第三届Chemy化学奥林匹克竞赛联赛试题答案

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1、第三届Chemy化学奥林匹克竞赛联赛试题（2017年1月7日 9:00 12:00）题号12345678910总分满分10881291111101110100得分评卷人竞赛时间3小时。迟到超过半小时者不能进考场。开始考试后1小时内不得离场。时间到，把试卷（背面朝上）放在桌面上，立即起立撤离考场。试卷装订成册，不得拆散。所有解答必须写在指定的方框内，不得用铅笔填写。草稿纸在最后一页。不得持有任何其他纸张。姓名、报名号和所属学校必须写在首页左侧指定位置，写在其他地方者按废卷论处。允许使用非编程计算器以及直尺等文具。H1.008相对原子质量He4.003Li6.941Be9.012B10.81C12

2、.01N14.01O16.00F19.00Ne20.18Na22.99Mg24.31Al26.98Si28.09P30.97S32.07Cl35.45Ar39.95K39.10Ca40.08Sc44.96Ti47.88V50.94Cr52.00Mn54.94Fe55.85Co58.93Ni58.69Cu63.55Zn65.41Ga69.72Ge72.61As74.92Se78.96Br79.90Kr83.80Rb85.47Sr87.62Y88.91Zr91.22Nb92.91Mo95.94Tc98Ru101.1Rh102.9Pd106.4Ag107.9Cd112.4In114.8Sn118.7

3、Sb121.8Te127.6I126.9Xe131.3Cs132.9Ba137.3LaLuHf178.5Ta180.9W183.8Re186.2Os190.2Ir192.2Pt195.1Au197.0Hg200.6Tl204.4Pb207.2Bi209.0Po210At210Rn222Fr223Ra226AcLaRfDbSgBhHsMtDsRgCnUutUuqUupUuhUusUuoLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLuAcThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr第1题（10分）将(NH4)2NiF4在氨气流中加热至360-410C得到一种黑灰色的粉末A。经

4、鉴定：A中仅含X和Y两种元素，是一种六方晶体，X原子做六方最密堆积，Y原子有序地填入部分的八面体空隙中，结构类同于-Fe3N；A的主要化学性质如下：（1）在氢气中温度155C或在氮气中450C分解；（2）不与氢氧化钠溶液反应；（3）与盐酸反应放出气体。1-1 写出A的化学式。1-1 Ni3N（3分）1-2 写出A与盐酸反应的方程式。1-2 2Ni3N + 14H+ 2NH4+ + 6Ni2+ + 3H2（1分）产物写N2和H2并配平，也可得分。1-3 指出X原子的配位数，指出Y原子填充八面体空隙的填隙率。1-3 配位数为2（1分）；填隙率33.3%（1分）1-4 晶体A的a = 462.2 p

5、m，c = 430.6 pm，Z = 2，计算此晶体的密度。1-4 = ZM/NAV = ZM/NAa2csin120 = 7.924 g/cm3（2分）1-5 将晶体A中的X换为钠，此时形成的晶体B为立方晶体，但Y原子的配位数不变。试画出此晶体B的一个正当晶胞。1-5 红球代表钠，蓝球代表氮（2分）第2题（8分）原子单位制中的能量单位能量是Hartree/particle（以Hartree-Fock方法的提出者之一D. Hartree命名，简写为Ha），1 Ha就是一个基态氢原子势能的绝对值，也是一个基态氢原子能量绝对值的2倍。2-1 氢原子能量的表达式为En = -mee4/(8n202h

6、2)，其中0 = 8.8542 10-12 F/m，通过计算完成下列单位换算式：1 Ha = _ eV = _ J =_ kJmol-1 =_ kcalmol-12-1 基态氢原子的n = 1，所以1 Ha = -2E1 = mee4/(402h2) = 4.3597 10-18 J（0.5分）将e带入，得到1 Ha = 27.211 eV；（0.5分）将NA带入，得到1 Ha = 2625.5 kJmol-1；（0.5分）将热功当量带入，得到1 Ha = 627.51 kcalmol-1。（0.5分）2-2 以Ha为单位表示：（1）氢原子的电离能I1；（2）基态氢原子电子的动能Ek。2-2（

