2002~2008年全国高中学生化学竞赛(江苏赛区)夏令营选拔赛试题分类化学平衡

2002~2008年全国高中学生化学竞赛(江苏省赛区)夏令营选拔赛试题分类化学平衡(2002年)7．(6分)已知，CrO42－离子和Cr2O72－离子在水溶液中存在如下平衡：2CrO42－(aq)+2H+(aq)Cr2O72－(aq)+H2O(1)，K＝1422242242102.1][][][HOCrOCr⑴要使平衡向左移动，可以加，或加，或加某些金属离子如Ba2+。⑵请自行设计两个实验(简单说明实验操作和实验现象)来验证Ba2+确实能使平衡向左移动。(2003年)3．(共6分)提出查理定律的查理很幸运，碰巧开始时没有以N2O4来研究气体行为，否则他或许会得出一种相当特殊的温度效应。对于平衡N2O4(g)2NO2(g)，在298K时其Kp=0.1pθ，而pKp2214，α为N2O4的离解度，p为平衡体系的总压。假设，298K时，查理把0.015mol的N2O4放于一只2.44×103m3的烧杯中，当离解达到平衡后，他将看到平衡压力等于0.205pθ。其对应的α=0.33⑴在保持体积不变的前提下，查理做把温度升高10％的实验，即把温度升高至328K。根据理想气体定律，其压力也应只增大10％，即等于0.226pθ，但查理发现这时的压力为0.240pθ。自然，问题是出在N2O4的离解度增加上了。试求此时的α和Kp。⑵若NO2在298K下的标准摩尔生成自由能为51.463kJ·mol1，试计算N2O4在298K下的标准摩尔生成自由能。(2004年)2．(共9分)⑴谷氨酸的系统名为：2－氨基戊二酸(pKa1=2.19，pKa2=4.25，pKa3=9.67)。请回答下列问题：①写出其结构式；②写出谷氨酸在pH=10.00的水溶液中，占优势的离子结构；③若谷氨酸溶于pH=7的纯水中，所得溶液的pH是x，则x7(填“”或“”)；此氨基酸等电点是大于x还是小于x?为什么?。⑵110.1℃，6.050×104Pa，测定醋酸蒸气的密度所得到的平均相对摩尔质量是醋酸单分子摩尔质量的1.520倍。假定气体中只含有单分子和双分子。则110.1℃下反应2CH3COOH(g)(CH3COOH)2(g)的PK为；mrG的计算公式及结果为：(p=1.013×105Pa)。(2004年)6．(共14分)氟是一种氧化性极强的非金属元素，它甚至能与稀有气体氙反应生成XeF2、XeF4、XeF6等固体，这些固体都极易与水反应。其中XeF2与H2O仅发生氧化还原反应，而XeF4与H2O反应时，有一半的XeF4与H2O发生氧化还原反应，另一半则发生歧化反应：3Xe(Ⅳ)→Xe+2Xe(Ⅵ)。XeF6则发生非氧化还原反应完全水解。试回答下列问题：⑴写出XeF4与H2O反应的方程式；⑵14.72gXeF6完全水解后，再加入100mL0.600mol·L－1Mn2+的水溶液，反应完全后，放出的气体干燥后再通过红热的金属铜，体积减少20％。①通过计算可确定Mn2+的氧化产物为，相应的化学方程式为：；②将所得溶液稀释到1000mL后，求溶液pH以及氟离子浓度。(已知弱酸HF在水溶液中存在电离平衡，Ka=][]][[HFFH=3.5×10－4)溶液的pH为，F－浓度为mol·L-1。⑶合成XeF2、XeF4、XeF6时通常用Ni制反应容器，使用前用F2使之钝化。①上述化合物的分子构型分别是；②使用Ni制反应容器前用F2钝化的两个主要原因是；③红外光谱和电子衍射表明XeF6的结构绕一个三重轴发生畸变。画出XeF6结构发生畸变的示意图：。(2005年)1．(共5分)环境中的二氧化碳气体可与水形成酸，或同岩石中的碱性物质发生反应，水体中的二氧化碳也可通过沉淀反应变为沉积物从水体中失去，在水与生物体之间的生物化学交换中，二氧化碳占有独特地位，在调节天然水体的pH及其组成方面起着非常重要的作用。