第30届国际化学奥林匹克理论竞赛试题-掌门1对1.pdf

年第期化学教育 化攀皇林匹克 会 第届国际化学奥林匹克理论竞赛试题 墨尔本 澳大利亚 年月日星期四 问题分 下面是分析锡铅合金的个步骤 卜 取合金样品在一个含有盐酸和硝酸的小烧杯里加热直至所有的合金溶解 此时 铅氧化为 锡氧化为 加热分钟以驱除氮和氯的氧化物 仍残留一部分酸 冷却溶液时出现锡 的化合物沉淀和铅的化合物 沉淀 加入的的 溶液 沉淀溶解得到无色透 明的溶液 将溶液全部转入一个的容量瓶中 用蒸馏水稀释到刻度 取该溶液 加入 加六次甲基四胺溶液 蒸馏水和滴 一 甲酚橙溶液 溶 液的为 从第步得到的黄色澄清溶液用标准硝酸铅溶液滴定至黄色恰好变为红色 在滴定终点 时消耗硝酸铅 在锥形瓶里加入固体 溶液立即重新变回到黄色 用标准硝酸铅溶液滴定上述溶液至颜色重新变为红色 滴定终点时消耗标准溶液 己知六次甲基四胺和二甲酚橙的结构如下所示 六次甲基四胺的 二甲酚橙在值低于 时呈红色 值高于时呈黄色 尸 心 心 脚 六次甲基四胺二 甲酚橙 是条件形成常数 等于 尤 和与的配合物当有无氟化物存在时的条件形成常数 丫如下 图所示 编者注国际化学竞赛试题是在年初向各参赛选手发预备题的基础上进行的竞赛 因此 为正确理解试题水平不能不结合 预备题 否则必过高估计竞赛试题原理水平 国际化学竞赛的原理水平并不像许多人认为的那样高 而且越来越低 因为它是 中学生的竟赛 发表本试题时我们作了缩编原题的注意事项全部删去 答卷纸中某些不可或缺的内容并入原题面而与题面重 复的内容全部删去 化学教育年第期 一 步骤中出现的铅化合物沉淀是什么 一 写出步骤中配平的离子方程式来解释为什么沉淀会消失 一 一 在步骤中加入六次甲基四胺的口的是什么选择 一 个答案 络合锡作为缓冲剂跟氮的氧化物和氯的氧化物反应是酸碱指示剂 一 在分析中加入二 甲酚橙的目的是什么选择一答案 用于络合锡起缓冲作用金属络合指示剂指示剂 一 写出步骤在滴定过程中和终点颜色变化的两个反应的配平的离子方程式 一 步骤中加入的日的是什么选择 一 个答案 络合锡起缓冲作用络合铅跟二甲酚橙反应 一 写出步骤中所发生的反应 的配平离子方程式 一 写 出配平 的离子方程式来解释步骤中颜色从红变黄的原因 一 写出配平的离护力 一 程式来解释 为什么在对图中 在以下和 十 一 两条 线重合 了 一 计算在合金样品中锡和铅的质量百分数 题分 小题用 一 测定年代 是到达岛的第一批居 民之一 他决定在他的花园里种植一些欧洲人喜欢 的树 他播种的确切年代己经不知道了 若干年后 在靠近住宅的湖底发现有欧洲橡树和榆树的 花粉的沉积 同时在湖底也沉积了很少量放射性 一 半衰期 二 年 假设欧洲橡树和榆树在种下 的第 一 年就释放出花粉 年 一个研究小组从湖底取出一块沉积物 把沉积物切成厚的薄片 检测 了花粉和放射性 一 的存在 在测定沉积物块时发现 欧洲橡树和榆树的花粉直到的深处还存在 在沉积块的顶部 一 的放射性强度为 人 而在深处则为 瓜 一 是在哪一年种下欧洲橡树和榆树的 放射性 一 是 一 的子核之一 一 存在于地壳中 但由于某些原因 一定量的 一 会 通过降雨从大气中降落 并附着在沉积物的颗粒上在湖底积存 一 的衰变链为 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 卜一 一 一 稳定 标有的半衰期极短以分和天 计 一 试解释在衰变链的哪一步能够说明 既然 一 母核只在地壳中存在 那么 一 怎么会在雨水 中最后产生呢选择 个答案 一 一 一一 