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中学化学教学网理论题一、无机化学：磷酸以克/摩尔表示的原子量为：P：31；Ca：40；O：16；H：1.0；F：19；C：12；Si：28；S：32pK：（K为解离常数）HSO4-/SO42-：2.0；HF/F-：3.0；H3PO4/H2PO4-：2.0；H2PO4-/HPO42-：7.0；HPO42-/PO43-：12.0。在自然界，磷在磷灰石中以磷酸盐形式存在，此矿石除了磷酸盐外，尚有二氧化硅和下列离子：Ca2+，CO32-，SO42-，SiO32-和F-。我们假定此矿石是Ca3（PO4）2，CaSO4，CaF2，CaCO3，和SiO2，的混合物。作为化肥使用时，要制成Ca（H2PO4）2，可溶于水；为此，磷灰石用磷酸和硫酸的混合物来处理。同时，此操作消除了杂质的大部分。磷灰石的元素分析结果如下，除氟以外，其它元素的百分数均以氧化物形式表示，中学化学教学网克磷灰石样品，用50.0ml的溶液处理（该溶液含有0.500mol·L-1磷酸和0.100mol·L-1硫酸），此混合物在约70℃搅拌，避免温度超过90℃，进行完全除水。此操作在通风柜中进行，因为有有毒气体逸出。将干燥的残余物磨细、称重，得到m1克残余物。在此种条件下，只有一种磷酸盐以Ca（H2PO4）2形式存在，二氧化硅和硅酸盐不能反应。操作2.取1.00克上述残余物，在40℃用50.0ml水处理。然后过滤，干燥和称重，得到m2克，该第二种残余物主要是石膏（CaSO4·2H2O），它的溶解度可认为在20～50℃间维持不变，相当于2.30g·L-1。1.请平衡有关的反应式。2.假定反应是按化学计量进行的，试问开始时需要多少磷灰石？3.开始时有m0克磷灰石，得到残余物m1=5.49克，①理论上应该得到多少重量？②实验结果可以用某些存在的产物来解释，但这些存在的产物却在残余物中是找不到的。给出它们之中的两种，在此种实验条件下，可以合理地说明这些数据。4.传统上，在工业中分析和产率是用氧化物的百分比来表示。磷含量用P2O5表示。假定n2是得到的可溶性物质；n1是所加酸的量；n0是所中学化学教学网加磷灰①计算rexp；②rexp超过100％，计算和实际产率相近的r的数值。二、离子溶液：铜盐的水溶液1.本题内容为水化Cu2+离子的酸度及其氢氧化物的沉淀条件为1.00×10-2mol·L-1的Cu（NO3）2溶液。①此溶液的pH为4.65a.请写出水化Cu2+离子的共轭碱形成的反应式b.请计算此酸—碱对的pKa②Cu（OH）2的溶度积Ksp=1×10-20问：在pH为多少时，Cu（OH）2将析出沉淀？请用计算来指出此水化Cu2+离子的共轭碱的存在量是微不足道的，以此来证实你上述的计算。2.Cu2+离子的歧化反应Cu+和二个氧化还原对中都有关中学化学教学网①a.请写出Cu+离子的歧化反应式，并计算其平衡常数，利用表示式：b.把1.00×10-2mol的Cu+溶在1.0L水中，计算此溶液的组成，以mol·L-1表示②除了Cu+离子以外，另外再列出二种化学物质，它们在水溶液中有歧化反应，请写出有关的反应方程式，并且指出歧化反应发生时的实验条件。③Cu+氧化物Cu2O和1.00×10-2mol·L-1的Cu2+溶液接触时，是否稳定？Cu+氧化物的Ksp=[Cu+][OH-]=10-15请计算在什么pH下Cu2O是稳定的？④请设计一个简单的实验来观察Cu2O的沉淀反应。3.Cu+离子和Cu2+离子的络合作用①[Cu（NH3）2]+络离子的离解常数为K=1×10-11中学化学教学网请计算[Cu（NH3）4]2+的离解常数？