1992第24届IChO试题与答案Word格式.docx
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当富含铁的溪水和其他水混合时，溶于水的铁以针铁矿[FeO（OH）]的形式沉淀出来，复盖小溪的底部，而水仍保持酸性。
b）写出表明黄铁矿在小溪中被氧化而形成Fe（Ⅱ）和硫酸根离子的配平的方程式。
c）写出表明Fe（Ⅱ）离子被氧化而生成FeO（OH）沉淀的配平的化学反应方程式。
d）如果黄铁矿全部转化成FeO（OH）和氢离子，计算：
需多少摩尔的FeS2使1.0升纯水的pH降到3.0？
（不考虑HSO4-的形成）
e）小溪中Fe（Ⅱ）离子的浓度是0.00835mol/L。
溪水从一个很小的孔流入一个很大的池塘，流速为20.0升/分钟。
溪水中有75％的Fe（Ⅱ）被氧化为Fe（Ⅲ）。
池塘中水的pH很高（pH＞7）。
因而Fe（Ⅲ）马上沉淀为Fe（OH）3，经老化，变为Fe2O3。
计算两年内有多少克Fe2O3将在池塘底部沉淀出来。
3.从松树中分离得到的松柏醇，其分子式为C10H12O3。
a）松柏醇既不溶于水，也不溶于NaHCO3水溶液。
但当Br2的CCl4溶液加入松柏醇后，溴溶液的颜色消失而形成A（C10H12O3Br2）；
当松柏醇进行臭氧化及还原反应后，生成香荚醛（4-羟基-3-甲氧基苯甲醛）和B（C2H4O2）。
在碱存在下，松柏醇与苯甲酰氯（C6H5COCl）反应，形成化合物C（C24H20O5），此产物使KMnO4（aq）褪色，它不溶于稀NaOH溶液。
松柏醇与冷的HBr反应，生成化合物D（C10H11O2Br）。
热的HI可使ArOR转变为ArOH和RI，而松柏醇与过量的热HI反应，得到CH3I和化合物E（C9H9O2I）。
在碱水溶液中，松柏醇与CH3I反应，形成化合物F（C11H14O3），该产物不溶于强碱，但可使Br2/CCl4溶液褪色。
请写出化合物B、C、D、E、F及松柏醇的结构。
b）化合物A可有几种立体异构体，请画出化合物A的结构，用“*”号标出A中的手征中心。
对其全部立体异构体，画出它们的费歇尔（Fischer）投影（以下图为例），并用R或S来表示它们结构中手征中心的绝对构型。
4.某萜烯醇A（C10H18O）经选择性氧化得到的产物或是一个十碳原子的醛，或是一个十碳原子的羧酸；
A与二摩尔的溴反应，生成一个四溴化合物，分子式为C10H18OBr4（B）；
A经臭氧解、氧化反应后，生成下述三个化合物：
化合物A也能与氢溴酸（HBr）反应，生成几种化合物，包括分子式为C10H17Br的两个开链的溴化物。
a）画出化合物A的结构；
b）画出化合物B的结构；
c）画出分子式为C10H17Br的两个开链溴化物的结构；
d）用反应结构式表示出C中两个溴化物形成的历程。
5.二氧化氮是大气中许多含氮氧化物之一，它可二聚成N2O4（g）。
a）NO2（g）是顺磁性的，用共振方式，写出NO2（g）的点电子结构式（用圆点表示电子）。
b）N2O4是反磁性的，写出其点电子结构式；
c）在298K，N2O4（g）的生成自由能是98.28kJ·
mol-1，NO2（g）的生成自由能是51.84kJ·
mol-1。
在1.0atm和298K从1molN2O4（g）开始反应，若总压力恒定在1.0atm，温度恒定在298K，则有百分之多少的N2O4（g）分解？
d）若反应N2O4（g）
2NO2（g）的△H是+58.03kJ·
mol-1，在什么温度下，N2O4（g）分解的百分数是c中计算结果的两倍？
（假定熵和焓不随温度变化）
e）N2O4（g）解离成NO2（g）的反应是一级反应，在298K，比速率常数是5.3×
104s-1。
N2O4（g）分解20％需多长时间？
f）NO2（g）二聚成N2O4（g）是二级反应，在298K，比速率常数是9.8×
106L·
s-1，它的逆反应是一级反应，比速率常数是5.3×
104S-1，请根据这些数据计算反应2NO2（g）
N2O4（g）在298K时的浓度平衡常数Kc。