一 一一 一 一一 一 一 小题医用放射性核素的分离 一 可用于淋巴肉瘤的检查 它常用高能质子轰击 一 靶小时制得 一 在大然锌 中占 在轰击结束后过小时 用阳离子交换树脂吸附 把 一 和其他的核素淋洗卜来 而把 一 留在交换柱上 表 放放射性核素素半衰期期 一 小时 卜刀 小时 一一 的子核天 一 小时 一 小时 一 天 一 小时 一 月 小时 在核医学应用中 一 和 小 半衰期是符合要求的 因而需要从洗脱液中将它们分离出来 分配系数是金属离子在离子交换树脂上和洗脱液之间分布的量度 对于给定的离子交换树脂和洗 脱液 的定义如下 每树脂的放射活性每洗脱液的放射活性 年第期化学教育 一 一 对于两种金属离子的理想分离来说 它们的分配系数值的差别至少要大于才行 洗脱液经蒸干后将残渣重新分散在少量的甲醇溶液中 负载到一个阴离子交换树脂 上 应用图 和图 给出的分配系数 选择淋洗 一 和介适用的溶剂体系在前面的空格里填 写自然数 数字越小表示该体系越好 甲醇 异丙醇 异丙醇 除去 一 然后再加 除去 一 然后再加 除去 一 甲醇 异丙醇 异丙醇 除去 一 然后再加 除去 一 然后 再加 除去 一 异丙醇 异丙醇 随后除去 一 除去 一 甲醇 异丙醇 异丙醇 除去 一 然后再加 除去 一 然后再加 除去 一 口口口口 在分离出相关核素后 某些长半衰期放射性核素会干扰 一 或 一 或 一 的医用 请指出下面 每一种说法是正确的记为 还是错误的记为 正确的可能不至一种 一 可能作为 一 的污染物而存在 一 会干扰 一 的医用 一 会干扰 一 的医用 一 会干扰 一 的医用 一 会干扰 一 的医用 一 如果在 一 或 一 或 一 中存在放射性杂质 可用一些方法减少放射性杂质的量 请指出下面 每一种说法是正确的记为 或者是错误 的记为 正确 的可能不至一种 在在分离 一 前除去 一 在在分离 一 前从靶材料中把 一 分离出来 在在轰击结束后立即分离放射性核素素素素 在在分离 一 之前让 一 衰变掉掉掉掉 一 如果用高能质子来轰击天然锌而不是轰击 一 请指出下面每 一 种说法是正确的记为 或者是错误 的记为 正确的能不至 一种 一 的产量增加倍倍倍倍 一 的产量减少倍倍倍倍 一 的产量减少 而 一 一 一 一 产生的污染增增增增 力力 口口口口 一 的产量减少 而 一 一 一 一 产生的污染不不不不 变变 化学教育年第期 图金属离子在阴离子交换树脂和各种不同浓度的的甲醉溶滚中的分配系数请注意的值大于 侧阅 一一 三三于兰毛 一 万一 二 乡之乙 一吕告至至毛 三三 一一二万二二 几二二二乡户华于于任不三玉乡 一孟 二二三品 一 一止于三三 三 三 一二 丁 丁 万 丁万 一 二了 一 三二二二三 二二二二二 一 纽 且一 一一 二 二二 二二 二 呈呈 弃弃二 三 一 二弃套 毛二 至弃三委燕莽圣里些 些 一 一 之产兰 才 一一 一一 一 面而 一 牙牙 一 一 三三丁苦弃毛冬多呈全李垂年之奎墓二二圭垂套 套 一一 一不 一万三 二二 二二三三 一 一 一二 二 辰辰而门一 一 砂沪洲 一一 一一 卜卜 二 一 一 二二二竺 吧 二 一 二 一二 二 二 二 二 一 二一 一一 几 伟 气几 一 乃石刀 刀石 图金属离子在阴离子交换树脂和不同浓度的的异丙醉溶液中的分配系数 习题分 稠环分子的三维结构常常可以用角张力的减小得 以解释 试考虑下列分子 十二几面体烷 汇 今 圆 撰 在十二面体烷中的每 一个 环是规则的正五角形 而椭圆烯中的每一个环可以认为是正六角形 一 它们的 匕 角分别多大 