01化本（2） 學號：01061231 姓名：凌建華
1．100.0g無水氫氧化鉀溶於100.0**。
在t溫度下電解該溶液，電流強度i＝6.00安培，電解時間10.00小時。
電解結束溫度重新調至t，分離析出的koh·2h2o固體後，測得剩餘溶液的總質量為164.8g。已知不同溫度下每100g溶液中無水氫氧化鉀的質量為：
求溫度t，給出計算過程，最後計算結果只要求兩位有效數字。
注：法拉第常數f = 9.65x104 c/mol，相對原子質量：k 39.1 o16.0 h 1.01
【解題過程】
（1）本題涉及的計算的第一部分屬於中學化學水平中難度最大的計算之一——帶結晶水的溶解度計算，而這個溶解度計算又是與中學物理學中的電量計算結合的，更增加了試題的綜合程度。可能有些選手一開始會感到無從下手。解題的第乙個突破口是：
電解過程哪種物質被分解了？選手應當得出水被電解的結論。這被認為是中學化學的知識。
那麼，有多少水被分解了呢？這需要會計算總共消耗了多少電量。這屬於中學物理學中的基本知識（法拉第常數在中學化學裡不要求）：
10.00小時6.00安培總共提供電量q＝it＝216×103c相當於2.24mol電子每電解1mol水需電子2個, 故有1.12mol水，即20.1**被電解。
（2）從剩餘溶液的總質量（200g－164.8g）知，有35.2g物質離開溶液，其中有20.
1**被電解，由此可得出結晶的koh·2h2o的質量為15.1g結晶的koh的質量為(15.1g/92.
10g/mol)·m(koh)＝9.2g結晶水的質量為(15.1g/92.
10g/mol)×2m(h2o)＝5.9g剩餘的溶液的質量分數濃度為m(koh)/[m(h2o)＋m(koh)]＝55.1%(多保留1位有效數字)。
（3）試題的最終要求是計算電解槽的溫度。根據上面的計算結果，每100g溶液裡有55.1g koh，利用試題給出的資料（表），得知t應在20～30oc之間。
這是不是就是答案呢？應該說，能夠得到這個溫度範圍就可以給分。但本題問的是溫度而不是溫度範圍，因此只有求出溫度才完全符合要求。
求算的方法是：設此期間溶解度與溫度呈線性關係，則
t＝[273＋20＋(55.1－52.8)/(55.8－52.8)×10] k＝301k（答：28oc）
2．三種等摩爾氣態脂肪烷烴在室溫（25℃）和常壓下的體積為2公升，完全燃燒需氧氣11公升；若將該氣態脂肪烴混合物冷至5℃，體積減少到原體積的0.933倍。試寫出這三種脂肪烴的結構式，給出推理過程。
注：已知該混合物沒有環烴，又已知含5個或更多碳原子的烷烴在5℃時為液態。
【解題過程】
（1）解題的第一步是寫出用直鏈烷烴通式來表示的完全燃燒的化學方程式：
cnh2n+2＋(1.5n＋0.5)o2＝nco2＋(n+1)h2o
寫出通式的依據自然是試題告訴我們——這三種氣態烷烴中沒有環烷。
（2）再根據三種烷烴是等摩爾的資訊，就可以列出一組三個一元一次方程：
2/3l(1.5n1+0.5)＝(n1 + 1/3)l
2/3l(1.5n2+0.5)＝(n2 + 1/3)l
2/3l(1.5n3+0.5)＝(n3 + 1/3)l
因而：n1＋n2＋n3＋1＝11；n1＋n2＋n3＝10（n平均值0.33）
（3）第三步是用嘗試法：
如右表所示，只有2，4，4是可能的答案（據試題提供的注釋性資訊，表中前4個組合均有高於4碳的烷而不可能，又因丙烷沒有異構體，3，3，4組合不可能）。
故：三種烷是ch3ch3、ch3ch2ch2ch3、ch3ch(ch3)ch3
（4）此題中的資料0.933用於驗證三種烷在5℃下都是氣體，因v278/v298＝278/298＝0.933
（5）因而這個試題的主要考核點是學生的推理能力，包括利用通式和數學方法的能力。
3． a和b兩種物質互相溶解的關係如圖1所示，橫座標表示體系的總組成，縱座標為溫度，由下至上，溫度逐漸公升高。t1時a是b在a中的飽和溶液的組成，b是a在b中的飽和溶液的組成（t2時相應為c、d）。t3為臨界溫度，此時a和b完全互溶。
