1989年第21届国际化学奥林匹克竞赛理论试题及答案

1989年第21届IChO试题

1．在25℃的酸性溶液里用碘量法测定碘酸铜(Ⅱ)[Cu(IO3)2]的溶度积。取用20.0ml的碘酸铜饱和水溶液，用去30.0ml0.100mol·L-1的硫代硫酸钠溶液。

a)依次写出所有反应配平的化学方程式。

b)计算溶液中Cu2+离子的起始浓度。

c)确定碘酸铜(Ⅱ)的溶度积Ksp及单位。忽略活度系数。

2．为除去火力发电站废气里的二氧化硫，可用碳酸钙或氢氧化钙的悬浊水溶液洗涤，反应产物为石膏(CaSO4·2H2O)。

a)写出上述反应的两个配平的化学方程式。

b)设废气流速为10000m3/h(体积；0℃，标准大气压)，含二氧化硫

0.150％，二氧化硫的净化率为95％。问一昼夜需要多少kg碳酸钙？

c)在上题条件下每天得到多少kg石膏？

d)若上述废气不加处理，设1小时排放的二氧化硫以雨水的形式降至地面恰好充满5000m3的水池，求该池水的pH值。

e)若改用亚硫酸钠水溶液来吸收，吸收了的二氧化硫后来可以重新放出。试写出吸收平衡的配平的方程式，并指出使二氧化硫从吸收液重新放出所应采取的至少两种可能的措施。

已知：

二氧化硫在水溶液中的质解可用化学平衡表述如下：

SO 2(aq)+2H2O H3O+(aq)+HSO3-(aq)

它的平衡常数K a=10-2.15mol· L-1

在0℃，标准大气压下，气体的摩尔体积

V=22.414L·mol-1

E摩尔质量

3．化工生产中用烷烃和水蒸气反应得到一氧化碳和氢气为主的混和气体。这种混和气体可用于生产甲醇或合成氨。对甲烷而言，有如下两个主要反应：

(1) CH4+0.5O2→CO+2H2

△H=-36kJ·mol-1

E(2) CH4+H2O→CO+3H2

△H=+216kJ·mol-1

a)由反应(1)、(2)推出总焓变为零的总反应式[方程式(3)]。

b)用一氧化碳和氢气合成甲醇可用下述两种方法之一：

其一，两步法。对应于反应(3)的起始混和物先从0.100×106Pa压缩到3.00×106Pa，然后将该反应的产物从3.00×106Pa压缩到6.00×106Pa。

其二，一步法。将反应(3)的产物从0.100×106Pa压缩到6.00×106Pa。

①设有100mol起始混和物，试计算按两步法增加压力的压缩功W两步。已知：

②设有100mol起始混和物，试计算一步法和两步法的压缩功的差值(△W= W一步- W二步)。假定反应( 3)是在恒压下完成的，温度恒定在500K，气体遵从理想气体行为；气体常数R=8.31J·mol-1K-1

③为生产氢气用于合成氨，设某混和气体含40.0mol一氧化碳，

40.0mol氢气，18.0mol二氧化碳以及2.00mol氮气，将该混和气加到200mol水蒸气中，通过反应器，发生如下转化并建立平衡：

CO+H 2O CO2+H2

在给定条件下转化反应平衡常数K=3.30

求反应器出口处各种气体的摩尔。

4．用标记化合物可以探究化学反应的历程。采用32P标记的五氯化磷[半衰期t1/2=14.3d]进行如下反应：

用PCl4+阳离子对氮或氧进行亲电攻击。反应是在四氯化碳里进行的，然后溶剂跟产物Ⅳ一起蒸出。

设以下试样分别用氢氧化钠水溶液加热水解：

——残留在蒸馏瓶中的Ⅲ，

——蒸出的馏份中的Ⅳ，

——放射性标记的起始物质Ⅱ。

生成的磷酸根以磷酸镁铵的方式沉淀。后者经重结晶后烘干。这三份沉淀经准确称量后分别溶于已知体积的溶液分别测量放射性，并计算磷酸盐的比放射性(单位质量)。

a)写出由标记的红磷生成五氯化磷的反应方程式。

b)写出化合物Ⅱ和Ⅲ用氢氧化钠溶液完全水解的反应方程式。

c)经过多少整天后放射性衰变到起始值的1/1000。

d)写出标记的PCl4+跟Ⅰ的阴离子反应的两种不同的历程。

e)水解后沉淀的磷酸镁铵有如下放射性数据：

对Ⅱ，128mg NH4 MgPO4，2380Bq

对Ⅲ，153mg NH4 MgPO4， 28Bq

对Ⅳ，142mg NH4 MgPO4，2627Bq

利用这些数据进行计算得出结论：PCl4+攻击哪个亲核中心？

f)已知：

pKsp(NH4 MgPO4)=12.6

NH4+的平衡浓度=0.10mol·L-1

pH=10

试计算NH4 MgPO4的溶解度(mol·L-1)(活度系数等于1)。

5．a)画出环丁基二羧酸的所有异构体的结构式并给以系统命名。

b)环丁基-1、2- 二羧酸有三种异构体：Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，画出它们的投影式或者立体式，并指出其相对构型。

c)立体异构体Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ中哪对是非对映异构体，哪对是对映异构体？

d)利用什么反应可以确定非对映异构体的不同的相对构型？

e)怎样拆分环丁基-1，2-二羧酸的对映异构体？

f)标明立体异构体Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ的不对称中心的绝对构型(R，S体系，又称Cahn-Ingold-Prelog规则)。

6．油脂(磷脂)含有一个非极性(疏水)基团和一个极性(亲水)基团。水不溶性的磷脂有重要的生物学功能。

a)画出Z-十八-9-烯酸(油酸)，十八酸(硬脂)和十六酸(软脂酸)的结构。

b)用上小题的三种脂肪酸画出一种甘油三酯的可能结构式。

c)写出在氢氧化钠溶液里你在b)小题里画出的甘油三酯的水解反应的方程式，并给出水解出任一脂肪酸的反应历程。

d)下面哪种脂肪酸最难溶于水？

C21H43COOH；C17H35COOH；C5H11COOH

e)磷脂是一类重要的生物有机物。试画出一个由你在b)小题里画的甘油三酯衍生的一种磷脂的结构。

f)常用下图来显示磷脂的特性：