09-18年化学奥林匹克竞赛初赛考试试题分类-热力学.docxVIP

热力学 (11年) 第6题（10分）NO2和N2O4混合气体的针管实验是高中化学的经典素材。理论估算和实测发现，混合气体体积由V压缩为V/2，温度由298K升至311K。已知这两个温度下N2O4(g) 2NO2(g)的压力平衡常数Kp分别为0.141和0.363。 6-1 通过计算回答，混合气体经上述压缩后，NO2的浓度比压缩前增加了多少倍。 6-2 动力学实验证明，上述混合气体几微秒内即可达成化学平衡。压缩后的混合气体在室温下放置，颜色如何变化？为什么？ (14年) 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 为使原料气中的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 (14年)第6题（16分）肌红蛋白（Mb）是由肽链和血红素辅基组成的可结合氧的蛋白，广泛存在于肌肉中。肌红蛋白于氧气的结合度（α）与氧分压p(O2)密切相关，存在如下平衡： Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq) （a） 其中，kA和kD分别是正向和逆向反应的速率常数。37℃，反应达平衡时测得的一组实验如右图所示。 6-1 计算37℃下反应（a）的平衡常数K。 6-2 导出平衡时结合度（α）随氧分压变化的表达式，若空气中氧分压为20.0kPa，计算人正常呼吸时Mb与氧气的最大结合度。 6-3 研究发现，正向反应速率v正＝kA[Mb]p(O2)；逆向反应速率v逆＝kD[MbO2]。已知kD＝60 s－1，计算速率常数kA。当保持氧分压为20.0 kPa，计算结合度达50％所需时间。（提示：对于v逆＝kD[MbO2]，MbO2分解50％所需时间为t＝0.693/kD） 6-4 Mb含有一个Fe(II)，呈顺磁性，与氧结合后形成的MbO2是抗磁性的。MbO2中的铁周围的配位场可近似为八面体场。 6-4-1 这一过程中Fe(II)的价态是否发生改变？简述原因。 6-4-2 写出MbO2中铁离子在八面体场中的价电子排布。 6-4-3 结合O2前后铁离子的半径是不变、变大还是变小？简述原因。 6-4-4 O2分子呈顺磁性，它与Mb结合后，价电子排布是否发生变化？简述原因。 (16年) (18年) 第 5 题（10 分） 元素同位素的类型及其天然丰度不仅决定原子量的数值，也是矿物年龄分析、反应机理研 究等的重要依据。 5-1 己知Cl有两种同位素35Cl 和37Cl，二者丰度比为 0.75 : 0.25；Rb 有85Rb 和87Rb，二者丰度比为 0.72 : 0.28。 5-1-1 写出气态中同位素组成不同的 RbCl 分子。 5-1-2 这些分子有几种质量数？写出质量数，并给出其比例。 5-2 年代测定是地质学的一项重要工作。Lu-Hf 法是上世纪 80 年代随着等离子发射光谱、 质谱等技术发展而建立的一种新断代法。Lu 有两种天然同位素：176Lu 和177Lu；Hf 有六种天然同位素：176Hf，177Hf，178Hf，179Hf，180Hf 和181Hf。176Lu 发生β衰变生成176Hf，半衰期为 3.716×1010年。177Hf 为稳定同位素且无放射性来源。地质工作者获得一块岩石样品，从该样品的不同部位取得多个样本进行分析。其中的两组有效数据如下：样本 1，176Hf 与177Hf 的比值为 0.28630(原子比，记为176Hf/177Hf)，176Lu/177Hf 为 0.42850；样本2，176Hf/177Hf 为 0.28239，176Lu/177Hf 为 0.01470。 （一级反应，物种含量 c 随时间 t 变化的关系式：c=c0e-kt或 lnc/c0=-kt，其中c0为起始含量） 5-2-1 写出176Lu 发生β衰变的核反应方程式(标出核电荷数和质量数)。 5-2-2 计算176Lu 衰变反应速率常数 k。 5-2-3 计算该岩石的年龄。 5-2-4 计算该岩石生成时176Hf/177Hf 的比值。 (18年)第 6 题（10