2014年(平成二十六年)日本东京大学二次试验试题(化学)

a 值是否一致？用约四十字解释之。 3. 热化学方程式(2)表示利用甲烷生产氢气的过程。若已求得氢气的燃烧热，试求 1 g 甲烷完全燃烧时产生 的燃烧热（单位用 kJ）。保留两位有效数字。水的蒸发热为 44 kJ/mol。 4. Li 原子核对最外层电子的作用因受到其他电子的作用而削弱，因而 Li 原子核电荷近似为+1。在划线① 处所示的 LiH 固体中，Li 原子和 H 原子之间的电荷发生了偏移。试判断电荷应该偏移至何方？从原子的 电子构型角度用 40 字左右阐述理由。 5. 求 b 值，保留两位有效数字。LiH 的晶体结构与图 1 所示的氯化钠的结构相同，相邻的 Li 和 H 原子 的距离为 0.20 nm。
程(3)和(6)中的常数 α 和 β，皆保留两位有效数字。
QNaF (kJ•mol-1) -923
QNa (kJ•mol-1) 406
QF (kJ•mol-1) 524
rNa (nm) 0.12
rபைடு நூலகம் (nm) 0.12
13. 利用上题中求得的 α 和 β 值，试比较盐 A 和盐 B 的溶解度大小。另用约 50 字定量描述两种盐的 Q离子化
锰化合物中的锰元素亦具有多种化合价。酸化的高锰酸根[Mn(VII)]是双氧水分解为水和氧气的优良催 化剂。高锰酸钾具有强氧化性，其水溶液呈现特殊的紫红色，常在氧化还原滴定中使用。
基于上述信息，进行实验 1-3： 实验 1：向试管里加入 2.0 mL 的稀硫酸酸化的一定浓度的重铬酸钾溶液和 2.0 mL 2-丙醇。按照图 1-2 所示
第4页，共11页
刘田宇 译/整理
化学反应方程式。注意冰水浴中的试管下方收集有无色透明液体。 4. 实验 2 中若加入的高锰酸钾质量为 20 mg，与 1 mol 过氧化氢反应后测得的反应热应为多少 kJ？保留两 位有效数字。 5. 写出划线③处气体的化学式。另外，从以下(1)-(6)中选出能正确描述该气体特征的所有选项： (1) 水溶液呈弱酸性 (2) 水溶液呈弱碱性 (3) 向下排空法集气 (4) 向上排空法集气 (5) 黄绿色气体 (6) 褐色气体 6. 若不进行划线④处的煮沸过程而直接滴定，所测得的硫化铁的纯度可能超过 100%。试用 40~60 字阐述 原因。 7. 根据实验 3 的数据，求硫化亚铁样品的纯度（质量分数表示），保留两位有效数字。答题过程中需写出 划线⑤处的化学反应方程式。假定样品中的杂质不与高锰酸钾反应。
1 rM
+
1 rX
(β 为正常数)
(6)
MX 溶解热 Q 取决于 Q离子化 和 Q水合 。 Q离子化 的绝对值越 c , Q水合 越 d ，MX 的溶解度越大。
现有两种卤盐 A 和 B，其碱金属阳离子相同而卤素阴离子不同。盐 A 的阳离子半径与阴离子半径相等
(rX = rM)，盐 B 的阴离子半径为阳离子半径的一半 (rX = 0.5rM)。故 B 的 Q离子化 与 A 的 Q离子化 相差 e ，
(1) 酸性
(2) 碱性
(3)还原性
(4) 氧化性
(5) 电负性
(6) 原子半径
9. 写出划线⑥处铜与稀硝酸反应的化学反应方程式。
10. 从下面(1)和(2)选项中选择最恰当的选项填入 c 和 d 中。
(1) 大
(2) 小
11. 在空格 e 和 f 中填入正确的包含 α，β 和 rM 的表达式。
12. 利用下表所示的 NaF 的离子化热 QNaF，Na+和 F-离子的水合热 QNa 和 QF，离子半径 rNa 和 rF，求解方
日本东京大学 2014 年二次试验试题
第一问 本大题包含 I、II 两部分。
化学
I 阅读下面的文章，回答 1-5 题。一些必要的数据如下。
元素
H
Li
C
原子量
1.0
6.9
12.0
化学键
H-H
H-O
键能(kJ/mol)
436
463
阿伏加得罗常数 NA=6.0×1023 mol-1
O=O 496
刘田宇 译/整理
由于 M+(g)和 X-(g)之间的静电吸引力，Q离子化 为负值，且其绝对值大小与离子间的距离呈反比。Q离子化
与阳离子 M+半径和阴离子 X-半径的关系可近似用式(3)表示。
Q离子化
=
−
rM + rX
(α 为正常数)
(3)
其次，M+(g)和 X-(g)气态离子进行水合过程，如下热化学方程式表示。
第5页，共11页
在 1 大气压下的体积高达~12 L。为减小该体积，需要使用耐高压的厚重金属容器。这额外的代价削弱了
氢气的单位质量燃烧热量高的优点。另一种减小体积的方法是利用氢气与某些金属进行化学反应生成氢化
物。例如，氢气可与金属 Li 反应生成①固体 LiH。每 1 g 氢气与 Li 反应可生成 b mL 的 LiH 产物。
