子, 如 1s 壳 层 的 电 子 被 击 出。
图7
其他壳层的电子就发生跃迁到失
去电子的能级, 并发射 出低能量的 X 射线。测 定
这些 X 射线的频率就可以确定存在的化学元素。
H 原子或单电子离子中电子的能量 En 为:
En=
-
RH
Z2 n2
上式中 RH 是里德伯常数, Z 为核电荷数 ( H
原子的 Z= 1) , n 是主量子数 ( 1s 电子 n= 1; 2s 、
2 英国化学竞赛初赛试题
2009 年英国化学竞赛初赛共有 6 个问题, 竞 赛时间为 2 小时, 总共 64 分[ 2] 。
[ 问题 1] 环境友好型烟花 最近化学研究者开始研究在烟花中使用一种新 燃料, 以减少用于着色的重金属高氯酸盐或氯酸盐 ( 有毒的氧化剂) 含量和产烟量, 但不影响烟花的 视觉效果。 已知在燃料中, 用氮原子取代碳和氢原子可以 减少燃烧形成的烟量, 但很多含氮量高的化合物极 不稳定。研究者发现一种 可燃物二肼基 四氮杂苯 ( 其结构如图 1) , 不仅含氮量高而且相当稳定。
图6
D.
( 1)
根据图 6,
求
H
A
s
O
24
吸附反应的速
率常数, 并标明其单位。
( 2) 要使另一种水样中砷的浓度达到安全范围
需要
55min。则该水样中 NhomakorabeaHAsO
24
的初始浓度是
多少?
在一定条件下,
H
A
sO
24
吸附反应的平衡常数
可定义如下式:
K
=
[
H
A
sO
24
[ H A s O24-
(
吸附) ] ( aq) ]
方程式。 ( 3) 根据 ( 1) 、( 2) 写出火柴点燃时, 这 2 种
物质发生的总反应的化学方程式。 ( 4) 计算火柴头上 P4 S3 与 K ClO3 的质量比。 ( 5) 根据表 1 中各物质的标准摩尔生成焓, 计
算第 ( 3) 题反应的标准焓变。
磷的硫化物可由白磷和硫加热制得。在低温下 反应可以得到从 P4 S3 到 P4 S10 的一系列化合物, 在 研究中常用31 P N MR 谱来测定磷的硫化物的结构。
水中的 H A sO24- 可以被 F e( O H ) 3 颗粒吸附而
除去
。溶
液
中
H
A
sO
24
的浓度 随吸附时间的变化
关系可用以下方程表示:
[ H A s O24- ( aq) ] t =
[
H
A
sO
24
( aq) ] 0
e-
( kt )
上式中
[ H A s O24-
(
aq) ] t
是t
时刻
H
A
sO
1 英国国内化学竞赛概况
英国皇家化学会是世界上历史最悠久, 同时也 是欧洲最大的化学学会。每年由英国皇家化学会负 责组织本国参加国际化学奥林匹克竞赛的学生的选 拔赛。
英国化学竞赛国内选拔赛分初赛和复赛。初赛 只设笔试, 面向全国所有中六学级 ( 具有英国特色 的一个教育阶段, 专为 16 到 18 岁年龄层次学生开 设的非义务教育, 一般为 2 个学年, 属于中等教育 的高级阶段, 是连接中学与大学 的过渡性教育 阶 段[ 1] ) 第二学年的学生, 也有少部分来自中六学级 第一学年。英国皇家化学会非常鼓励中六学级第一 学年的学生参加初赛, 其中表现最佳的一批学生将 被邀请到剑桥大学进行短期课程的学习, 以激励他 们下一年再次参加化学竞赛。
八硝基立方烷是另一种潜在的燃料, 其结构为 以碳原子为顶点的立方体, 且每个碳原子与一个硝 基相连。这种特殊的成键方式, 使得该物质很难制 备, 其稳定性也不如二肼基四氮杂苯。
