2014 年第28 届中国化学奥林匹克初赛试题及标准答案 第 1 页,共 9 页 第2 8 届中国化学奥林匹克初赛试题及标准答案 第1 题(6 分)合成氨原料气由天然气在高温下与水和空气反应而得。涉及的主要反应如下: (1)CH4(g)+H2O(g)→CO(g)+3H2(g) (2)2CH4(g)+O2(g) →2CO(g)+4H2(g) (3)CO(g)+H2O(g) →H2(g)+CO2(g) 假设反应产生的CO 全部转化为CO2,CO2被碱液完全吸收,剩余的H2O 通过冷凝干燥除去。进入合成氨反应塔的原料气为纯净的N2 和H2。 1 -1 为使原料气中N2 和H2 的体积比为1:3,推出起始气体中CH4 和空气的比例。设空气中O2 和N2 的体积比为1:4,所有气体均按理想气体处理。 1 -2 计算反应(2)的反应热。已知: (4)C(s)+2H2(g) →CH4(g) ΔH4=-74.8 kJ·mol-1 (5)C(s)+1/2O2(g) →CO(g) ΔH5=-110.5 kJ·mol-1 1 -1 4 份 N2,需 12 份 H2;4 份 N2 由空气引入时,同时引入l 份 O2。 由反应(2)和(3),l 份 O2 需 2 份 CH4,产生6 份 H2; 另外的6 份 H2 由反应(l)和(3)提供,再需要6/4 份 CH4; 因此,起始体系中CH4 和O2 的比例为3.5:1,故 CH4 和空气的比例为3.5:5,即 7:10。 1 -2 反应(5)×2-1 反应(4)×2,得反应(2),(2)的反应热: ΔH2=-110.5 kJ·mol-1×2-(-74.8 kJ·mol-1×2)=-71.4 kJ·mol-1 第2 题(5 分)连二亚硫酸钠是一种常用的还原剂。硫同位素交换和顺磁共振实验证实,其水溶液中存在亚磺酰自由基负离子。 2 -1 写出该自由基负离子的结构简式,根据 VSEPR 理论推测其形状。 2 -2 连二亚硫酸钠与CF3Br 反应得到三氟甲烷亚磺酸钠。文献报道,反应过程主要包括自由基的产生、转移和湮灭(生成产物)三步,写出三氟甲烷亚磺酸根形成的反应机理。 2 -1 ·SO-2 即 角型或 V 型 2 -2 -O2S—SO-2 →-O2S·+·SO-2 CF3Br+·SO-2 →·CF3+BrSO-2 -O2S·+·CF3→F3CSO-2 第3 题(6 分)2013 年,科学家通过计算预测了高压固态氮的一种新结构:N8 分子晶体。其中,N8 分子呈首尾不分的链状结构;按价键理论,氮原子有5 种成键方式;除端位以外,其他氮原子采用 3 种不同类型的杂化轨道。 3 -1 画出N8 分子的Lewis 结构并标出形式电荷。写出端位之外的N 原子的杂化轨道类型。 3 -2 画出N8 分子的构型异构体。 3 -1 3 -2 2014 年...