6.本世纪大气中CO2的含量大大增加，预期今后将继续增加，有人预测，到2020年大气中CO2的分压可达到大约4.40×
10-4atm。
有关热力学数据如下：
25℃、总压1.00atm下，CO2（在水中）的享利常数是0.0343mol·
L-1·
atm-1；
△fG（kJ·
mol-1） △fH（kJ·
mol-1）
CO2（aq） -386.2 -412.9
H2O
（1） -237.2 -285.8
HCO3-（aq） -587.1 -691.2
H+（aq） -0.0 0.0
解答下列问题时，温度用25℃，总压力为1.0atm。
a）计算下列反应的平衡常数K
CO2（aq）＋H2O
（1）
H+（aq）＋HCO3-（aq）
b）计算2020年溶解在与大气平衡的蒸馏水中的CO2的浓度（以mol·
L-1为单位）；
c）计算上述溶液（即b中溶液）的pH值；
d）计算CO2（aq）和H2O反应的焓变；
e）若CO2和H2O的反应已达平衡，溶液的温度升高，而溶解的CO2的浓度不变，则溶液的pH值改变。
判断pH升高还是降低。
圈出正确的答案。
升高 降低
7.当流向Chesapeake海湾的淡水河在春季大雨后洪水泛滥时，海湾中淡水的增加引起海蚝坜生长地带盐分的减少。
海坜正常生长所需最低的氯离子浓度是8ppm（亦可近似表示为8mg·
L-1）
a）一周大雨之后，对海湾的水进行分析。
向50.00ml海湾水样中加几滴K2CrO4指示剂，用16.16ml浓度为0.00164mol·
L-1的AgNO3溶液滴定，终点时形成明显的砖红色沉淀。
Ksp（AgCl）＝1.78×
10-10 Ksp（Ag2CrO4）=1.00×
10-12
i）样品中氯离子的摩尔浓度是多少？
ii）水中是否含有足够的氯离子以供海坜正常生长？
圈出是或不是。
是 不是。
写出计算过程。
iii）写出滴定剂和样品反应的配平的化学方程式；
iv）写出滴定终点颜色变化的配平的离子反应式。
圈出反应式中砖红色化合物的分子式；
v）在滴定终点，铬酸根离子的浓度是0.020mol·
L-1。
计算当砖红色沉淀出现时溶液中Cl-的浓度。
vi）为使滴定更有效，被滴定溶液必须呈中性或弱碱性。
写出用来描述在酸性介质中所发生的竞争反应的配平的方程式（这个反应影响滴定终点的观察）。
b）如果开始滴定时样品溶液是酸性的，通常向被滴溶液加入缓冲溶液以控制pH。
假定海湾水的pH为5.10，则由于酸性太强而不能进行准确分析。
i）从列出的体系中选择一个缓冲剂，此缓冲剂能使你建立并维持pH＝7.20的水溶液介质。
圈出你所选择的缓冲溶液的号码（假定缓冲剂不与样品和滴定剂发生反应）
缓冲体系 弱酸的Kα（25℃）
（1）0.1mol·
L-1乳酸/0.1mol·
L-1乳酸钠 1.4×
10-4
（2）0.1mol·
L-1醋酸/0.1mol·
L-1醋酸钠 1.8×
10-5
（3）0.1mol·
L-1NaH2PO4/0.1mol·
L-1Na2HPO46.2×
10-8
（4）0.1mol·
L-1NH4NO3/0.1mol·
L-1氨水 5.6×
10-10
写出使你做出这种选择的计算过程。
ii）用从（i）中选出的缓冲体系，计算溶解在蒸馏水中以配制500mlpH＝7.20的缓冲溶液所需的弱酸及其共轭碱的质量。
c）在另一个50.00ml海湾水样中的氯离子的浓度由佛尔哈德（Volhard）法测定。
将过量的AgNO3加到样品中，过量的Ag+用标准KSCN溶液滴定，生成AgSCN沉淀。
若加入50.00ml浓度为0.00129mol·
L-1AgNO3溶液到水样后引起的过量Ag+需要27.46ml1.41×
10-3mol·
L-1的KSCN溶液来滴定，计算海湾水中氯离子的浓度。
d）在具有更高氯离子浓度的天然水中，Cl-可以通过沉淀为AgCl的重量法来测定。
此方法的缺点之一是AgCl易发生分解反应：
如果这一光解反应在过量Ag+存在下发生，则伴随另一反应：
3Cl2（g）＋2H2O
（1）＋5Ag+（aq）→5AgCl（s）＋ClO3-（aq）＋6H+（aq）
