【化学竞赛试题】1991年全国化学竞赛理论试题

年全国化学竞赛理论试题 一 在 机械制造业 中 为了消除金属制品 中的残余应力和 调整其 内部组织 常采用有针 对性的热处理工艺 以使制品机械性能达 到设 全 要求 和 的 混合气氛用于热处理时 调 节 既 可成为氧化性气氛 脱除钢制 品中的过量碳 也可成为还原性气氛 保护 制品在处理过程 中不被氧化或还原制品表面的 氧化膜 反 应式为 已知在 时 二 么 二 一 一 么 二一 教 峨 一 混合气氛中含 有 及 占 帕 不参与反应 比值为多大 时 混合气氛恰好 可以防 止铁的氧化 此 混 合气氛中 和 各 占多少百 分 混合气氛中 和 的分压比 体积 比 摩尔比及质量比是否相同 若相同 写 出 依据 若不同 请说明互相换算关系 若往由 上述气氛保护下的热处理炉中投 入一 定石灰石 碎块 如气氛的 总压不变 设为 石灰石加 入对气氛的氧化还原 性有何影 响 二 儿有二个 异构体 和 也有二个异构体 和 分别按下式水解均生成月 或 月 写 出月 的结构并说明 或 水 解 产物均为月的原因 三 先阅读以下 一段叙述 然后回答文后 的问题 四氮化四硫 是氮 化硫 类化合物 中的 一个 它可由二氯化二硫与氨合成 为橙 色晶体 撞击或加热时易爆炸 分 子 中 的所有原子一起组成一个笼状结构 四个氮原 子组成平面四方形 四个硫原子组成一个四面 体 而氮原子四方平面正好平分硫原子的四面 体 两个硫原子在平面上方 另外两个硫原子 在平面下 方 分子中有 个 二电 子 这 个 几 电子 是完全非定域的 所有 一 键键长 均为 键级为 问题 中 和 的氧化数各是多少 写 出 由二氯化二 硫与氨形成 的反 应式 为什么不能由 和 合成 请画 出 的结构 图 和 原子是 如何提 供 个二电子的 为什 么是有色物 所有 一 一 和所有 一 一 键 角是 否相等 四 石墨具层状结构 作图示出石 墨中一层层状分子结构 试指 出石 墨层 状分子中碳原子 数 与 一 化学键 将每对邻近的碳原 子与碳原 子 间的联线看作一个化学键 数的相对比例 请对上述结论 的导出作出论证 若能以二 种方法 论证更好 实验测得石 墨 苯 乙烯 分子 中 一 键键长依次为 请对上述系列 中键长依次递减的现象作出 合理的解释 回答要简单明了 五 化合物 的结构为 据报导 月 可由氟代乙 酸乙酷 与格氏试剂 先进行加成反应 后经氧 卜尸 从声 化 醋化和还原反应等步骤而完成 请命名化合物 化合物 有何立体化学现象 为什 么 写出化合物 和 的结 构式 并请命名 写出化合物 的合成路线 写出 和 加成反应的历程 写出上述加成反应产物的氧化 酣化及 还原等各步反应产物的结构式 六 在自然界中某些物理量之间 的联系均 以对数形式出现 它们有相似之处 如 分布 一卫 一 一 式是大 气压强随 高度等温变化公 式 式中 表示在高 度为 儿 处时气 体的压强 丽为气体的平均摩尔质量 夕为重 力加速度 一么 为气体常数 一 一 为热力学温度 一 公式 八 丝旦匕呱 里 二 二 立 这是液体蒸气压随温度变化的公式 时液体蒸气压为 为液体的 摩尔气化热 被近似看作定值 如 水的 二 一 盆 公式 反应活化能 二 一 于海平 面处在 沸水中煮熟一个鸡蛋需 分钟 现有一登山队员攀登上珠穆郎玛峰 海拔 后在山顶上用水煮鸡蛋 问煮熟一个 鸡蛋需多少分钟 设 空气中 肠 为 肠 为 从海平面到 山顶气温均为 一七 邻苯二甲 酸配 一 在 催化下与乙基 苯 发生酞 基化反应 生成 产 物尸 把含 克 的 丙酮 溶液和 克活性石膏 催化 剂 混匀 在碱压 下加热 小时 得到 克产物 产物月的元素分 析 实测值 为 肠 肠 帕 用凝 固点降低法测得滋的摩尔质量为2309 m 一 原子量 H 二x o i C 1 2 0 O 1 6 0 试从 反应 原理及实测数据 推断月的 l 分子式 2 结构式 3 系统命名 4 收率 2 3 0 3 5 月在镍的催 化下发生 氢化反 应 转 变成氢化刀 滤除催化剂后 氢 化月在 空气中能自动快速氧化 重新转变成月 同时 生成过氧化氢 月 氧化态 土旦丛 