【化學(xué)競(jìng)賽試題】2001-2010年十年化學(xué)賽題重組卷9（平衡）

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2001-2010年十年化學(xué)賽題重組卷9 溶液和反應(yīng)中的平衡 【初賽要求】 1. 氣體。理想氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。理想氣體狀態(tài)方程。氣體常量R。環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)壓力和體系標(biāo)準(zhǔn)壓力。氣體密度。分壓定律。氣體相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定原理。氣體溶解度（亨利定律）。 2.溶液。溶液濃度。溶解度。濃度與溶解度的單位與換算。溶液配制（選擇儀器的選擇）。重結(jié)晶的方法及溶質(zhì)/溶劑相對(duì)量的估算。過濾與洗滌(洗滌液選擇、洗滌方式選擇)。重結(jié)晶和洗滌溶劑（包括混合溶劑）的選擇。膠體。分散系的連續(xù)相。膠體的形成和破壞。膠體的分類。膠體的基本結(jié)構(gòu)。 3.化學(xué)平衡。平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率。弱酸、弱堿的電離常數(shù)。溶度積。利用平衡常數(shù)的計(jì)算。熵（混亂度）的初步概念及與自發(fā)反應(yīng)方向的關(guān)系。 【決賽要求】 1.標(biāo)準(zhǔn)自由能與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系。克拉貝龍方程及其應(yīng)用(不要求微積分)。 2.稀溶液通性（不要求化學(xué)勢(shì)）。 3.酸堿質(zhì)子理論。緩沖溶液的基本概念。典型緩沖體系的配制和pH值計(jì)算。利用酸堿平衡常數(shù)的計(jì)算。溶度積原理及有關(guān)計(jì)算。 第1題（9分） 用α粒子撞擊鉍－209合成了砹－211。所得樣品中砹－211的濃度＜10－8mol/L，砹－211同位素半衰期較長，足以用它來研究砹的化學(xué)性質(zhì)。 1-1 寫出合成砹的核反應(yīng)方程式。 。 1-2 已知室溫下用CCl4萃取I2的分配系數(shù)為cI2(CCl4)/cI2(H2O)＝84，預(yù)計(jì)用CCl4萃取AtI的分配系數(shù)cAtI(CCl4)/cAtI(H2O) 84（填＞，＜或＝）；理由是 。 1-3 已知I2＋I(xiàn)－I3－的平衡常數(shù)K＝800，可推斷AtI＋I(xiàn)－AtI2－的平衡常數(shù) K 800（填＞，＜或＝）；依據(jù)是 。 1-4 在AtI中加入I2和I－的混合溶液，滴加AgNO3溶液，發(fā)現(xiàn)所得沉淀中只有AgI而沒有共沉淀的AgAt（如果有AgAt，必然會(huì)被共沉淀），然而在上述產(chǎn)物中加入Pb(IO3)2卻發(fā)現(xiàn)有砹的共沉淀。寫出有關(guān)化學(xué)方程式，解釋上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 1- 5 已知室溫下ICH2COOH的pKa＝3.12，由此可推斷AtCH2COOH的pKa 3.12（填＞，＜或＝）；理由是 。 第2題（8分） Xe和F2反應(yīng)，可得三種氟化物，視反應(yīng)條件而定。下圖表述的是將0.125mol/L Xe和1.225mol/L F2為始態(tài)得到的生成物在平衡體系內(nèi)的分壓與反應(yīng)溫度的關(guān)系。 2-1 應(yīng)在什么溫度下制備XeF2和XeF4？ 2-2 Xe和F2生成XeF6和XeF4，哪個(gè)反應(yīng)放熱更多？說明理由。 2-3 為有效地制備XeF2，應(yīng)在什么反應(yīng)條件下為好？簡(jiǎn)述理由。 第3題 （5分） 下面四張圖是用計(jì)算機(jī)制作的在密閉容器里，在不同條件下進(jìn)行的異構(gòu)化反應(yīng) X?Y 的進(jìn)程 圖解。圖中的“ ”是X，“ ”是Y。 A B C D 3-1 圖中的縱坐標(biāo)表示 （填入物理量，下同）；橫坐標(biāo)表示 。 3-2 平衡常數(shù)K最小的圖是 。 3-3 平衡常數(shù)K最大的圖是 。 3-4 平衡常數(shù)K=1的圖是 。 第4題(6分) 交警為確定駕駛員是否酒醉后駕車，常采用呼吸測(cè)醉分析法。