完整版第27届全国奥林匹克化学竞赛决赛理论试题WORD.docx
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完整版第27届全国奥林匹克化学竞赛决赛理论试题WORD
第27届中国化学奥林匹克〔决赛〕理论试题
2021年11月29日北京
营员号
测试须知
竞赛时间4小时,迟到超过半小时者不能进考场,开始测试后1小时内不得离场.时间到,把试卷、
做题纸和草稿纸装入信封,放于桌面,听到指令前方可离开考场.
将营员号写在试卷首页及每页答卷指定位置,写于其他位置按废卷论处.
说有解答必须写于答卷指定框内,写于其他位置无效.
凡要求计算或推演的,须给出计算或推演过程,无计算或推演过程,即使结果正确也不得分.
用铅笔解答的局部〔包括作图〕无效.
禁用涂改液和修正带,否那么,整个答卷无效.
试卷已装订成册,不得拆散.
允许使用非编程计算器及直尺等文具,不得携带铅笔盒和任何通讯工具入场,否那么取消测试资格.
用黑色墨水笔或黑色圆珠笔做题.不得携带任何其他纸张进入考场.假设另需草稿纸,可举手向监考教师索取.
写有与试题内容无关的任何文字的答卷均无效.
H
1.008
元素周期表
He
4.003
Li
Be
B
C
n
O
F
Ne
6.941
9.012
10.81
12.01
14.01
16.00
19.00
20.18
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
22.99
24.31
26.98
28.09
30.97
32.07
35.45
39.95
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
39.10
40.08
44.96
47.88
50.94
52.00
54.94
55.85
58.93
58.69
63.55
65.39
69.72
72.61
74.92
78.96
79.90
83.80
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
85.47
87.62
88.91
91.22
92.91
95.96
[98]
101.07
102.91
106.42
107.87
112.41
114.82
118.71
121.76
127.60
126.90
131.29
Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
132.91
137.33
138.91
178.49
180.95
183.84
186.21
190.23
192.22
195.08
196.97
200.59
204.38
207.2
208.98
(209)
(210)
(222)
Fr
Ra
Ac
Rf
Db
(223)
(226)
(227)
(261)
(262)
Ce
Pr
Md
Pm
Sti
Eu
GO
lb
Dy
Ho
Er
Tfl»
Yb
Lu
HOTz!
14091
14424
15036
151
15725
i能第
诩工6
1M93
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ir4.97
Ps
U
rup
Pu
Ain
Cm
Bk
Cf
Fm
MO
No
Lf
23Q03
237.0£
(244)
(243)
(247)
(247>
(2S1)
四〕
37]
(256)
(254)
网
有关常量
Na=6.0221023mol-1R=8.314J?
mol-1K-1F=9.647104C?
mol-1
第1题〔7分〕氮与其他元素可形成多种化合物,如二元氮化物Li3N、GaN、Ge3N4、P3N5,叠氮化物NaN3、
Ca〔N3〕2等.这些氮化物在发光、平安气囊等方面有重要应用.
1-1NaN3受热产生气体,写出反响方程式.
1-2在二元氮化物Ga3N2、GaN和Ge3N4结构中,金属与氮采用四面体配位方式结合,N原子只有一种化学
环境,写出这三种氮化物中N的配位数.
1-3P3N5晶体结构中,P的配位数为4,指出N有几种配位方式、配位数和不同配位方式的N的比例.
1-4Ca〔N3〕2中,Ca与N3-中两端的N相连,Ca的配位数为8,指出N3-两端的N与几个Ca相连.
第二题〔9分〕光合作用是自然界最重要的过程之一,其总反响一半表示为
6CO2+6H2—C6H12O6+6O2
实际反响分多步进行.其中,水的氧化过程是一个很重要的环节,此过程在光系统II〔简称PSII〕中发生,
使水氧化的活性中央是含有4个镒原子的配位簇〔成为镒氧簇〕.初始状态的镒氧簇〔S0〕在光照下依次失
去电子变为S1、S2、S3和S4,S4氧化H2O生成02.该过程简示如下:
2-1光合作用中,水的氧化是几个电子转移的过程?
2-3在模拟镒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)体系(25C):
d)Mn3++e--Mn2+?
?
=1.51V
e)在[H2P2O72-]=0.40mol•L-1,[Mn(H2P2O7)33-]=[Mn(H2P2.7)22-]的溶液中:
Mn(H2P2O7)33-+2H++e--Mn(H2P2O7)22-+H4P2O7?
