《1992年第24届IChO预备试题（中文）部分》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1992年第24届IChO预备试题（中文）部分（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、? 年第!期化学教育第 !届 国际化学奥林匹克预备题选译段连运北京大学化学系?# %?&国际化 学奥 林匹克理论部分?地球化学的过程可根据控制阳离子浓度的基本平衡式来描述。因此,凭借控制溶液的()值或夕 +,值,可使阳离子例如./&沉淀或溶解。在石灰石0012&岩洞中形成钟乳石和 石笋即为一例。下图表示石灰石岩洞中的情况,李李经目缪己经舟扣三牙试子书孕雀云乏冲唆唆 了节丁丁渔渔,东聋鑫渔纽弓3 4 型豁4 含滋滋尸尸,、户 曰、,汤巴, 砂5 叫, 匕6 叹曰改,7 7 7河水流经洞穴的底部。溶解的0 1.与岩洞大气达成平衡,也与同河流接触的矿物方解石0012& 达成平衡同时,雨水穿过岩洞 上
2、面的土壤流经石灰石的裂缝和接合处,到达岩洞顶部。与土壤溶液接触的8 +,的分压 2 9?#一、: ;& 远大于下面岩洞大气中8+,的分压2#9?#一!: ;&。这是因为土壤中的有机物分解可产生01.。因此,达到岩洞顶部的含钙溶 液会沉淀出00 #2,因为 此时(0 1.值已变了。岩洞内部的(01,由包括下面河流中溶解的80+2在内的平衡来决定。假定上述分压已对水进行了校正并且 忽略活性效应,请通过计算表明应该发生沉淀。所需热力学常数如下, #下8 +,的亨利常数为:;一?0+./) #) 0#2= +.一?#一于) 0+2)/)0+9,一 #一,“) 0+丁)十/0 +,一、 一, +一 #
3、2 0&0+,一&一、。一?#一”2 大气中01,含量 的增加导致全 球变暖,带来许多所谓温室效应的紧迫问题。大部分解决这些问题的建议基本上都是希望把石化燃料的消耗量减少到某种程度。但减少到这种程度会给发达国家造成惨重经济损失,同时又阻碍了发展中国家的经济发展。最近,一些科学家提出了减 少大气 中8 +,含量的另一方法,即增加南冰洋非常富养分的海水中的光合成作用。他们认为,南冰洋中有限的养分是铁,使水中的铁缺乏可增加生物活性,从而大大降低大气中8 +,的含量。铁的()图如下,该图中纵轴代表标准还原电势单位是伏特&,横轴则表示()值。图中所示 的物种是在给定()范围及标准还原电位内元素的主要形式
4、。空白条带代表水的稳定性之边界条件。 &假定我们将旧的铁船沉人南冰洋使其富含铁,那么在这些氧化能力强的海水中,铁的最终氧化态是什么 &此氧化态的铁将与海水进行酸碱 中和反应,产物是什么写出反应方程式。这将对我们的富集计划会造成什么问题 8& 在人体的滋养中存在同样的问题,“吃钉子”无法治疗缺铁的贫血症,即使胃内()值为1。因为小肠的()值是。这对于铁在何处被吸收提供什么信息 &考虑一瓶维他命来看看铁以何种形式存在。用何种形式的化学平衡可以得到铁提出某些方法,应用这种化学平衡,从天然的或可从环境中得到的化合物,在南冰洋中获得铁。&现在考虑将大量维他命丸投人南冰洋中,或利用 &中所提到的天然 的或
5、环境 中可得到的化合物。我们的计划也许仍然受到有机体的阻挠。它们将把我们的反应物新陈代谢掉。等待我们的葡萄糖酸盐或其他化合物的是何种 形式的 微生物化学结局一些细菌物种例如77+ 77& 在进行新陈代谢时不是从象葡萄糖酸盐或 &中所述的化合物 中得到能量,而是从对.十进行的同一类型的放出能量的反应中获得能量。写出这一产生能量的反应方程式,给出细菌 7 + 7 7 所产生 的固体排泄物之化学式。义义义5 卜, 落二5 ?日? ! 土#上一铁的%&(现象。下述离子的半径是)+,)./01,)23/0456,)./07+6,)89/0:一;,)./07=;,) ;,)2/0?;十)8/02 8十)2
