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

第2题（5分）连二亚硫酸钠是一种常用的还原剂。硫同位素交换和核磁共振实验证实，其水溶液中存在亚硫酰自由基负离子。

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。

2-2 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。

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。

3-2 画出N8分子的构型异构体。

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。

4-2 写出开夫拉高分子链间存在的3种主要分子间作用力。

第5题（7分）环戊二烯钠和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＝120.958º。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。