Chemistry Labs

国際化学オリンピック · 2021年

問題

  1. 問題 1金属表面に到達した水素分子は解離してH原子として吸着する：HX2(g)→2 H(ad)\ce{H2(g) -> 2H(ad)}。吸着原子はバルクへ吸収されるか（H(ad)→H(ab)\ce{H(ad) -> H(ab)}）、再結合して脱離する。表面サイトあたりの速度は吸着 r1=k1PHX2(1−θ)2r_1 = k_1 P_{\ce{H2}}(1-\theta)^2、脱離 r2=k2θ2r_2 = k_2\theta^2、吸収 r3=k3θr_3 = k_3\theta で、θ\theta はH原子が占めるサイトの割合。吸着・脱離は吸収より十分速く（r1,r2≫r3r_1, r_2 \gg r_3）θ\theta は一定とする。(a) r3r_3 を PHX2P_{\ce{H2}} の関数として表し、r3=k3CPHX21+CPHX2r_3 = k_3\dfrac{\sqrt{C P_{\ce{H2}}}}{1+\sqrt{C P_{\ce{H2}}}} と書けることを示せ。CC を k1k_1 と k2k_2 で表せ。(b) 面積 S=1.0×10−3S = 1.0\times 10^{-3} m2^2 の金属試料を PHX2=1.0×104P_{\ce{H2}} = 1.0\times 10^{4} Pa の HX2\ce{H2} が入った1.0 L容器に入れた。吸着サイト密度は N=1.3×1018N = 1.3\times 10^{18} m−2^{-2}、T=400T = 400 K。吸収に伴い PHX2P_{\ce{H2}} は一定速度 v=4.0×10−4v = 4.0\times 10^{-4} Pa s−1^{-1} で減少する。単位面積・単位時間あたりに吸収されるH原子の量 AA [mol s−1^{-1} m−2^{-2}] を求めよ。(c) 400 Kで C=1.0×102C = 1.0\times 10^{2} Pa−1^{-1} のとき k3k_3 を求めよ。解答: 1
  2. 問題 3セルと溶媒の吸収は無視し、すべての溶液は25 °Cとする。弱酸HAとNaAから水溶液Xを調製した。X中の濃度は [AX−]=1.00×10−2[\ce{A-}] = 1.00\times 10^{-2}、[HA]=1.00×10−3[\ce{HA}] = 1.00\times 10^{-3}、[HX+]=1.00×10−4[\ce{H+}] = 1.00\times 10^{-4} mol L−1^{-1} で、平衡 HA⇌HX++AX−\ce{HA <=> H+ + A-} で結ばれている。波長 λ1\lambda_1（光路長 ll）でのXの吸光度は A1A_1 であった。その後、pH 2.500の塩酸でXを初期体積の2倍に希釈した。希釈後に平衡が再成立しても λ1\lambda_1 での吸光度は A1A_1 のままであった。λ1\lambda_1 におけるHAと AX−\ce{A-} の吸光係数の比 εHA/εAX−\varepsilon_{\ce{HA}}/\varepsilon_{\ce{A-}} を求めよ。解答: 1