第22屆全國高中學生化學競賽決賽理論試題參考答案-掌門1對1.pdf

6 8 化學教育 2 0 0 9 年第6 期 中國化學會第2 2 屆全國高中學生化學 競賽 決賽 理論試題參考答案 2 0 0 9 年1 月7 日陜西西安 第l 題 1 14 A u 卅 Q 2 H 2O 4 A u C N 2 一 0 H 一 2 A u C N 2 一 z n 一2 A u Z n C N 4 2 1 2 1 C N 一水解 C N 一 H 2 0 F 蘭H C N O H K O 一磷 K 號 H C N 1 0 叫4 4 9 3 1 0 1 0 2 0 3 1 0 5 C N 一 H O 一 v H C N O H 一 1 0 3 2 1 0 4 x zz 1 0 4 x 丐x 1 廣0 4 一2 0 3X1 0 5 8 1 0 4 X x 8 0 8 1 0 5 m o l L O H 一 一 8 0 8 1 0 5 1 0 4 1 8 1 1 0 4 m o l L H 一磁 O H 一 1 0 叫4 1 8 1 X 1 0 4 5 5 2 1 0 1 1 m o l L 2 根據(jù)溶液的 H 算出E C h H z O 已知E e 0 2 H 2 0 1 2 2 9V 有0 2 4 e 一 4 H 2 H 2 0 E O t H 2 0 一E e 0 2 H 2 0 O 0 5 9 1 4 V l g H 4 戶 0 2 礦 一1 2 2 9V O 0 5 9 1 4 V l g 5 5 2 1 0 1 1 4X 0 2 1 0 1 O 6 1 6V 3 由于A u 生成了 A u C N 2 一 電對A u A u 的電極電勢將發(fā)生變化 已知E 9 A u A u 一1 6 9V A u 十 e 一 A u 1 9 j e 亳一E 芻 o 0 5 9 1 A u C N 2 一 2 O O X1 0 3 8 A u 十 2 C N 一 A u C N 2 一 l g 媯 3 8 3 A u C N 2 一 e 一 A u 2 C N 一 l g 媯 E 亳 o 0 5 9 1 由于 一 媧 媧 媧 l g 媧一l g 媧 l g K 島 o 0 5 9 1 3 8 3 一E 亳 o 0 5 9 1 1 6 9 0 0 5 9 1 3 8 3 一E 為 o 0 5 9 1 E 邑 1 6 9 0V 一3 8 3 X 0 0 5 9 1V 一 0 5 7 4V E 一弱 o 0 5 9 1V XI g A u C N 2 一 C N 一 2 0 5 7 4V 0 0 5 9 1V X l g1 0 7 1 9 1 0 4 2 一O 4 3 8V 其中 C N 一 c 初 C N 一 一 H C N 一2 A u C N f 一1 0 0 1 0 3 8 0 8 1 0 5 2 1 0 0 1 0 4 7 1 9X1 0 4 m o l L 或者 C N 一 一c 初 C N 一 一 H C N 一2 A u C N 2 一 1 0 0 X 1 0 3 8 0 8 1 0 5 2 1 O O l O 一4 7 1 9 1 0 4 t o o l L A u 2 C N 一一 A u C N 2 一 F A u 7 1 9 1 0 41 O O 1 0 一4 2 o 0 3 8 一而專黔 A u 9 6 7 1 0 3 7 m o l L E A u A u E B A u A u o 0 5 9 1V Xl g E A u 一1 6 9V O 0 5 9 1V I g 9 6 7 1 0 3 7 0 4 3 8V 4 后 一一刀F E 4 9 6 4 8 5 E o 6 1 6 一 一o 4 3 8 一 4 0 7 k J m o l 一1 1 3 由圖可見 生成 A u C N z 一的電極電勢比 生成游離金離子的電極電勢低很多 所以氰化物是 溶解金的良好溶劑 配合劑 線位于 線之下 說明氧氣可以把A u 氧化 成 A u C N 一 A u C N 1 4 h O 的E p H 萬方數(shù)據(jù) 2 0 0 9 年第6 期化學教育 6 9 線和 線組成溶金原電池 其電動勢是 線和 線的垂直距離 由圖可見 在 線的轉(zhuǎn)折處 兩線間的距 離最大 對應(yīng)的p H 大約為9 2 電動勢大約為1 1V 在p H 約小于9 2的范圍內(nèi) E A u C N 一 A u 隨p H 升高而降低 雖然氧 