第49届国际化学奥林匹克试题(理论部分)(一)

第49届国际化学奥林匹克(ICh O)于2017年7月6日至15日在泰国马希隆大学举行。共有来自76个国家和地区代表队的297名选手参赛。中国代表队发挥出色,取得三金一银的好成绩。中国代表队共8人。由北京大学化学与分子工程学院裴坚教授,湖南师范大学化学化工学院肖小明教授、李志强教授和唐浩教授带队;参赛的4位同学是陈一乐(湖南师范大学附属中学)、黄政凯(华中师范大学第一附属中学)、林欢(杭州第二中学)和雷之韵(成都七中)。经过理论和实验两部分考试,黄政凯、林欢和雷之韵分别获得金牌,陈一乐获得银牌。兹将本届国际化学奥林匹克理论试题及实验试题中文版刊出,以飨读者。为最大程度展示试题原貌,编辑仅对试题内容及形式做了少量技术修改。     

高能球磨法固相掺杂制备樟脑磺酸掺杂聚苯胺

通过高能球磨方法引发樟脑磺酸(CSA)对本征态聚苯胺(PANI)的固相掺杂反应, 制备了樟脑磺酸掺杂聚苯胺(PANI-CSA)粉末. 采用SEM, XRD, FT-IR等分析方法对所得的PANI-CSA进行了形貌和结构表征, 采用四点探针法对电导率进行了测定. FT-IR图谱的变化反映了聚苯胺的质子化过程, 而XRD谱图表明, 聚苯胺分子链在外力诱导下形成了有利于电荷传导的取向排列. 系统地研究了球磨时间对掺杂率和电导率的影响规律. 结果表明, 固相掺杂具有较高的掺杂速率, 其电导率和掺杂率均随球磨时间先增大后减小, 其最高电导率可达到3.25 S/cm, 对应掺杂率为0.31.     

水热法合成α-Al2O3晶体

本文研究了不同矿化剂,不同温度对水热条件下合成α-Al2O3晶体的大小、形貌和晶体质量的影响.发现在矿化剂浓度为0.1M KOH和1M KBr条件下,填充度为35;,温度为380℃时Al(OH)3只转化成薄水铝石,无α-Al2O3晶体生成;388℃时只是部分转化成α-Al2O3;在395℃以上时完全能转化成α-Al2O3,晶体形状为六棱柱形.在矿化剂浓度为1M KOH时,填充度35;,温度为380℃时,即有部分Al(OH)3转化成α-Al2O3,390℃以上完全转化成α-Al2O3,晶面主要显露菱面.     

水热法合成氧化锌晶体

本文采用水热法,通过改变矿化剂浓度,合成了具有不同晶体形态的氧化锌晶体.在430℃,填充度为35;,矿化剂浓度为1M KOH时,只合成了氧化锌微晶.氧化锌晶体的长度为几百纳米到几微米,晶体形状为六棱锥体.当矿化剂为3M KOH或2M KOH、1M KBr时,合成了高质量的氧化锌晶体.反应 24h后,合成的最大晶体长度(c轴方向)超过1mm,晶体呈单锥六棱柱体,显露柱面m{1010}、锥面p{1011}、负极面o面{0001}.另外还生成多种不同形态的微晶体,最小几微米,中等的几十微米,为六棱锥体,显露锥面p{1011}、负极面o面{0001},没有显露柱面.     

快速衰减初值的修正Korteweg-de Vries方程的孤子解:Riemann-Hilbert方法

本文借助于Riemann-Hilbert (RH)问题研究修正Korteweg-de Vries (mKdV)方程,给出一种有效方法来获得快速衰减初值空间下的孤子解.在正散射过程建立Jost函数和散射矩阵重要性质来构建一个合适的RH问题,进而建立mKdV方程的解和RH问题解之间的关系.在反问题过程中,考虑了两类散射数据,包括简单零点和二阶零点,以及求解相应的RH问题,成功构建在这两种情形下mKdV方程的显示解.最后,结合具体参数,详细分析了几类孤子解的传播行为.     

