第四届Chemy化学奥林匹克竞赛联赛试题答案
（2017年4月28日19:00 ~ 22:00） 题号 满分 得分 评卷人 1 8 2 12 3 8 4 9 5 9 6 10 7 11 8 10 9 11 10 12 总分 100 ·竞赛时间3小时。迟到超过半小时者不能进考场。开始考试后1小时内不得离场。时间到，把试卷（背面朝上）放在桌面上，立即起立撤离考场。
·试卷装订成册，不得拆散。所有解答必须写在指定的方框内，不得用铅笔填写。草稿纸在最后一页。不得持有任何其他纸张。
·姓名、报名号和所属学校必须写在首页左侧指定位置，写在其他地方者按废卷论处。 ·允许使用非编程计算器以及直尺等文具。 H He 相对原子质量 1.008 4.003 Li Be B C N O F Ne 6.941 9.012 10.81 12.01 14.01 16.00 19.00 20.18 Na Mg Al Si P S Cl Ar 22.99 24.31 26.98 28.09 30.97 32.07 35.45 39.95 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 39.10 40.08 44.96 47.88 50.94 52.00 54.94 55.85 58.93 58.69 63.55 65.41 69.72 72.61 74.92 78.96 79.90 83.80 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 85.47 87.62 88.91 91.22 92.91 95.94 [98] 101.1 102.9 106.4 107.9 112.4 114.8 118.7 121.8 127.6 126.9 131.3 Cs Ba La－Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 132.9 137.3 Lu 178.5 180.9 183.8 186.2 190.2 192.2 195.1 197.0 200.6 204.4 207.2 209.0 [210] [210] [222] Fr Ra Ac－Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo [223] [226] La La
Ce Th Pr Pa Nd U Pm Np Sm Pu Eu Am Gd Cm Tb Bk Dy Cf Ho Es Er Fm Tm Md Yb No Lu Lr Ac
第1题（8分）
在恒星中，当聚集成一团的氢和氦原子的温度达到107K时，就会发生一连串的热核反应。其中一个反应是四个质子聚合为一个氦核的反应，总反应为41H =4He + 2e++ 2νe，这个反应经过了2H、3He两个中间体，最后一步为两个3He的核反应。 已知：A(1H) = 1.007825，A(2H) =2.01410，A(3He) =3.01603，A(4He) =4.002603，A(e) = 0.000549。 c= 2.9979 × 108 m·s-1，e= 1.6022 × 10-19 C，NA= 6.0221 × 1023。
1-1写出三步的核反应方程式，已知电子中微子伴随着正电子生成。 1-11H +1H =2H + e++νe（0.5分） 2H +1H =3He（0.5分） 3He +3He=4He + 21H（0.5分） 1-2假设两个电子中微子各带走了0.25 MeV的能量，其余能量以辐射的形式放出，求出总反应辐射的总能量。 1-2ΔA= 2.01410 + 0.00055 ? 2 × 1.007825 =? 0.001，ΔE=?ΔAc2/NAe= 0.93 MeV ΔA= 3.01603 ? 1.007825 ? 2.01410 =? 0.005895，ΔE= 5.49 MeV ΔA= 4.00260 + 2 × 1.007825 ? 2 × 3.01603 =? 0.01381，ΔE= 12.86 MeV 总反应：ΔA= 4.00260 + 2 × 0.00055 ? 4 × 1.007825 =? 0.02760，ΔE=25.71 MeV（1分） ΔE’ = ΔE? 2 × 0.25 MeV = 25.21 MeV（0.5分） 注意：只有总反应需要考虑中微子带走的能量，因为计算的是各步反应的能量变化，而不是辐射的能量。 1-3在某些恒星中，这一反应可以被碳、氮、氧三种元素的同位素循环催化。已知：催化循环的第一步和最后一步分别为12C与质子的反应和15N与质子的反应，第二步和第五步是两个β+衰变。
