第四届Chemy化学奥林匹克竞赛联赛试题答案
（2017年4月28日19:00~22:00）
题号 满分 得分 评卷人 1 8 2 12 3 8 4 9 5 9 6 10 7 11 8 10 9 11 10 12 总分 100 ·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。
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H He 相对原子质量 1.008 4.003 Li Be B C N O F Ne 6.941 9.012 10.81 12.01 14.01 16.00 19.00 20.18 Na Mg Al Si P S Cl Ar 22.99 24.31 26.98 28.09 30.97 32.07 35.45 39.95 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 39.10 40.08 44.96 47.88 50.94 52.00 54.94 55.85 58.93 58.69 63.55 65.41 69.72 72.61 74.92 78.96 79.90 83.80 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 85.47 87.62 88.91 91.22 92.91 95.94 [98] 101.1 102.9 106.4 107.9 112.4 114.8 118.7 121.8 127.6 126.9 131.3 Cs Ba La－Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 132.9 137.3 Lu 178.5 180.9 183.8 186.2 190.2 192.2 195.1 197.0 200.6 204.4 207.2 209.0 [210] [210] [222] Fr Ra Ac－Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo [223] [226] La La Ac Ce Th Pr Pa Nd U Pm Sm Np Pu Eu Gd Tb Bk Dy Cf Ho Es Er Tm Yb No Lu Lr Am Cm Fm Md 第1题（8分）
在恒星中，当聚集成一团的氢和氦原子的温度达到107K时，就会发生一连串的热核反应。其中一个反应是四个质子聚合为一个氦核的反应，总反应为41H=4He+2e++2νe，这个反应经过了2H、3He两个中间体，最后一步为两个3He的核反应。
已知：A(1H)=1.007825，A(2H)=2.01410，A(3He)=3.01603，A(4He)=4.002603，A(e)=0.000549。
c=2.9979×108m·s-1，e=1.6022×10-19C，NA=6.0221×1023。
1-1写出三步的核反应方程式，已知电子中微子伴随着正电子生成。
1-11H+1H=2H+e++νe（0.5分） 2H+1H=3He（0.5分） 3He+3He=4He+21H（0.5分） 1-2假设两个电子中微子各带走了0.25MeV的能量，其余能量以辐射的形式放出，求出总反应辐射的总能量。
1-2ΔA=2.01410+0.00055?2×1.007825=?0.001，ΔE=?ΔAc2/NAe=0.93MeV ΔA=3.01603?1.007825?2.01410=?0.005895，ΔE=5.49MeV ΔA=4.00260+2×1.007825?2×3.01603=?0.01381，ΔE=12.86MeV 总反应：ΔA=4.00260+2×0.00055?4×1.007825=?0.02760，ΔE=25.71MeV（1分） ΔE’=ΔE?2×0.25MeV=25.21MeV（0.5分） 注意：只有总反应需要考虑中微子带走的能量，因为计算的是各步反应的能量变化，而不是辐射的能量。 1-3在某些恒星中，这一反应可以被碳、氮、氧三种元素的同位素循环催化。已知：催化循环的第一步和最后一步分别为12C与质子的反应和15N与质子的反应，第二步和第五步是两个β+衰变。
核素 12C 13C 14C 原子量 12.000000 13.003355 14.003242 核素 13N 14N 15N 原子量 13.005739 14.003074 15.000109 核素 14O 15O 16O 原子量 14.008596 15.003066 15.994915 1-3-1根据题中所给信息，写出一条包含六个反应的催化循环。
1-3-1（1）12C+1H→13N；（2）13N→13C+e++νe；（3）13C+1H→14N；（4）14N+1H→15O；（5）15O→15N+e++ν；151124e（6）N+H→C+He（2分） 1-3-2你认为什么样的恒星中会存在这种催化循环，说明理由。
1-3-2通过旧恒星残留下的元素形成的恒星，这样的恒星中存在较多的较重元素（例如太阳）。（1分） 1-4如果一对正负电子发生湮灭，会放出的能量是多少？如果能量通过一对光子放出，光子的波长是多少？已知：h=6.626×10-34J·s
1-4ΔE=1.023MeV。（1分）波长为2.42pm。（1分） 第2题（12分）
2-1在Pt管中将AgF加热到513K，通入NO2Cl气体发生反应，写出反应的化学方程式，并指出反应的动力。
2-1AgF+NO2Cl=AgCl+NO2F（1分）；AgCl比AgF稳定（HSAB），不能答AgCl沉淀促进平衡，因为不是溶液中的反应。（1分） 2-2将Fe(CO)5加入到NaOH溶液中，反应得到一种阴离子含Fe33.07%的钠盐，写出反应的化学方程式。