7、1）I1 = 0.5 Ha；（1分）（2）Ek = 0.5 Ha。（1分）2-3 计算化学程序输出的文件中焓（Enthalpy）和自由能（Free Energy）常以Ha为单位。根据下表中的数据，求算298.15 K下反应HCHOCO + H2的标准平衡常数和这三个物质的标准熵值（Jmol-1K-1）。298.15 KH2COHCHO-Enthalpy / Ha1.164715113.286121114.449376-Free Energy / Ha1.179507113.308552114.4748452-3 G = -0.013214 Ha = -34.683 kJmol-1，Ky = 1

8、.20 106（1分）；Smy(H2) = 130.26 Jmol-1K-1（1分）；Smy(CO) = 197.52 Jmol-1K-1（1分）；Smy(HCHO) = 224.28 Jmol-1K-1（1分）。第3题（8分）对于化合物Co4(OH)6(NH3)12(SO4)34H2O，有一种合成方法如下：（1）六水合氯化钴()、碳酸铵、氨水和过氧化氢在水溶液中反应，得到Co(NH3)4CO3Cl；（2）Co(NH3)4CO3Cl与盐酸反应，得到配合物A； （3）A与硫酸铵在水溶液中发生复分解反应，得到cis-Co(NH3)4(H2O)ClSO4；（4）cis-Co(NH3)4(H2O)Cl

9、SO4与氨水反应，得到最终产物。3-1 给出A的化学式。3-1 cis-Co(NH3)4(H2O)ClCl2（1分）不写前缀cis也得分。3-2 画出cis-Co(NH3)4(H2O)ClSO4的阳离子及其几何异构体的结构。3-2不标电荷各扣0.5分。3-3 分别写出（1）、（2）、（4）处发生反应的方程式。3-3 2CoCl26H2O + 2(NH4)2CO3 + H2O2 + 6NH3 2Co(NH3)4CO3Cl + 14H2O + 2NH4Cl（2分）Co(NH3)4CO3Cl + 2HCl + H2O Co(NH3)4(H2O)ClCl2 + CO2（1分）4Co(NH3)4(H2O

10、)ClSO4 + 2NH3 + 6H2O Co4(OH)6(NH3)12(SO4)34H2O + (NH4)2SO4 + 4NH4Cl（2分）写成离子方程式亦可。盐类不写成水合物的形式，或氨水写成NH3H2O，不扣分。第4题（12分）无机化学的乐趣之一，就是盯着元素周期表看看能玩出什么新花样。近期外国课题组制备了一种由氮族前四个元素A、B、C、D（字母顺序与元素在周期表中出现的顺序无关）穿成的“糖葫芦”分子M，它的化学式为ABCDCl2Ar2，其中Ar表示2，4，6-三叔丁基-苯基。下面是一些M的结构信息：（1）两个氯原子均与A原子成键；（2）两个芳基Ar分别与N和P成键；（3）C原子不在“糖

11、葫芦”的首尾；（4）M中只存在单键和双键，且唯一的双键出现在C原子与D原子间（芳基中的双键除外）；（5）C的原子序数不是最大的，D的原子序数不是最小的；（6）M中无电荷分离。4-1 计算“糖葫芦”分子M中N、P、As、Sb的质量分数。4-1 该化合物的分子量为803.4 gmol-1，“糖葫芦”分子M中N、P、As、Sb的质量分数分别为1.74%、3.86%、9.33%、15.16%。（2分）4-2 推断出ABCD与四个元素的对应关系，并画出该化合物的结构（如果不能推断出元素的对应关系，结构中可以使用ABCD作为代号）。4-2 首先“M中无电荷分离”意味着ABCD均只能成三根键。因为N和P已经