Necesito algunos exámenes del Concurso Provincial de Química de Guangdong. Sería mejor si pudiera simplemente analizar las preguntas para mi hermano. Gracias.

Finales del Concurso Nacional de Química de Escuelas Secundarias de 2004

Preguntas y respuestas del examen teórico

Primera pregunta (6 puntos), elija de la Tabla 1 Ingrese el código de letras (A ~ H) de la sustancia apropiada y complete los corchetes (elección única) después del título correspondiente (①-⑧).

Tabla 1 Sustancias representadas por letras

ABCDEFGH

NO2 non 2 O3 N2 H4 NH 3n 2 o 4 H2 N2 o 2 NH 2 oh

①() no es una molécula plana y sus derivados se utilizan como combustibles de alta energía.

②() tiene dos isómeros, uno de los cuales tiene una estructura.

③() tiene una estructura lineal y el orden de enlace de cada enlace en la fórmula estructural de Lewis es 2,0.

(4)() es una molécula plana incolora, y su cuerpo isoelectrónico lo es.

(5)()Ya sea ácido o alcalino, se puede utilizar como refrigerante.

⑥() es a la vez ácido y alcalino; es a la vez un agente oxidante y un agente reductor, principalmente como producto farmacéutico.

⑦() es una molécula paramagnética.

La solución acuosa de ⑧() se descompondrá para generar N2O, y la fórmula de reacción es:

Pregunta 2 (6 puntos) La Figura 1 es el diagrama △fGm /F-Z de un elemento, que son los diferentes estados de oxidación Z y las especies correspondientes del elemento según la configuración termodinámica estándar pH = 0 o pH == 14 El par de △fGm /F. La pendiente de la línea que conecta dos especies cualesquiera en la figura es numéricamente igual al potencial del electrodo estándar ψA o ψB del par correspondiente, donde A y B representan pH = 0 (línea continua) y pH = 14 (línea discontinua) respectivamente.

Los valores de △fGm /F de cada especie en la figura anterior se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2 △ MGF/F de cada sustancia

AX-x2 hxo hxo 2 XO 3-XO4-

f-3.06 0////

cl-1.36 0 1.61 4.91 7.32 9.79

br-1.06 0 1.60/7.60 11.12

I-0.54 0 1.45/5.97 9.27

BX-X2XO-XO2-XO3-XO4-

f-3.06 0////

cl-1.36 0.40 1.72 2.38 3.18

br- 1.06 0,45/2,61 4,47

I-0,54 0,45/1,01 2,41

1. Calcular utilizando los datos proporcionados en la tabla anterior: ψa(io3-/I-)ψb(io3-/ I -)ψa(clo 4-/hclo 2).

3. Respuesta a la información anterior: Para halógenos con el mismo estado de oxidación, la capacidad oxidante de su oxoácido es mayor, igual o menor que la capacidad oxidante de su oxoácido.

13. El bromo existe principalmente en el agua de mar en la naturaleza, y cada tonelada de agua de mar contiene aproximadamente 0,14 kg de bromo. El punto de ebullición del Br2 es 58,78°C; la solubilidad del bromo en agua es 3,58 g/100 g H2O (20°C). Utilice la información de este tema para explicar cómo se extrae el Br2 del agua de mar, escriba la ecuación química correspondiente y represente el proceso como un diagrama de bloques.

Pregunta 3 (6 puntos) El ácido peracético es un desinfectante de amplio espectro que se puede producir mediante la reacción del peróxido de hidrógeno y el ácido acético. Ajustando las concentraciones de ácido acético y peróxido de hidrógeno se pueden obtener diferentes concentraciones de ácido peracético.

