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1、第三十一屆國際化學奧林匹亞競賽理論測驗題目卷曼谷 星期四 七月八日 1999作答指導將你的姓名及貼在你的工作台上的個人隊碼，寫在每張問題答案卷第一面的上面角落。你有五小時的時間作答。當監考官喊 STOP 時，馬上停止，並交回答案卷。若超過3分鐘，則以零分計算。答案須寫在指定的位置上，否則不予計分。絕對禁止在答案紙背面書寫。若你須額外的紙張書寫或更換答案卷，可向監考員索取。當你考完時，必須將所有的紙放入信封中，並封上信封。只有在信封裏的紙才被計分。還沒告知可離開試場時，不可離開試場。當你離開試場時，你將收到一張已收到信封的收據。只能使用大會提供的筆和計算機。本測驗題目有12頁，答案卷16頁。若對
2、試題有疑義可向監試人員要求核對英文版的試題。問題1 化合物 Q (分子量為 122.0 g mol-1) 由碳、氫與氧等元素所組成。A部分 於25.00 下CO2(g) 與H2O(l) 之標準生成焓(The standard enthalpy of formation)分別為 -393.51 和 -285.83 kJ mol-1。氣體常數 R為 8.314 JK-1mol-1。(分子量：H = 1.0, C = 12.0, O = 16.0) 0.6000克之固態化合物Q與過量的氧在卡計(bomb calorimeter)中燃燒，卡計中最初含25.000 的水710.0克，完全反應後，溫度變為
3、27.250 ，並產生1.5144克之CO2(g)及0.2656克之H2O(l)。1-1. 由計算決定化合物Q之分子式，並寫下其燃燒之平衡方程式，同時表示出各物質之正確狀態。若水之比熱4.184 J.g-1K-1及此反應之內能變化(Uo)為 -3079 kJmol-1。1-2. 計算卡計之熱容量(the heat capacity of the calorimeter) (不包含水)。1-3. 計算化合物Q 之標準形成焓(the standard enthalpy of formation) (DHf o)。B部分下列數據為 6 化合物Q於苯(benzene)及水層之分布，CB及Cw 為化合物
4、Q分別於苯及水層之平衡濃度(equilibrium concentrations)， 假設Q在本中為唯一存在的物種，且與濃度和溫度無關。 濃度， (mol L-1)CBCW0.01180.04780.0981 0.1560.002810.005660.008120.01021-4. 由計算結果推算化合物Q於苯中主要為單體(monomer)呢？還是二聚體(dimer)呢？(假定Q於水中是單體) 一理想溶液之凝固點下降(freezing point depression)可以下式表示：其中Tf 為溶液之凝固點(freezing point)，Tf0 the 為溶劑之凝固點，DHf the為溶劑之熔
5、化熱(heat of fusion)，XS 為溶質之莫耳分率。苯之分子量為78.0 g mol-1。1大氣壓純苯於5.40 凝固，苯之熔化熱為9.89 kJ mol-1.。 1-5. 計算含0.244 克之Q化合物於5.85 g克之苯中形成溶液時，其凝固點(Tf)在一大氣壓下為何？問題 2 A部分二質子酸H2A的解離反應如下：H2A HA- + H+ ； K1 = 4.50 x 10-7 HA- A2- + H+； K2 = 4.70 x 10-11 20.00 mL之Na2A與NaHA之混合水溶液，以0.300 M之鹽酸滴定之。 於滴定過程中使用玻璃電極之pH計(pH meter)追蹤，滴定
6、取線之二組數據記錄如下：所加入鹽酸之體積(mL) pH 1.00 10.33 10.00 8.342-1. 加入1.00 mL之HCl後，混合水溶液中那一種離子最先反應？那一種離子成為產物？2-2. (2-1) 中的產物之產量是多少mmol？2-3. 寫出 (2-1) 中的產物與溶劑反應的主要平衡方程式？ 2-4. Na2A與NaHA 原有存在之量為多少mmol？ 2-5. 計算反應至第二當量(second equivalence point) HCl 的總體積為多少？ B部分I、 II 與 III之溶液中含一pH指示劑HIn (KIn = 4.19x10-4) 與其他列於下表之試劑。上述溶液
