Chemistry Labs

第 1 题

1894年，Rayleigh 发现在 15.0 \°C、1.013×1051.013 \times 10^{5} Pa 下，化学法制备的氮气（固定容器中平均质量 2.2990 g）比除去 OX2\ce{O2} 的“大气氮”(2.3102 g) 轻；这一差异后来归因于氩。(a) 计算容器体积和大气氮中 Ar 的摩尔分数。(b) Ramsay 从钇铀矿中分离出氦，其发射 587.7 nm 的 D3_3 线。计算光子能量，在 He 轨道能级图中指出对应跃迁（答案：允许跃迁中能量最大的 3d \→ 2p），并指出铀矿物中产生 He（α\alpha 衰变）和岩石中产生 Ar（X40X2240K\ce{^{40}K} 电子俘获/正电子衰变）的核过程。(c) 某未知气体在 15.0 \°C、大气压下密度为 0.850±0.005 kg m−30.850 \pm 0.005\ \text{kg m}^{-3}；其中声波在 f=3520f = 3520 Hz 时 λ=0.116\lambda = 0.116 m，且 vs=fλ=γRT/Mv_s = f\lambda = \sqrt{\gamma RT/M}。求 MM 与 γ\gamma，并从 HCl、HF、Ne、Ar 中鉴别该气体。
第 1/4 步：由纯氮求容器体积
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n(NX2)=2.299028.02=8.205×10−2 mol;V=nRTp=8.205×10−2×8.314×288.151.013×105=1.940×10−3 m3n(\ce{N2}) = \dfrac{2.2990}{28.02} = 8.205 \times 10^{-2}\ \text{mol};\quad V = \dfrac{nRT}{p} = \dfrac{8.205 \times 10^{-2} \times 8.314 \times 288.15}{1.013 \times 10^{5}} = 1.940 \times 10^{-3}\ \text{m}^3
分析

化学氮为纯 NX2\ce{N2}（M=28.02M = 28.02 g mol−1^{-1}）；在 T=288.15T = 288.15 K 下用理想气体定律得 V=1.940×10−3V = 1.940 \times 10^{-3} m3^3（约2 dm3^3）。