6、8/03一)3./023一) /。作为在正 长石 中离子同晶取代的结果,下列 哪些化学式所代表的矿物可在正长石固溶体中存在7+: 3=6045:2;07+:2;01? =;01: 2;220+: =;0+:3=6 你希望发现一个稀土无素忆?的良好的矿物来源,以用作高温超导体。一厂 列 哪种矿物较可能至 少在理论上发现适当浓 度的忆?以? !的形式 存在于 # !%中&在()+&中以?+,形式存 在&在海 水 中以?./012&3形 式存在&4在 地 核 中.含大量金 属铁和镍2中以金属?存在&5在(6 789.+/2.:;,1;2沉积物中以? 789.+ /2.有一种甲虫,称为投弹手甲虫,当它
7、受到捕食者攻击时,会喷射出一种驱虫的化学物质一热的对苯二酚水溶液。它 可由甲虫体内爆炸室.) ? = 9= )6 ) 2进 行 的反 应 生成。其反应热之高足以使反应生成的水于 室中蒸发。反应后在空气中留下 固体的 对苯二酮.苯醒2,看起来如同一团烟雾。该甲虫相关的驱体构造如图所 示.62许多硅 酸盐矿物,其化学式似乎表明有: ; 1犷的 存在。例 如,绿 宝 石#)% ;0.:; 1%2艳 榴石(9.: ; 1%20。地质化学家常用下图所示的连结起来的四面体来表示绿宝石和艳榴石中的阴离子。那么,一个化学家如何重新画出这些结构中的每个四面体以表示出! 原子 和1原 子的位置化学家又如何解释绿宝
8、石和艳榴石中硅酸盐阴离子的实际结构.2你在研究正长石一. !%+!2时,发现了一些样品,其中有某些离子 的同晶取代所需要的化学物质在肺叶.2中合成并储藏在储藏室.2中 .直到甲虫受到刺激而发生喷射2。其后,这些化学物质被释放到爆炸室.2,在这里发生 迅速反 应,产物 喷射出来.正如实验者在实验里遇到爆炸时往往从爆炸:处后退一样,当捕食者面对由几乎被它吃掉的佳肴所产生的讨厌的行为 时,也要 望而却步&。所发生的反应是).1,的催化分解,反应产物是).1和# 。这一反应是氧化还原反应,有关的半反应如下,) # /.)/.一”.).+,几一/7,% 。# /.)/.叶) # ,几己一/# 。假定爆炸
9、室内1,的分压是# :;同在空气 中的分压相同&,温度为 ?=,请计算该非催化的反应所产生的电势差 双十+ 9。8 &假定在爆炸室中水仍是液体,请根据给出的热力学数据计算该反应的尸、梦、+和= 。已知,代表第三体&,7&+。/# /, &+/1。 # 可) # &)&) #,&一? %;+7一7一 表示。 &在大气 同温 层 中臭氧 发生许 多反应。尽管单个反应可能不复杂,但综合起来,这些反应构成一个非常复杂的体系。因此,有必要在实验室中得到这些基本反应步骤的速率常数,以便摸拟高空大气层中更复杂的体系,并更好地理解它。在实验室中用紫外光照射臭氧,可以测定 由下式所表示的臭氧分解速率#2浮。&/
10、# 、&。) # &一?#?,=一;+7。# ,&一.+?=一 。) #,7&一?&=一 ;+7一7;+7一? &请解释你在 &和8 &中的计算结果如何证明这一反应在热力学上是行得通的。 & 即使该反应是 自发进行的,但反应速率太低而不能产生“爆炸”结果。因此,该反应必须催化。已有人提出,该反应可能是由下列氧化还原对来催化的。/、&/一”,十、&,几一/#% %请利用上面给出的).1,分解的半反应及该氧化还原对,通过计算证明这种催化反应是如何 发生的。当 反应 进行时,矛/ &和./&的浓度又是如何在 %=地球上空2 #;处的温度&,该反应的比速率常数为2?9?#一!一,实验开始时臭氧的浓度为
