化学竞赛部分做题记录

前言

前阵子 FJ 省化学竞赛预赛的时候被班主任怂恿去参加了，因为害怕打铁（可见上次 NOIP 对煮波的影响之大），煮波去网上找了前几年的预赛卷子并自己研究了一段时间。

结果煮波拿了市一等。

按照隔壁生竞老师的说法，进了下一轮就一定得去。为了避免打铁，笔者将在本文中记录部分化学竞赛题目并给出解答。

由于笔者水平有限，部分内容难免出现纰漏，欢迎读者批评指正。

物理化学

一

题目

将金属镁粉在纯氮气中加热，得到 \(Mg_{3}N_{2}\) 和剩余的 \(Mg\) 的混合物。其中，\(N\) 的质量分数为 \(18.73\%\)。在 \(25^{\circ}C,101 kPa\) 下：

1. 将 \(149.5 g\) 混合物加到过量的稀盐酸中，放热 \(2129.8kJ\)，放出的氢气被水蒸气饱和。

2. 将 \(1.00 mol\) \(Mg\) 放入与 \(1\) 同量的稀盐酸中（也是过量），放热 \(467.2kJ\)，放出的氢气被水蒸气饱和。

3. 将 \(1.00 mol\) 的气态 \(NH_{3}\) 放入与 \(1\) 同量的稀盐酸中，放热 \(87.9kJ\)。

已知：\(\Delta_{f}H^{\theta}_{m,NH_{3}(g)}=-46.1kJ\cdot mol^{-1}\)。\(25^{\circ}C,101 kPa\) 时，水的饱和蒸汽压为 \(3.07 kPa\)，水的摩尔蒸发热为 \(43.93kJ \cdot mol^{-1}\)。

试求 \(\Delta_{f}H^{\theta}_{m,Mg_{3}N_{2}(s)}(298K)\) 的值.

求解

对于 \(2\)，其一共放出了 \(1mol\) \(H_{2}\)，液面上方水的分压 \(P_{H_{2}O}=3.07kPa\)，氢气的分压 \(P_{H_{2}}=98.23kPa\)，故反映蒸发了 \(0.03\) \(mol\) 的 \(H_{2}O\)，需吸热 \(1.31kJ\)。所以：

\[Mg(s)+2HCl(aq) \longrightarrow MgCl_{2}(aq)+H_{2}(g),\Delta H_{1}=-468.33kJ \cdot mol^{-1} \]

对于 \(3\)，有：

\[NH_{3}(g)+HCl(aq) \longrightarrow NH_{4}Cl(aq),\Delta H_{2}=-87.9kJ \cdot mol^{-1} \]

对于 \(1\)，其中 \(N\) 元素的质量 \(m_{N}=48.6g\)，所以 \(N\) 元素的物质的量为 \(n_{N}=2mol\)，所以 \(n_{Mg_{3}N_{2}}=1mol\)，其所占质量 \(m_{Mg_{3}N_{2}}=100.9g\)，所以剩余的 \(Mg\) 的质量 \(m_{Mg}=48.6g\)，所以 \(n_{Mg}=2mol\)。扣除 \(Mg\) 与 \(HCl\)、\(NH_{3}\) 与 \(HCl\) 反应放出的热量后，还剩余 \(1020.3kJ\) 热量未放出，所以：

\[Mg_{3}N_{2}(s)+6HCl(aq) \longrightarrow 3MgCl_{2}(aq)+2NH_{3}(g),\Delta H_{1}=-1020.3kJ \cdot mol^{-1} \]

根据盖斯定律：

\[Mg_{3}N_{2}(s)+3H_{2}(g) \longrightarrow 3Mg(s)+2NH_{3}(g),\Delta H_{1}=+384.69kJ \cdot mol^{-1} \]

所以 \(\Delta_{f}H^{\theta}_{m,Mg_{3}N_{2}(s)}(298K)=-478kJ \cdot mol_{-1}\)。

无机化学

我是占位符。

分析化学

我是占位符。

有机化学

我是占位符。