在碳酸—天然水平衡体系中，部分生物学家认为碱度可以近似地表征水体的肥力，总碱度通常定义为：c(总碱度)＝c(HCO3－)＋2c(CO32-)＋c(OH－)－c(H+)。现有一水体与CaCO3(s)相接触并达到平衡，请判断添加少量下列物质对溶液中钙离子浓度与总碱度的影响(忽略离子强度的影响)[填“增加”、“减少”或“不变”]。添加物质KOHKClCa(NO3)2Na2CO3CO2c(Ca2+)c(总碱度)(2005年)3．(共12分)⑴cis－Pt(NH3)2Cl2、cis－Pt(NH3)2Cl4和cis－PtCl2(en)等是目前临床上广泛使用的抗癌药物，尤其对早期的睾丸癌具有很高的治愈率。实验测得它们都是反磁性物质。（en为乙二胺）①Pt2+和Pt4+的价电子构型分别为和，上述配合物都是型(填“内轨”或“外轨”)配合物，cis－Pt(NH3)2Cl2的中心离子杂化轨道类型为。②以上3种抗癌药均为顺式(cis－)结构，而所有的反式(trans－)异构体均无抗癌效果。试画出上述3种物质顺式异构体的结构图：⑵已知反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在773K时的=4.78×10-6。若向某容器中加入1molCO和2molH2，在773K达到平衡时，生成0.1molCH3OH，此时反应体系的压强为。⑶称取含硼砂及硼酸的试样0.7513g，用0.1000mol/LHCl标准溶液滴定，以甲基红为指示剂，消耗盐酸25.00mL，再加甘露醇强化后，以酚酞为指示剂，用0.2000mol/LNaOH标准溶液滴定消耗37.50mL。则可知试样中Na2B4O7·10H2O的质量分数为，H3BO3的质量分数为。(2006年)2．(12分)2-1人的牙齿表面有一层釉质，其组成为羟基磷灰石Ca10(OH)2(PO4)6(KSP＝3.8×10－37)。为防止龋齿的产生，人们常常使用含氟牙膏，牙膏中的氟化钙可使羟基磷灰石转化为氟磷灰石Ca10F2(PO4)6(KSP＝1.0×10－60)。写出羟基磷灰石与牙膏中的F-反应转化为氟磷灰石的离子方程式，并通过计算其转化反应的平衡常数说明哪种物质更稳定。2-2最近有报道说一种称为体内PLA的脱脂转化酶的多少决定人的胖瘦，LPA少的人喝水都胖。LPA过多的人即使大吃大喝都胖不起来，因此，通过补充外源性的LPA来减肥，是最直接有效的减肥方法。若这种脱脂转化酶是存在的，通过口服LPA是否可以有效减肥？原因是什么？2-3蛋白质由多肽链组成，其基本单元如下图。NCHC123CO⑴在此基本单元中，取SP3杂化的原子为，取SP2杂化的原子为；该基本单元中还有一个由原子组成的离域键，所以，其中一定处于同一平面的原子共有个。⑵请在上图中用小黑点标出孤对电子。(2007年)2．(6分)2-1医学研究表明，有相当一部分的肾结石是由CaC2O4组成的。血液通过肾小球前其中的草酸通常是过饱和的，即QP＝c(Ca2＋)c(C2O42－)Ksp(CaC2O4)，由于血液中存在草酸钙结晶抑制剂，通常并不形成CaC2O4沉淀。但经过肾小球过滤后，滤液在肾小管会形成CaC2O4结晶。正常人每天排尿量大约为1.4L，其中约含0.10gCa2＋。为了不使尿中形成CaC2O4沉淀，其中C2O42－离子的最高浓度为__________（已知Ksp(CaC2O4)＝2.3×10－9）对肾结石患者来说，医生总是让其多饮水，试从两个角度解释之：___________________________________________________________________________________2-2维生素C是人体免疫系统所必需的，它具有增强人体免疫功能和抗病毒、抗衰老的作用。维生素C易被氧化。测定维生素C含量，典型的滴定剂是KIO3。用一定浓度KIO3溶液在1mol·L-1HCl介质中滴定维生素C时反应的离子方程式为：_____________________________________________________________(2007年)4．