El método de análisis del contenido de ácido peracético es el siguiente:

Pesar con precisión 0,5027 g de muestra de ácido peracético y añadir 40 mLH20 y 5 mol 3 mol/L por adelantado

Solución de H2SO4 y 2 a 3 gotas de solución de MnSO4 de 1 mol/L enfriada a 5°C en un matraz de yodo, agitar bien y titular con solución estándar de KMnO4 de 0,02366 mol/L hasta que la solución se torne rosa claro (no desvanecerse en 30 s). Consumir 12,49 ml; agregar inmediatamente 10 ml de solución de 20 KI y 2 a 3 gotas de solución de (NH4) 2 MoO4 (para actuar como catalizador y hacer que la solución tenga un color más claro), agitar suavemente y tapar bien. , y colocar en la oscuridad durante 5 min a 10 min, valorar con solución estándar 0,1018 mol/LNa2S2O3. Agregue 3 ml de indicador de almidón 0,5 cerca del punto final, continúe la titulación hasta que desaparezca el color azul y manténgalo durante 30 segundos sin volver a colorear. Como punto final se consume na 2 S2 o 3 23,5438 0ml.

1. Escribe la ecuación química relacionada con la medida.

4. Calcule la fracción másica del ácido peracético (se requieren 3 cifras significativas; la masa molar del ácido peracético es 76,05 g/mol).

3. El uso de este método para valorar el permanganato de potasio es diferente a los métodos convencionales. ¿Por qué?

3. Explique brevemente por qué los resultados experimentales de este método sólo pueden alcanzar 3 cifras significativas.

5. El ácido peracético es inestable y se descompone fácilmente cuando se calienta. Escribe la ecuación para la reacción de descomposición térmica.

Pregunta 4 (8 puntos) El Shirakawa Hideki japonés es igual a 1977. En primer lugar, se sintetizó una película de poliacetileno con brillo metálico y se descubrió que era conductora de electricidad. Este es el primer polímero conductor del mundo. Los investigadores ganaron el Premio Nobel de Química en 2000.

1. Escribe las configuraciones cis y trans de las moléculas de poliacetileno.

3. Si se considera la molécula de poliacetileno como un cristal unidimensional, se señalan las unidades estructurales del cristal.

3. Supongamos que hay un poliacetileno polimerizado por 9 moléculas de acetileno. La longitud promedio del enlace carbono-carbono en las moléculas de poliacetileno es de 140 pm. Si las moléculas de poliacetileno lineales anteriores están conectadas de extremo a extremo para formar una molécula de anuleno macrocíclica, dibuje la estructura de esta molécula. La energía de los electrones π que se mueven en el anillo puede estar dada por la fórmula, donde H es la constante de Planck (6,626 × 10-34J? s), me es la masa del electrón (9,109 × 10-31kg), L es la circunferencia del macroring y número cuántico n=0, Shi 1, Shi 2,... Calcula la longitud de onda de la luz que un electrón necesita absorber para pasar del estado fundamental al primer estado excitado.

Pregunta 5 (6 puntos) El hidrógeno es una importante fuente de energía limpia. Para utilizar el hidrógeno como fuente de energía, es necesario resolver el problema del almacenamiento seguro y eficaz del hidrógeno. Los químicos han desarrollado formas de almacenar hidrógeno en aleaciones. LaNi5 es un material de almacenamiento de hidrógeno. La estructura cristalina de LaNi5 ha sido determinada y pertenece al sistema cristalino hexagonal, con parámetros de celda unitaria A = 511 pm y C = 397 pm. La estructura cristalina se muestra en la Figura 2.

1. Dibuje una celda unitaria de LaNi5 a partir del diagrama de estructura cristalina de LaNi5.

¿Cuántos átomos de La y de Ni hay en cada celda unitaria?

13.⒊La celda unitaria de LaNi5 contiene tres cavidades octaédricas y seis cavidades tetraédricas. Si cada vacante se llena con 1 átomo de H, calcule la densidad de hidrógeno del material de almacenamiento de hidrógeno después de absorber hidrógeno. ¿Es la densidad de hidrógeno en el estado estándar (8,987 × 10-5 g? M-3). (La masa atómica relativa del hidrógeno es 1,008; la velocidad de la luz c es 2,998 × 108 m?s-1; ignore el cambio de volumen de la celda unitaria antes y después de la absorción de hidrógeno).

Pregunta 6 (7 puntos) Aproximadamente el 70% de la superficie terrestre es océano, y alrededor del 95% de las especies biológicas del mundo se encuentran en el océano. Se puede ver que el océano es extremadamente rico en recursos naturales. y es un tesoro natural por desarrollar.

