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 3/4 步：氦 D\₃ 线与核成因
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E=hcλ=6.626×10−34×2.998×108587.7×10−9=3.380×10−19 J    (D3: 3d→2p);X238X22238U→X234X22234Th+α,  X40X2240K→X40X2240Ar+βX+(ε)E = \dfrac{hc}{\lambda} = \dfrac{6.626 \times 10^{-34} \times 2.998 \times 10^{8}}{587.7 \times 10^{-9}} = 3.380 \times 10^{-19}\ \text{J}\;\;(\text{D}_3:\ 3d \rightarrow 2p);\quad \ce{^{238}U -> ^{234}Th + \alpha},\ \ \ce{^{40}K -> ^{40}Ar + \beta^+}(\varepsilon)
分析

光子能量 3.380×10−193.380 \times 10^{-19} J 对应轨道图中允许跃迁的最大能隙 3d \→ 2p。氦经 α\alpha 衰变（α\alpha 粒子即 HeX2+\ce{He^{2+}} 核）在铀矿物中积累，氩由岩石中 X40X2240K\ce{^{40}K} 的电子俘获/正电子发射生成。