在310K時(shí)取50.0cm3被檢測(cè)人的呼吸樣品鼓泡通過酸性重鉻酸鹽溶液。由于乙醇的還原作用產(chǎn)生了3.3010－5mol Cr(Ⅲ)，重鉻酸鹽的消耗可用分光光度法測(cè)定。法律上規(guī)定血液中的乙醇含量超過0.05％(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))便算酒醉。請(qǐng)回答以下問題： 4-1 寫出以上檢測(cè)反應(yīng)的離子方程式. 4-2 請(qǐng)通過計(jì)算確定此人是否為法定的酒醉。計(jì)算中假定：310K時(shí)，含有0.45％乙醇的血液上面乙醇的分壓為1.00104Pa。 第5題(6分) 提出查理定律的查理很幸運(yùn)，碰巧開始時(shí)沒有以N2O4來研究氣體行為，否則他或許會(huì)得出一種相當(dāng)特殊的溫度效應(yīng)。 對(duì)于平衡N2O4(g)2NO2 (g)，在 298K時(shí)其Kp= 0.1 pθ，而，α為N2O4的離解度，p為平衡體系的總壓。假設(shè)，298 K時(shí)，查理把0.015 mol的N2O4放于一只2.4410m3的燒杯中，當(dāng)離解達(dá)到平衡后，他將看到平衡壓力等于0.205pθ。其對(duì)應(yīng)的α = 0.33 5-1 在保持體積不變的前提下，查理做把溫度升高10％的實(shí)驗(yàn)，即把溫度升高至328K。根據(jù)理想氣體定律，其壓力也應(yīng)只增大10％，即等于0.226pθ，但查理發(fā)現(xiàn)這時(shí)的壓力為0.240pθ。自然，問題是出在N2O4的離解度增加上了。試求此時(shí)的α和Kp。 5-2 若NO2在298K下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成自由能為51.463kJmol，試計(jì)算N2O4在298K下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成自由能。 第6題（10分） 某一元有機(jī)弱酸HA 1.000g，溶于適量水后，用儀器法確定終點(diǎn)，以0.1100 mol/L NaOH滴定至化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)，消耗24.60ml.當(dāng)加入NaOH溶液11.00ml時(shí)，該溶液的pH=4.80.計(jì)算該弱酸HA的pKa值。 第7題（10分) 有人設(shè)計(jì)了如下甲醇(methanol) 合成工藝： 其中，①為甲烷氣源，壓強(qiáng)250.0kPa，溫度25oC，流速55.0 m3﹒s-1。②為水蒸氣源，壓強(qiáng)200.0kPa,溫度150oC，流速150.0 m3﹒s-1。合成氣和剩余反應(yīng)物的混合物經(jīng)管路③進(jìn)入25oC的冷凝器(condenser)，冷凝物由管路⑤流出。在B中合成的甲醇和剩余反應(yīng)物的混合物經(jīng)⑥進(jìn)入25oC的冷凝器，甲醇冷凝后經(jīng)管路⑦流出，其密度為0.791g﹒mL-1。 7-1 分別寫出在步驟A和步驟B中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的方程式。 7-2 假定：所有氣體皆為理想氣體，在步驟A和B中完全轉(zhuǎn)化，氣液在冷凝器中完全分離，計(jì)算經(jīng)步驟A和步驟B后，在一秒鐘內(nèi)剩余物的量。 7-3 實(shí)際上，在步驟B中CO的轉(zhuǎn)化率只有三分之二。計(jì)算在管路⑥中CO、H2和CH3OH的分壓（總壓強(qiáng)為10.0 MPa）。 7-4 當(dāng)甲醇反應(yīng)器足夠大，反應(yīng)達(dá)到平衡，管路⑥中的各氣體的分壓服從方程 式中p0=0.100 MPa, 計(jì)算平衡常數(shù)Kp。 第8題 （6分） 配制KI(0.100molL-1)–I2的水溶液，用0.100molL-1 Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)得c(I2)＝4.8510-3 molL-1。量取50.0mL KI-I2溶液和50.0mL CCl4置于分液漏斗中振蕩達(dá)平衡，分液后測(cè)知CCl4相中c(I2)＝2.6010-3 molL-1。已知實(shí)驗(yàn)溫度下CCl4從水溶液中萃取I2的分配比為85 : 1。求水溶液中I2＋I(xiàn)＝I3的平衡常數(shù)。 