如果3.000克AgCl样品（这些样品同含有Ag+的溶液接触）中有0.0100克发生了光解反应（如上述方程式所示），请计算由这些反应所产生的固体的最后的总质量。
8.下面三个图分别是水、氮和锰的Pourbaix图（E（v）～pH图）。
水的pE/pH图上的边界也同样以虚线画在其他两个图上。
a）写出富氧并具有正常pH值（pH～6.0）的湖中占优势的含氮物质的化学式。
b）写出在高度缺氧、富含有机物质、并受碱类（pH～12.0）污染的湖中占优势的含锰物质的化学式。
c）人们经常发现从水井中提出的微酸性的清水会在抽水马桶上沉淀出一层黑色的含锰固体。
i）写出此黑色固体的化学式；
ii）写出地下的井水中含锰物种的化学式。
d）根据Pourbaix图，有些化学型体的锰可氧化NH3（aq）或NH4+（aq）生成N2（aq）。
在下面所列出的锰的诸化学形态中，圈出所有能发生此种反应的化学型体。
MnMn（OH）2Mn2+ Mn3O4 Mn2O3 MnO2 MnO42- MnO42-
e）高锰酸铵（NH4MnO4）是一个众所周知的盐，而锰酸铵（NH4）2MnO4则少有人知。
i）写出并配平NH4MnO4分解成MnO2和N2的化学反应方程式；
ii）写出并配平（NH4）2MnO4分解成Mn和N2的化学反应方程式。
f）Pourbaix图同样可定性地应用于固体。
若用研杵和研钵研磨以下物质，是否危险？
（只答出是或否）。
i）硝酸钾和金属锰；
ii）硝酸钾和二氧化锰。
g）MnO4-还原到MnO2的标准还原势E°
是1.692V。
用能斯特（Nernst）方程，计算在25℃、pH＝4.0的条件下，0.00100mol·
L-1的MnO4-的还原势。
9.信息素是由昆虫和一些动物分泌出的、起传递信息作用的化学物质或化学物质的混和物。
它们能引起同种类其他昆虫或动物的响应。
在下述题目中，列出了一系列信息素以及确定它们结构的化学反应。
在每种情况下，写出含碳产物的结构（一种或几种）在（e）部分，对相应的产物，请写出几何（顺、反）异构体（可忽略其他立体异构体），在出现两个箭头的地方，只写出最终产物。
醋酸异戊酯
2-庚酮
实验题
在开始做实验之前，请阅读全部操作步骤及附页之说明。
在整个实验过程中，必须戴防护镜，必须用提供的吸球吸取溶液。
如果摘掉防护镜（不管是什么原因）或用嘴吸取溶液，则将受到警告。
若受到两次警告，则扣5分。
若受到第三次警告，则将被取消实验资格，实验计分为零。
二氧化碳对溶解度的影响
CaCO3是一种难溶物质，通常以石灰石、大理石、白垩或方解石的形式存在。
在富含CO2的地下水存在时，CaCO3溶解，形成岩洞。
本实验要求测定：
（1）CaCO3在CO2的饱和水溶液中的溶解度
（2）CaCO3在无CO2的水溶液中的溶解度。
[Ca2+]用EDTA络合滴定法测定。
该EDTA溶液需由你自己标定。
[Ca2+]的测定步骤
1.按照后面附页的说明，校准你所用的pH计。
2.测量并记录所提供的样品溶液的pH值。
该溶液已被固体CaCO3和气体CO2所饱和。
3.将全部样品过滤到另一个250ml的塑料瓶中以除去任何悬浮的CaCO3。
一旦过滤完毕，很快将瓶子盖好。
4.打开瓶盖，测定并记录滤液的pH，瓶口敞开所持续的时间只要满足测量pH所需要的时间即可，然后重新盖上瓶盖直到进行下一步操作。
5.取三个锥形瓶，向每个锥形瓶中放25ml该样品。
每次从塑料瓶中取出25ml溶液后，尽快将样品瓶重新盖好。
6.在搅拌下，向每个锥形瓶中加15滴6mol·
L-1HCl。
可能形成的任何CaCO3应该溶解。
在进行下一步操作前，确信锥形瓶中无固体CaCO3。
如果仍有固体CaCO3，需要进一步搅拌。
对每一个样品，完成步骤7～10（一个样品一个样品地做）
7.加入5mlpH为10的NH3缓冲溶液。
8.向锥形瓶中加入20滴0.001mol·
L-1的“Mg2+/EDTA4－”溶液以便使指示剂正确地发挥作用。
9.向样品中加入5滴钙指示剂（1—（1-羟基-4-甲基-2-苯偶氮）-2-萘酚-4-磺酸）（英文称为Calmagiteindicator）。
