化学竞赛模拟卷(4)

2003年全国化学竞赛初赛模拟试卷（四）

（时间：3小时 满分：100分）

第i题（12分）

将空气中游离态的氮气转化为含氮化合物的过程称为固氮，主要包括合成固氮和生物固氮。

1．目前唯一具有工业规模的合成固氮方法是：

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g） △H0＝－92.4kJ·mol1。

虽然这个反应是放热反应，但为什么这种方法效率比较低。

2．在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混和气体中NH3的体积占25%。若反应前后条件保持不变，则反应后混合气体的密度与原反应物气体密度的比值为 。

3．生物固氮是指生物体内的固氮菌（如大豆根瘤菌、巴氏梭菌和棕色固氮菌等）通过固氮

＋－酶的作用在常温常压下将空气中的氮气转化为含氮化合物：N2＋8H＋8e＋16MgATP＋16H2O

→ ＋ ＋16MgADP＋16H3PO4

H2N2NH3H2

4．如今采用SCY陶瓷固体电解质的电化学合成氨装置，该装置以

具有良好机械强度和高质子导电性的SrCe0.95Yb0.05O3陶瓷（SCY）制成

-的封底内筒和石英外筒组成。在SCY陶瓷内筒底部的内外壁各沉积约

1.3cm2的多孔多晶钯作为电极，阴极的真实催化表面积约80cm2。将该+装置的底部置于加热炉内保持570℃的高温。将用He稀释的氮气（氮气

含量1.8%）通入陶瓷内筒，将氢气通过陶瓷内筒和石英外筒间的空隙，构成下述电池：H2(g)(Pd)∣SCY∣(Pd)N2－He(g)。

（1）新法合成氨的电解池中_______（填“能”、“不能”）用水溶液作电解质，原因是－ 1

_____________________________；

（2）请写出阴阳电极反应式和总反应式。

第ii题（5分）

无机胶粘剂是人类历史上使用最早的一种胶粘剂，如石灰、水泥、硅酸钠、石膏等，近四十年来，磷酸、CuO胶粘剂，耐热性好，高温状态下也有很高粘接强度。用此胶粘剂黏结铁、铝等材料，磷酸、CuO在金属表面发生一系列反应，金属表面部分溶解，同时金属铜沉积，使被粘物黏结，写出可能发生的一系列离子反应方程式！

第iii题（10分）

＋－1．写出Fe3和I在溶液中的反应现象和反应方程式。

－＋－2．有足量F时，Fe3不和I反应。请说出原因。

－3．往1．的溶液中加足量F，有什么现象？原因何在。

－＋－－4．在足量2mol·L3 HCl溶液中加Fe3、I、F。请说出反应现象，它可能和实验2．的现

象有何不同？

第iv题（10分）

钛酸锶系电子陶瓷是以SrTiO3、(Sr1－xCax)TiO3、(Sr1－xBax)TiO3、(Sr1－xPbx)TiO3、(Sr1－x－yBaxPby)TiO3等为基体的陶瓷材料，具有介电损耗小、色散频率高、热稳定性好等优点，广泛应用于高压电容器、晶界层电容器、压敏电阻、热敏电阻及其它电子元件。

1．用溶胶－凝胶法制备钛酸锶系电子陶瓷粉方法的关键是制得均质的凝胶，凝胶的形成是由于体系中生成了多聚物，如Ti(OH)x(OAC)y、Ti(OC4H9)x(OAC)y、TinO2n－(x＋y)/2(OH)x(OC4H9)y等。锶离子因静电作用均匀的吸附在凝胶主体中，在煅烧过程中反应生成钛酸锶。写出凝胶的形成机理：原料有Ti(OC4H9)4、HOAC和水。

2．水热反应制备钛酸锶粉末还有一种酸碱反应机理：钛烃氧化物Ti(OC2H5)4首先水解形成

－＋Ti(OH)62，然后与碱土金属阳离子Sr2中和，写出离子方程式。

第v题（7分）

在一定条件下，醇和醛能发生如下的反应：

R－OH＋R’－－H→R’－－OR产物统称半缩醛（具有－－O－C结构）

1．已知葡萄糖溶液中，葡萄糖以链状分子和六元环半缩醛分子两种同分异构体形式平衡共存，相互转化。请写出葡萄糖环状分子的结构简式：

2．聚乙烯醇(C2H4O)n与甲醛能发生上述类似反应后缩合脱水，生成含有六元环状结构的维 2

尼纶(C5H8O2)n，写出聚乙烯醇与甲醛反应合成维尼纶的化学方程式（有机物写结构简式）。

3．半缩醛能继续与醇反应生成缩醛，写出乙醇和乙醛在催化剂作用下所生成缩醛的结构简式。缩醛又能水解为醛和醇，分析这两个反应在有机合成中有何重要意义。

参考答案

第i题（12分）

1．该反应是在以铁为主要成分的多组分催化剂存在的条件下进行的可逆反应。虽然在298K反应的标准平衡常数高达6.8×105，但反应速率几乎无法察觉，为提高反应速率并使催化剂处于最佳活性温度，工业合成反应通常在430～480℃下进行，此时由于受热力学限制，标准平衡常

－数仅为105，转化率很低。为提高转化率，通常采用高压（15～30MPa）和增加氮气浓度的方法促使平衡右移，但即使如此，合成氨的单程转化率也仅能达到10%～15%。存在条件苛刻、对设备要求高、能耗高、污染严重、转化率低等问题。（3分，答出要点即可）

2．5：4（2分）

3．2NH3，H2（2分）

4．（1）不能 因为水的沸点只有100℃，而该反应要在570℃（2分）

＋－＋－（2）阳极：3H2→6H＋6e 阴极：N2＋6H＋6e→2NH3 N2＋3H2＝2NH3（3分）

第ii题（5分）

2H3PO4＋3CuO＝Cu3(PO4)2＋3H2O 3Fe＋2H3PO4＝Fe3(PO4)2＋3H2↑ 2Al＋2H3PO4＝2AlPO4＋3H2↑ 3Fe＋Cu3(PO4)2＝Fe3(PO4)2＋3Cu 2Al＋Cu3(PO4)2＝2AlPO4＋6Cu（各1分）

第iii题（10分）

＋－－＋－1．2Fe3＋2I（或3I）＝2Fe2＋I2（或I3）（2分） 棕色溶液（1分）

＋－＋2．Fe3、和F配合使Fe3浓度降低。（2分）

－3＋3．因F和Fe（残余）配合，使平衡向在移动，棕色变浅。（2分）

－＋－＋－4．因F和H生成HF，使F的浓度降低，一定程度上不利于Fe3和F的配合。因此，有＋－少量Fe3将与I发生反应，即可能出现浅的黄棕色。（3分）

第iv题（10分）

1．Ti(OC4H9)4＋xHOAC→Ti(OC4H9)4－x(OAC)x＋xHOC4H9

Ti(OC4H9)4＋yHOAC＋xH2O→Ti(OH)x(OAC)y＋4HOC4H9

nTi(OC4H9)4＋(4n＋x－y)H2O→TinO2n－(x＋y)/2(OH)x(OC4H9)y＋(4n－y)HOC4H9（6分） 3

2．Ti(OC6H－＋

2H5)4＋2O→Ti(OH)62＋4C2H5OH＋2H

Ti(OH)－Sr2－62＋→SrTiO3＋3H2O（4分）

第v题（7分）

1． （2分）

2．

3．CH3—CH—(O—CH2—CH3)2 （1分） 保护醛基（1分）

4 2分） （