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2003 年第 3 期化学教育· 34 ·
化学奥
林匹克 2003 年全国高中学生化学竞赛决赛(冬令营) 理论试题
湖北省化学化工学会命题组
标准压力 p = 1 bar (巴) = 100000 Pa (帕斯卡) R = 8. 314 J· K- 1·mol - 1
第 1 题( 8 分) 1990 年代初发现了碳纳米管,它们是管径仅几纳米的微管,其结构相当于石墨结构层卷曲连接而成。近年,
人们合成了化合物 E 的纳米管,其结构与碳纳米管十分相似。
气体 A 与气体 B 相遇立即生成一种白色的晶体 C。已知在同温同压下,气体 A 的密度约为气体 B 的密度的 4 倍;气体 B
易溶于水,向其浓水溶液通入 CO2可生成白色晶体 D ;晶体 D 的热稳定性不高,在室温下缓慢分解,放出 CO2 、水蒸气和 B ;晶
体 C 在高温下分解生成具有润滑性的白色晶体 E1 ; E1在高温高压下可转变为一种硬度很高的晶体 E2 。E1和 E2是化合物 E 的
两种不同结晶形态,分别与碳的两种常见同素异形体的晶体结构相似,都是新型固体材料; E 可与单质氟反应,主要产物之一
是 A。
1 1 写出 A、B 、C、D、E 的化学式。
1 2 写出 A 与 B 反应的化学反应方程式,按酸碱理论的观点,这是一种什么类型的反应? A、B 、C 各属于哪一类物质?
1 3 分别说明 E1和 E2的晶体结构特征、化学键特征和它们的可能用途。
1 4 化合物 A 与 C6 H5 NH2在苯中回流,可生成它们的 1∶1 加合物;将这种加合物加热到 280 ℃,生成一种环状化合物(其中
每摩尔加合物失去 2 摩尔 HF) ;这种环状化合物是一种非极性物质。写出它的分子式和结构式。
第 2 题(8 分) 太阳能发电和阳光分解水制氢,是清洁能源研究的主攻方向,研究工作之一集中在 n - 型半导体光电化学电池
方面。下图是 n - 型半导体光电化学电池光解水制氢的基本原理示意图,图中的半导体导带(未充填电子的分子轨道构成的
能级最低的能带) 与价带(已充填价电子的分子轨道构成的能级最高的能带) 之间的能量差△E ( = Ec - Ev ) 称为带隙,图中
的 e - 为电子、h + 为空穴。
瑞士科学家最近发明了一种基于上图所示原理的廉价光电化学电池装置,其半导体电极由 2 个光系统串联而成。系统一
由吸收蓝色光的 WO3纳米晶薄膜构成;系统二吸收绿色和红色光,由染料敏化的 TiO2 纳米晶薄膜构成。在光照下,系统一的
电子(e - ) 由价带跃迁到导带后,转移到系统二的价带,再跃迁到系统二的导带,然后流向对电极。所采用的光敏染料为配合
物 RuL2 (SCN) 2 ,其中中性配体 L 为 4 , 4’- 二羧基- 2 , 2’- 联吡啶。
2 - 1 指出配合物 RuL2 (SCN) 2中配体 L 的配位原子和中心金属原子的配位数。
2 - 2 推测该配合物的分子结构,并用ZZ 代表 L (其中 Z 为配位原子) ,画出该配合物及其几何异构体的几何结构示意图。
2 - 3 画出该配合物有旋光活性的键合异构体。
2 - 4 分别写出半导体电极表面和对电极表面发生的电极反应式,以及