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2000年全国高中学生化学竞赛(决赛)理论试题答案


2000 全国高中学生化学竞赛(决赛)理论竞赛试题参考答案及评分标准
第1题 1-1 X——SiCl4 (5 分) 1-2 Y——SiO2 (3 分) 1-3 Z——Si(NH2)4 (2 分) 1-4 G——Si3N4 (2 分) 1-5 耐磨材料 (1 分) 耐高温材料 (1 分) Si3N4 是原子晶体,其中 Si—N 键的键能高,键长短,因此该晶体的熔点高,硬度

大。 (1 分) 第2题 2-1 电极反应 (–) H2(g) + 2OH- = 2H2O(l) + 2e (0.5 分) – 电极反应 (+) HgO(s) + H2O + 2e = OH + Hg(l) (0.5 分) 电池反应 H2(g) + HgO(s) = H2O(l) + Hg(l) (1 分) –1 3 –1 ? ? 2-2 ?rGm = nFE = –2 X96500 C·mol X0.926 V = –178.7 X10 J· mol (1 分) H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(l) ?rGm?(2) = –237.2 kJ/moL H2(g) + HgO(s) = H2O(l) + Hg(l) ?rGm?(1) = –178.7 kJ/mol HgO(s) = Hg(l) + 1/2 O2(g) ?rGm?(3)=??rGm?(1)–?rGm?(2)= +58.46kJ/mol(1 分) 3 lnKp?= –(?G?/RT) = –(58.46X10 J/mol)/[(8.314J/mol·K)X(298.15K)] = –23.60 Kp? = 5.632X10–11 (1 分) –21 ? ? 1/2 ? 2 ? Kp = [p(O2)/p ] p(O2) = (Kp ) Xp =3.17X10 X101.3kPa (2 分) ?H? = ?G? + T?S? = 58.46X103kJ/mol + 298.15KX106.7Jmol-1K–1 = +90.28 kJ/mol (2 分) 不计算 Kp?直接得出氧的分压 p(O2)得分相同。 2-3 HgO(s) 稳定存在, p(O2) ≤ 0.21X101.3kPa. ln(K2?/K1?)= ln(p21/2/p11/2)=1/2ln(p2/p1)=?H?/R(1/T1–1/T2) 1/T2=1/T1–{[Rln(p2/p1)]/2?H?}=1/298.15K –[8.314Jmol–1K-1ln(0.21/3.17X10–21)]/2X90278Jmol-1 = 0.00125K-1 T2 = 797.6 K (3 分) 其他计算方法得分相同。 算式答对,数据计算错误,给一半分。计算错误不作二次惩罚。答案中有效数字错误扣 0.5 分。 第3题 3-1.首先根据题给 r 和 c(O2)的数据确定反应级数和速率常数 k n 3 2 6 -5 n r1/r2 = {c1(O2–)/c2(O2–)} ; 3.85X10– /1.67X10– = (7.69X10– /3.33X10 ) ; n=1 n 2 5 -4 n r2/r3 = {c2(O2–)/c3(O2–)} ; 1.67X10– /0.100 = (3.33X10– /2.000X10 ) ; n=1 ∴ r = kc(O2–) -5 -6 -1 ∴r=k[O 2], 即 k=r1/[O 2]1=3.85×10 /7.69×10 = 501 s k=r2/[O-2]2=1.67×10-2/3.33×10-5 = 502 s-1 k=r3/[O-2]3=0.1/2.00×10-4 = 500 s-1 -1 平均 k = 501 s 3-2.