A partir de microorganismos marinos se aisló un compuesto orgánico A con actividad fisiológica. Se determinó que la fórmula química de A era C15H28O4 mediante espectrometría de masas y análisis elemental.

En una solución de benceno, A puede reaccionar con una cantidad igual de Pb(OAc)4. El producto se hidroliza con ácido para obtener ácido glioxílico y otro compuesto B. B se calienta para perder una molécula de agua para obtener el compuesto C. C y Se calienta una solución de KMnO4 para obtener ácido oxálico y ácido undecanoico.

Escribe las fórmulas estructurales de los compuestos A, B y C.

¿Cuántos isómeros ópticos pueden existir en a?

13. Se ha determinado que el compuesto B tiene la configuración S. Escriba la fórmula conformacional más estable del compuesto A.

3 Escriba la fórmula conformacional del α-monoglucósido formado por el grupo 3-hidroxilo de A y D-manosa. La fórmula estructural de la D-manosa es la siguiente:

Pregunta 7 (9 puntos)

1 Escribe las fórmulas estructurales de A a D en la siguiente ecuación de reacción:

Consejo: Las siguientes reacciones son muy comunes en la síntesis de fármacos:

3 Escribe la fórmula estructural de E ~ I en la siguiente ecuación de reacción:

Pregunta 8 (12. ) Protón de metanol montado en un vehículo Hay dos procesos para convertir el vapor de metanol en hidrógeno en una celda de combustible de membrana de intercambio (PEMFC): (1) método de cambio (reformado) de vapor de agua (2) método de oxidación con aire; Ambos métodos producen monóxido de carbono.

⒈Escribe las ecuaciones químicas de estos dos procesos respectivamente e ilustra las ventajas y desventajas de estos dos procesos mediante cálculos.

La información relevante (298,15K) se muestra en la Tabla 3.

Tabla 3 Datos termodinámicos de las sustancias

Material δ FHM/kj? mol-1Sm/J? ¿K-1? Mol-1

Metanol (g)-200,66 239,81

Dióxido de carbono (g)-393,51 213,64

Monóxido de carbono (g)-110,52 197,91

H2O (g)-241,82 188,83

H2 0 130,59

(4) Una pequeña cantidad de CO producido por los dos procesos anteriores se adsorberá en la superficie del Pt u otros catalizadores de metales preciosos en la pila de combustible, lo que dificulta la adsorción y electrooxidación de H2 y hace que el rendimiento de descarga de la pila de combustible caiga bruscamente. Por lo tanto, se desarrolló un método para eliminar el CO. En la Tabla 4 se muestra un conjunto de resultados experimentales existentes (500K).

PCO y PO2 en la tabla son las presiones parciales de CO y O2 respectivamente; RCO es la velocidad de oxidación del CO, expresada por el número de moléculas de CO consumidas por el sitio activo de cada catalizador Ru por segundo.

⑴ Encuentre los órdenes de reacción (enteros) de la reacción de oxidación del CO sobre el catalizador Ru para generar CO y O2 respectivamente, y escriba la ecuación de velocidad.

⑵ La superficie del Ru sólido tiene la capacidad de adsorber moléculas de gas, pero las moléculas de gas solo pueden adsorberse cuando entran en contacto con sitios activos vacíos. Cuando la energía cinética del movimiento térmico de las moléculas adsorbidas es suficiente para superar la barrera del campo gravitacional sólido, pueden ser desorbidas y regresar a la fase gaseosa. Suponiendo que la adsorción y desorción de CO y O2 no se afectan entre sí y que la superficie es uniforme, θ representa el porcentaje de sitios activos cubiertos por moléculas de gas (tasa de cobertura), entonces la tasa de adsorción del gas es proporcional a la presión de el gas y el número de sitios activos vacíos en la superficie sólida.