線也隨著p H 增大而下降 但前者降低得快 后者降 得慢 原電池電動勢逐漸增大 說明在此范圍內(nèi) 提 高p H 對溶金有利 超過此范圍 E A u C N 一 A u 幾乎不隨p H 而變 氧線隨 p H 增大而下降 原電池電動勢減小 對溶金產(chǎn)生不 利影響 第2 題 2 1 締合作用來源于N H N 的氫鍵作用 但 由于N H N 鍵比0 H 一0 弱 締合程度比水 小 2 2 由于溶液中存在很多帶電物種 使溶液具有 導電性 且導電性主要由溶劑化電子承擔 e N H s 有很高的遷移率 所以堿金屬的液氨溶液 具有很高的導電性 未成對的溶劑化的電子使溶液呈現(xiàn)順磁性 P t N H 3 4B r 2 2 K P t N H 3 4 2 K B r 2 3 直接寫出p H 一一l g N H 或者分布寫出 p H 0 1m o l LN H 才 p H 1 3 5 N H N H f p H 2 7 1m o l LN H f 溶液的p H 小于1 3 5 即為酸性 大于1 3 5 為 堿性 等于1 3 5 為中性 2 4 1 T i C l 4 6 N H 3 T i N H 2 3 C 1 3 N H 4 C l 2 Z n 2 2 N H 一Z n N H 2 z 和Z n N H 2 2 2 N H f Z n N H 2 4 2 一 3 L i 3 N 2 N H 3 3 L i N H 2 2 5 2 N H 才 2 e 一蘆蘭H 2 2 N H 3 P N H 才 H 2 OV 2 6將2 N H 2 e 一 已H 2 2 N H 3 與 6 N H N z 6 e 一車8 N H 3 兩個半反應(yīng)設(shè)計成原電 池 其標準電動勢為0 0 4V 標準自由能小于零 厶r G 一挖F E 一一6 9 6 4 8 5x o 0 4 0 3 2 3k J m o l 1 反應(yīng)能在標準狀態(tài)下自發(fā)向右進 行 電池反應(yīng)為 N 2 3 H 2 2 N H 3 即可以采用H z 作還原荊的方法將N z 還原為 N H 3 該反應(yīng)為熵減小 氣體分子數(shù)減少 的反應(yīng) 故 宜控制高壓 低溫的反應(yīng)條件 并加催化劑 2 7 1 在水溶液中電離平衡常數(shù)特別小的弱酸 2 在水溶液中因拉平效應(yīng)不能分步滴定 而在 液氨中有可能分步滴定的混合強堿 第3 題 3 1 C 0 2 N a C O z N a 雙 o H 一雙 O C O C H 3 O H C H 3 C 0 2 N a 2 N a O H H 2 S 0 4 N a z S 0 4 2 H 2 0 3 2 化學計量點 c C H 3 C F O 1 0 X O 0 6 7 m o l L O H 一 一瓜 1 0 1 4 嚴 O 0 6 7 6 1 X 1 0 6 m I L p O H 5 2p H 8 8 或按混合堿處理 O H 一 一 K b l c m K b z c m 一 K b l K b 2 f 磁 礦1 0 1 4 十訂1 頁0 廬1 4 o 0 6 7 6 2 1 0 6 t o o l L p O H 5 2p H 8 8 應(yīng)選酚酞為指示劑 滴定至紅色剛消失即為終 點 p H 4 4 H 一4 0 1 0 5 t o o l L C H 3 C O O H 艿一毋 一而嗇輝黑麗 o 69401 08 X 1 0 5 1 5 水楊酸 r 毒音躁 o 0 3 8 T E O 6 9 O 0 3 8 X 1 0 0 7 3 造成乙酰水楊酸含量測定誤差為 7 3 3 3 乙酰水楊酸含量 c 1 一2 c z V s X 1 8 0 2 X 1 m m g 第4 題 4 1 L i z N 一層平面的結(jié)構(gòu) 最小重復單位以及 a L i N 的晶胞圖分別為 淺色球代表N 3 深色球 代表L i 萬方數(shù)據(jù) 化學教育 2 0 0 9 年第6 期 其他畫法合理也得分 4 2 結(jié)構(gòu)基元為1 個a L i N 簡單六方點陣 N 3 一的L i 離子配位數(shù)為8 4 3 由L i z N 一平面層中原子分布和畫出的結(jié)構(gòu)可 作如下計算 層中L i N 間距離為 11 音d N N 音 3 6 4 8p m d l A N 薪一三i 礦一2 1 0 6 p m 