B. ( 1) 与直链烷烃相比, 八硝基立方烷分子 中碳链间键角小多少度?
( 2) 八硝基立方烷作为燃料反应时既不需要氧 气, 也不需要有毒氧化剂。写出其燃烧反应的化学 方程式, 并配平。
环酯 D。
C. 写出阴离子 C 和环酯 D 的结构简式。 酯 D 与 H Br 反应开环后产生羧酸 E。E 又与
SOCl2 反应得到 F 。
D. 写出化合物 E 和 F 的结构简式。 F 可与二甲胺反应得到 G。G 有 2 种同分异构 体, 一种 是开 链 胺, 另一 种是 环 状溴 盐, 其13 C NMR 谱有 10 个信号峰。
E. 写出 G 的 2 种同分异构体的结构简式:
( 1) 胺; ( 2) 溴盐。
[ 问题 5] 水中砷含量的测定 砷 ( As) 原子序数为 33, 因其化合物有毒而
声名狼藉。地下水中含有的砷的化合物已经危害了
世界上几百万人。目前人们已经研制出很多方法除
去水中的砷化合物, 但改进这些方法的研究仍在进
关键词 英国 化学竞赛 竞赛试题 信息迁移题 试题题型
2009 年 第 41 届 国 际 化 学 奥 林 匹 克 竞 赛 ( IChO) 在英国剑桥大学举行, 英国队凭着在实验 部分竞赛中的不错表现, 最终获得 4 枚银牌。英国 国内化学竞赛的选拔有着严格的规程, 其竞赛试题 具有独特之处。本文介绍英国国 内化学竞赛的 概 况, 并分析 2009 年英国化学竞赛初赛试题的特点, 以期能对我国化学竞赛提供一些有益的启示。
在31 P N MR 谱中, 信号峰数目等于不 同 P 环 境的种数。如 P4 S3 有 2 种 P 环境, 故其31 P N M R 谱中有 2 个信号峰。
B. 根据图 3 给出的 结构, 预测 以下 化合 物 的31 P N MR 谱中可见峰的数目。
( 1) P4 S4 、( 2) P4 S5 、( 3) P4 S6 实际上, P4 S4 有 2 种同分 异构体, 图 3 已给 出一种。已知另一种异构体的31 P N M R 谱中只有 1 个可见峰。 C. 写出 P4 S4 另一种异构体的结构。 [ 问题 4] 止泻药 泻立停等止泻药中的活性成分为氯苯哌酰胺, 其结构如图 4。像其他许多药物一样, 氯苯哌酰胺 因具有良好的水溶性而常被当作盐酸盐出售。 A 在氯苯哌酰胺的结构式上, 圈出其形成盐 时结合质子的原子。
24
的
浓度; [ H A sO24- ( aq) ] 0 为溶液中 H A sO24- 的初始
浓度。k 是吸附反应的速率常数。k 与半反应时间
t 的关系如下:
t
1 2
=
ln2 k
图 6 是 40
时,
溶
液
中
H
A
sO
24
的浓度随吸
附时间 t 的变化曲线。根据世界安全组织规定, 水 中砷元素含量应低于 10 g dm- 3 。
( 2) 写出氧化砷 ( ) 与锌、硫酸反应的化学
方程式。
现在已经不再采用马希氏测试了, 因为现代光
谱学方法可以更加快速灵敏地检测出样品中砷的浓
度。在地下水中, 最常见的 pH 较高的含砷物质是
H
A
sO
24
。
C. ( 1) H A sO24- 中砷的氧化数是多少?
( 2)
画出
H
A
sO
24
的空间构型。
H
A
sO
24
的浓度
为多少?
[ 问题 6] 揭秘梵高画中的画。
2008 年, 荷兰分析化学家用同步辐射 X 射线
2010 年第 12 期
化学教育
85
荧光元素绘图法发现了梵高的画
中隐藏着的画: 在作品 一块绿 草地 中 还 隐 藏着 一 个 女 士 的
头。该方法主要是用单色高能的
X 射线照射目标物, 使其中心电
表示是多少?