B 的 Q水合 和 A 的 Q水合 相差 f 。由此可见，阴离子半径不同导致 Q离子化 和 Q水合 不同，从而导致 MX 的
溶解热不同。因此，MX 在水中的溶解度可通过比较不同阴离子的大小来推测。
注） Q离子化 包含了固体 MX 的升华热。
[问题]
8. 从下面(1)~(6)项中选择最恰当的选项填入 a 和 b 中。
和石油完全燃烧生成二氧化碳和水所释放的能量约为 30 kJ 和 46 kJ。而 1 g 氢气燃烧产生的能量可高达约
a kJ。
基于上述原因，氢气作为汽车等使用的燃料而受到关注。然而，氢气的广泛应用还面临着诸多问题。
第一，大量氢气的制取。地球上大部分的氢元素是以化合物形式存在，而非氢气。因而从含氢化合物出发
连接试管和导气管，加热混合溶液至 65-70 °C, 溶液颜色变为绿色。反应结束时，置于冰水浴的
试管底部中收集到②无色透明液体 0.30 g。 实验 2：将一定温度的 3.0% (质量分数)的过氧化氢和 10 mg 高锰酸钾粉末混合，过氧化氢完全分解，实验
测得毎消耗 1.0 mol 过氧化氢放出 98 kJ 热量。 实验 3：为测定一标有“硫化亚铁”试剂瓶中的硫化亚铁的纯度，进行了以下实验。取 1.6 g 高锰酸钾用
II. 阅读下面的文章，回答 8-14 题 碱金属因具有强 a ，常温下可与水激烈反应。相反地，铜和银因弱 a ，不与水反应，但可以和
具有强 b 的硝酸⑥反应放出一氧化氮并溶解。碱金属 M 还可与卤素气体 X2 反应生成卤化物 MX。MX 在水中溶解度取决于碱金属阳离子 M+和卤素阴离子 X-的离子半径。如下热化学方程式表示 MX 在水中的 溶解过程。
制造氢气成为必要。现在氢气燃料的生产主要是通过天然气的主要成分甲烷和水反应。下面给出的热化学
方程式表示了这一过程：
CH4 (g)+2H2O(g) = 4H2 (g)+CO2 (g)-165 kJ
(2)
然而，此种方法需要燃烧化石燃料，因此并不能抑制二氧化碳的产生。所以，寻找不使用化石燃料而
能产生大量氢气的方法仍在持续研究中。另一个亟待解决的问题是氢气的贮藏和运输。室温下，1 g 氢气
如下热化学方程式表示了 1 mol H2 的燃烧反应：
1
H2 (g)+ 2 O2 (g) = H2O(l)+286 kJ
(1)
由于煤炭和石油等传统化石能源燃烧后会产生二氧化碳和氮氧化合物，因此氢气作为地球上的一种优
质替代能源而备受瞩目。
相对于同等质量的其他燃料而言，单位质量的氢气燃烧所产生的能量几乎是最高的。1 g 质量的煤炭
第二问 本大题包含 I、II 两部分。一些可能用到的数据如下。
元素
H
C
O
S
K
原子量 1.0
12.0
16.0
32.1
39.1
Cr
Mn
Fe
52.0
54.9 55.8
I 阅读下面的文章，回答 1-7 题。
第3页，共11页
刘田宇 译/整理
铬，希腊语意为“颜色”，因其不同铬化合价和构造的化合物呈现五颜六色。①向重铬酸钾溶液里滴加 碱性的氢氧化钾可形成黄色溶液，滴加酸性的稀硫酸则呈红橙色。化合价为+6 的铬化合物常在有机合成中 作氧化剂。
以上这个例子充分说明了化学反应方程式有时虽然看起来简单，但实际涉及的反应过程却异常复杂。
[问题] 6. 空格 c 处应填“吸收”还是“放出”？并用 30-50 字阐述理由。 7. 对于反应(6)，当压力恒定而升高温度时，试判断该平衡的移动方向，并用 40-80 字阐述理由。 8. 划线②处的词语对应的专业术语是什么？ 9. 计算反应(7)的反应热，保留三位有效数字。 10. 如划线③处所述，试证明反应(7)的速率与[H2]和[I2]的乘积成比例，并推导 k1, k2 和 K 的关系。 11. 文中提及反应(7)的正反应和逆反应速率都远远大于反应(6)的正反应速率。据此事实推导 HI 的生成速 率与[H2]或[I2]的关系。写“与[H2][I2]2 的乘积相关”或其他类似的陈述。
图 1—1 氯化钠型晶体结构
II 阅读下面的文章，回答 6-11 题。
有些化学反应方程式虽然形式简单，但实际上从反应物转生成产物经历了多步反应。以气态氢气分子
H2 和气态碘分子 I2 反应生成碘化氢 HI 的反应为例：
H2 + I2 ⎯k⎯1→ 2HI
(4)
k1 为反应速率常数。该反应可在 600 K 以上的高温下进行，并放出 9 kJ/mol 的热量。若不考虑反应(4) 的逆反应，实验测得的 HI 的生成速率 vHI 可用 H2 的物质的量浓度[H2]和碘蒸汽的物质的量浓度[I2]的乘积 表示如下，
[I]表示 I 的物质的量浓度。
I2
K = I2
(8)
反应(6)生成的 I 与 H2 碰撞，经由②高能量的中间状态最终通过反应(7)生成 HI。反应(7)的 HI 生成速 率为