一 哪一种构型 一平面二 角形 四面体 或者八面体 跟上面的以的角度最接近 一 十二而体烷的和椭圆烯的立体结构式跟哪一种杂化类型够声 占尸 最接近 定义 连接处 为分子中任何 一 个二环体系共用的中心碳原子 试比较 十二面体烷中用粗线标出的三个五 角形 椭圆烯 中的二个六角形 年第期 化学教育 骨 撰 设有一根轴穿过连接处的中心碳原子 该轴跟三个 一 键的夹角是相 同的 一 一 试作 个理智的猜测 对于十 几面体烷和椭圆烯 这个角度的精确到三度的数值是多大 上述角度减去 可以描述它们偏离平面性 哪一种连接处是平面的 现在让我们来考虑两种稠环烯十二面体烯 和椭圆烯 尹 而且在图中标出的 双键加氢后骨架的畸变可以忽略 再假定所有的双键都是 巍再 潇 黑少 雳尝譬 茹 瓢 揣犷 一十 二面体烷刁 对于 所有的连接处都是完全相 同的 试考虑在的任何一个 二 处加氢 勿 一 一 一十二 面体烯和椭圆烯中哪一个加氢放热最多 一卜二面体烯和椭圆烯哪一个加氢放热最少 仍然假设双键是离域的 己经证实存在比 更 的富勒烯 例如 如果忽略 的结构中任何一个双键和单键的区别见下图 客 为清楚起见把该分子中的连接处的中心碳原子标为 和 并用下 图标出 贪垒易 一 哪 一 个连接处偏离平而性最小 还是 化学教育年第期 一 哪 一个连接处偏离平面性最大 还是 一 将上述碳碳键编号为 到 哪一处最容易发生加氢反应 最后考虑更大的富勒烯 作一级近似 设 和 都是 完美 的 球体 一 它们的结构中哪一个连接处偏离平面性比较大些是呢还是 对比 和石墨 下面对于 以 一 为单位的 刀 值哪一个是正确的 山 代 山了丫 刀叹石墨 刀丫 了丫 之州 代 石墨 代 代 代石墨 衅辉 一 衅辉 一 胡 石墨 厅丫 乙厅丫 乙刀丫石墨 乙厅丫 厅 代 厅丫石墨 富勒烯的生成的时间很快 典型的是毫秒级 在所有的合成技术中得到的的量比 的量大得多 一 在卜面的图到中哪一个对于下面两个转化反应表达势能对反应进程的依赖关系是正确 的 反应物 二宇二 不 口 反应物 二挤二 尧团 山一 侧 入油 囚 即 山一 济璐 山目 工 一 自匕 工尸 一 一 盆 年第期 问题 化学教育 分 当两个氢原子相互靠拢时 它们 的原子轨道相互作用形成成键分子轨道和反键分子轨 道 一 石 一一一 一 考虑分子的对称性 我们可以以同样的方式讨论较复杂的原子形成分子轨道的情况 试考虑臭氧分子 它的形状很像澳大利亚的飞去来器 按下列坐标安放臭氧分子中的 氧原子 分子平面为那面 并假定每个氧原子有 娜 和 姚 轨道 本 一 孕 寒 原子和可以用对称性关联起来 它们的 仇 巧 几 轨道可以进行对称和 反对称组合 扩 了入 对称反对称 在该分子中的轨道属于对称的 它可 以跟由上述的和组合成的轨道进行对称性组 合但是不 能跟反对称的轨道进行组合 形成成键和反键分子轨道 反对称组合是非键 最后三个分 子轨道为 一 八八八 一 在答卷纸上用类似的方法构筑由三个原子的轨道 三个原子 的轨道 二个原子的 轨道 以及 二个原子的轨道形成的分子轨道 记住和首先发生对称 的和反对称的组合 一 现在我们可以按能级从低到高的顺序重新安排这些分子轨道 这样做也可以建筑其他三原子 分 子轨 道 这些轨道的能量在弯曲的只原子分子如臭氧里与线形分子如二氧化碳里是不同的的 轨道能 级的变化可以用答卷纸仁的型分子的 图 表示 该 图给出了每一个轨道的能量随 一一 角 度的变化发生的变化 各轨道的对称性用下角标表示 在图中的轨道如 下 杰 一 当键角 由变为时 巨二二习 钟卜一月 匕 一一 为什么轨道 