7、於 400 nm 之吸收度(absorbance)液列於下表。其中CH3COOH之 Ka 為1.75 x 10-5。表： 溶液I 溶液 II 溶液 IIIHIn指示劑之總濃度(M) 1.00 x 10-5 M 1.00 x 10-5 M 1.00 x 10-5 其他試劑 1.00 M HCl 0.100 M NaOH 1.00 M CH3COOH於400 nm之吸收度 0.000 0.300 ？2-6. 計算溶液 III於400 nm之吸收度。2-7. 將溶液 II 與溶液 III以1：1之體積比混合後，除了 H2O、H+ 及 OH- 外，寫出於混合溶液中全部可能存在之化學物種。2-8. (2
8、-7) 中的混合溶液於400 nm之吸收度(absorbance) 為何？2-9. (2-7) 中的混合溶液於400 nm之穿透度(transmittance)為何？問題 3 一種自然的衰變鏈起始於 ，而結束於穩定的 。3-1. 此系列中有多少貝他衰變 (b- decays)？將其計算過程寫出。3-2. 完成此衰變鏈有多少能量被釋放出來(以MeV為單位)？3-3. 以瓦(watts)為單位計算1.00 kg的232Th (半生期t1/2 = 1.40 x 1010 年)之能量生成速率。 (1W = J s-1)3-4. 228Th為釷系列之一員，當1.00 g之228Th (半生期t1/2 =
9、 1.91年)存於容器中20.0年，於0 C及1大氣壓下將產生多少cm3 的氦(helium)？中間物核種之半生期比起228Th的半生期短得多3-5.於分離後得釷系列之一員，並發現此核種含1.50 x 1010 個原子，以每分鐘3440個原子的速率衰變(disintegrations per minute)，以年為單位計算其半生期。計算所須之原子量如下所列： = 4.00260 u， = 207.97664 u， = 232.03805 u ；1u = 931.5 MeV 1MeV = 1.602 x 10-13 J NA = 6.022 x 1023 mol-1 理想氣體於 0C及1大氣壓下
10、之莫耳體積為 22.4 L.mol-1。問題4 配位基 L 可與許多過渡金屬形成錯合物，配位基 L的形成是以雙啶(bipyridine)、冰醋酸與雙氧水混合於70-80 加熱3小時反應而得，最後產物 L 為細針狀，其分子量為188。啶進行類似之反應如下：L 與金屬Fe 和金屬Cr 所形成之錯合物的分子式分別為FeLm(ClO4)n3H2O (A) 與 CrLxCly(ClO4)zH2O (B)。其元素分析與物理性質列於下表 4a與4b，而顏色與波長之關係列於表4c。表4a 元素分析(Elemental analyses)錯合物元素分析 (重量百分率，wt.%)AFe 5.740， C 37.0
11、30， H 3.090， Cl 10.940， N 8.640BCr 8.440， C 38.930， H 2.920， Cl 17.250， N 9.080使用下列資料：原子序： Cr = 24， Fe = 26 原子量： H = 1，C = 12， N = 14，O = 16，Cl = 35.45，Cr = 52， Fe = 55.8 表 4b 物理性質(Physical property).錯合物磁矩(Magnetic moment) ,m (B.M.)顏色A6.13 黃色B未測量紫色表 4c： 波長與顏色之關係吸收之光波長 ( nm )及顏色互補色400 (紫)黃綠450 (藍)黃49
12、0 (藍綠)橘500 (綠)紅570 (黃綠)紫580 (黃)藍600 (橘)藍綠650 (紅)綠 4-1. 寫出L之分子式。4-2. 假如L為雙牙團(bidentate)螯合支配位基，畫出雙啶之結構，且L之結構亦須畫出。 4-3. 配位基L具有電荷嗎？若有其淨電荷為何？ 4-4. 當一分子的L與金屬(M)結合後，畫出所形成錯合物之結構，其中配位的原子必須清楚地表示出來。4-5. 從表4a所列之數據，決定A的實驗式( empirical formula)。錯合物FeLm(ClO4)n3H2O中m及n之值為何？ 以IUPAC表示法 (IUPAC notation)寫出 A之完整分子式。當A溶解於水中時陽離子與陰離子之數目比為何？4-6. Fe於
