国际化学奥林匹克 · 2005年

题目

第 4 题亚洲金都。台湾东北部的九份曾是亚洲最大金矿之一。A 部分。KCN 用于从矿石中浸出金： $\ce{4Au(s) + 8CN-(aq) + O2(g) + 2H2O(l) -> 4[Au(CN)2]-(aq) + 4OH-(aq)}$ 。(4.A-1) 指出 $\ce{[Au(CN)2]-}$ 的空间构型。(4.A-2) 浸出 20 g 金需多少克 KCN？（ $M(\ce{Au}) = 197$ ， $M(\ce{KCN}) = 65.12$ g mol $^{-1}$ 。）王水（浓盐酸与浓硝酸体积比 3:1）通过氧化还原反应溶解金： $\ce{Au(s) + 3NO3-(aq) + 6H+(aq) + 4Cl-(aq) -> [AuCl4]-(aq) + 3NO2(g) + 3H2O(l)}$ 。(4.A-3) 写出半反应并配平总反应式。(4.A-4) 指出氧化剂和还原剂。(4.A-5) 已知 $\ce{Au^{3+} + 3e- -> Au(s)}$ （ $E^\circ = +1.50$ V）和 $\ce{[AuCl4]- + 3e- -> Au(s) + 4Cl-}$ （ $E^\circ = +1.00$ V），计算 $25\ ^\circ\mathrm{C}$ 下的生成常数 $K_f = \frac{[\ce{[AuCl4]-}]}{[\ce{Au^{3+}}][\ce{Cl-}]^4}$ （ $RT\ln10/F = 0.059$ V）。B 部分。金纳米颗粒（AuNP）。在 Brust-Schiffrin 法中，将 $\ce{HAuCl4}$ 水溶液用四辛基溴化铵相转移至甲苯中，加入十二烷硫醇，再以过量 $\ce{NaBH4}$ 还原，得到粒径受控的 AuNP。(4.B-1) 该方法是自上而下（top-down）还是自下而上（bottom-up）？(4.B-3) $\ce{NaBH4}$ 的作用是什么？(4.B-4) 若 AuNP 平均直径为 3.0 nm，Au 原子半径为 0.144 nm，估算每个纳米颗粒中的 Au 原子数。(4.B-5) 估算位于纳米颗粒表面的 Au 原子百分比。解答: 1