?
=1.15V
2-3-1计算e〕中的半反响的标准电极电势.
(H4P2.7的酸解离常数:
Ka1=1.2X10-1,Ka2=7.9X10-3,Ka3=2.0X10-7,Ka4=4.5X10-10)
2-3-2计算Mn〔H2P2.7〕22-和Mn〔H2P2.7〕33-的稳定常数之比.第3题〔13分〕X、Y、Z均为非金属元素〔X的原子序数小于Y的原子序数〕,三者形成多种化合物.其
中分子式为XYZ6的化合物被认为是潜在的储氢材料,氢的质量分数达19.6%.
3-1通过计算说明X、Y、Z各是说明元素
3-2以下图示出XYZ6及相关化合物的生成与转化的流程图:
I.尸・.但.
其中,实线箭头表示在一定条件的转化过程,虚线仅表示分子式的关联关系;由A和B制备XYZ6的过程
中给出了所有的反响物和产物,而其他过程仅给出了所有的反响物及其参与反响的计量系数的比例〔例如,
A-C,箭头上的1/2B表示“2A+B〞反响,产物为C或者C和其他可能的物质,计量系数比未给出〕;B
和D的结构中均含有正四面体构型的负离子基团,E、F和G均为六元环结构.根据图中的关系与所述条件,
写出化合物A、B、C、D、E、F、G、H和I的化学式;画出D和G的结构式;写出D与A产生C的反响方程式.
第4题〔10分〕工业漂白剂由次氯酸钙、氢氧化钙、氯化钙和水组成,有效成分为次氯酸钙.
准确称取7.630g研细试样,用蒸储水溶解,定容于1000ml容量瓶.
移取25.00ml该试样溶液至250ml锥形瓶中,缓慢参加过量的KI水溶液,以足量的1:
1乙酸水溶液酸
化,以0.1076mol•L-1的Na2s2O3标准溶液滴定至终点,消耗18.54ml.
移取25.00ml试样溶液至250ml锥形瓶中,缓慢参加过足量的3%出.2水溶液,搅拌至不再产生气泡.
以0.1008mol.L-1的AgNO3标准溶液滴定至终点,消耗20.36ml.
移取25.00ml试样溶液至100ml容量瓶中,一蒸储水稀释至刻度.移取25.00ml试样溶液至250ml锥形瓶中,以足量的3%H2O2水溶液处理至不再产生气泡.于氨性缓冲液中以0.01988mol•L-1的EDTA标准溶
液滴定至终点,消耗24.43ml.
4-1计算该漂白粉中有效氯的百分含量〔以Cl2计〕
4-2计算总氯百分含量
4-3计算总钙百分含量
第5题〔7分〕稀溶液的一些性质只取决于所含溶质的分子数目而与溶质本性无关,所谓的分子的数目必须
是独立运动的质点数目,此即稀溶液的依数性.1912年McBain在研究脂肪酸纳水溶液的时发现,与一般
电解质〔如NaCl〕水溶液不同,脂肪酸纳体系在浓度到达一定值后,其电导率、外表张力等依数性质严重偏离该浓度前的线T规律,依数性-浓度曲线上呈现一个明显的拐点.而密度等非依数性质那么符合一般电解质溶液的规律.通过对多种=脂肪酸盐的实验,他发现这是一个普遍的规律.他认为在浓度大于拐点值时,脂肪酸盐在溶液中并非以单分子形式存在,而是发生了分子聚集.他将这些聚集体成为缔合胶体.
5-1根据上述事实,你认为McBain的推论是否合理?
说明理由.
5-2McBain对脂肪酸纳体系进行了量热实验,发现在拐点浓度附近,由拐点前到拐点后体系的标准始变几乎为零,这让他百思不得其解.经过长期的研究和思考,他鼓起勇气在国际学术会上宣讲了自己的研究结果,认为脂肪酸盐在拐点浓度后的缔合胶体形成是热力学稳定的.当时的会议主席对此勃然大怒,没有等报告讲完就以“McBain,胡说!
",将NcBain轰下讲台.
假设在脂肪酸盐拐点浓度前、后体系中水的结构性之没有发生变化,结合根底热力学和嫡的统计意义,
简单说明会议主席认为McBain的观点“荒唐〞的原因.