11、797 +, 分子8;一2。照射2小时后,臭氧的浓度将是多少8 & %=时,该反应的半生期是多少&若该反 应 的 活化 能 是! ? ; + 7一,则 !#=时速率常数是多少射线衍射研究表明,黄铁矿 6.&的结构与食盐0 ?& 的结构相似,食盐结构中钠 被铁取代,氯被6,取代便是 6,结构。部分射线衍射数据 如下,在? %“角观察到一级衍 射,所用光波长为? !只? #一8;。这 一 测 量结果可 用以计算立方 晶胞的边长。 &若黄铁矿 的密度 为# ?8;一,由上面给出的数据计算 + 5 +常数&每个铁原子 与个硫原 子 配位形成 86八面体。这 些 八 面体共面 连接。根 据 这一事实推测
12、铁和 硫所形成的化 学键类型。 8&射线衍射表明,在6,单元 中两 个硫原子 间 的距离为 ? #入,而典型的硫离子的离子半径为2? 入,这些事实为推断6,单元中的 化学键提供了什么信息%并非每种蘑菇都可安全食用。例如,有一种蘑菇;:; 5&,含有毒性 的生物碱覃毒碱,其结构如 下,中每一摩尔该菇烯消耗2摩尔氢生成化合物0,。) ,行臭氧化反 应则生成下列 产物,0)厂一&) 一0一)匕匕)百戎).戎).巧不一)11 ), )2&七9一是卤离子& &标出该分子中的手型中心从氧原子开始按顺时针方向给各位置编号 &。&此分子有 多少 立体异构体有多 少对对映体是否有内消旋非镜象异 构体8 &假如你
13、是一位法庭化学家,面 临下述难题,有人吃 了从住家附近的树林中采回的蘑菇做成的炖菜后 死亡。此人是否 可能采了一些有毒的; :;8 5及无害的; :5 8 或者他是被添加了合成的 生物碱一一章毒碱的菜肴毒死,假设你从炖菜 中取得覃毒碱的溶液,你如何迅速判断死者究竟是不幸意外事故的受害者还是卑鄙谋杀手段的牺牲者合成+ 7 极 木蛾性 引 诱 费洛蒙(5+;+ &的 路线是,?个碳 的化合物.一1!进行断键反 应,二氢基月桂油烯产生下列化合物0 ),探戎),0),不刁)0)丫丈).书).鸽一)#1再一次应 用异戊二烯规则,决定二氢基月桂油烯最 可能 的结构。? #杀虫 剂0盯盯 7可用?一蔡酚与甲
14、基异氰酸 反应来制备+ )0)、_0二1甲基异氰酸7一蔡酚 &写 出该合成方法 的净反应,& 写 出?一蔡酚与甲基异氰酸反 应 的机理8& 在 印度的+(7发生灾难性 事故后,一种合成 杀 虫剂0盯盯7的新 方 法已开发出来,该法不需 要使用 甲基异氰酸。请简 述一种不需 要使用 甲基异氰酸而合成0盯+ 5 7的方法。? ?在对 从旧工厂遗址回收来的物质进行鉴定 时,尤其重要 的是辨别化合物的等级及特定 的 化合物。请简述辨别下列物质的方法, & 烷与醚&卤代烷和醚 8 &烯和醚 &一级醇和醚 &三级醇和 醚 &己二烯醚和乙醚。实验部分?苏打灰的测定苏打灰,即碳酸钠,是存在于自然界中的一个化合
15、物,可由索尔未 6+ 7 &法制备。它可 用来制造玻璃和肥皂,洗涤和漂 白羊毛、亚麻和棉布,制造纸浆和 纸 张,还 可用 于照相业。这些使它成为化学工业中应用最普遍 的物质之一。8弼一是一个二元弱碱,很容易用 强酸滴定法来测定它。滴定中01犷转化为)0 1了 或) 0#2。生成).0 +2时,终点很明显,特别是 在终点将溶液加热驱除溶解 的01,时同样的滴定方法可用来测定血液中)01了和0 1.的含量&。 &盐酸溶液的标定 &取?;7浓)1溶液,加蒸馏水稀释至? ,配成盐酸滴定液。 &称取2份干燥的原始基准.0 1,样品#?一#?&,分 别放人 三个爱伦 美氏57; 5& 锥形瓶,分别用 一!