10.用所提供的约0.01mol·
L-1EDTA溶液滴定样品使颜色由红变蓝。
你可以用水、缓冲溶液、两滴EDTA和指示剂作终点的参考。
估计每个读数至0.01ml。
11.当你满意地完成步骤1～10之后，将从步骤3得到的剩余饱和滤液转移到适当的烧怀中。
加热此溶液使其接近沸腾，在该温度下用磁力搅拌器搅拌5分钟。
搅拌器旋钮放在6档是适宜的，开始加热时用“HIGH”档（即高温档，标在仪器上）是需要的。
你应该看到有CO2逸出，可能有一些CaCO3沉淀出来。
12.加热5分钟后，用烧杯夹把烧杯从热垫板上移开，放到冰浴中，使溶液冷至室温。
13.测量并记录冷却后的溶液的pH。
14.将溶液过滤以除去悬浮的CaCO3。
15.取三个锥形瓶，将该滤液转移到锥形瓶中（每个锥形瓶加入25ml滤液），向每个锥形瓶中加入约25ml去离子水，然后加入15滴6mol·
L-1HCl
16.按照步骤7～10，滴定每个样品。
EDTA的标定步骤
1.准确称取约0.35g干燥的CaCO3基准物（摩尔质量为100.09g·
mol－1），该基准物保存在干燥器中的称量瓶里。
（注意：
CaCO3是易吸潮的）。
2.向CaCO3中加入25ml去离子水，然后小心地加5ml6mol·
L-1盐酸。
很快盖上表面皿。
3.待CaCO3溶解后，将溶液转移到250ml容量瓶中，稀释至刻度。
4.取三个锥形瓶，向每一锥形瓶中放25ml标准Ca2+溶液。
5.按步骤7～10的顺序，对每个样品进行滴定。
pH计的操作说明
校正pH计：
1.将功能选择旋钮放在“pH”档。
2.将电极放入pH=7的缓冲溶液，把温度调到该缓冲溶液的温度。
摇动电极，除去残留在电极末端的气泡（电极浸入缓冲溶液时）。
3.调节校准控制钮（Standardize）使显示器指示为7.00。
然后将功能旋钮放在“旁路”位置或称辅助设备（Standby）。
4.用去离子水（deionizedwater）冲洗电极，擦干后将其放入pH=4的缓冲溶液。
5.再将功能选择旋钮放在pH档，调节电流升降控制钮（Slope），使显示器准确显示该缓冲溶液的pH值（即pH=4）。
6.用去离子水冲洗电极，将功能旋钮（function）放在“Stand-by”位置。
测量pH值：
7.将功能旋钮（function）放在“pH”档。
8.将电极放入样品，调节温度使其为样品的温度。
9.读数稳定后，记录下来，用去离子水冲洗电极。
10.重复步骤8和9的操作方法，测量每一新样品的pH值。
1.数字显示
2.功能选择旋钮
3.电流调节钮
4.温度调节钮
5.校准钮
实验结果记录和问题
1.（a）步骤2中样品的pH值是多少？
（b）步骤4中样品的pH值是多少？
（c）步骤14中冷下来的溶液的pH是多少？
2.（a）用来标定EDTA的CaCO3的质量是多少？
（b）计算用来滴定标准Ca2+溶液的EDTA的平均体积，在下列空格中先写出每一次滴定所消耗的体积，然后写出平均体积。
V1= V2= V3= V平均=
（c）所标定的EDTA溶液的浓度是多少？
请写出全部计算过程。
3.（a）计算用来滴定样品（该样品被CaCO3和CO2饱和）的EDTA溶液的平均体积。
在下列空格中列出（用来计算平均值的）每一次滴定所消耗的体积。
（b）在CO2的饱和溶液中，碳酸钙的溶解度是多少？
（用体积摩尔浓度表示）请写出全部计算过程。
4.（a）计算用来滴定样品（该样品由CaCO3饱和，但无CO2）所消耗的EDTA溶液的平均体积。
在下列空格中列出（用来计算平均体积的）每次滴定所消耗的体积。
（b）碳酸钙在无CO2的溶液中的溶解度是多少？
5.（a）将CaCO3溶解在纯水中，哪些离子的浓度增加了（请将这些离子全部列出）？
（b）下面给出两种关于CaCO3饱和溶液的简短描述，请圈出CO32-（aq）浓度较高者。
由CaCO3溶解在被CO2饱和了的水 由CaCO3溶于无CO2的水
所形成的溶液 所形成的溶液
c）在一个除去了CO2的溶液中，CaCO3的溶解度是增加、降低、还是保持不变？
请圈出正确答案
1992年第24届IChO试题答案
1.