(8分)用丝光沸石催化剂可催化甲苯歧化反应，反应主要产物为苯和二甲苯。反应压力为1.96×10Pa，反应温度为400℃；甲苯进料量10L·h－1，甲苯密度为0.87g·cm－3，为防止结焦，进料中要放入氢气，进料甲苯与H2的物质的量之比为1/10。若每小时获得产物苯和二甲苯总量为42.7mol；放置催化剂的固定床反应器的直径为219mm，催化剂床层高度为750mm，催化剂堆密度0.79g·cm－3。试回答或计算下面的问题：4-1写出甲苯歧化的反应方程式：_______________________________________________________________________4-2原料甲苯进料的质量空速（质量空速为单位时间进料质量与催化剂质量之比）为______；产物苯和二甲苯的总产率为__________________；4-3已知甲苯歧化反应中甲苯的转化率为45%，则歧化选择性是____________（甲苯歧化反应的歧化选择性=产物中苯的物质的量/产物中二甲苯的物质的量）；4-4已知每小时获得产物中对二甲苯的量为4.9mol,对二甲苯在二甲苯产物中的选择性是___________________________(对二甲苯的选择性是指对二甲苯在总二甲苯中的百分比)；4-5如果需显著地提高对二甲苯的选择性，请设想对催化剂活性组分的要求是什么？(2008年)7．(共10分)铁系金属常用来做CO加氢反应(Fischer-tropsch)的催化剂，已知某种催化剂在1000K可用来催化反应：CO(g)＋3H2(g)＝CH4(g)＋H2O(g)，在总压1atmCO和H2投料比为1∶3，平衡时CO物质的量分数为19.3%。7-1求该该下的平衡常数及CO的转化率。7-2如果用纳米Co为催化剂，可以降低反应应温度，在500K时，反应的平衡常数为1.98×1010。该反应为吸热还是放热反应？_______________。7-3用纳米Co为催化剂，可能会发生副反应：Co(s)＋H2O(g)＝CoO(s)＋H2(g)，500K时该反应的平衡数为6.8×10－3，主反应达到平衡时，副反应是否会一定发生？_________，理由是：__________________________________________________________。7-4计算在总压和投料比不变的条件下，足量Co催化平衡时，CO的分压为多少？7-5当粒子半径很小时，往往有很强的表面能，因此纳米Co颗粒表面有更强的活性，实际使用时在纳米Co颗粒周围形成的CoO覆盖层，此纳米颗粒既包含反应物(Co)，又包含生成物(CoO)。这样做的目的是什么？参考答案：答案(共6分)⑴OH－Cr2O72－(各1分)⑵a．加入Ba2+后，溶液的颜色从黄色变为橘红色b．加入Ba2+后，产生黄色BaCrO4沉淀c．加入Ba2+后，pH值下降d．其他任何对溶液或沉淀进行分析的方法(答对一个2分，不超过4分)答案(共6分)解：⑴在328K时，328314.81044.2101325240.03RTpVn总=0.02176(mol)又n总=(1+α)n0而n0=0.015mol∴451.1015.002176.01则α=0.451………………………(2分)∴ppKp245.0240.0451.01451.0422……(2分)⑵298K时，pmrKRTGln而1.0/pKKpp∴1.0lnRTGmr=−8.314×298ln0.1=5704.8(J·mol-1)则mrmfmfGNOGONG)(2)(242=2×51.463×103−5704.8=97.02(kJ·mol-1)…(2分)答案(共9分)⑴①H2NCHCOHCH2CH2COOHO(1分)②H2NCHCOCH2CH2COOO(1分)③等电点小于x，因为必须加入较多的酸才能使正负离子相等(3分)⑵3.7811238.4ln