创迂互 还 厦乓应l 千石八荃可 一 下不0式玩花瓦应 氢化 刁 还原态 食 二 里令茉 生 3 反应速度常数随温度变化的公式中 T T 时反应速度常数为壳 点 E为反应 活化 能 被近似看成定值 4 一级反应速度公式 Ine e业 一 一 寿 t 一t 4 C c c 表示 在时间为t 才 时 反 应物的 浓 度 k为一级反应的速率常数 根据以上知识计算下 列问题 已知鸡蛋中蛋白的热变作用为一级反应 工业上把A溶解在 苯和高级醇 混合 溶剂中制成与水不 混溶的 工作液 氧化工 作液中的过氧化氢可 用水提取 提取物用蒸馏 法加以净化和 浓缩 制 得过氧化氢产物 根据方块流程 图回答下列问题 1 进入 I塔的物料都是什么 2 I l 塔间装置起什么作用 3 进入I塔的物料都是什么 4 I l塔间的装置起什么作用 5 进入l塔的物料都是什么 6 离开W塔的物料都是什么 下转第科页 对 氨气的还原性实验 一文之辨析 刘力 湖甫郴县马头岭中学 查阅贵刊1984年第4期的 氨气的还原性 实验 一文 发现作者由实验受热变黑的铜丝 趁热插入疏松氯化按晶体 产生 白色烟雾 拿 出铜丝 后 又复变光亮的紫红色 得出的四个 结论 中的三 个 1 白色烟雾是由于氯化按 受热分解成氨气与氯化氢的 部分又重新结合 成抓化按所致 2 实验着重说明氨气的还 原性 在一定温度下氨气将氧化铜还原成铜 2N H C u二二二二 3C u N 杏 3H O 3 实验进一步说 明氯化按用在金属的焊接 上 以除去金属表面的氧化物薄层 笔者认 为 以上三个结论是片面的 甚至是错误的 虽历 时已久 仍有纠正 的必要 一 该文认为白色烟雾 是NH Cl 其实 不然 首先 应明确烟与雾 是有区别的 NH C I 是不易吸湿的白色晶体 当 以微小晶体存在于 空气中就形成白烟 而 HC I易吸收空气水 分 形成微小盐酸液滴 存在白色烟雾正是白烟与 白雾混合所造成 的 二 由于酸碱反应 速度往往比氧化还原反 应速度快得多 至 少可以认为 在一定温度下 有微量水分存在下 HCI与CuO 的反应同NH 与C uO 的反应等速平行进行 而不应 着重 说明氨的还原性 何况该文作者自称有白雾产 生 三 从该文最后一个结论似为除去金属的 氧化物薄层是N H 在起作用 实际上却相反 N H Cl用于金属焊接除锈时 使用 的是处于 液态的N H Cl 在焊接高温下抓化按分解生 成氛化氢和氨 氯化氢在有水分存在时与金属 氧化物反应形成了挥发的氛化物 NH 一C I 一 NH HCI 铁焊时 F e O 6 HC I 2FeC 13 3H ZO F eC I 沸点不高于3 15 在焊接的高温 下F eC I 和H O 挥发 不过 铜焊时是H C I将氧化膜C uO 溶解 C uO 2HC I CuC I H O 参考 文 献 l 李 家玉等编译 国外中学化学实验集佛 上 海日译出版社一30 1957 2 李朝略等编著二化学析疑 湖南科学技术出 版社 315 一3 1 0 7 上接第54页 尹 叼 产 子 护 尸 子 叼 日 创 曰 尹叼 甲 日 产 产 公 上接第4 4页 气矛 气护 内 气 旧 内 户 诀 妇 产 尹 J 护 尸 产 气 曰八 曰 气曰 北京师范大学等校无机化学教研室 编 无机 化 学 高等教 育出版社 下册 第二版 57 8 1056 华 东工学院无机教研组编二无机化学教学参考 书 I 高等教育出版杜 3 64 10 5 3 武仅大学等编 无机化学 高等教育出版社 下册 第二版 5 一600 1054 甘肃师大化学系编 简明化学手册 甘肃人 民出版社 54 295 0 严宜申等 编著 普通无机化 学 北京大 学 出 版社一22一165 1057 声 J 叮 内已 咨 矛 g l 0 I I I塔塔 l l l l 塔塔塔塔塔塔塔 班班班班塔塔塔塔塔塔塔塔 W W W W W W W W W W W W W W W W W W W W W W W 塔塔 l l l l 6 方块流程图 年全国化学竞赛理 论试题 参考答案 十丫 必 厂 扮 娜 日 一 2 C O O 2CO Z l G 一 2 7 