国际化学奥林匹克 · 1995年

题目

第 1 题一件出土的中国古代青铜编钟表面覆盖着含 $\ce{CuCl}$ 、 $\ce{Cu2O}$ 和 $\ce{Cu2(OH)3Cl}$ 的锈层。模拟实验表明 $\ce{CuCl}$ 在空气和含Cl水作用下先生成，然后 $\ce{Cu2(OH)3Cl}$ 经两条路径生成：(a) $\ce{CuCl -> Cu2O -> Cu2(OH)3Cl}$ 和(b,c)直接生成。标准生成吉布斯自由能（kJ mol⁻¹，298 K）： $\ce{Cu2O(s)}$ −146， $\ce{CuO(s)}$ −130， $\ce{CuCl(s)}$ −120， $\ce{Cu2(OH)3Cl(s)}$ −1338， $\ce{Cl^-(aq)}$ −131， $\ce{OH^-(aq)}$ −157， $\ce{H2O(l)}$ −237。(1.1) (i) 写出(a) $\ce{CuCl -> Cu2O}$ 、(b) $\ce{Cu2O -> Cu2(OH)3Cl}$ 、(c) $\ce{CuCl -> Cu2(OH)3Cl}$ 的配平方程式；(ii) 计算各反应的 $\Delta_r G^0(298\ \mathrm{K})$ ；(iii) 判断在空气中 $c(\ce{HCl}) = 1.0\times10^{-4}$ mol dm⁻³时反应(a)的自发方向。(1.2) 反应(c)的速率常数：25 °C时 $k_c = 1.29\times10^{-4}$ mol dm⁻³ s⁻¹，40 °C时 $2.50\times10^{-4}$ ：(i) 求活化能；(ii) 确定反应级数；(iii) 已知速控步为 $\ce{O2}$ 在CuCl上的单分子层吸附，写出速率方程及使(ii)中级数成立的条件。(1.3) 将Cu板分为两部分，Cu(1)经锤打。对电池 $\ce{Cu(1)}|\ce{CuSO4(aq)}|\ce{Cu(2)}$ ， $E = \Phi_R - \Phi_L$ ，问 $E < 0$ 、 $=0$ 还是 $>0$ ？写出电池总反应。(1.4) Cu–Zn合金（ $x_{\ce{Cu}} = 0.750$ ）为面心立方结构，密度8.51 g cm⁻³，计算统计原子半径。（ $A_r(\ce{Cu}) = 63.5$ ， $A_r(\ce{Zn}) = 65.4$ ）解答: 1