核素 121314原子量 12.000000 13.003355 14.003242 核素 131415原子量 13.005739 14.003074 15.000109 核素 141516原子量 14.008596 15.003066 15.994915 C C C N N N O O O 1-3-1根据题中所给信息，写出一条包含六个反应的催化循环。 1-3-1（1）12C+1H → 13N；（2）13N → 13C + e++νe；（3）13C+1H → 14N；（4）14N+1H → 15O；（5）15O → 15N+ e++νe；（6）15N +1H → 12C+4He（2分） 1-3-2你认为什么样的恒星中会存在这种催化循环，说明理由。 1-3-2通过旧恒星残留下的元素形成的恒星，这样的恒星中存在较多的较重元素（例如太阳）。（1分） 1-4如果一对正负电子发生湮灭，会放出的能量是多少？如果能量通过一对光子放出，光子的波长是多少？已知：h= 6.626 × 10-34 J·s 1-4ΔE= 1.023 MeV。（1分）波长为2.42 pm。（1分）
第2题（12分）
2-1 在Pt管中将AgF加热到513 K，通入NO2Cl气体发生反应，写出反应的化学方程式，并指出反应的动力。
2-1AgF+NO2Cl= AgCl + NO2F（1分）；AgCl比AgF稳定（HSAB），不能答AgCl沉淀促进平衡，因为不是溶液中的反应。（1分） 2-2 将Fe(CO)5加入到NaOH溶液中，反应得到一种阴离子含Fe 33.07%的钠盐，写出反应的化学方程式。
2-2Fe(CO)5 + 3NaOH = Na[HFe(CO)4] + Na2CO3 + H2O（2分） 2-3醋酸铜-联苯胺试纸可以用来检验空气当中的HCN，若空气当中有HCN，可以使湿润的试纸变蓝。写出反应的方程式，并指出为何检验时试纸应湿润？ 2-3 +2CuAc2+2HCN =+ 2CuCN +4HAc（2分） 水先吸收HCN，再与醋酸铜和联苯胺反应，水作为流动相，吸收气体溶解固体，促进两相（气相和固相）物质反应。（1分） 2-41 mol SiF4分别和1 mol NH3、2 mol NH3反应，画出产物并分别指出产物中Si的杂化形式。 2-4SiF4+ NH3= H3N→SiF4（1分），sp3d杂化（0.5分） H3N→SiF4+ NH3= H3N→SiF4←NH3（1分），sp3d2（0.5分） 2-5ZnCl2的水溶液能够溶解FeO，生成了一种盐，已知该盐当中阴阳离子比例并非1：1，写出生成盐的化学式。 2-5FeO + 2H[ZnCl2(OH)] = Fe[ZnCl2(OH)]2 + H2O（2分）
第3题（8分）
在反应MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O中，c(H+) = c(Cl-)，气体分压为101325 Pa，假定其他离子浓度均为1 mol·L-1，实验员欲使反应自发进行，通过理论手段对于该反应能够进行的盐酸最低浓度进行了计算，并记录了如下求盐酸最低浓度的方法：
对于该反应而言，能够自发进行，即使得ΔG< 0，而ΔG= -RTlnK，即需使K> 1反应即可自发进行。列出平衡常数表达式K，由[H+] = [Cl-]，解得[H+] < 1 mol·L-1，即求得盐酸最高浓度为1 mol·L-1，也就是说，如果盐酸浓度高于1 mol·L-1，根据实验员的求法，该反应无法自发进行。
3-1根据实验员的求法，我们发现与我们的认知不同。我们知道，二氧化锰和浓盐酸反应需要在加热条件下进行，用1mol·L-1的盐酸和二氧化锰混合加热反应无法进行。是我们的认知出现了偏差还是实验员的计算方法错误，为什么？ 3-1 对于任意一个状态下的反应，ΔG= -RTlnQ，而在平衡的特殊状态下，K =Q，但是如果反应自发，应该Q
