Chemistry Labs

第 1 题

分子氯的解离是吸热过程，ΔH=243.6\Delta H = 243.6 kJ mol−1^{-1}。该解离也可以通过光照实现。1.1 光的解离作用预计在什么波长处出现？1.2 波长小于或大于所计算临界波长的光是否也能产生此效应？1.3 临界波长光子的能量是多少？当能引起氯解离的光照射到气态氯和氢的混合物上时，会生成氯化氢。用汞UV灯（λ=253.6\lambda = 253.6 nm，输入功率10 W）照射该混合物。供给能量的2 %被10升容器中的气体混合物吸收。照射2.5秒内生成65毫摩尔的HCl。1.4 量子产率（每个被吸收光子对应的产物分子数）是多少？1.5 如何定性解释所得数值？描述反应机理。
第 1/5 步：临界波长
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直观理解

一个光子至少须携带断裂一摩尔Cl–Cl键所需能量除以阿伏伽德罗常数所得的能量。

λc=NAhcΔH=6.02×1023×6.6×10−34×3×1082.436×105=4.91×10−7 m=491 nm\lambda_c = \dfrac{N_A h c}{\Delta H} = \dfrac{6.02\times 10^{23}\times 6.6\times 10^{-34}\times 3\times 10^{8}}{2.436\times 10^{5}} = 4.91\times 10^{-7}\ \text{m} = 491\ \text{nm}
分析

令光子能量等于每个分子的键能：hν=ΔH/NAh\nu = \Delta H/N_A，故 λc=NAhc/ΔH≈491\lambda_c = N_A h c/\Delta H \approx 491 nm。λ<491\lambda < 491 nm 的光子能量更高，也能解离 ClX2\ce{Cl2}；波长更长的光子能量不足。

常见错误. 必须先将 ΔH\Delta H（每摩尔）除以 NAN_A 再与 hνh\nu 比较——直接用摩尔能量与光子能量比较会使波长小 102310^{23} 倍。