El mecanismo de la reacción de oxidación del CO sobre el Ru se propone de la siguiente manera:

donde kCO, ads, kCO y des son la constante de velocidad de adsorción y la tasa de desorción del co sobre el Ru. sitio activo respectivamente. Las constantes, ko2 y ads son las constantes de velocidad de adsorción de o2 en el sitio activo de Ru. m representa el sitio activo en la superficie del catalizador de Ru. La adsorción de CO en los sitios tensioactivos del Ru es mucho más fuerte que la del O2.

Basado en el mecanismo de reacción anterior, se deduce la ecuación de velocidad de la reacción de oxidación del CO en la superficie de Ru del catalizador (no se considera la desorción de O2; no se considera la adsorción del producto CO2) y se compara con los resultados experimentales.

13. La función termodinámica de las sustancias relevantes (298,15 K) se muestra en la Tabla 5.

Tabla 5 Datos termodinámicos de las sustancias

Material δ FHM/kj? mol-1Sm/J? ¿K-1? Mol-1

H2 0 130,59

Oxígeno (gramo) 0 205,03

H2O (gramo)-241,82 188,83

H2O (levorotario )-285,84 69,94

Bajo las condiciones de 373,15K y 100kPa, la entalpía de evaporación del agua δ vapmh = 40,64kj? Mol-1, la capacidad calorífica isobárica del agua es 75,6 J en el rango de 298,15 ~ 373,15 K? ¿K-1? mol-1.

(1) El gas rico en hidrógeno obtenido mediante el método anterior se utiliza como combustible de la pila de combustible de membrana de intercambio de protones. La eficiencia teórica de una pila de combustible se refiere a la eficiencia de la potencia eléctrica máxima que la batería puede generar en relación con el cambio de entalpía de la reacción del combustible. En condiciones de 298,15 K y 100 kPa, cuando se quema 1 molH2 para generar H2O(l) y H2O(g) respectivamente, se calcula la eficiencia teórica del funcionamiento de la pila de combustible y se analizan las razones de la diferencia entre las dos.

⑵ Si la pila de combustible funciona a 473,15 K, 100 kPa, ¿cuál es su eficiencia teórica (se pueden ignorar los cambios de entalpía y los cambios bruscos de temperatura)?

(3) Explique por qué la misma reacción en (1) y (2) tiene diferentes eficiencias teóricas.

Respuestas y criterios de puntuación

La primera pregunta (6 puntos) vale 0,5 puntos por cada pregunta.

Pregunta 2 (6 puntos)

Mayor que (0,5 puntos)

3. Ecuación química:

(1) Cuando está concentrado Cuando se introduce cloro gaseoso en agua de mar ácida, Cl2 2Br-=2Cl- Br2 (1).

(2) Soplar el bromo con aire comprimido y absorberlo con solución alcalina

3Br2 3CO32-=BrO3- 5Br- 3CO2 o 3br 2 6oh-= bro 3- 5Br; - 3H2O (1)

(3)Concentración (4) Acidificación bro 3- 5BR- 6h = 3br 2 = 3H2O(1)

5] Condensación: Br2(g)→ Br2( l) Diagrama de bloques:

(1)

Pregunta 3 (6 puntos)

Ecuación química: 2k MnO 4 3h2so 4 5h2o 2 = 2 mnso 4 k2so 4 5o 2 8H2O.

2KI 2h2so 4 ch 3c oooh = 2 khso 4 ch 3c ooh H2O I2

I2 2Na2S2O3=2NaI Na2S4O6 (0,5 puntos cada uno)

2. :

La fracción de masa de ácido peracético = 0,182.

3. Evitar la reacción entre el ácido peracético y el permanganato potásico. O: Para evitar la descomposición del ácido peracético, el peróxido de hidrógeno continúa reaccionando con el permanganato de potasio. (1)

4. Se puede inferir que el ácido peracético se descompondrá en una solución acuosa, por lo que la precisión del método de medición en sí no puede alcanzar 4 cifras significativas. (1)

5. Ch3coooh Ch3cooh O2 escribe (1)

Pregunta 4 (8 puntos)

3 puntos (el número de electrones es 0,5 puntos, transición Un juicio correcto sobre el nivel de energía vale 1 punto y un resultado de cálculo correcto vale 1,5 puntos).

