反应式FeS2+15/
28、4O2+5/2H2OFeO（OH）+2SO42-+4H+可看出，生成1molH+需0.25molFeS2。e）Fe的流速为两年中流入池塘的Fe的总量：沉淀出的Fe2O3的质量：WFe2O3=1/2MFe2O3nFe75=1/2159.71.7610575=1.1107（g） 3.可能为Z，也可能为E.4可能为Z，也可能为E。（许多立体异构体的混合物）5设反应中N2O4分解的分数为x则N2O4=2NO21-x 2xx=0.155 即分解15.5=176.6Jmol-1K-1rGm=rHm-TrSm+RTlmKp平衡时rGm=0=319（K）e） 在恒容条件下，不考虑逆反应时有f)平衡时，k正NO
29、22=K逆N2O46.a)rGm=fGm（H+（aq）+fGm（HCO-3（aq）-fGm（CO2（aq）-fGm（H2O（1）=0.0-587.1+386.2+237.2=36.3（kJmol-1）K=4.3410-7b）CO2=Khpco2=0.03434.4010-4=1.5110-5（molL-1）c） H+=HCO-3+2CO2-3+OH-HCO-3的解离很弱，故可将CO2-3略去pH=5.59d）rHm=fHm（H+（aq）+fHm（HCO-3（aq）-fHm（CO2（aq）-fHm（H2O（1）=0.0-691.2+412.9+285.8=7.5（kJmol-1）e）降低7. a）ii）是海坜生长所需最低Cl-浓度iii)Ag+(aq)+Cl-(aq)AgCl(s)iv)2Ag+(aq)+CrO2-4(aq)=Ag2CrO4(s)=2.510-5（molL-1）vi)2CrO2-4+2H+=Cr2O2-7+H2Ob)i)0.1molL-1NaH2PO4/0.1molL-1Na2HPO4当HA=A-时，缓冲容量最大。所以，Ka和要求的H+越
