Chemistry Labs

国际化学奥林匹克 · 2000年

题目

  1. 第 2 题丹麦与瑞典之间的大桥。连接哥本哈根与马尔默的隧道—桥梁工程使用混凝土和钢材；本题涉及其生产与劣化过程中的化学反应。混凝土由水泥、水、砂和石子制成。水泥主要含钙硅酸盐和铝酸钙；最后阶段加入少量石膏 CaSOX4 ⋅ 2 HX2O\ce{CaSO4.2H2O} 以改善硬化。高温可能生成不希望出现的半水石膏：CaSOX4 ⋅ 2 HX2O(s)→CaSOX4 ⋅ 12 HX2O(s)+32 HX2O(g)\ce{CaSO4.2H2O(s) -> CaSO4.1/2H2O(s) + 3/2 H2O(g)}。25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C}、1.00 bar 下的热力学数据——CaSOX4 ⋅ 2 HX2O(s)\ce{CaSO4.2H2O(s)}：ΔHf∘=−2021.0\Delta H_f^\circ = -2021.0 kJ mol−1^{-1}，S∘=194.0S^\circ = 194.0 J K−1^{-1} mol−1^{-1}；CaSOX4 ⋅ 12 HX2O(s)\ce{CaSO4.1/2H2O(s)}：−1575.0-1575.0、130.5130.5；HX2O(g)\ce{H2O(g)}：−241.8-241.8 kJ mol−1^{-1}、188.6188.6 J K−1^{-1} mol−1^{-1}。R=8.314R = 8.314 J mol−1^{-1} K−1^{-1}；0 ∘C=273.150\ ^\circ\mathrm{C} = 273.15 K。(2.1) 计算 1.00 kg CaSOX4 ⋅ 2 HX2O(s)\ce{CaSO4.2H2O(s)} 转化为半水物的 ΔH∘\Delta H^\circ；反应吸热还是放热？(2.2) 计算 25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C} 下含 CaSOX4 ⋅ 2 HX2O(s)\ce{CaSO4.2H2O(s)}、CaSOX4 ⋅ 12 HX2O(s)\ce{CaSO4.1/2H2O(s)} 和 HX2O(g)\ce{H2O(g)} 的密闭容器中的平衡水蒸气压（bar）。(2.3) 设 ΔH∘\Delta H^\circ、ΔS∘\Delta S^\circ 不随温度变化，求平衡水蒸气压为 1.00 bar 时的温度。铁的腐蚀涉及电极反应 Fe(s)→FeX2+(aq)+2 eX−\ce{Fe(s) -> Fe^{2+}(aq) + 2e-} 和 OX2(g)+2 HX2O(l)+4 eX−→4 OHX−(aq)\ce{O2(g) + 2H2O(l) + 4e- -> 4OH-(aq)}。在 25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C} 下考察电池 Fe(s)∣FeX2+(aq)∣∣OHX−(aq), OX2(g)∣Pt(s)\ce{Fe(s)|Fe^{2+}(aq)||OH-(aq),O2(g)|Pt(s)}，E∘(FeX2+/Fe)=−0.44E^\circ(\ce{Fe^{2+}/Fe}) = -0.44 V，E∘(OX2/OHX−)=+0.40E^\circ(\ce{O2/OH-}) = +0.40 V；RTln⁡10/F=0.05916RT\ln10/F = 0.05916 V，F=96485F = 96485 C mol−1^{-1}。(2.4) 计算标准电动势。(2.5) 写出放电时的总反应。(2.6) 计算 25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C} 下的平衡常数。(2.7) 在标准条件下以 0.12 A 恒流放电 24 h，求转化为 FeX2+\ce{Fe^{2+}} 的 Fe 质量。(2.8) 当 [FeX2+]=0.015[\ce{Fe^{2+}}] = 0.015 M、右半电池 pH = 9.00、p(OX2)=0.700p(\ce{O2}) = 0.700 bar 时计算 EE。解答: 1