a）鲸在头5年中体重增加到
75×
365×
5=1.37×
105（kg）
吃掉的小鱼量为
1.37×
105×
10.0=1.37×
106（kg）
需硅藻碳水化合物为
106×
107（kg）
6CO2+6H2O+太阳能—→C6H12O6+6O2
在STPE（标态），Vco2=22.4×
4.56×
108=1.02×
1011（L）
b）i）在24℃和1.0atm下，0.23mlCO2的摩尔数
要溶解4.56×
108molCO2需海水为
c）9.1×
104×
3%=2.73×
103（kg）
1.95×
（14.01+1.008×
4）=3.5×
d）1000头死鲸所含C的物质的量
WCaSiO3=MCaSiO3×
nCaSiO3
=116.2×
1.36×
109×
1/2
=7.9×
1010（g）
2.
b）2FeS2（s）+2H2O
（1）+7O2（g）
=2Fe2+（aq）+4SO42-（aq）+4H+（aq）
c）4Fe2++O2+6H2O=4FeO（OH）↓+8H+
d）使1.0L纯水pH降至3.0，需H+1.0×
10-3mol
从FeS2氧化的总反应式
FeS2+15/4O2+5/2H2O→FeO（OH）↓+2SO42-+4H+
可看出，生成1molH+需0.25molFeS2。
e）Fe的流速为
两年中流入池塘的Fe的总量：
沉淀出的Fe2O3的质量：
WFe2O3=1/2MFe2O3×
nFe×
75％
=1/2×
159.7×
1.76×
75％=1.1×
107（g）
3.
可能为Z，也可能为E.
4．
可能为Z，也可能为E。
（许多立体异构体的混合物）
5．
设反应中N2O4分解的分数为x则
N2O4=2NO2
1-x 2x
x=0.155即分解15.5％
=176.6J·
K-1
∵△rGm=△rHmφ-T△rSmφ+RTlmKp
平衡时△rGm=0
=319（K）
e）在恒容条件下，不考虑逆反应时有
f）平衡时，k正[NO2]2=K逆[N2O4]
6.
a）△rGmφ=△fGmφ（H+（aq））+△fGmφ（HCO-3（aq））-△fGmφ
（CO2（aq））-△fGmφ（H2O
（1））
=0.0-587.1+386.2+237.2=36.3（kJ·
K=4.34×
10-7
b）[CO2]=Kh·
pco2=0.0343×
4.40×
=1.51×
10-5（mol·
c）[H+]=[HCO-3]+2[CO2-3]+[OH-]
HCO-3的解离很弱，故可将[CO2-3]略去
pH=5.59
d）△rHmφ=△fHmφ（H+（aq））+△fHmφ（HCO-3（aq））-△fHmφ（CO2（aq））-△fHmφ（H2O
（1））
=0.0-691.2+412.9+285.8=7.5（kJ·
e）降低
7.a）
ii）是
海坜生长所需最低Cl-浓度
iii）Ag+（aq）+Cl-（aq）→AgCl（s）
iv）2Ag+（aq）+CrO2-4（aq）=Ag2CrO4（s）
=2.5×
vi）2CrO2-4+2H+=Cr2O2-7+H2O
i）0.1mol·
L-1Na2HPO4
当[HA]=[A-]时，缓冲容量最大。
所以，Ka和要求的[H+]越接
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