第27届全国奥林匹克化学竞赛决赛理论试题WORD.doc

第27届中国化学奥林匹克（决赛）理论试题
2013年11月29日北京
营员号________
考试须知

竞赛时间4小时，迟到超过半小时者不能进考场，开始考试后1小时内不得离场。时间到，把试卷、答题纸和草稿纸装入信封，放于桌面，听到指令后方可离开考场。
将营员号写在试卷首页及每页答卷指定位置，写于其他位置按废卷论处。
说有解答必须写于答卷指定框内，写于其他位置无效。
凡要求计算或推演的，须给出计算或推演过程，无计算或推演过程，即使结果正确也不得分。
用铅笔解答的部分（包括作图）无效。
禁用涂改液和修正带，否则，整个答卷无效。
试卷已装订成册，不得拆散。
允许使用非编程计算器及直尺等文具，不得携带铅笔盒和任何通讯工具入场，否则取消考试资格。
用黑色墨水笔或黑色圆珠笔答题。不得携带任何其他纸张进入考场。若另需草稿纸，可举手向监考教师索取。
写有与试题内容无关的任何文字的答卷均无效。

H
1.008元素周期表He
4.003Li
6.941Be
9.012B
10.81C
12.01N
14.01O
16.00F
19.00Ne
20.18Na
22.99Mg
24.31Al
26.98Si
28.09P
30.97S
32.07Cl
35.45Ar
39.95K
39.10Ca
40.08Sc
44.96Ti
47.88V
50.94Cr
52.00Mn
54.94Fe
55.85Co
58.93Ni
58.69Cu
63.55Zn
65.39Ga
69.72Ge
72.61As
74.92Se
78.96Br
79.90Kr
83.80Rb
85.47Sr
87.62Y
88.91Zr
91.22Nb
92.91Mo
95.96Tc
[98]Ru
101.07Rh
102.91Pd
106.42Ag
107.87Cd
112.41In
114.82Sn
118.71Sb
121.76Te
127.60I
126.90Xe
131.29Cs
132.91Ba
137.33La
138.91Hf
178.49Ta
180.95W
183.84Re
186.21Os
190.23Ir
192.22Pt
195.08Au
196.97Hg
200.59Tl
204.38Pb
207.2Bi
208.98Po
(209)At
(210)Rn
(222)Fr
(223)Ra
(226)Ac
(227)Rf
(261)Db
(262)

有关常量
NA=6.022×1023mol-1 R=8.314J∙mol-1∙K-1 F=9.647×104C∙mol-1

第1题（7分）氮与其他元素可形成多种化合物，如二元氮化物Li3N、GaN、Ge3N4、P3N5，叠氮化物NaN3、Ca(N3)2等。这些氮化物在发光、安全气囊等方面有重要应用。
1-1NaN3受热产生气体，写出反应方程式。

1-2在二元氮化物Ga3N2、GaN和Ge3N4结构中，金属与氮采用四面体配位方式结合，N原子只有一种化学环境，写出这三种氮化物中N的配位数。

1-3P3N5晶体结构中，P的配位数为4，指出N有几种配位方式、配位数和不同配位方式的N的比例。

1-4Ca(N3)2中，Ca与N3-中两端的N相连，Ca的配位数为8，指出N3-两端的N与几个Ca相连。

第二题（9分）光合作用是自然界最重要的过程之一，其总反应一半表示为
6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2
实际反应分多步进行。其中，水的氧化过程是一个很重要的环节，此过程在光系统II（简称PSII）中发生，使水氧化的活性中心是含有4个锰原子的配位簇（成为锰氧簇）。初始状态的锰氧簇（S0）在光照下依次失去电子变为S1、S2、S3和S4，S4氧化H2O生成O2。该过程简示如下：

2-1光合作用中，水的氧化是几个电子转移的过程？

2-225℃，标态下，下列电极反应的电极电势分别为：
a）MnO43-+4H++e-→MnO2+2H2OEθ=2.90V
b）MnO2+4H++e-→Mn3++2H2OEθ=0.95V
c）O2+4H++4e-→2H2OEθ=1.23V
计算上述半反应在中性条件下的电极电势。假定MnO43-和Mn3+的浓度均为0.10mol·L-1，氧分压等于其在空气中的分压。回答此条件下MnO43-和MnO2能否氧化水。

2-3在模拟锰氧簇的人工光合作用研究中，研究者注意到了如下Mn(III)/Mn(II)体系（25℃）：
d)Mn3++e-→Mn2+Eθ=1.51V
e)在[H2P2O72-]=0.40mol·L-1，[Mn(H2P2O7)33-]=[Mn(H2P2O7)22-]的溶液中：
Mn(H2P2O7)33-+2H++e