第39届国际化学奥林匹亚

《第39届国际化学奥林匹亚》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第39届国际化学奥林匹亚化学：艺术科学乐趣第39届国际化学奥林匹亚理论试题2007年7月20日莫斯科俄罗斯17OfficialversionofChinateam一般说明●在答卷的每一页写上你的姓名和参赛号。●考试时间为5小时。听到“STOP”指令后必须立即停止答题，否则，考试成绩以0分计。●须将计算过程及回答写在答卷上指定的空格内。●只能使用组委会提供的笔和计算器。●试卷共18页（含封页及周期表）；答卷共22页(含封页)。●可提供英文版试卷。●经允许，可到休息室休息。●解答完毕，将试卷和答卷一并装入信封，封口。●考试结束，在原位静坐，待允许后方可离开考场

2、。17OfficialversionofChinateam物理常量和所用公式气体常量R=8.314J×K–1×mol–1Avogadro常量NA=6.022∙1023mol–1Planck常量h=6.626∙10–34J×s=1.055∙10–34J×s光速c=3.00∙108m×s–1不确定度关系在压强p下凝聚态的Gibbs能G=pV+常数由表面张力引起的压差（Excesspressure）DPin=2σ/r平衡常数与Gibbs能间的关系恒温下的Gibbs能化学反应的等温线DG=DG°+RT∙lnQwithQ=阿仑尼乌斯方程Arrheniusequati

3、on溶液的渗透压p=cRT比尔-朗佰定律Beer-LambertLawA=log=e∙lc圆筒（柱）体积V=pr2h球的面积=4pr2球的体积=pr317OfficialversionofChinateam第1题质子的隧道效应质子穿透势垒的效应是一种重要的效应，可在许多含氢键的复杂体系(例如DNA、蛋白质等等)中观察到。丙二醛是可以发生分子内质子转移的最简单的分子之一。1.1.1画出丙二醛及其两个异构体的结构式(此两异构体与丙二醛之间存在平衡)。1.1.2在水溶液中，丙二醛是一种弱酸，其酸强度与乙酸接近。指出酸性氢原子，解释其酸性原因（在答卷上选择一种表述

4、）。下图给出了分子内质子转移的能量曲线（能量随质子运动距离（以nm为单位）的变化关系）。该曲线呈现对称的双势阱形式。1.2.1画出相应于曲线中两个能量最低点的结构式。质子离域在两个原子之间，并以ω=6.48·1011s-1的角频率在两个最低能量点(L和R)之间振荡。质子的概率密度随时间的变化关系如下：式中，and17OfficialversionofChinateam分别是描述定域在左右两个势阱中的质子的运动状态的波函数。1.3.1写出以下三个时刻质子概率密度的表达式：(a)t=0,(b)t=p/(2w),(c)t=p/w。画出这三个概率密度函数的图形。1

5、.3.2无需计算，确定t=p/(2w)时质子出现在左势阱中的概率。1.3.3计算质子从一个势阱运动到另一个势阱所需要的时间，以及它在转移过程中的平均速度。1.3.4根据上面的能量曲线，估算形成氢键的质子的位置不确定度；计算质子速度不确定度的最小值，将此数据与1.3.3所得到的速度数据进行比较，给质子的隧道效应下个结论（即在答卷上选择一个说法）。17OfficialversionofChinateam第２题　纳米化学铁系金属是CO加氢反应（Fischer-Tropsch反应）的有效催化剂：催化剂（例如金属钴）在使用时，通常被制成球形的固态纳米颗粒（图1）。减

6、小催化剂粒度可有效地增大催化活性。但是，催化剂的氧化（不希望发生的副反应）也会发生：在反应器中生成固态的钴氧化物（体相），会导致催化剂质量不可挽回的损失。固态钴氧化物也可以沉积在金属Co(s)的表面，在这种情况下，钴氧化物在催化剂表面形成新的覆盖层(见图2)，使催化剂活性下降。让我们来看看纳米颗粒的形成是如何影响反应(1)的平衡的。下面给出一个有用的关系式：2.1.1计算温度T=500K时，反应(1)的标准Gibbs能和平衡常数。2.1.2计算钴催化剂分散为球形颗粒(见图1)，半径分别为(a)10–8m和(b)10–9m时反应(1)的平衡常数。(Co-气界

7、面的表面张力为0.16J/m2，CoO形成体相结构)。将与Fisher-Tropsh反应有关的气体混合物(CO,CН4,Н2,Н2O)充入含有钴催化剂的反应器中。总压力p=1bar，温度T=500K。混合物中氢气的摩尔分数为0.15%。2.2.1在气体混合物中，当水的摩尔分数（%）最低为多少时就会引发催化剂的氧化反应而导致固态CoO(体相)的生成？假设钴催化剂分别以以下形式存在：　　(a)体相(b)半径ra=1nm的球形纳米颗粒(图1)2.2.2在保持压力比与温度皆恒定的情况下，为保护纳米Co颗粒，阻止其自发氧化而导致体相CoO的形成，你有何建议？(a)增

8、大ra ;17OfficialversionofChinateam