Chemistry Labs

英国化学奥林匹克 · 2025年

题目

  1. 第 1 题泥鸽射击弹药中使用硝化纤维素等速燃火药。硝化纤维素主要成分为纤维素三硝酸酯，由纤维素（实验式 CX6HX7(OH)X3OX2\ce{C6H7(OH)3O2}）加入浓硝酸与浓硫酸混合物制得，生成纤维素三硝酸酯（CX6HX7(ONOX2)X3OX2\ce{C6H7(ONO2)3O2}）及另一产物。酸混合物中生成的硝鎓离子 NOX2X+\ce{NO2+} 对羟基进行硝化。硝酸作为路易斯碱接受硫酸的质子形成中间体 HX2NOX3X+\ce{H2NO3+}，再分解为 NOX2X+\ce{NO2+}。(a) 写出纤维素与硝酸反应生成纤维素三硝酸酯的方程式。(b) 写出 HX2NOX3X+\ce{H2NO3+} 的生成方程式及其分解为 NOX2X+\ce{NO2+} 的方程式。(c) 纤维素三硝酸酯完全燃烧生成二氧化碳、水和一种气态单质。写出 CX6HX7NX3OX11\ce{C6H7N3O11} 的完全燃烧方程式，并用 ΔfH∘(CO)=−110.5\Delta_f H^{\circ}(\ce{CO}) = -110.5、ΔfH∘(COX2)=−393.5\Delta_f H^{\circ}(\ce{CO2}) = -393.5、ΔfH∘(HX2O)=−285.8\Delta_f H^{\circ}(\ce{H2O}) = -285.8、ΔfH∘(纤维素三硝酸酯)=−653.1\Delta_f H^{\circ}(\text{纤维素三硝酸酯}) = -653.1 kJ mol−1^{-1} 计算标准燃烧焓。(d) 射击时来不及与空气中的氧反应，纤维素三硝酸酯全部分解为气态产物（不生成 OX2\ce{O2}），产物温度超过 200 ∘C200\ ^{\circ}\mathrm{C}。写出该分解方程式，并计算 200 ∘C200\ ^{\circ}\mathrm{C} 下 5.00 g 纤维素三硝酸酯产生的气体总体积（以 m3^3 计）。解答: 1
  2. 第 2 题砹是地壳中含量最少的天然元素，估计任意时刻总量仅30 g；假设全部为最稳定的天然同位素 219^{219}At。(a) 估算地球上任意时刻存在的At原子数。(b) 铋是铅精炼的副产品；向铅铋混合物中加入镁和钙，铋形成合金A，含Ca 7.91%、Mg 9.60%（质量分数），不含铅。求合金A的实验式。(c) 合金A与氯气反应生成铋和两种离子化合物B、C（2:1）。写出B和C的化学式。(d) 用 α\alpha 粒子轰击 83209^{209}_{83}Bi，原子核聚变生成 yx^{x}_{y}At 和两个中子。写出该砹同位素的质量数和原子序数。(e) 用浓硝酸除去过量的铋，生成硝酸铋(III)、水和一种摩尔质量为30.01 g mol−1^{-1} 的无色气体。写出方程式。(f) BrAt 分两步制备：BrX2\ce{Br2} 与D反应只生成E，E与 AtX2\ce{At2} 反应生成BrAt和D；E的质谱在m/z 205.82和207.82处有两个几乎等强的主峰。写出D和E的化学式。(g) 合成3.60 g BrAt；该At同位素半衰期为433分钟。计算到仅剩3.65 mg BrAt所需的时间（小时，取整数）。解答: 1