高师院校无机化学双语教学中化学奥赛试题的渗透

结合多年无机化学双语教学的实践，提出在双语教学中节选国际化学奥林匹克竞赛试题进行渗透教学。这种基于问题情境的教学，能够激发学生的学习兴趣，让学生在接触原汁原味化学奥赛试题的过程中掌握奥赛解题方法并训练学生的逻辑和非逻辑思维以及英文阅读能力。通过期末考试发现，奥赛试题的引入有利于学生专业词汇积累及无机化学知识的掌握，值得在高师院校中进行推广。     

KCaY(PO4)2∶Tb3+,Eu3+荧光粉的水热法制备及发光性质研究

采用水热法合成了KCaY(PO₄)₂∶Tb³⁺绿色荧光粉,利用X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜对样品的结构和形貌进行了表征。XRD光谱表明合成的物质为纯相的KCaY(PO₄)₂晶体,属于六方晶系。扫描电镜照片显示样品呈规则的四、六棱柱形状。对样品的发光性质研究表明,随着Tb³⁺浓度增加,离子间的交叉弛豫增强,发射光的颜色从蓝绿色变为黄绿色。通过在上述样品中共掺杂Eu³⁺,利用Tb³⁺→Eu³⁺的能量传递实现了发射光的颜色从绿色到白色连续调制。该荧光粉适合作为紫外、真空紫外光激发的单一基质白光发射荧光粉。     

不同收入农村居民消费需求比较研究

利用2009年中国农村住户调查数据,运用比例半对数逆函数形式(the Ratio Semi-log Inverse Function,RSLI)模拟了23种生活消费品的需求函数,估计了不同收入农村居民的边际消费倾向和需求收入弹性.结果表明,我国农村居民消费水平总体达到小康水平,但是,不同收入人群的消费水平差异较大.不同收入居民具有不同的消费选择行为,随着收入的增加,消费支出呈现多样化倾向,低收入和中低收入居民既要增加食物消费支出,又需要较大幅度地增加文化教育娱乐、医疗保健和交通通讯的消费,而对于高收入居民而言,许多商品已经是必需品了,他们的消费重点是居住.     

高阻抗磁绝缘线振荡器微波提取结构

指出了磁绝缘线振荡器（MILO）微波提取结构传统设计方法中可能存在的问题。通过高频电磁软件模拟得到当微波提取结构具有不同特征阻抗时TEM模式功率传输效率在MILO工作频点附近的频率响应规律。模拟结果表明,当MILO阻抗较高时,用传统方式设计的微波提取结构不能满足TEM模式传输的要求。为了解决高阻抗情况下TEM模式的传输困难,提出并讨论了阶梯负载的设计方案。进一步模拟结果表明,阶梯负载克服了TEM模式的传输困难,提高了微波提取结构对MILO频率漂移的适应能力。     

纤锌矿In_(0.19)Ga_(0.81)N/GaN量子阱中光学声子和内建电场对束缚极化子结合能的影响

用改进的Lee-Low-Pines变分方法研究纤锌矿In0.19Ga0.81N/GaN量子阱结构中束缚极化子能量和结合能等问题,给出基态结合能、不同支长波光学声子对能量和结合能的贡献随阱宽和杂质中心位置变化的数值结果.在数值计算中包括了该体系中声子频率的各向异性和内建电场对能量和结合能的影响、以及电子和杂质中心与长波光学声子的相互作用.研究结果表明,In0.19Ga0.81N/GaN量子阱材料中光学声子和内建电场对束缚极化子能量和结合能的贡献很大,它们都引起能量和结合能降低.结合能随着阱宽的增大而单调减小,窄阱中减小的速度快,而宽阱中减小的速度慢.不同支声子对能量和结合能的贡献随着阱宽的变化规律不同.没有内建电场时,窄阱中,定域声子贡献小于界面和半空间声子贡献,而宽阱中,定域声子贡献大于界面和半空间声子贡献.有内建电场时,定域声子贡献变小,而界面和半空间声子贡献变大,声子总贡献也有明显变化.在In0.19Ga0.81N/GaN量子阱中,光学声子对束缚极化子能量和结合能的贡献比GaAs/Al0.19Ga0.81As量子阱中的相应贡献(约3.2—1.8和1.6—0.3 meV)约大一个数量级.阱宽(d=8 nm)不变时,在In0.19Ga0.81N/GaN量子阱中结合能随着杂质中心位置Z0的变大而减小,并减小的速度变快.随着Z0的增大,界面和半空间光学声子对结合能的贡献缓慢减小,而定域光学声子的贡献缓慢增大.