中国化学会第28届化学奥林匹克竞赛初赛题、答、评分标准终稿-use.docx

第28届中国化学奥林匹克初赛试题第1题 (6分) 合成氨原料气由天然气在高温下与水和空气反应而得。涉及的主要反应如下：(1) CH4(g) + H2O(g) → CO(g) + 3H2(g)(2) 2CH4(g) + O2(g) → 2CO(g) + 4H2(g)(3) CO (g) + H2O(g)→ H2(g) + CO2(g)假设反应产生的CO全部转化为CO2，CO2被碱液完全吸收，剩余的H2O通过冷凝干燥除去。进入合成氨反应塔的原料气为纯净的N2和H2。1-1为使原料气中N2和H2的体积比为1 : 3，推出起始气体中CH4和空气的比例。设空气中O2 和N2的体积比为1 : 4，所有气体均按理想气体处理。1-1 1-2计算反应(2)的反应热。已知：(4) C(s) + 2H2(g) → CH4(g) ΔH4 = -74.8 kJ mol-1 (5) C(s) + 1/2O2(g) → CO(g)ΔH5 = -110.5 kJ mol-11-2第2题 (5分) 连二亚硫酸钠是一种常用的还原剂。硫同位素交换和顺磁共振实验证实，其水溶液中存在亚磺酰自由基负离子。2-1写出该自由基负离子的结构简式，根据VSEPR理论推测其形状。2-12-2连二亚硫酸钠与CF3Br反应得到三氟甲烷亚磺酸钠。文献报道，反应过程主要包括自由基的产生、转移和湮灭(生成产物)三步，写出三氟甲烷亚磺酸根形成的反应机理。2-2第3题 (6分) 2013年，科学家通过计算预测了高压下固态氮的一种新结构：N8分子晶体。其中，N8分子呈首尾不分的链状结构; 按价键理论，氮原子有4种成键方式; 除端位以外，其他氮原子采用3种不同类型的杂化轨道。3-1画出N8分子的Lewis结构并标出形式电荷。写出端位之外的N原子的杂化轨道类型。3-1 3-2画出N8分子的构型异构体。3-2 第4题 (5分)2014年6月18日，发明开夫拉 (Kevlar) 的波兰裔美国女化学家Stephanie Kwolek谢世，享年90岁。开夫拉的强度比钢丝高5倍，用于制防弹衣，也用于制从飞机、装甲车、帆船到手机的多种部件。开夫拉可由对苯二胺和对苯二甲酸缩合而成。4-1写出用结构简式表达的生成链状高分子的反应式。4-14-2写出开夫拉高分子链间存在的3种主要分子间作用力。4-2第5题(7分) 环戊二烯钠与氯化亚铁在四氢呋喃中反应，或环戊二烯与氯化亚铁在三乙胺存在下反应，可制得稳定的双环戊二烯基合铁(二茂铁)。163.9K以上形成的晶体属于单斜晶系，晶胞参数 a= 1044.35pm, b＝757.24pm, c=582.44pm, β＝120.958°。密度1.565 g cm-3。5-1写出上述制备二茂铁的两种反应的方程式。5-1 5-2 通常认为，二茂铁分子中铁原子的配位数为6，如何算得的？5-2 5-3二茂铁晶体属于哪种晶体类型？5-35-4 计算二茂铁晶体的1个正当晶胞中的分子数。5-4第6题(16分)肌红蛋白(Mb)是由肽链和血红素辅基组成的可结合氧的蛋白，广泛存在于肌肉中。肌红蛋白与氧气的结合度(α)与氧分压P(O2)密切相关，存在如下平衡：(a)其中，kA和kD分别是正向和逆向反应的速率常数。37 oC, 反应达平衡时测得的一组实验数据如右图所示。6-1计算37 oC下反应(a)的平衡常数K。6-2导出平衡时结合度(α)随氧分压变化的表达式。若空气中氧分压为20.0 kPa, 计算人正常呼吸时Mb与氧气的最大结合度。6-3研究发现，正向反应速率v正= kA (Mb) P(O2)；逆向反应速率v逆= kD (MbO2)。已知kD= 60 s-1, 计算速率常数kA。当保持氧分压为20.0 kPa，计算结合度达50%所需时间。(提示：对于v逆= kD (MbO2)，MbO2分解50%所需时间为t=0.693/ kD) 6-4 Mb含有一个Fe(II)，呈顺磁性，与O2结合后形成的MbO2为抗磁性的。 MbO2中的铁周围的配位场可近似为八面体场。6-4-1这一过程中Fe(II)的价态是否发生改变？简述原因。6-4-2写出 MbO2中铁离子在八面体场中的价电子排布。6-4-3结合O2前后铁离子的半径不变、变大还是变小？简述原因。6-4-4O2分子呈顺磁性，它与Mb结合后，价电子排布是否发生变化？简述原因。第7题(12分)在0.7520 g Cu2S、CuS与惰性杂质的混合样品中加入100.0 mL 0.1209mol L–1酸性KMnO4溶液，加热，硫全部转化为SO42–，滤去不溶杂质。收集滤液至250 mL容量瓶中，定容。取25.00 mL溶液，用0.1000 mol L–1 FeSO4溶液滴定，消耗15.10 mL。在滴定所得溶液中滴加氨水至出现