的能量增加得如此迅速选择一个答案 因为成键特征降低 因为反键特征增加 和都成立 因为轨道重叠减少 一 只有占有 电子的分子轨道才影响分子的几何构型 充满电子的轨道比只有 一 个电子 的轨道对分子构型 犷影响更大 例如 有个电子 键角为 一直到 的所有轨道都充满电子 因此 考虑到空 间排斥作用 即 札和 轨道的能量对比和 立体排斥作用 臭氧分子最低能量的几何构型有可能倾 向于靠近 自 图的左侧 这与实验测定的键角相吻合 化学教育年第期 参考图写 出在键角为 时 最高占据轨道的对称性符号 币石 一畏 石门 一 二 址门 一生门 一 坠门 盯 门 一 不的实测键角分别为 不 一 位用答卷纸的图预测和比 弯曲程度人还 是小 选 原子轨道分子轨道 一一一一一一一二二二 一一 一一 一 泛泛二二 泣二二一一一一一一 一一一一一一一一一一一 一一一二二一一一一一一一 一一一一一一一一一 一 一一一一一一一一 一一一 今 八 介 八众八 厂 之 厂 月泣 了 乙 卜 乙 昌 分子的 一 图 的弯曲程度大于 而比更弯曲 匕 更弯而 不如 弯曲 不如弯曲 也不如弯曲 不女弯 曲而比 更弯曲 问题分 金属金常常司 一 以在铝硅酸盐岩石中发现 它很细地分散在其他矿物之中 通过暴露在空气中的氰化钠 溶液处理破碎后的矿石来提取 在这个过程中金慢慢地转变成可溶于水的 一 反应 达到平 衡后 被泵出的水相用锌与金的配合物反应转化为金属金 而锌则转变成 一 反应 一 写出反应和的配平的离子 方程式 年第期化学教育 金在 自然界中经常和银形成合金 银也可以被暴露在空气中的氰化钠溶液氧化 一 升的和的溶液经蒸发掉三 分之一体积的液体后 用锌处理 假设偏离标准条件是不重要的 而且所有的氧化还原反应都进行到底了 试计算在 反应停止后和丁的浓度 己知 一 一 一 一 一 一 一一 一一 今 一一 一 一 在一定条件下 是很稳定的络合物 欲使的金在溶液 中以该氰配合物 的形式存 在 问需要多大浓度的氰化钠 己知 一 一 一 己经发展了另一些提取金的方法来代替氰化法 为什么选择一个答案 氰化钠溶液腐蚀采矿机械氰化钠流失在地下水中会生成氢化氰 后者对许多动物是有 毒的 用氰化法得到的金是不纯的 问题分 一 尽管锡和碳一样也能生成四氯化物 然而锡又不同于碳 配位数可 以超过 画 出的 两种可能的立体结构 一 作为路易斯酸可以跟像氯离子或氨基离子那样的路易斯碱反应 己经知道它跟氯离子有如下两 个反应 一 画出 一 的三种可能的立体结构 一 用价层 电子对互斥理论预言 一 最可能的是哪一种结构 一 画 出 一 的二种可能的立体结构 一 用价层 电子对互斥理论预言 一 最可能的是哪一种结构 一 用负离子电子溅射质谱 处出现 一个单峰 测定了一种含有 一 离子的四丁基胺盐溶液 图谱显示 在 你可 以假定被测 定 的只是核素 和 写出用此方法检出的含锡物种的化学式 一 用负离子 电子溅射质谱测 定了 一 种含心 一 离子的溶液例如它的四丁基胺盐溶 液 图谱显示在处出现 一个 单峰 一 化学教育年第期 你可呀假 设在这种物种里只有 和 写 出用这种方法检出的含锡物种的化学式 一 然而 用负离子离子溅射质谱测 定等摩尔的 一不 一 的混合物它们的四 丁基胺盐 其中含有种卞要物种 分别写 出 种新物种的各 自的化学式 二 一 分子 和 核磁共振谱可以用来检测处在 一 一 一州州州州州州州 一一一 一一 不同化学环境 中的 和 核 的独立的信号 这些信号可 以根据公认 的标准化合物为参考来记录 单位 皿 为 同样 为处在不 同化学环 境 中