b.从上面的条件推导出③[Cu（NH3）2]阳离子能发生歧化反应吗？三、Haloperidol（即化合物H）的合成Haloperidol在对精神病的治疗上具有显著效果，该化合物的制备方法已建立：1.从苯和任何需要的无机化合物开始合成氯苯，请写出其反应式？2.从氯苯和任何所需要的无机化合物开始，合成4-氯苯甲酸甲酯，请写出简单的反应式，但在你的合成中必须运用重氮甲烷（H2CN2）。3.γ-羟基戊酸内酯是环状酯J，其结构表示如下：①你如何将化合物J转变为4-羟基丁酸K？中学化学教学网②你如何将化合物K转变为4-氯（代）丁（酸）酰氯L？4.下面描述的反应不代表Haloperidol的工业合成途径，因为该工业合成途径十分复杂。4-氯苯甲酸甲酯在无水乙醚中，与过量的乙烯基镁溴化物反应后再经水解，则得M；当M在无水条件和苯甲酰过氧化物存在下，与过量的溴化氢反应，即得N，而当N与氨反应时则生成4-（4-氯苯基）-4-羟基哌啶O哌啶为C5H11N）。①请写出化合物M、N、O的结构。②请写出生成化合物M的反应历程。5.在适量三氯化铝存在下，L可与氟代苯反应，主要产物是一个酮P（C10H10OFCl）。①请写出化合物P的结构以及生成它的反应历程。②请分别用一个化学方法（实验）和一个物理方法证明存在羰基。③你如何用实验来证明该羰基不是醛基？6.在1∶1摩尔的基础上P和O反应，生成H，已知H结构中仅含有一个氯原子，而且在芳香环上，请写出H的结构？H就是Haloperidol.中学化学教学网（核磁共振光谱图）中，和碳原子直接相连的氢质子的峰型（几重锋）。假定所有氢原子的偶合常数均相等。四、化学热力学从闪锌矿生产锌分两步：闪锌矿用空气焙烧；由此形成的ZnO用CO还原。在本题中，我们将考虑闪锌矿的焙烧。此步骤包括闪锌矿在空气中焙烧发生的反应，其反应式为：在工业上，此反应在1350K下进行。首先，我们将证实此反应能够自己维持，那就是说产生的热足以将反应物由室温加热（升温）到反应温度。①现在先暂时假定闪锌矿中仅含有ZnS，按化学反应方程式计算一摩尔锌化合物和必须量的空气的混合物，起初在298K，标准状况下。由于在1350K反应时放出的热量，温度将升到多少？反应能自己维持吗？空气中假定只含O2和N2，它们的体积比为1∶4。②实际上，闪锌矿不是纯的，它混有SiO2，假定SiO2在焙烧时不起变化，请计算能够使反应在1350K自己维持进行的矿石中ZnS的最少含量？（以每100g矿石中含有多少克ZnS来表示）。448.98kJ·mol-1中学化学教学网（焦耳）/K（度）×mol（摩尔）来表示。ZnS（固）∶58.05ZnO（固）∶51.64SO2（气）∶51.10O2（气）∶34.24N2（气）∶30.65SiO2（气）∶72.50分子量（克/摩尔）ZnS：97.5SiO2：60.1五、化学动力学硝胺NO2NH2在水溶液中，按照下列反应缓慢地分解。NO2NH2→N2O（气体）+H2O实验动力学规律是：①试问在缓冲溶液中，此反应的表观级数（反应级数）是多少？②a.问下列反应机理中，你认为那个最能说明上述动力学规律，说明理由。机理1中学化学教学网请说明实验观察到的速度常数和你选择的反应机理的速度常数的关系。③试说明OH-离子催化硝胺的分解作用。④此分解反应是在缓冲溶液中、恒容V和恒温下研究的，测量N2O气体的分压（假定在水中不溶，N2O气体容积V保持不变，而且和上述V相等）得到下列结果：在足够长的时间以后，压力稳定在40000Pa。a.将压力p以时间和常数K′的函数表示，中学化学教学网试图示法。证明动力学的定律是被实验结果所证实？C.