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第28届中国化学奥林匹克初赛试题

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。 1-1

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 1-2

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。 2-1 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。 2-2

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第3题 (6分) 2013年，科学家通过计算预测了高压下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4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。 3-1 3-2 画出N8分子的构型异构体。 3-2 第4题 (5分) 2014年6月18日，发明开夫拉 (Kevlar) 的波兰裔美国女化学家Stephanie Kwolek谢世，享年90岁。开夫拉的强度比钢丝高5倍，用于制防弹衣，也用于制从飞机、装甲车、帆船到手机的多种部件。开夫拉可由对苯二胺和对苯二甲酸缩合而成。 4-1写出用结构简式表达的生成链状高分子的反应式。 4-1 4-2 写出开夫拉高分子链间存在的3种主要分子间作用力。 4-2

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第5题 (7分) 环戊二烯钠与氯化亚铁在四氢呋喃中反应，或环戊二烯与氯化亚铁在三乙胺存在下反应，可制得稳定的双环戊二烯基合铁(二茂铁)。163.9 K以上形成的晶体属于单斜晶系，晶胞参数 a = 1044.35 pm, b＝757.24 pm, c = 582.44 pm, β＝120.958°。密度1.565 g cm-3 。 5-1 写出上述制备二茂铁的两种反应的方程式。 5-1 5-2 通常认为，二茂铁分子中铁原子的配位数为6，如何算得的？ 5-2 5-3二茂铁晶体属于哪种晶体类型？ 5-3 5-4 计算二茂铁晶体的1个正当晶胞中的分子数。 5-4 3