圖中曲線內為兩相，曲線外為一相（不飽和液）。某些物質如h2o和(c2h5)3n，c3h5(oh)3和間－ch3c6h4nh2有低的臨界溫度（見示意圖2）。請根據上述事實，回答下列問題：
圖1圖2
1．解釋圖1中t3存在的原因。
2．說明圖2所示的兩對物質存在低的臨界溫度的原因。
2．描述圖2所示的兩對物質的互溶過程。
【解題思路】
此題的資訊是圖形，可稱為圖形題。考察參賽者對用圖傳遞的資訊理解加工的能力。參賽者首先應抓住試題的主題——兩種溶劑的互溶性；然後要浮現中學化學中關於溶解性的一般性問題——為什麼有的溶劑能夠互溶，有的卻不能？
其次要回憶中學化學中有關溫度對溶解度影響的一般原理。若顛倒了思考的順序，思路就會亂。中學化學有「相似者相溶」的說法，即分子間作用力的性質相近大小也相近的溶劑會相互溶解。
性質相近和大小相近也有個順序。性質相近才能再考慮大小是否相近。性質不相近就不必再考慮大小是否相近。
圖1和2給出了溶解性與溫度關係相反的資訊，應歸咎於兩者分子間力性質不同。題面給出圖2溶劑的例項，倒過來告訴我們圖1的溶劑不具有這種性質，即表明圖1是通例，圖2是特例，因此參賽者需首先分析圖2特例具有什麼特殊的分子間作用力，於是就找到了解題的關鍵——氫鍵。
【答案】
1．物質的溶解度通常隨著溫度的公升高而增大，所以在一定的溫度下，a和b兩種物質能達到完全互溶。
2．某些物質如h2o和(c2h5)3n，c3h5(oh)3和間－ch3c6h4nh2存在低的臨界溫度的原因是它們在較低溫度能形成分子間氫鍵，然而，隨著溫度的公升高，分子間氫鍵破裂，所以溶解度反而減小。
3．4．12.0g含2種化合物(由常見元素組成)的近白色固體溶於過量鹽酸, 釋放出2.94l氣體(標準狀態), 氣體密度為同溫度下空氣密度的1.
52倍; 剩餘的不溶性殘渣含氧53.2%，既不溶於酸又不溶於稀鹼溶液。通過計算分別寫出2種化學物質的化學式。
【解題思路】
解這個試題的關鍵是找到突破點。就像偵察破案一樣，先要找到相對獨立的線索。故此題首先是在考察參賽者對資訊相互關係的判斷力。
此題給出的5個資料中，相對獨立的是氣體的相對密度，它是突破點。由此可得出氣體是什麼，然後「跟蹤追擊」，可得出其中一種化合物是碳酸鹽，其物質的量，然後應進行「掃瞄」，尋找「嫌疑犯」，所有由常見元素構成的常見碳酸鹽均是答案，條件是其總質量小於12.0。
若參賽人對此題的資訊關係製作乙個資訊相關圖，解題就容易多了，如：
此題的妙趣是可以作的假設是多樣的，可以是相同的＋1價陽離子的碳酸鹽，也可以是不同的＋1價陽離子的碳酸鹽、可以是＋2價陽離子的碳酸鹽，又可以是它們的酸式鹽，試題僅要求假設涉及的元素是常見的。現場考察發現作圖者寡，作多種假設者也不多。
【答案】
要點1：1.52×29.0g·mol－1＝44.1g·mol－1，這種氣體是co2
co2物質的量：2.94l/22.4l·mol－1＝0.131mol；
（或co2的質量：0.131mol×44.0g·mol－1＝5.78g）
要點2：由上面的計算可知一種物質為碳酸鹽：mco3。（m＝mg）
設m為常見元素mg，則mgco3質量為0.131mol×84.3g·mol－1＝11.0g；
（若設m＝ca，則caco3質量為0.131mol×100g·mol－1＝13.1g＞12.0g；
不合題意。若為na2co3（106g·mol－1）也不合題意）故m＝mg
要點3：既不溶於酸也不溶於稀鹼的另一種物質是sio2 (不可能是m2o，mo，m2o3)：
[32.0/(28.1＋32.0) ]×100%＝53.2%（符合題意）
化合物的化學式：mgco3，sio2
2019化學競賽 2
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