请计算K′，给出它的单位。六、生物-有机化学1.丁二酸根脱氢而形成反丁烯二酸根在tricarboxylicKrebs循环中是一步反应，它被丁二酸脱氢酶所催化，Flavine-adenine-dinucleotide（FAD）作用为一辅助酶。反应式为上述脱氢反应的立体化学已被研究。请考虑反丁烯二酸和顺丁烯二酸（有钯碳存在下）的被催化氘化作用，得到相应的酸-2，3-二氘代丁二酸的酶催化反应：中学化学教学网（费歇尔）投影式，写出所有反丁烯二酸和顺丁烯二酸通过催化氘化而可能得到的立体异构体的结构。把每个立体异构体标以号码（1，2，3，4……），问总共有多少个立体异构体？指出那几个异构体具有光学活性？他们之间的立体化学关系是什么？（分别、依次两个、两个地考察它们）；并用Newman（纽曼）投影式，指出每个异构体的可能最稳定的构象？b.当上述2，3-二氘化丁二酸根经酶化反应后，可得到二氘化反丁烯二酸根，它的比例已被测定如下：假定在活性位置上，丁二酸根发生酶催化脱氢反应，是按照a中假设的那样在最稳定的构象上发生，脱氢的立体化学可以是顺式或反式。①在Newman（纽曼）投影的基础上，填写下列表格。②试写出酶催化脱氢反应的立体化学（百分比％），（假设获得的二氘代反丁烯二酸根的量相应为0和50％）。中学化学教学网循环中的后继反应中，在反丁烯二酸酶的存在下，反丁烯二酸加一分子水，产生（S）-苹果酸根（也称L-苹果酸根）。由上述b获得的2，3-二氘代反丁烯二酸根和反丁烯二酸酶作用，仅仅生产（2S，3S）-2，3-二氘代苹果酸根，（S）-苹果酸根的Fischer（费歇尔）投影为请指出反丁烯二酸酶催化下，水分子加成的立体化学历程，利用下面的示意图来回答本问题。4.Acetylcoenzyme乙酰基化辅酶A，即CH3COSCoA和乙醛酸根OHC-CO2-作用，在顺式丁烯二酸合成酶的存在下，产生（S）-苹果酸根中学化学教学网①在类似于硫代酯的乙酰基辅酶A（CH3COSCoA）的CH3-COOR′酯和类似于乙醛酸根的醛R″CHO之间在R'-O-离子存在下，可以发生上题类似的反应，导致形成了R′-C-负离子在此处作为碱基引入，从酯那里产生一个中间碳负离子。请写出此反应机理的步骤（反应历程）。②从一个具有手征性甲基的醋酸，可利用上述4中的乙酰基化辅酶A，进行酶反应，T=氚D=氘H=氢乙酰（基）化辅酶A从醋酸产生的立体异构体具有R构型，在苹果酸合成酶的存在下，变成乙醛酸根。问：（S）-苹果酸根以一个酶催化反应脱水（问题3的逆过程），应使用什么酶？主要产物是氚化的反丁烯二酸根（79％）和非氚化的反丁烯二酸根（21％）中学化学教学网可以是氚，氘或氢。a.请写出主要产物（S）-苹果酸根的Fischer（费歇尔）投影的二个可能的结构。注：作为原料的乙酰（基）化辅酶A有一个被标记的具有R构型的乙酰基。b.假如原料具有被标记的具有S构型的乙酰基，那末将得到什么产物？七、工业化学在本题中，有时需要你在你认为适当的空格中打“√”。苯加氢成为环已烷，反应式为：工厂中此反应在连续反应器中进行，有二种连续反应器，一种为连续柱塞式反应器中学化学教学网见下图：反应物在反应器入口处混合（F1流和F2流），反应物的每一截面部份（图中以斜线区表示）在柱塞式反应器中移动。彼此之间不相混合，最后在反应器出口处流出（F3流）在已经达到稳定的反应条件下，浓度和其他条件是依赖于时间这参数的，而且也依赖于在反应器中的位置。另一种为连续搅拌式反应器，见下图：在这种反应器中，搅拌条件是很理想的，而且瞬间即有效，在已经达到稳定的反应条件下，浓度和其他参数是依赖于时间的，但是反应器中每一点处均相同氢化作用的微分产率（y）为：