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第 1 题

一件出土的中国古代青铜编钟表面覆盖着含CuCl\ce{CuCl}、CuX2O\ce{Cu2O}和CuX2(OH)X3Cl\ce{Cu2(OH)3Cl}的锈层。模拟实验表明CuCl\ce{CuCl}在空气和含Cl水作用下先生成，然后CuX2(OH)X3Cl\ce{Cu2(OH)3Cl}经两条路径生成：(a) CuCl→CuX2O→CuX2(OH)X3Cl\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）：CuX2O(s)\ce{Cu2O(s)} −146，CuO(s)\ce{CuO(s)} −130，CuCl(s)\ce{CuCl(s)} −120，CuX2(OH)X3Cl(s)\ce{Cu2(OH)3Cl(s)} −1338，ClX−(aq)\ce{Cl^-(aq)} −131，OHX−(aq)\ce{OH^-(aq)} −157，HX2O(l)\ce{H2O(l)} −237。(1.1) (i) 写出(a) CuCl→CuX2O\ce{CuCl -> Cu2O}、(b) CuX2O→CuX2(OH)X3Cl\ce{Cu2O -> Cu2(OH)3Cl}、(c) CuCl→CuX2(OH)X3Cl\ce{CuCl -> Cu2(OH)3Cl}的配平方程式；(ii) 计算各反应的ΔrG0(298 K)\Delta_r G^0(298\ \mathrm{K})；(iii) 判断在空气中c(HCl)=1.0×10−4c(\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kc=1.29×10−4k_c = 1.29\times10^{-4} mol dm⁻³ s⁻¹，40 °C时2.50×10−42.50\times10^{-4}：(i) 求活化能；(ii) 确定反应级数；(iii) 已知速控步为OX2\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Cu(1)∣CuSOX4(aq)∣Cu(2)\ce{Cu(1)}|\ce{CuSO4(aq)}|\ce{Cu(2)}，E=ΦR−ΦLE = \Phi_R - \Phi_L，问E<0E < 0、=0=0还是>0>0？写出电池总反应。(1.4) Cu–Zn合金（xCu=0.750x_{\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。（Ar(Cu)=63.5A_r(\ce{Cu}) = 63.5，Ar(Zn)=65.4A_r(\ce{Zn}) = 65.4）
第 2/5 步：标准吉布斯自由能
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ΔrGa0=−146−2(131)+2(120)+237=+69 kJ mol−1;ΔrGb0=−824;ΔrGc0=−755 kJ mol−1\Delta_r G^0_a = -146 - 2(131) + 2(120) + 237 = +69\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}};\quad \Delta_r G^0_b = -824;\quad \Delta_r G^0_c = -755\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}
分析

由ΔfG0\Delta_f G^0：(a) −146+2(−131)−2(−120)−(−237)=+69-146 + 2(-131) - 2(-120) - (-237) = +69 kJ mol⁻¹；(b) −1338−(−146)−12(0)−(−237)−(−131)−0=−824-1338 - (-146) - \tfrac{1}{2}(0) - (-237) - (-131) - 0 = -824；(c) =69−824=−755= 69 - 824 = -755 kJ mol⁻¹。