上述計算中可有多種方法 4 4 快離子導體必須具備2 個條件 其一是存 在未填充的空隙 其二是離子可以在空隙間遷移 已知N 3 一半徑為1 4 6p m N N 間距離為 3 6 4 8p m 顯然N N 層間距離遠大于2 個N 3 一半 徑之和 2 9 2p m 因此N 3 一的堆積是非密置的 由 N N 層間距離和N 卜半徑數(shù)據(jù)可計算出L i N 一層 中3 個N 3 一組成的三角形的自由孔徑為 號 d N N s i n 6 0 一r N a 一 號X3 6 4 8p mX JU s i n 6 0 一力巾一p m 一2 1 0 6p m 一1 4 6p m 6 4 6p m 或者 利用前面計算得到的L i N 距離 2 1 0 6p m 直接得出2 1 0 6 1 4 6 6 4 6p m 此自由孔徑大于L i 的半徑 所以L i 可以出 入此類空隙 另外 L i 層是非密置的 其空隙更大 L i 也可以在層間遷移 因為在h o p 堆積結(jié)構(gòu)中 球數(shù) 八面體空隙 數(shù) 四面體空隙數(shù)一1 1 2 并不要求必須畫圖推出此比值 直接給出此比 值也可 由化學式L i N 可知 L i 占據(jù)所有八面體與全 部的四面體空隙 即占據(jù)百分數(shù)1 0 0 所以h c p 堆 積的L i s N 不能導電 4 5 晶胞中L i T i 2 0 的數(shù)目為 D V N M 一3 7 3 0g c m 3 8 4 0 5p r o 3X 6 0 2 2 X 1 0 2 3 m o 1 6 9 4 十2 X 4 7 8 8 十4 1 6 0 0 g m o l 叫 8 晶胞中的原子數(shù)為 7 8 5 6 E 8 個L i 1 6 個 T i 3 T i 4 3 2 個0 2 一 假定面對角線上的 2 一離子處于接觸狀態(tài) 正離子填隙町能使 2 一處于撐開狀態(tài) 實際不一定 接觸 設(shè)0 2 一離子半徑為r 則存在8 r 2 口的關(guān) 系 0 2 一離子最大可能半徑為 r J 2 a 8 4 2 8 4 0 5p m 8 1 4 8 6p m 由題意和晶胞中 2 一離子數(shù)目 3 2 個 可推 知 該晶胞叮以看成是由8 個c c p 堆積的立方單位 并置而成 將L i 選為晶胞頂點 L i 在晶胞中的位置與金 剛石中的C 相當 如下圖 若用分數(shù)坐標表示離子的位置 也得分 分數(shù)坐標為 0 0 0 1 2 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 1 2 1 4 1 4 1 4 3 4 3 4 1 4 3 4 1 4 3 4 1 4 3 4 3 4 或 0 0 0 1 2 1 2 O 1 2 0 1 2 O 1 2 1 2 3 4 3 4 3 4 1 4 1 4 3 4 1 4 3 4 1 4 3 4 1 4 1 4 第5 題 5 1 因為反應(yīng) 的 r c 0 所以 r H 1 3 1 0 2K r 哦 1 2 9 8 2K 2 0 1 0k J m o l 一1 5 t n 1 3 1 0 2K S 1 2 9 8 2K 一壘二叢蘭 呈 璺 呈鑒 二壘 堡 墨 鑒1 2 9 8 2K 至Q Q Q 嬰 二 蘭Q 曼墨Q 翌Q 二 2 9 8 2K 3 5 1 4J K 1 m o l 1 反應(yīng) 在3 1 0 2K 時的 讎 1 3 1 0 2 K 為 p 1 3 1 0 2K 一A H 1 3 1 0 2K 一 3 1 0 2K X A 5 l 3 1 0 2K 萬方數(shù)據(jù) 2 0 0 9 年第6 期 化學教育 7 1 一2 0 1 0 0J t o o l 叫一 3 1 0 2K 3 5 1 4J K 一1 m o l 一1 3 1 0 0 0J t o o l 一1 一3 1 0 0k J m o l 一1 反應(yīng) 在3 1 0 2K 時的 后 2 3 1 0 2 K 一 1 5 7 0k J t o o l 一1 反應(yīng) 是反應(yīng) 和 的耦合反應(yīng) 所以反應(yīng) 在3 1 0 2K 時 屆 3 3 1 0 2K 為 屆 3 3 1 0 2K 一 后 1 3 1 0 2K 后 2 3 1 0 2K 3 1 0 0k J m o l 一1 1 5 7 0k