Pregunta 5 (6 puntos)

La estructura de la batería se muestra en la Figura 4. (2 puntos)

Esta celda unitaria contiene 1 átomo de La.

Y 5 átomos de níquel (***1 punto)

3. Proceso de cálculo:

Volumen unitario hexagonal:

v = A2 csin 120 =(5,11×10-8)2×3,97×10-8×31/2 = 89,7×65438.

Densidad del hidrógeno

2 puntos)

Es 1,87×103 veces la densidad del gas hidrógeno.

Pregunta 6 (7 puntos)

65438 0 puntos cada uno

2. Hay 23 = 8 isómeros ópticos (1 punto).

13. La fórmula conformacional más estable: (1 punto)

En la forma silla, los tres sustituyentes deben estar en enlaces horizontales (enlaces e), entre los que se encuentra el grupo hidrocarbonado en la posición 2 está en configuración S, y el grupo hidrocarbonado en la posición 3 está en configuración R.

4.

Pregunta 7 (9 puntos)

1. Cada fórmula estructural de a a d es 1, ⒈A~D ***4.

2. (* * * 5 puntos)

E ~ I representa 1 por cada fórmula estructural, ***5, mientras que I, reactivo de Grignard y calentamiento representan cada uno 0,5. .

La pregunta 8 (12 puntos) vale 36 puntos.

Ecuación química:

La ecuación de reacción química del cambio de vapor de metanol (reformado) es:

Metanol (g) H2O (g) = dióxido de carbono (g ) 3H2 (g) (1) (1)

La ecuación de reacción química para la oxidación parcial del metanol es:

Ch3oh (g) O2 (g) = CO2 (g) 2h2 (g) (1)

Los dos procesos anteriores tienen los siguientes efectos secundarios:

Dióxido de carbono (g) H2 (g) = monóxido de carbono (g) H2O (g) (3) (1)

Los efectos térmicos de las reacciones (1) y (2) son los siguientes:

δfHm⑴=(-393,51 200,66 241,82)kJ? mol-1=48,97 kJ? Mol-1 (1 punto)

δfHm⑵=(-393,51 200,66)kJ? mol-1=-192,85 kJ? Mol-1 (1 punto)

Los resultados del cálculo termodinámico anterior muestran que la reacción (1) es endotérmica y necesita proporcionar una fuente de calor, lo cual es su inconveniente: la reacción (1) tiene un alto rendimiento de H2; cuál es su desventaja ventaja. La reacción (2) es exotérmica y puede ser autosostenida, lo cual es una ventaja: la reacción (2) tiene un rendimiento bajo y se diluirá con el N2 en el aire (generalmente reformado oxidativo a través del aire), por lo que la concentración de H2 en el producto. es bajo, este es su defecto. (2 puntos)

La velocidad de la reacción de oxidación de ⒉⑴⒉⑴co se puede expresar como: (1).

Tomando los logaritmos de ambos lados de la fórmula (4), tenemos

Graficar los datos dados respectivamente y obtener dos líneas rectas con las siguientes pendientes:

α≈- 1(1) β≈1(1).

Otra solución: cuando pco permanece constante, sustituye dos conjuntos de datos experimentales (rco, pO2) en la fórmula (4) para obtener un valor de β , sustituya los datos experimentales de dos combinaciones diferentes en la fórmula (4) para obtener varios valores de β, y tome el promedio para obtener β≈1 (si solo se calcula un valor de β, se deducirán 0,5 puntos).

De manera similar, cuando pO2 permanece constante, sustituya dos conjuntos de datos experimentales (rco, pco) en la ecuación (4) para obtener un valor α, y sustituya dos conjuntos de diferentes combinaciones de datos experimentales en la ecuación (4 ) para obtener varios valores de α, se toma el promedio y se obtiene α≈-1 (si solo se calcula un valor de α, se descontarán 0,5 puntos).

Por lo tanto, esta reacción es una reacción negativa de primer orden para el CO y una reacción positiva de primer orden para el O2. La ecuación de velocidad es: (1).