( 2) 原子形成离子时, 其电子跃迁到核外更高
2p 电子 n= 2; 3s、3p 或 3d 电子 n= 3 等)
电子能量常用电 子伏特 ( eV ) 表示, 1 eV =
1 6022 10- 19 J。已知 RH = 13 6 eV 。阿伏加德罗
常数为 N A = 6 022 1023 mo l- 1 。
A. ( 1) H 原子中 1s 电子的能量用电子伏特
英国化学奥林匹克竞赛的初赛设在参赛学生就 读的学校进行, 学校将答卷送交皇家化学会统一批 阅。初赛结果以学校为单位公布, 成绩最好的前 50 名获得金、银和铜奖的证书以及奖品作为奖励。初 赛题目旨在引起对相关化学主题的关注, 激发学生 进行探讨并提高学生的学习兴趣。2009 年初赛共有 350 余所学校参加, 确定了 22 名学生参加复赛, 经 过复赛选出 4 名选手参加国际奥林匹克化学竞赛。
行。
1836 年英国化学家 James M arsh 研发了 第一 种可靠的氧化砷 ( ) 测试 马希氏测试。即先
将氧化砷转化为砷化氢 ( A sH 3 ) 气体, 再点燃得 到银灰色氧化砷 ( ) 沉淀。
A . ( 1) 画出 A sH 3 的空间结构。
( 2) 写出 A sH 3 燃烧反应的化学方程式。 B. ( 1) 写出氧化砷 ( ) 的分子式。
C. 另一种氮系燃料聚纤维素硝酸酯, 其结构 简式如图 2。写出 1 个重复结构单元的分子在足量 氧气中燃烧的化学方程式。
2010 年第 12 期
化学教育
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图2
[ 问题 2] CO 2 的不必要排放 露天取暖器和奥林匹克圣火等露天火焰因燃烧 放热和产生 CO2 气体, 会加剧温室效应。 大多数露天 取暖器用汽缸盛 装丙烷来提供 能 源, 一般汽缸可装 13 kg 丙烷, 功率达到 15 kW。 此时汽缸内压强为 140 psi ( 相当于 9 个标准大气 压) 。实际上液态丙烷只占了容积的 87% , 剩余则 为丙烷蒸气。该条件下, 丙烷的标准摩尔燃烧焓为 - 2220 kJ m ol- 1。假设在该条件下 1 mol 气体体 积为 24 dm3 。 A. ( 1) 计算汽缸所含丙烷的物质的量。 ( 2) 计算汽缸中丙烷完全燃烧时产生 CO 2 的 质量。 ( 3) 计算汽缸中丙烷燃烧释放的总热量。 ( 4) 要达到 15 kW 的功率, 求汽缸输出 丙烷 气体的速度 ( cm3/ s) 。 ( 5) 汽缸处 于 半 满 状态时内 部压强为 多 少? 纯丙烷气体没有味道, 为使气体泄露时便于检 测, 常 加 入 少 量 其 他 气 体 物 质, 如 乙 硫 醇 ( C2 H 5 SH ) , 即 使 在 空 气 中 其 含 量 只 有 约 0 02 ppb, 人也能感觉得到。 B. ( 1) 写出乙硫醇的结构式, 并标出 S 原子 所形成键的键角。 ( 2) 要 使 每 10 亿 ( 109 ) 个 丙 烷 分 子 中 有 0 02 个乙硫醇分子, 计算 13 kg 丙烷中需加入 乙 硫醇的质量。 北京奥运会期间, 鸟巢上空的奥运圣火每小时 消耗 6000 m3 的丙烷, 长达 16 天。 C. 求奥运会 期间火炬 燃烧产生 CO 2 的总 质 量。( 假设是完全燃烧) [ 问题 3] 火柴中的化学 火柴头含有 P4 S3 和 KClO 3 , 划火柴时磨擦产 生的热量点燃 P4 S3 使其反应, 同时 K ClO 3 分解并 提供氧气支持燃烧。 A . ( 1) 写出 P 4 S3 燃烧生成 P2 O 5 和 SO2 的化 学方程式。 ( 2) 写出 K ClO3 分解生 成 K Cl 和 O2 的化 学