2001年全国高中学生化学竞赛（冬令营）理论试题.doc

Q2001年全国高中学生化学竞赛（）理论试题 2001年1月5日1.008 相对原子质量 He 4.003 Li 6.941 Be 9.012 B 10.81 C 12.01 N 14.01 O 16.00 F 19.00 Ne 20.18 Na 22.99 Mg 24.31 Al 26.98 Si 28.09 P 30.97 S 32.07 Cl 35.45 Ar 39.95 K 39.10 Ca 40.08 Sc 44.96 Ti 47.88 V 50.94 Cr 52.00 Mn 54.94 Fe 55.85 Co 58.93 Ni 58.69 Cu 63.55 Zn 63.39 Ga 69.72 Ge 72.61 As 74.92 Se 78.96 Br 79.90 Kr 83.80 Rb 85.47 Sr 87.62 Y 88.91 Zr 91.22 Nb 92.91 Mo 95.94 Tc [98] Ru 101.1 Rh 102.9 Pd 106.4 Ag 107.9 Cd 112.4 In 114.8 Sn 118.7 Sb 121.8 Te 127.6 I 126.9 Xe 131.3 Cs 132.9 Ba 137.3 La-Lu Hf 178.5 Ta 180.9 W 183.8 Re 186.2 Os 190.2 Ir 192.2 Pt 195.1 Au 197.0 Hg 200.6 Tl 204.4 Pb 207.2 Bi 209.0 Po [210] At [210] Rn [222] Fr [223] Ra [226] Ac-La 第1题 绿矾（化学式FeSO4·7H2O）是硫酸法生产钛白粉的主要副产物，每生产1吨钛白粉，副产4.5~5.0吨绿矾，目前全国每年约副产75万吨，除极少量被用于制备新产品外，绝大部分作为废料弃去，对环境造成污染。因此开发综合利用绿矾的工艺，是一项很有意义的工作。某研究者提出如下图所示的绿色工艺流程。 其中B是氯化物，C是不含氯的优质钾肥，D是一种氮肥，E是红色颜料；A、B、C、D均是盐类，E和F是常见的化合物。该工艺实现了原料中各主要成分的利用率均达94%以上，可望达到综合利用工业废弃物和防治环境污染的双重目的。 1-1写出A、B、C、D、E、F的化学式； 1-2写出反应(1)、(2)、(3)的化学方程式； 1-3指出反应(3)需要加入DFA（一种有机熔剂）的理由； 1-4判断DFA是否溶于水。 第2题 NO是大气的污染物之一。它催化O3分解,破坏大气臭氧层；在空气中易被氧化为NO2，氮的氧化物参与产生光化学烟雾。空气中NO最高允许含量不超过5mg/L。为此，人们一直在努力寻找高效催化剂，将NO分解为N2和O2。 2-1用热力学理论判断NO在常温常压下能否自发分解（已知NO、N2和O2的解离焓分别为941.7、631.8和493.7kJ/mol）。 2-2有研究者用载负Cu的ZSM—5分子筛作催化剂，对NO的催化分解获得了良好效果。实验发现，高温下，当氧分压很小时，Cu/ZSM—5催化剂对NO的催化分解为一级反应。考察催化剂活性常用如下图所示的固定床反应装置。反应气体(NO)由惰性载气(He)带入催化剂床层，发生催化反应。某试验混合气中NO的体积分数为4.0%，混合气流速为40cm3/min（已换算成标准状况），637K和732K时，反应20秒后，测得平均每个活性中心上NO分解的分子数分别为1.91和5.03。试求NO在该催化剂上分解反应的活化能。 NO / He 催化剂 2-3在上述条件下，设催化剂表面活性中心（Cu+）含量1.0×10-6mol，试计算NO在732K时分解反应的转化率。 2-4研究者对NO在该催化剂上的分解反应提出如下反应机理： NO + Ｍ NO—M [1] 2NO—M N2 + 2O—M [2] 2O—M O2 + 2M（快） [3] M表示催化剂活性中心，NO为弱吸附，NO—M浓度可忽略。试根据上述机理和M的物料平衡，推导反应的速率方程，并解释当O2分压很底时，总反应表现出一级反应动力学特征。 第3题 生物体内重要氧化还原酶大都是金属有机化合物，其中金属离子不止一种价态，是酶的催化性中心。研究这些酶的目的在于阐述金属酶参与的氧化过程及其电子传递机理，进而实现这些酶的化学模拟。 据最近的文献报道，以(Cy3P)2Cu(O2CCH2CO2H)（式中Cy-为环己基的缩写）与正丁酸铜（Ⅱ）在某惰性有机溶剂中氩气氛下反应1小时，然后真空除去溶剂，得到淡紫色的沉淀物。该沉淀被重新溶解，真空干燥，如此反复4次，