16、#;7蒸馏水溶解每个样 品。向每个锥 形瓶中各滴加+2,一。此络离子被还原为未知结构的蓝色物质。此蓝色物质容易 用分光光度法定量测定。该实验中可用任何含磷酸根的物质作为磷的来源,但鸡蛋壳是一个有趣的样 品。 &样品的制备 &打破几个鸡蛋,弃去 蛋黄和 白阮。用蒸馏水清洗鸡蛋壳并将其置于 空气 中干燥一天。在钵中将蛋壳研磨成小颗粒。 &精确称取 三份 样品,每份约 )0 ?和 ;7 ).1。搅拌使其溶 解,然后转 移到?# #;7容量瓶中,稀释至刻度。 &样品的分析& 将;7溶样移到钥 酸 钱溶液 及2;7还原液由# ?一胺基一 一酚一!一磺酸,? %) 61溶液及 ;7?刀6.12溶液混合而成
17、的新鲜溶液&,稀释 到刻度,静待至 少分钟,变色后在 1;测吸光度。 &分 析稀 释的标 准 溶 液含 #;和;7? #材)0 ? 7&,作出校正曲线。任何磷 酸氢钠或钾盐均可 用来配制标准溶液。 &计 算蛋壳中磷的含 量;蛋壳&2用 滴定法测定锌及其他过渡金属以6# 为指示剂,用滴定法,可测定 种或 标准溶液的配制将纯二水合二钠 盐&在烘箱 中于#烘烤?小时。取出后置于保干器中冷却。称取约2 ?称准至毫克&放人?容量瓶中。用蒸馏水冲稀至刻度。根据称量的质量计算溶液的 准确浓度。 &样品的滴定 &将含有#?一+.;+ 7金属离子 最好选,/、./、./及+./&的盐溶解,稀释到?#;7。 &逐
18、滴滴加)2 )才缓 冲溶液,调整()值约为 +司向锥 形瓶中滴加 滴#重量&的 6指示剂,用标定的 滴定。计算样品中.或0、0+& 的毫克数。!醋的制备醋酸异戊醋常被称作香蕉油或梨树油,因为它是这些水果的气味的主要成分。该化合物很容易由醋酸和异戊醇合成。合成程序如下, &向?佣吻?圆底烧 瓶中注人巧;7#!;+7&2一甲基一7一丁醇。小心加人 #?7#2 ;+ 7&冰醋酸,再加人!;7浓硫酸,摇转使它们不 分层注 意,取放浓酸时要 小心& &向烧 瓶 中投放几块沸石,安装回流冷凝器。加热混合物,回流7小时,然后冷至室温。比&将混合物转移到分液漏斗中,加人岌地?蒸溜水。摇动,分层后弃去水相。再用
19、 ;蒸溜水洗涤有机相。山用# , #的) +2溶液分 次洗涤产品以萃取剩下的醋酸,直到用石蕊试纸试验时水相不再呈酸性,共用 ;7)0+,溶液注意,0# 的析出可引起分液漏斗 中压力升高&。&用 一;7饱和0 ?溶液分几次洗涤有机 相,然后将产品转移到伪?瓶中,用 无水硫酸镁干燥。: &干燥后,将该有机液体转人 #;7圆底烧瓶,加沸石,进行蒸馏,收集? 2和?!2之 间的馏份。,& 用红外光谱检验产品。香草醛还原为香草醇香草醛是香草精调料的主要组分。它 也可用来制其 他香 料 及 某些 重 要药物,如一+(。天然香草香精是从香草植物的果实中提取 出来的,香草植物属蓝科族。这种植物原产于 墨 西哥和中 美洲,在? 世纪被) 5 +0+ 5:带到欧洲。不过,到了?世纪,可靠的人工授粉法才发展起来以使该植物在其原产地以外结果。加工香草果或称香草豆&时,配糖体分解,生成香草醛0 ) 1氛香耀厂+ 8)2) 1今天,大量的香草醛是由从木浆中得到的木质素合成的。香草醛的还原过程如下, &在#; 7烧瓶 中放?#;? ) 0?溶液,到溶液()值为 & 在水浴上小心将绝大部分乙醇蒸掉,以浓缩产品&向混合物中添加7;7).1 & 用2一;7乙醚分步萃取产物。将它们收集起来,在无水硫酸镁上干燥 &在热水浴上小心蒸去乙醚,重得 香草醇。