第9題（ 5 分） 在三個(gè)試管中盛0.020 dm3的Fe(OH)3溶膠，分別加入三種電解質(zhì)溶液（濃度為c,體積為V）使其聚沉，不同濃度所需量如下： 溶液 NaCl Na2SO4 Na3PO4 c／mo1dmˉ3 1.00 0.0050 0．0033 V／dm3 0.021 0.125 7.410ˉ3 試計(jì)算各電解質(zhì)的聚沉值（一定時(shí)間內(nèi)聚沉所需的電解質(zhì)最低濃度）、聚沉值之比。有人提出一般聚沉值大致與反離子價(jià)（膠粒帶相反電性的離子價(jià)數(shù)）的6次方成反比，根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)請(qǐng)對(duì)此規(guī)則作出評(píng)論。 第10題（10分） 二元弱酸的電離平衡常數(shù)如下:H2A?H++HA? K1 =4.5010-9 HA??H++A2? K2 =4.6810-11 用0.300mol.L-1的鹽酸滴定含有K2A和KHA的一份20.00ml溶液，滴定進(jìn)程用PH計(jì)跟蹤，滴定曲線上的2個(gè)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)如下： 加入鹽酸的毫升數(shù) PH 1.00 10.33 10.00 9.34 10-1 加入1.00ml鹽酸時(shí)，首先與鹽酸反應(yīng)的物種是什么？產(chǎn)物是什么？ 10-2 加入1.00ml鹽酸生成的產(chǎn)物有多少mmol ? 10-3 寫出4-1中產(chǎn)物與溶劑反應(yīng)的方程式，并求出該反應(yīng)的平衡常數(shù)。 10-4 請(qǐng)通過推到詳細(xì)計(jì)算出達(dá)到第2個(gè)等當(dāng)點(diǎn)是所需鹽酸的總體積。 第11題（8分） 在298K時(shí)，當(dāng)SO2在1升CHCl3中有1 mol時(shí)，液面上SO2平衡分壓為53.7 kPa；當(dāng)SO2在1升H2O中總量達(dá)1.0 mol時(shí)，液面上SO2分壓為70.9 kPa；此時(shí)SO2在水中有13％電離成H＋和HSO3－。 如今將SO2通入一個(gè)放有1升CHCl3和1升H2O的5升容器中。其內(nèi)無空氣，在298K達(dá)平衡時(shí)，已知1升H2O中的SO2總量達(dá)0.200 mol；此時(shí)H2O中的SO2有25％電離，試求通入此5升容器中的SO2共為多少摩爾？ 第12題（12分） 在給定實(shí)驗(yàn)條件下，一元弱酸HA在苯（B）和水（W）的分配系數(shù)KD=[HA]B/[HA]W=1.00。已知水相和苯相中HA的分析濃度分別為3.0510-3 和3.9610-3 molL-1。在水中，HA按HA?H++A-解離，Ka=1.0010-4；在苯中，HA發(fā)生二聚：2HA?（HA）2。 12-1 計(jì)算水相中各物種的濃度及pH。 12-2 計(jì)算化合物HA在苯相中的二聚平衡常數(shù)。 12-3 已知HA中有苯環(huán)，1.00gHA含3.851021個(gè)分子，給出HA的化學(xué)名稱。 12-4 解釋HA在苯中發(fā)生二聚的原因，畫出二聚體的結(jié)構(gòu)。 第13題 (5 分) 最近我國有人報(bào)道，將0.1 mol L-1的硫化鈉溶液裝進(jìn)一只掏空洗凈的雞蛋殼里，將蛋殼開口朝上，部分浸入盛有0.1 mol L-1的氯化銅溶液的燒杯中，在靜置一周的過程中，蛋殼外表面逐漸出現(xiàn)金屬銅，同時(shí)燒杯中的溶液漸漸褪色，并變得混濁。 13-1 設(shè)此裝置中發(fā)生的是銅離子和硫離子直接相遇的反應(yīng)，已知φ?(Cu2+/Cu)和φ?(S/S2-)分別為0.345 V和 -0.476 V，nFE? ＝RTlnK，Ｅ?表示反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)，n為該反應(yīng)得失電子數(shù)。計(jì)算25oC下硫離子和銅離子反應(yīng)得到銅的反應(yīng)平衡常數(shù)，寫出平衡常數(shù)表達(dá)式。 13-2 金屬銅和混濁現(xiàn)象均出現(xiàn)在蛋殼外，這意味著什么？ 13-3 該報(bào)道未提及硫離子與銅離子相遇時(shí)溶液的pH?，F(xiàn)設(shè)pH = 6，寫出反應(yīng)的離子方程式。 13-4 請(qǐng)對(duì)此實(shí)驗(yàn)結(jié)果作一簡(jiǎn)短評(píng)論。 5