2-2Fe(CO)5+3NaOH=Na[HFe(CO)4]+Na2CO3+H2O（2分） 2-3醋酸铜-联苯胺试纸可以用来检验空气当中的HCN，若空气当中有HCN，可以使湿润的试纸变蓝。写出反应的方程式，并指出为何检验时试纸应湿润？
2-3 +2CuAc2+2HCN=+2CuCN+4HAc（2分） 水先吸收HCN，再与醋酸铜和联苯胺反应，水作为流动相，吸收气体溶解固体，促进两相（气相和固相）物质反应。（1分） 2-41molSiF4分别和1molNH3、2molNH3反应，画出产物并分别指出产物中Si的杂化形式。
2-4SiF4+NH3=H3N→SiF4（1分），sp3d杂化（0.5分） H3N→SiF4+NH3=H3N→SiF4←NH3（1分），sp3d2（0.5分） 2-5ZnCl2的水溶液能够溶解FeO，生成了一种盐，已知该盐当中阴阳离子比例并非1：1，写出生成盐的化学式。
2-5FeO+2H[ZnCl2(OH)]=Fe[ZnCl2(OH)]2+H2O（2分） 第3题（8分）
在反应MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2+2H2O中，c(H+)=c(Cl-)，气体分压为101325Pa，假定其他离子浓度均为1mol·L-1，实验员欲使反应自发进行，通过理论手段对于该反应能够进行的盐酸最低浓度进行了计算，并记录了如下求盐酸最低浓度的方法： 对于该反应而言，能够自发进行，即使得ΔG<0，而ΔG=-RTlnK，即需使K>1反应即可自发进行。列出平衡常数表达式K，由[H+]=[Cl-]，解得[H+]<1mol·L-1，即求得盐酸最高浓度为1mol·L-1，也就是说，如果盐酸浓度高于1mol·L-1，根据实验员的求法，该反应无法自发进行。
3-1根据实验员的求法，我们发现与我们的认知不同。我们知道，二氧化锰和浓盐酸反应需要在加热条件下进行，用1mol·L-1的盐酸和二氧化锰混合加热反应无法进行。
是我们的认知出现了偏差还是实验员的计算方法错误，为什么？
3-1对于任意一个状态下的反应，ΔG=-RTlnQ，而在平衡的特殊状态下，K=Q，但是如果反应自发，应该Q
3-2查表得φ?(MnO2/Mn2+)，φ?(Cl2/Cl-)，反应自发进行时，E=0。 由Nernst方程，E=φ?(MnO2/Mn2+)-φ?(Cl2/Cl-)–RTlnQ?/(2F)。 Q?表示成浓度商，带入Nernst方程，解得c(HCl)。（4分） 合理方法和答案均可得分。 第4题（9分）
某实验室用如下方案测定KBF4的含量：
准确称取0.6914g熔融的苯甲酸，溶于20mL中性乙醇中，在酚酞指示下以NaOH溶液滴定，消耗NaOH溶液23.40mL。称取0.3483gKBF4样品，用50mL水溶解，控温至25°C，加1滴甲基橙，用上述NaOH溶液滴定至黄色，消耗NaOH溶液0.26mL，加入30mL中性300g·L-1CaCl2溶液，摇匀，加150mL水，回流3分钟，冷却后加入25.00mL上述NaOH溶液，重新加热回流50分钟，冷却后用NaOH标准溶液滴定至终点，消耗NaOH溶液8.50mL。 4-1为什么不能用水溶解苯甲酸？
4-1苯甲酸在水溶液中溶解度小。（1分） 4-2试写出加入CaCl2后发生的反应的方程式。
4-22Ca2++BF4-+3H2O=3H++H3BO3+2CaF2（2分） 4-3为什么要反复煮沸溶液？
4-3为使BF4-完全水解，充分释放出F-离子。（1分） 4-4试计算样品中KBF4的含量。
4-4c(NaOH)=m(苯甲酸)÷[M(苯酸)×V1(NaOH)]=0.6914g÷(0.02340L×122.118g·mol-1)=0.2420mol·L-1（2分） ω(KBF4)=M(KBF4)×c(NaOH)[V2(NaOH)+V3(NaOH)]÷[3×m(样品)]=97.69%（3分） 甲第5题（9分）
“胡粉”是中国古代妇女使用的化妆品。《天工开物》中记载，“胡粉投入炭炉中，仍还熔化”，生成A、二氧化碳和水蒸气。A难溶于水，但可与较稀的硝酸反应，得
到无色溶液B并放出气体。向溶液B中逐渐加入氢氧化钠溶液，先生成白色沉淀C，后沉淀溶解得到无色溶液D。向溶液D中加入氢氧化钠和次氯酸钠的混合溶液，得到棕黑色沉淀E。在隔绝空气的情况下，将E加热到605°C，会逐渐放出氧气并得到黄色固体F。F能完全溶于硝酸，仍得到溶液B。 5-1写出“胡粉”的化学名称。
5-1碱式碳酸铅。（1分） 5-2写出A~F的化学式。
5-2A：Pb（1分）B：Pb(NO3)2（1分）C：Pb(OH)2（1分）D：NaPb(OH)3（其他合理形式亦可）（0.5分）E：PbO2（0.5分）F：PbO（0.5分） 5-3写出D与氢氧化钠和次氯酸钠反应，得到E的反应方程式。
5-3Pb(OH)3-+ClO-=PbO2+Cl-+H2O+OH-（1.5分） 5-4黄色F在温度较低时会转变为另外一种晶型，晶型的转变是熵增还是熵减过程？
5-4熵减。（1分） 5-5《本草纲目》记载，胡粉有毒，参与生产的工人“必食肥猪犬肉”。请解释为什么食用肉类能减缓胡粉中毒。
5-5肉类富含蛋白质，蛋白质中的巯基可与铅离子结合。（答重金属离子使蛋白质变性亦可）（1分） 第6题（10分）
晶体X只含钠、镁、铅三种元素。在不同的温度和压力下，晶体X呈现不同的晶相。α-X是一种六方晶系的晶体，而γ-X是立方晶系的晶体。在α-X中，镁和铅按1：1的比例形成类似于石墨的层状结构，钠填在层间。在γ-X中，铅做立方最密堆积，其余两种原子填满所有的四面体空隙和八面体空隙。 6-1给出X的化学式。
6-1Na2MgPb（2分） 6-2画出一层α-X的结构。
6-2
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