第35届国际化学奥赛预备题

高考资源网（），您身边的高考专家欢迎广大教师踊跃来稿，稿酬丰厚。题质子-反质子原子实验和理论工作表明，每一种基本粒子如质子（P）和电子（e）都存在其反粒子，两者仅某一性质不同，质量相等。反电子（又名正子）呈正电荷而反质子呈负电荷。由反粒子组成的反物质至今尚未发现。然而，2002年已在实验室里制出了由正子和反质子相互吸引形成的反氢原子[Nature419,456(2002)]。若质子和反质子结合组成一个原子（p），将更为稀奇了。设p类似于氢原子，试问：1－1．它的电离能和玻尔半径多大？1－2．它从基态到第一激发态需要多大的波长的光子来激发？第2题轮烯[18]-轮烯（C18H18）的晶体结构早已用X-射线晶体学测定[ActaCryst.19,227(1965)]。下图给出了轮烯分子平面中的电子密度分布，图中的等高线间隔为1e.A-3。该分子的吸收光谱也已研究过。其最大吸收的位置可用环中粒子模型来估算。该粒子沿环壁移动的能量为En=h2N2/2meL2,式中h为普朗克常数，me为电子质量，L为电子移动的全程，N为量子数，取整数值0,±1,±2,±3,...，其中除N=0的简并度为1外，其余的能级都是二重简并的。假设碳原子间的平均键长为1.40A，求最低电子跃迁的波长。第3题化学键：O22+阳离子分子O22+是一种奇特的分子，是否存在尚属未知。也许可设想两个O+阳离子相互靠拢将相互排斥导致体系的能量升高，以致O22+的形成是不可能的。然而，早在二十世纪六十年代初已经在实验中观察到O22+的存在。这意味着，尽管静电斥力在短距离时是重要的，然而共价键一定非常强大，超过静电斥力而使体系稳定。据认为，该分子中的O+提供3个未成对p电子，配对而生成[O≡O]2+。下图给出了该分子的势能曲线。人们根高考资源网（），您身边的高考专家欢迎广大教师踊跃来稿，稿酬丰厚。据该曲线的形状而常称它为“火山型势能”。回答如下问题：3－1．两个O+阳离子碰撞形成O22+至少需要多大的动能？3－2．在热力学上O22+是否稳定？YesNo3－3．在动力学上O22+是否稳定（介稳）？YesNo3－4．使O22+发生解离需要多大的能量？3－5．有报道说O22+可用于储存能量。若真如此，每个O22+分子可以储存多大能量？3－6．O+－O+的键长多大？3－7．为形成O22+，两个O+离子相互靠拢的最近距离是多少？第4题电化学：镍镉电池密闭的镍镉电池（“Nicad”）广泛用于各种无线器具，如移动电话、摄像机、笔记本电脑等。Ni-Cd电池经济效益高，循环寿命长，在高温和低温下放电性能好。它无须维修，可充电2000次。典型的Ni-Cd电池由如下两个半电池组成：Cd(OH)2(s)+2e-→Cd(s)+2OH-EI=－0.809VNiO(OH)(s)+2H2O+2e-→2Ni(OH)2(s)+2OH-E2=－0.490VEI和E2是25oC下的标准电极电势。高考资源网（），您身边的高考专家欢迎广大教师踊跃来稿，稿酬丰厚。回答如下问题：4－1．电池的阴极发生什么反应？写出其电极电势的Nernst方程。4－2．电池的阳极发生什么反应？写出其电极电势的Nernst方程。4－3．写出电池自发放电反应的配平的化学方程式。4－4．计算25oC下电池的电动势E。4－5．一手机的Ni-Cd电池的额定电容量为700mAh,问：电池含Cd的质量多大？第5题锅炉某中等大小的公寓住宅里装备了一个冷天提供热水的加热炉（锅炉），其额定功率为116kW。该建筑物有一个4m3的燃油储罐。燃油通常由液态饱和重烃组成，其燃烧焓为43000kJ/kg，密度约0.73g/cm3。5－1．指出用来加热热水器的一罐燃油可以连续使用多久？A.5hB.2.2dC.12dD.3.3星期E.2.1月5－2．