某实验室用如下方案测定KBF4的含量： 准确称取0.6914g熔融的苯甲酸，溶于20mL中性乙醇中，在酚酞指示下以NaOH溶液滴定，消耗NaOH溶液23.40mL。称取0.3483g KBF4样品，用50mL水溶解，控温至25°C，加1滴甲基橙，用上述NaOH溶液滴定至黄色，消耗NaOH溶液 0.26mL，加入30mL中性 300g·L-1 CaCl2溶液，摇匀，加150mL水，回流3分钟，冷却后加入25.00mL上述NaOH溶液，重新加热回流50分钟，冷却后用NaOH标准溶液滴定至终点，消耗NaOH溶液8.50mL。 4-1 为什么不能用水溶解苯甲酸？ 4-1 苯甲酸在水溶液中溶解度小。（1分） 4-2试写出加入CaCl2后发生的反应的方程式。 4-22Ca2+ + BF4- + 3H2O = 3H+ + H3BO3 + 2CaF2（2分） 4-3为什么要反复煮沸溶液？ 4-3 为使BF4-完全水解，充分释放出F-离子。（1分） 4-4试计算样品中KBF4的含量。 4-4c(NaOH) = m(苯甲酸)÷[M(苯甲酸)× V1(NaOH)] = 0.6914 g ÷ (0.02340L× 122.118 g·mol-1) = 0.2420 mol·L-1（2分） ω(KBF4) = M(KBF4) × c(NaOH)[V2(NaOH) + V3(NaOH)] ÷ [3 × m(样品)] =97.69%（3分）
第5题（9分） “胡粉”是中国古代妇女使用的化妆品。《天工开物》中记载，“胡粉投入炭炉中，仍还熔化”，生成A、二氧化碳和水蒸气。A难溶于水，但可与较稀的硝酸反应，得到无色溶液B并放出气体。向溶液B中逐渐加入氢氧化钠溶液，先生成白色沉淀C，后沉淀溶解得到无色溶液D。向溶液D中加入氢氧化钠和次氯酸钠的混合溶液，得到棕黑色沉淀E。在隔绝空气的情况下，将E加热到605°C，会逐渐放出氧气并得到黄色固体F。F能完全溶于硝酸，仍
得到溶液B。
5-1写出“胡粉”的化学名称。 5-1碱式碳酸铅。（1分） 5-2 写出A~F的化学式。 5-2A：Pb（1分）B：Pb(NO3)2（1分）C：Pb(OH)2（1分）D：NaPb(OH)3（其他合理形式亦可）（0.5分）E：PbO2（0.5分）F：PbO（0.5分） 5-3写出D与氢氧化钠和次氯酸钠反应，得到E的反应方程式。 5-3Pb(OH)3- + ClO-= PbO2 + Cl- + H2O + OH-（1.5分） 5-4黄色F在温度较低时会转变为另外一种晶型，晶型的转变是熵增还是熵减过程？ 5-4熵减。（1分） 5-5《本草纲目》记载，胡粉有毒，参与生产的工人“必食肥猪犬肉”。请解释为什么食用肉类能减缓胡粉中毒。 5-5肉类富含蛋白质，蛋白质中的巯基可与铅离子结合。（答重金属离子使蛋白质变性亦可）（1分）
第6题（10分）
晶体X只含钠、镁、铅三种元素。在不同的温度和压力下，晶体X呈现不同的晶相。α-X是一种六方晶系的晶体，而γ-X是立方晶系的晶体。在α-X中，镁和铅按1：1的比例形成类似于石墨的层状结构，钠填在层间。在γ-X中，铅做立方最密堆积，其余两种原子填满所有的四面体空隙和八面体空隙。 6-1给出X的化学式。 6-1Na2MgPb（2分） 6-2 画出一层α-X的结构。 6-2 （2分） 6-3 已知α-X的晶胞参数a= 511 pm，c= 1017 pm，Z = 2，计算α-X的密度。 6-3D = ZM/ NAV = 4.01 g·cm-3（2分） 6-4在不同的条件下，γ-X也呈现不同的结构。
6-4-1画出由铅形成的八面体空隙仅被镁占据时，γ-X的立方晶胞。 6-4-2画出由铅形成的八面体空隙仅被钠占据时，γ-X的立方晶胞。
（每个2分） 第7题（11分）
近期，研究人员于-30°C令硅?卡宾配合物A与CO2在THF中反应，成功制备了具有“二碳酸硅”结构的D。它具有一个六配位的硅原子，并且同时和两个碳酸根中的四个氧原子成键。生成D的过程中有两个中间体B、C产生，[O]表示氧化。
7-1画出B、C、D的结构简式，写出制备过程的总反应方程式。 7-1总反应方程式：A + 4CO2=D+ 2CO，（1分）反应条件：THF，?30℃。 底物和产物可以写成结构简式。不写反应条件扣分。其他氧化剂不得分。 B C D 7-2写出A~D中硅元素的氧化数和配位数。 （每个1分） 7-2 氧化数：0，2，4，4；配位数：2，3，4，6。（每个0.5分） 7-3画出至少3种C的共振结构式以及一种D的四配位的共振式，并标出形式电荷。 7-3C的共振结构非常多，前两个必须至少写出一个。 （2分，前2个结构写出一个得1分，其余结构一个0.5分） D的共振结构之一。
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