Chemistry Labs

国际化学奥林匹克 · 2019年

题目

  1. 第 2 题分子氢(H2)是一种不排放CO2的替代燃料,降低其生产成本与环境影响是重大挑战;分解水是有前景的技术。298 K时数据:ΔfH∘\Delta_f H^\circ (kJ mol−1^{-1}):H2(g) 0, H2O(l) −285.8, H2O(g) −241.8, O2(g) 0;Sm∘S_m^\circ (J mol−1^{-1} K−1^{-1}):H2(g) 130.6, H2O(l) 69.9, H2O(g) 188.7, O2(g) 205.2。(a) 写出液态水分解的配平方程(水的化学计量系数为1),并用数值说明该反应在298 K时是否热力学上有利。(b) 可用酸性水浴中的两个电极进行电化学分解水;写出每个电极的半反应,并推导在298 K使过程有利的外加电压 ΔEapplied\Delta E_{\text{applied}} 相对于热力学阈值 ΔEth\Delta E_{\text{th}} 的条件。(c) 以Pt为阴极时,最小电压 ΔEmin⁡\Delta E_{\min} 取决于阳极:IrOx 1.6 V、NiOx 1.7 V、CoOx 1.7 V、Fe2O3 1.9 V。给出电解水功率效率 ηelec\eta_{\text{elec}} 的表达式,计算Pt/Fe2O3组合的效率,并指出最有效的阳极。解答: 1
  2. 第 3 题氯化银是乳白色固体(引自L. J. 盖-吕萨克的讲义)。298 K时数据:pKs1(AgCl)=9.7pK_{s1}(\ce{AgCl}) = 9.7;pKs2(AgX2CrOX4)=12pK_{s2}(\ce{Ag2CrO4}) = 12;[Ag(NHX3)Xn]+[\ce{Ag(NH3)_n}]^+ 的生成常数 βn=107.2\beta_n = 10^{7.2};E∘(AgX+/Ag)=0.80E^\circ(\ce{Ag+/Ag}) = 0.80 V。(a) 计算 AgCl(s)\ce{AgCl(s)} 在水中的溶解度 ss。(b) 向氯化银加入氨会生成计量数为 nn 的配合物;写出平衡式及常数 KK,再由1 dm3^3 水中0.1 mol AgCl\ce{AgCl} 恰好在 [NHX3]=1.78[\ce{NH3}] = 1.78 mol dm−3^{-3} 时溶解求出 nn。(c) 莫尔法在 KX2CrOX4\ce{K2CrO4} 存在下用 AgX+\ce{Ag+} 滴定 ClX−\ce{Cl-}:向 V0=20.00V_0 = 20.00 cm3^3 的NaCl溶液加入3滴(约0.5 cm3^3)c=7.76×10−3c = 7.76\times 10^{-3} mol dm−3^{-3} 的 KX2CrOX4\ce{K2CrO4},用 c=0.050c = 0.050 mol dm−3^{-3} 的 AgNOX3\ce{AgNO3} 滴定,在 VAg=4.30V_{\ce{Ag}} = 4.30 cm3^3 时出现红色沉淀。求 c(ClX−)c(\ce{Cl-}) 以及 AgX2CrOX4\ce{Ag2CrO4} 开始沉淀时剩余的 [ClX−]res[\ce{Cl-}]_{\text{res}}。解答: 1