加热器操作过程中每小时将产生并向大气释放约多少CO2？A.300gB.1kgC.5kgD.10kg3.30kg第6题硝酸铵在基础化学课程里有一个演示实验：在一绝热容器里将NH4NO3和水混合。现将80gNH4NO3与1kgH2O相混合，起始温度均为0oC。试确定体系的终态。已知：液态水的热容为76J·mol-1·K-1，水的熔化焓为6.01kJ·mol-1，NH4NO3在水中的溶解焓为25.69kJ·mol-1，水的冰点下降常数为1.86K·kg·mol-1。6－1体系终态温度为：A.1.86KB.3.72KC.3.72oCD.1.86oCE.3.72oCF.3.72KG.1.86KH.1.86oCI.3.83oC6－2体系终态含：A.一种液相和一种固相B.一种液相和2种固相C.一种液相D.一种固相E.2种液相F.2种固相G.2种液相和1种固相6－3混合过程属于(选择所有适合的选项)：诱发过程自发过程可逆过程不可逆过程用任何方法不可能分离其组分的过程绝热过程非绝热过程等压过程等温过程等容过程等焓过程等能过程6－4体系的熵变（∆S）为：A.0B.=0C.0D.不能确定第7题二氧化碳CO2灭火器为含压力高于1atm的CO2的金属罐。已知：CO2的临界点Pc=高考资源网（），您身边的高考专家欢迎广大教师踊跃来稿，稿酬丰厚。，Tc=304.14K；三相点P3=5.1850bar，T3=216.58K[见NISTWebbookofChemistry,CRC]。设室温为25oC。7－1．若灭火器内固态CO2和液态CO2共存，需多大压力？A.2barB.5.185barC.20barD.73.8barE.任何压力均不可能7－2．若灭火器内液态CO2和气态CO2共存，需多大压力？A.约2barB.5.1850barC.约20barD.约63barE.73.8barF.约100barG.任何压力下都不可能。第8题铁的晶体已知铁有如下几种晶型：α-Fe,体心立方（bcc）,晶胞边长2.87A，25oC下密度7.86g/cm3；γ-Fe，高温变体，面心立方（fcc）,晶胞边长3.59A。1．计算α-Fe中铁原子的半径并用以估算阿伏加德罗数，假设铁原子是在体对角线上相互接触的。2．计算γ-Fe中铁原子的半径和γ-Fe的密度，假设铁原子在面对角线上是相互接触的。3．假设在α-Fe的面心空隙里有十分匹配的非铁填隙原子[即其中之一的原子坐标为(1/2,0,1/2)]，它们跟晶胞中心的铁原子的表面恰好接触，问：填隙原子的半径多大？4．若发生类同3的情形，计算完美匹配地填入γ-Fe晶胞中心的填隙原子的半径。5．已知碳原子的半径为0.077nm,问：跟(3)和(4)的填隙原子相比，碳原子大了多少？6．平行于晶胞的面而切过晶胞的棱中心的面（跟与之平行的一系列面）称为(200)面，设有一单色X-射线射入α-Fe晶体并在这套面上发生衍射，衍射角为32.6o，计算X-射线的波长。第9题环糊精环糊精是环状的（多）糖，由6、7、8个葡萄糖单元形成的环糊精分别称为α-.β-和γ-环糊精。左图为β-环糊精，红色为O原子，黑色为碳原子，氢原子被略去；右图表明，环糊精可以看作一具有疏水孔穴和布满羟基的亲水外壳的去顶锥体。高考资源网（），您身边的高考专家欢迎广大教师踊跃来稿，稿酬丰厚。许多疏水分子可被环糊精捕获于其孔穴中，形成包合物。如：欧洲油橄榄果蝇（DacusOleae）的信息素分子被环糊精包合的结构①环糊精的这种性质与它们是天然水溶性产物的事实相结合，使之具有许多潜在应用价值，特别是用作药物载体。