ベトナム化学オリンピック国内選考 · 2025年

問題

問題 1気相における cis-2-ブテンと trans-2-ブテンの異性化は可逆な単分子反応で、平衡定数 $K$ 、正逆の速度定数は $k_1$ 、 $k_{-1}$ である： $\ce{cis-but-2-ene <=>[$ k_1 $][$ k_{-1} $] trans-but-2-ene}$ 。初期には cis 体のみが濃度 $C_s^0$ で存在する。(a) 反応速度の微分方程式を書け。(b) $C_s^t/C_s^0$ を $t$ 、 $K$ 、 $k_{-1}$ の関数として導出せよ。(c) $K = 1$ のとき、正しい直線プロットはどれか：(H-1) $\ln(C_s^t - 0.5C_s^0)$ vs $t$ ; (H-2) $\ln(C_s^t)$ vs $t$ ; (H-3) $1/\ln(C_s^t - 0.5C_s^0)$ vs $t$ ; (H-4) $1/(C_s^t - 0.5C_s^0)$ vs $t$ 。(d) $690\ \text{K}$ において $K = 1.14$ 、 $k_1 = 1.6 \times 10^{-6}\ \text{s}^{-1}$ 。cis 体が最大平衡転化量の 30 % に達するまでの時間（時間単位）を求めよ。(e) 10時間後の混合物中の trans-2-ブテンの割合（%）を求めよ。解答: 1
問題 2犠牲陽極（カソード防食）法は、保護対象の金属により活性な金属を接触させて腐食を防ぐ方法である。(a) 海水中の鋼構造物保護実験において、25.0 gの亜鉛ブロックを鋼製装置に取り付けた。一定時間後、重量は28.0 gとなった。酸化生成物はすべてブロックに付着した $\ce{Zn(OH)2}$ と仮定する（ $M(\ce{Zn}) = 65.38$ 、 $M(\ce{Zn(OH)2}) = 99.40$ g mol $^{-1}$ ）。酸化された亜鉛の割合（%）を求めよ。(b) 平均防食電流が 25 mA の場合、この25.0 gの亜鉛ブロックが装置を保護できる最大時間（時間単位）を求めよ。(c) 浸水面積 1000 m $^2$ の鋼製船体は、平均防食電流密度 2.5 mA m $^{-2}$ を要する。犠牲亜鉛ブロックを用い、他過程による亜鉛損失が 10 % の場合、1年間（365日）に必要な亜鉛の質量を求めよ。解答: 1