J t o o l 一1 一一1 5 3 0k J m o l 一1 標準狀態(tài)下 后 3 一 屆 3 1 0 2 K 一1 5 3 0k J t o o l 1 o 所以人體內(nèi)可以由反應(yīng) 合成谷氨酰胺 利用v a n tH o f f 方程 l n 船一學 去一去 同樣給分 5 2 屆 3 3 1 0 2K 一R Tl 礎(chǔ)囂 3 1 0 2K 一 1 5 3 0 0k J m o l 一1 一一8 3 1 4J K 一1 m o l 1 3 1 0 2K l r 心囂 3 1 0 2K 翳 3 1 0 2K 3 7 7 1 5 3 后 3 6t o o l 一 后 1 3 1 0 2K I 3 6m o l 3 1 0 0k J m o l 一1 1 1 1 6 X 1 0 3k J 5 4A T P 水解的 屆 值比較適宜 若太大 意 味著合成它時需要更多的能量 不利于A T P 再生 若太小 則不能有效驅(qū)動被耦合的反應(yīng) 因此A T P 在生物代謝循環(huán)中發(fā)揮著重要作用 第6 題 6 1 由題給條件可得 f A B f B 志 A B 3 t 因為f A B f B 與c B 無關(guān) 所以竹一1 0 n 1 在c B 不變時 f A B c A 正比于 叫 A 由3 組加壓力得 廠f A B c A 1 c A B c A 2 c A B c A 3 P A 7 1 鄉(xiāng)A 爹一1 戶A 一1 9 6 3 一1 9 4 1 得仇一1 2 優(yōu) 3 反應(yīng)對H C l 為3 級 對丙 烯為1 級 總級數(shù)4 級 6 2d c A B d t k c 3 A f B k c 3 H C l c C 3H 6 6 3d c A B d t k c 3 A f B 一口3 k c B 為一 級反應(yīng) C o B 一1m o l L C o A B 一0 所以C B 0 2 5m o l L 為第二個半衰期 一級反應(yīng)的半衰期t 1 2 2 1 n 2 a 3 憊 c B 一O 2 5m o l L 所需時間為 t 2 1 n 2 a 3 k 6 4 平衡假設(shè) 2 H C l 當 H C I 2 露 1 H C I C aH 6 告c R 7 2 C H C l 2j C H 3 C H C C H 3 2 H C l 由決速步反應(yīng)得 快速平衡 快速平衡 決速步 d c A B d t k 3 c C f H C l 2 由第一步快速平衡反應(yīng)得 c H C l 2 一 志l k 1 c 2 H C I 一K 1 C 2 H C l 由第二步快速平衡反應(yīng)得 c C 足2 k 一2 C H C l c C 3 H 6 K 2 f H C I c C 3H 6 由以上3 式結(jié)合可得 d c A B d t 愚3 c C c H C l 2 志3 忌l k 2 k 一1 k 一2 C 3 H C I c C 3H 6 志飆一k 3 麗k k 2 k 3 K 1 K 2 反應(yīng)速率方程與6 2 的結(jié)論一致 說明該反應(yīng) 歷程 機理 合理 穩(wěn)態(tài)近似處理 由于d c A B d t k 3 f C f H C l 2 d c C d t k 2 f H C l c C 3 H 6 k 一2 c C 一 k s c C c H C I 2 一O C C 一k z c H C l f C 3 H 6 Ek 一2 k s c H C I 2 d c H C I 2 d t k l f 2 H C I 一k lC H C l 2 一O 快速平衡 C H C I 2 一 走l k 1 f 2 H C l 一K l c z H C I 三式結(jié)合得 d c A B d t k 3 C C f H C l 2 一是3 忌l k 1 c 2 H C l k 2 c H C I c C 3 H 6 k 一2 k 3 C H C I z 一 七l k z k 3 k 1 f 3 H C I f 6 rk 一2 k 3 C H C l 2 當志一2 k 時 上式化為d c A B d t 萬方數(shù)據(jù) 7 2 化學教育 2 0 0 9 年第6 期 五l k 2 k 3 k l k 2 c 3 H C I c C 3 H