5-3然而,大量研究结果证实了McBain的结论是正确的,原因是“在脂肪酸盐拐点浓度前、后水的结构性质没有变化〞这一假设是错误的.如果认为“在脂肪酸盐拐点浓度前、后对溶剂水的结构会产生不同影响〞那么请基于嫡的统计意义,推测水的结构在拐点浓度前和拐点后哪个更有序,说明理由.
5-4除脂肪酸盐外还有很多物质具有类似的变化规律.这些物质〔外表活性剂〕的分子结构具有一个共同的
特点,都具有亲水头基和疏水尾链〔如以下图所示〕.请给出外表活性剂在水中形成的“缔合胶体〞的结构示
意图.假设外表活性剂的分子长度为1.0nm,估算“缔合胶体〞在刚过拐点浓度时的最大尺寸.
第六题〔9分〕将1mol水在100C,101.3kPa下全部蒸发为水蒸气,再沿着p/V=a〔常数〕的可逆过程压缩,
终态压力为152.0kPa,设水蒸气为理想气体,在此过程温度范围内,它的摩尔等压热容Cp,m=33.20Jmol-1K-1.水的气化热为40.66kJ•mol-1〔假设一定温度范围内水的气化热不变〕
6-1计算整个过程终态的热力学温度T2.
6-2通过计算,判断终态时体系中是否含有液态水,假设存在,液态水的量是多少.
6-3计算整个过程发生后,体系的焰变^H.
6-4假设整个过程的嫡变为132.5J-K-1,推算可逆过程的嫡变AS.
第7题〔5分〕某酸碱催化反响〔E和S是反响物,P是产物〕机理如下:
HE,+3'hes.tP
E+SAES・rp
ki=1.0x107mol-1•dm3-s-1,k2=1.0x102mol-1•dm3.s-1,pKa=5.0,反响决速步骤为中间产物HES〞和
ES之生成.
7-1推倒表观反响速率常数kexp的表达式,式中只能含有基元反响的速率常数k1和k2以及氢离子浓度[H+]
和E的电离平衡常数Kao
pH在什么范围,kexp
7-2推断上述反响属于酸催化还是碱催化.假设限制此反响缓慢进行,通过计算,判断根本不随pH发生变化〔1%以内〕.
第8题〔11分〕金属氢化物是储氢和超导领域的一个研究热点.在70GPa下榻的氢化物可形成四方晶系晶
体:
晶胞参数a=305.2pm,b=305.2pm,c=383.1pm;通过晶胞顶点有4次旋转轴,通过顶点垂直于a,b,c
方向均有镜面;在晶胞顶点处有Ba2+离子,在〔0.500,0.500,0.237〕处有H-离子,在〔0.132,0.500,0.500〕处
有H原子.
8-1写出一个正当晶胞中各离子〔原子〕的坐标及结构基元〔须指明具体的原子或离子种类及数目〕
8-2画出一个正当晶胞沿a方向的投影图,标出坐标方向.
8-3计算该晶体中H原子之间的最短距离.
8-4该晶体可看作由H2分子填入Ba2+离子和H-离子组成的多面体中央而形成,说明此多面体的连接方式.
8-5假设常压脱氢后氢化物骨架不变,计算最大储氢密度.
第9题〔6分〕
9-3局部丙烷与卤素自由基发生的反响及其相应的反响始变如下:
CH3CH2CH3+Cl•CH3CHCH3+HCl
CH3CH2CH3+Cl-CH13cH2cH2+HCl
CH3CH2CH3+Br♦CH3CH2CH2+HBr当反响温度升高,上述反响的速率将
A.都降低;B.都升高;C.反响〔1〕和〔2〕降低,反响⑶升高;D.反响〔1〕和〔2〕升高,反响〔3〕降低;
9-425C,以下反响的两种产物的比例已经给出
CH3CH2CH3+Cl•CH3CH2CH2+CH3CHCH3+HCl
43%57%
结合9-3题中所给的信息,预测当反响温度升高而其他反响条件不变时,1级自由基产物比例将
A.降低;B.升高;C.不变;D.无法判断
第10题〔10分〕根据以下化学反响答复以下问题
10-1在以下化学反响中
10-1-1试齐【JNH4C1在反响中白^作用为
10-1-2画出产物D的稳定的湖边异构体的结构简式.
10-1-3产物D中碱性最强的氮原子是.
10-2以下两个反响在相同条件下发生,分别画出两根反响的产物的结构简式.
第11题〔13分〕
11-1画出以下反响的中间体结构简式.
RCHO
11-2画出以下两个反响的所有产物结构简式.
上述反响含苯环的产物Me3OBF4A
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