(2) En la superficie del catalizador, la tasa de adsorción o desorción de cada sustancia es:

donde θ V, θv, θco son la fracción de vacantes en la superficie del catalizador y la vacante fracción en la superficie del catalizador respectivamente. La fracción de moléculas de co. Cuando las sustancias de la superficie O-M alcanzan el equilibrio y las OC-M alcanzan el equilibrio de adsorción, hay:

(2 puntos)(9 puntos)(1 punto)

Entonces, hay ⑽,

k es la constante de velocidad aparente de la reacción de oxidación de CO en el sitio activo Ru del catalizador.

Debido a la fuerte adsorción de CO en la superficie del catalizador, es decir, θco≈1, bajo esta aproximación, se deriva de la fórmula ⑽: ⑾ (1 punto).

La ecuación de tasa derivada anteriormente es consistente con los resultados experimentales.

Otra solución: el CO y el O2 se adsorben en el sitio activo del catalizador Ru. La reacción superficial entre el CO y el O2 adsorbidos es un paso de control de velocidad, por lo que se puede derivar la siguiente fórmula:

p>

(4 puntos)

En la fórmula anterior, k, kco, ko2 son constantes que incluyen kco, ads, ko2, ads, kco, des y otros parámetros.

Según el significado de la pregunta, en la superficie de Ru, la adsorción de CO es mucho más fuerte que la adsorción de O2, y hay

Ko2Po2≈0 (1 punto) , kcoPco gt gt1 (1 punto )

Por lo tanto, la fórmula anterior se puede simplificar a la fórmula ⑾, es decir, rco=kPo2/Pco.

Según la deducción anterior se dan los mismos puntos.

⒊ ⑴H2(g) O2(g)→H2O(l) ⑴

A 298,15 K, la función termodinámica de la reacción anterior cambia de la siguiente manera:

δrHm⑴= -285,84 kJ? Mol-1 (1 punto)

δrSm⑴=(69.94-130.59-205.03/2)J? ¿K-1? mol-1 =-163,17j? ¿K-1? Mol-1 (1 punto)

δrGm⑴=δrHm⑴-tδrSm⑴

=(-285,84 298,15×163,17×10-3)kJ? mol-1=-237,19 kJ? Mol-1 (1 punto)

La eficiencia teórica de la reacción de la pila de combustible (1) es: (1)

H2(g) O2(g)→H2O(g) ⑵

La función termodinámica de la reacción (2) cambia de la siguiente manera: (1)

La eficiencia teórica de la reacción de la pila de combustible (2) es: (1)

Dos reacciones δRGM(1) y δRGM(2) son similares, es decir, la energía eléctrica máxima que pueden producir es similar pero los cambios de entalpía de estas dos reacciones son muy diferentes de δrhm (1) y δrhm (2), incluyendo:

δδH =δrHm⑵-δrHm⑴= 44,01 kJ? Mol-1

La diferencia δ δ h del cambio de función de calor anterior es exactamente cercana al cambio de función de calor en el proceso de la Figura 5:

Los resultados anteriores muestran que debido a la diferencia entre las dos reacciones de combustión Diferentes productos liberan diferente energía térmica (cambio de entalpía). Aunque la energía eléctrica máxima que pueden producir es similar, la eficiencia teórica de sus pilas de combustible sigue siendo muy diferente. (2 puntos)

[2] A 473,15 K, para la reacción [2], hay:

δrHm⑵=-241,82 kJ? Mol-1 (1 punto)

δrSm⑵=-44.28j? ¿K-1? Mol-1 (1 punto)

δrGm⑵=δrHm⑵-tδrSm⑵=-220,88 kJ? Mol-1 (1 punto)

∴η2 =δRGM 2/δrhm 2 = 91,3(1).

⑶ Al comparar los resultados del cálculo de ⑶ y ⑶, se puede ver que la eficiencia teórica de la pila de combustible cambia con su temperatura de funcionamiento y aumenta a medida que la temperatura disminuye. El δ RGM de la reacción cambia con la temperatura, y el cambio de δ RGM con la temperatura es causado principalmente por T δ RSM. (2 puntos)