E + O2

k1

E + O2

-

E + O2-

-

k2

E + O2

2-

假设第一个基元反应是速控步骤, 总反应的速率将由第 1 个基元反应的速率决定,则: v = k1c(E)c(O2–) 假设 SOD 的负离子 E–的浓度是几乎不变的(稳态近似),则 c(E)=co(E)–c(E–)在反应过程中是 一常数,故 : k1c(E) = k, v = kc(O2–) 与实验结果一致. 若假设第二个反应为速控步骤,最后的结果相同. 3-3 v=k1c(E)c(O-2)=k1{co(E)-c(E-)}c(O-2) ………………………………(1) c(E–)的生成速率等于消耗速率,故有: k1c(E)c(O2-)-k2c(E-)c(O-2)= k1{co(E)-c(E-)}c(O-2)-k2c(E-)c(O2-)) ………(2) 将 k2 = 2k1 代入(2)式,则: k1co(E)c(O-2)-k1c(E-)c(O-2)-2k1c(E-)c(O-) ∴c(E )=1/3c(E0) 代入(1)式得: r = 2/3k1[co(E)c(O 2)] 又知 r = kc(O 2), 两式比较, k=2/3k1co(E) k1=3/2k/co(E)=3×501/2×0.400×10-6=1.88×109 mol·L-1·s-1, k2=3.76×1-9 mol·L-1·s-1 第4题 4-1
I A: I Pt I 1· ? I D? ? I Pt NH3 3· ? NH2CH3 E? H2C ? CO O 2 · ? I 2B: I I Pt NH2CH3 2· ? O CO Pt NH3 NH2CH3 NH2CH3 C: I CH3H2N Pt I 3 · ? I Pt NH2CH3 I

A 写成 K2PtI4 不给分。不写 K+离子时不写电荷给 0.5 分。写 K+离子和配离子结构式给满 分。 4-2 将 K2PtCl4 转化为 A 目的是使 CH3NH2 更容易取代 A 中的碘。 (2 分) 4-3 下列两种答案均得满分: 1: Ag2CO3 与丙二酸生成丙二酸银盐,再与 D 作用形成 AgI 沉淀,加速丙二酸根与铂 配位。 2:Ag2CO3 与 D 发生下列反应: D + Ag2CO3 = DCO3 + 2AgI DCO3 再与丙二酸根发生配体取代反应,形成 E。 (2 分)

第5题 5-1
+ A? ? N 2 · ? + Cl D? ? Au Cl O N O N Cl
-

B? ? N N O 2· ? N O

C? ? N O H 4· ? N O

Cl Au Cl

Cl Cl

-

3 · ?

如写 C 中 H+仅与 1 个氧原子相连或配阴离子写成 AuCl4–或者仅写出阴离子或阳离子部 分都只给 2 分。 D 中不写 Cl–或配离子正电荷扣 1 分,不写 Cl–但写出配离子结构并有正电荷给满分。 5-2 丙酮的作用是降低 B 在水中的溶解度。 (1 分) 5-3 D 的相对分子质量=491.5 (1 分) 设 n 为 D 中游离氯离子数, x 为 D 中游离氯离子含量,则: 35.5n /491.5 = x/100 (1 分) 用尝试法,当 n=1 (1 分) x = 7.22% (1 分) 与实验值 7.18%相近,表明 D 的外界 有一个游离氯离子。 第6题 6-1
O O A: (4· ?) O O

O B: O (4· ?) C: OH (3· ?) OH

6-2 反应 I 及反应 II 中参加反应的化合物所有原子均容易组成中间体 A 及 B,充分体现 了绿色化学中的原子经济性原则。 (1 分) 另一方面,上述合成笼状化合物 C 的三个反应均具有原料毒性小,反应副产物少的 特点,符合绿色化学中与环境友好的要求。 (1 分) 第7题 7-1

O F A: Cl CCH3 Cl O E: F Cl N F B: Cl

O COOC2H5 Cl D: F Cl O COOC2H5 F: F Cl N COOH

O COOC2H5 Cl NH

A: 2 分

B: 2 分 D:2 分 E:2 分 F:2 分

7-2 A 分子中受 1 个羰基影响的 a-氢酸性较小,故需用强碱 NaH 才能使 a-氢离去。 (1 分) B 分子中受 2 个羰基影响的活性亚甲基的氢酸性较强,利用乙醇钠即可使其离去。 (1 分) 7-3 由 C 转变成 D,是按加成、消除 2 步机理进行的。
O F Cl Cl C O F Cl Cl COOC2H5 COOC2H5 F O COOC2H5 Cl Cl C2H5O NH

+
OC2H5

H2N

(2· ) ?

NH

(1· ) ?


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