8 4 kJ m o l 一 2 F e 0 2F e O 2 G 一3 11 4 k J m o l 一 2 一 1 2得 F e s CO F e O C O 日 一一下 于 l了 卜 一厂 O卜 G 二一 1 6 5 k J 由 G 一 RTl n m o l 一 1 P eo P eo 得P c P eo 二 3 22 即当p eo Pe 2七3 22 时 混 合气氛防止铁 的氧化 2 混合气氛中含N 1 0 0帕 设C O为 x 肠 CO 为y肠 则 x y 99肠 x方 3 2 2 得 C O 为75 6 呱 CO Z 为23 4 呱 N Z 为1 0肠 3 混合气氛 中C O和CO 的分压 比 摩尔 比及体积比均相 同 据尸犷 二 n R T 质量比 和 它们的 关系 不 犷eo 三 1 5 N 的氧化数分别为 2 和 一 2 或 十 3 和 一 3 2 6 5 Cl 16NH S N S a 1 2 N H 4 CI 3 5 N 不稳定 用N 为原料需要 加热 4 28 平eo 牙eo 44 平eo x 丝 二 J迪一 二 一色巴一 28 P eo e oz 5 每个N原子提供 1 个电子 每个S原子 提供2个电子 总共 lx4 2x4 12个非定域 电子 6 1 2 个非定域电子 7 四个N 一 S 一 N角相等 四个S 一 N 一 S 键角相等 N 一 S 一 N 键角 和S 一 N 一 S键角不 相等 或黑毕 奥 竺 f犷 co Z 1 1 P co Z 4 C a CO C a O C O K P P e 16 73K 时 C a C O 分解生成的C O 压 强 1 0 1 3kPa 即石灰石分解使混合气氛中 CO 气压增大 将增强其氧化性 C 水解 因反位效应必发生在对位位置Cl 原子上 产物为A D水解 不论水解发生在那个C l原子上 产物必为月 2 C C 一 C 1 1 5 0 6 7八 3 石墨 苯 乙烯中的C 一 C键均以sP 名杂 化轨道互相结合 据石墨中一个C 一 C键与 6 7 个C的关系 知 一个C 一 C 键上平均还有0 6 7 个 介电子 苯中一个C 一 C键平均有 i 个二电子 乙烯中一个C 一 C键上有2个龙电子 因C 一 C 键含二电子数由0 6 7 1 增大为2 所以键长缩短 五 1 A 为 3 一 经基 一 3 一 氟代甲基 一 5 一 径基戊酸内醋 刀一趋基 一 刀一氟代 甲基 一 一 经基戊酸内 醋 或 4 一 径基 一 4 一 氟代甲基 一 2 一 毗喃酮 护一经基一y 一 氟代甲基 一口一 毗喃酮 2 有旋光 异构 FC H 一 所在的碳原子 为 手性碳原 子 也存在构象异构 因成环 后 F C H 一 和 一 CH的 空间位置不同 或口键 夕键 3 B FCH Z COOC H 3 在两处反 应速率之比 E 85000 m o l 一 旦巨旦卯 丝丝鱼二竺茎邀 8 314X373 2X348 5 秃 玲 一 二 o 4 3 4 在山顶 煮熟鸡蛋所需时间 设 起始时 亡二O 蛋白浓度为 c 则 式 为 n 誉 二 一 叮多入如 飞仁l飞 因煮熟鸡蛋 蛋白 浓度相 同 l司 因此 t k t 一k 今t zom in 得t 7om in 七 1 1 C H O 2 即 六 值相 护 一 二 沐 沪 一广 琅 一 性 圣 止刃 艺 一 l了 一 l 一 卜七 1 卜仁含 月口 了 叮 i J 一 一 F 义 H厂 卜 二 1IC 0干 型 F 护比 己 二 七ICH 认 汗 州 失贬曰气 l 卜 1 1 f叮 It 尸 人 丁 六 l 8 84sm 处气体压强 M 0 800 x 28x10 一 0 200 x 32 10 一 2 8 8 x 1 0 一3 k g m o l 一 h 一 h 8 84 8 m 夕 9 s o m s 一忽 7 二2 9 8 2 K R 二 8 3 1 4 m o l 一 皿 K 一 1 P P 标准 大气 压 咬3 2 一 乙基葱醒 4 96 8肠 2 1 a H b 氧化 态工作液 2 过滤除去还原态工作液中的催化剂 3 c 空 气 d 不 含催