Chemistry Labs

国際化学オリンピック · 2011年

問題

  1. 問題 1一酸化窒素は 820 °C で水素と反応する：2 NO(g)+HX2(g)→NX2O(g)+HX2O(g)\ce{2NO(g) + H2(g) -> N2O(g) + H2O(g)}。様々な初期分圧での NX2O\ce{N2O} 生成初速度が測定された（圧力は torr、時間は秒；濃度は使わない）：実験1: pNO=120.0p_{\ce{NO}} = 120.0, pHX2=60.0p_{\ce{H2}} = 60.0 → 速度 =8.66×10−2= 8.66 \times 10^{-2} torr s−1^{-1}；実験2: pNO=60.0p_{\ce{NO}} = 60.0, pHX2=60.0p_{\ce{H2}} = 60.0 → 2.17×10−22.17 \times 10^{-2}；実験3: pNO=60.0p_{\ce{NO}} = 60.0, pHX2=180.0p_{\ce{H2}} = 180.0 → 6.62×10−26.62 \times 10^{-2} torr s−1^{-1}。(a) 速度則と速度定数を求めよ。(b) pNO=200p_{\ce{NO}} = 200 torr, pHX2=100p_{\ce{H2}} = 100 torr での NO 消費初速度を求めよ。(c) pNO=800p_{\ce{NO}} = 800 torr, pHX2=1.0p_{\ce{H2}} = 1.0 torr で pHX2p_{\ce{H2}} が半分になる時間を求めよ。(d) 提案機構は 2 NO⇌NX2OX2\ce{2NO <=> N2O2}（k1,k−1k_1, k_{-1}）に続き NX2OX2+HX2→kX2NX2O+HX2O\ce{N2O2 + H2 ->[k_2] N2O + H2O}。NX2OX2\ce{N2O2} に定常状態近似を適用して速度則を導き、実験速度則に帰着する条件を述べ、kk を k1k_1, k−1k_{-1}, k2k_2 で表せ。解答: 1
  2. 問題 2無水アンモニアはクリーンでエネルギー密度の高い燃料である。定容容器中で気体 NHX3\ce{NH3} が 4 NHX3(g)+3 OX2(g)→2 NX2(g)+6 HX2O(l)\ce{4NH3(g) + 3O2(g) -> 2N2(g) + 6H2O(l)} に従い燃焼し、初期・最終状態は 298 K、14.40 g の OX2\ce{O2} で燃焼後も NHX3\ce{NH3} が残る（ΔfH∘(NHX3(g))=−46.11\Delta_fH^{\circ}(\ce{NH3(g)}) = -46.11 kJ mol−1^{-1}、ΔfH∘(HX2O(l))=−285.83\Delta_fH^{\circ}(\ce{H2O(l)}) = -285.83 kJ mol−1^{-1}）。(a) 放出熱を求めよ。(b) 溶解 NHX3\ce{NH3} を定量するため、生成した水溶液 10.00 cm3^3 を HX2SOX4\ce{H2SO4} 15.0 cm3^3（c=0.0100c = 0.0100 mol dm−3^{-3}）に加え、NaOH（c=0.0200c = 0.0200 mol dm−3^{-3}）で逆滴定し、当量点は 10.64 cm3^3（Kb(NHX3)=1.8×10−5K_b(\ce{NH3}) = 1.8 \times 10^{-5}、Ka(HSOX4X−)=1.1×10−2K_a(\ce{HSO4-}) = 1.1 \times 10^{-2}）。容器中溶液の pH を求めよ。(c) 当量点では NHX4X+\ce{NH4+} と SOX4X2−\ce{SO4^{2-}} が存在する。関係する平衡を書き、当量点の pH が 7 より大きいか小さいか等しいかを予測せよ。解答: 1