Chemistry Labs

国际化学奥林匹克 · 2015年

题目

  1. 第 1 题新型与被遗忘的旧制冷剂。在模型制冷循环中对制冷剂进行热力学比较:液态制冷剂在恒定压力 p1p_1、温度 T1T_1 下沸腾(吸热 QQ),蒸气经可逆绝热压缩升温至 T2T_2(功 WW),再在恒定压力 p2p_2 下冷却并回到初始状态。对 1 mol 制冷剂,T1=280T_1 = 280 K,T2=380T_2 = 380 K,蒸气视为理想气体:NHX3\ce{NH3} — ΔHvap=21.3\Delta H_{vap} = 21.3 kJ mol−1^{-1},CV(气)=26.7C_V(\text{气}) = 26.7 J K−1^{-1} mol−1^{-1};CHFX2Cl\ce{CHF2Cl} — 20.020.0 kJ mol−1^{-1},48.848.8 J K−1^{-1} mol−1^{-1};CFX3CHX2F\ce{CF3CH2F} — 22.122.1 kJ mol−1^{-1},7979 J K−1^{-1} mol−1^{-1};CFX3CF=CHX2\ce{CF3CF=CH2} — 19.119.1 kJ mol−1^{-1},120120 J K−1^{-1} mol−1^{-1}。(a) 计算 NHX3\ce{NH3} 和 CHFX2Cl\ce{CHF2Cl} 的 QQ 与 WW。(b) 性能系数 COP=Q/WCOP = Q/W,计算两种制冷剂的 COP。(c) 计算 CFX3CHX2F\ce{CF3CH2F} 与 CFX3CF=CHX2\ce{CF3CF=CH2} 的 COP——与 CHFX2Cl\ce{CHF2Cl} 相比效率提高了吗?解答: 1
  2. 第 3 题两个结合中心——竞争还是协同?宿主分子 H 有两个对客体 G 亲和力不同的结合中心 aa 和 bb:H+G⇌HGa\ce{H + G <=> HGa}(KaK_a)和 H+G⇌HGb\ce{H + G <=> HGb}(KbK_b)。一个 G 的结合会改变另一中心的亲和力,用相互作用因子 β\beta 描述:第二结合步 HGa+G⇌HGX2\ce{HGa + G <=> HG2}(G 结合到中心 bb)的平衡常数为 βKb\beta K_b(HG2 为双结合配合物)。(a) 给出对应协同、竞争和独立三种情形的 β\beta 取值范围。(b) 用 KaK_a、KbK_b、β\beta 表示 HGb+G⇌HGX2\ce{HGb + G <=> HG2} 的平衡常数。(c) 配制 [H]0=1[\ce{H}]_0 = 1、[G]0=2[\ce{G}]_0 = 2 mol dm−3^{-3} 的溶液。平衡时 [H][\ce{H}] 降至十分之一,[G][\ce{G}] 降至四分之一。已知 Kb=2KaK_b = 2K_a,求各物种浓度以及 KaK_a、β\beta。(d) 将 1 mol H 与一定量 G 溶于水得到 1 dm3^3 溶液,使 [HGX2]=[HGa]+[HGb][\ce{HG2}] = [\ce{HGa}] + [\ce{HGb}]。用 (c) 中的 KaK_a、KbK_b、β\beta 求 G 的初始量。解答: 1