用X-射线晶体学测定了一种经验式为C42H70O35·C12H12N2·12H2O的环糊精包合物的晶体结构，获知该晶体的空间群为P21，晶胞参数为a=15.393(7)A,b=31.995(12)A,c=15.621(7)A,β=103.738(15)o,(α=γ=90o；数尾括号内的数字为测定值最后1或2位的不确定性)。每个晶胞含4个包合物分子(每个不对称区含2个包合物分子)。问：包合物分子的体积(A)和晶体的密度。第10题红外光谱10－1．CO,H2O,苯，C60分子分别有多少种振动模式？为每种分子选取最合适的答案。A.1B.2C.3D.4E.约30F.54G.120H.174I.720J.因信息提供不足而难以确定。10－2．现有2种未知双原子分子在红外图谱中都只呈现一个单一的振动吸收峰。分子XY的吸收比分子WZ的吸收频率高。如下表述哪些是正确的？i．XY和WZ都是异核分子。ii．XY具有比WZ更强的键。①译者注：DacusOleae，欧洲油橄榄果蝇，详见。iii．XY的质量比WZ的大。iv．XY的本征振动频率高于WZ。（本题的以下内容不知其涵义，原文照录以资存档）A.1B.2C.3D.4E.1和2F.1和3G.1和4H.2和3I.2和4J.3和4K.1，2和3L.1,2和4M.1,3和4N.2,3和4O.1，2，3和4P.以上所有都不正确。第11题放射性和化学反应性高考资源网（），您身边的高考专家欢迎广大教师踊跃来稿，稿酬丰厚。给出以下各问的肯定（yes）或否定（no）的答案：11－1．γ-射线在本质上是不是电磁波？11－2．原子序数大于83的核素有没有非放射性的？11－3．原子序数小于82的元素是否存在放射性同位素？11－4．稀有气体能否与其他元素形成化合物？11－5．Cs是不是最容易电离的非放射性元素？第12题碳断代术14C是半衰期t1/2=5700a的碳的放射性同位素。它存在于自然界中，是大气中的氮原子和宇宙射线产生的中子发生核反应的产物。我们假定数千年间14C的生成速率保持不变，并等于其衰变速率，因此，大气中14C的量处于稳态。因此，14C总是伴随着大气中的12C和13C，不可辨认地参与所有涉及碳的化学反应。它与氧形成的CO2通过光合作用进入所有活着的生物体内，以恒定的14C/12C比来标记生物体中的有机分子。但生命体死亡后的样品如蚕丝、头发中的14C/12C比不再是常数，会因14C的不断衰变而减小。这一事实可用于断代。活的生命体中每克总碳量的14C的特征放射性强度为0.277Bq(贝克莱尔bequerel的缩写，放射性的单位),1Bq=1dps(dps为每秒衰变次数disintegrationpersecond的字头缩写)。12－1．取自某生物的样品中的14C/12C比为活生物体中该比值的0.25，求该样品的生物死亡的年代。12－2．14C如何衰变？12－3．活的生物体中含14C的有机分子（例如DNA,蛋白质等）因14C发生衰变将发生什么变化？12－4．计算体重为75kg的人体内14C的放射性以及14C原子的数目，已知人体内碳原子的总量为人体的18.5%。第13题铀铀（U,Z=92）是一种天然放射性元素，它是238U（同位素丰度99.3%,半衰期t1/2=1.47x109a）和235U（同位素丰度0.7%,半衰期t1/2=7.04x108a）的混合物。它们形成于元素演化（核合成）时期，均为α-射线源。它们连续地释放出α-粒子（4He2+）和β-粒子而渐次蜕变，但顺序不同，由此形成两个天然放射性元素蜕变系列（radioactiveserie,此外还有一个天然放射性元素蜕变系列），蜕变系列的最终产物分别为Pb（Z=82）高考资源网（），您身边的高考专家欢迎广大教师踊跃来稿，稿酬丰厚。。每一次蜕变同时放出γ-射线，但对元素的蜕变没有影响。相比之下，235U比238U更不稳定，更容易吸收热中子而发生裂变，该事实使235U成为核