Для длины волны уф-света 253,7 нм
жүктеу/скачать 25.93 Kb.
|
|
24-2. Энергия связи C–I в молекуле CH3I составляет 50 ккал · моль−1. Чему равна кинетическая энергия продуктов реакции CH3I + hν → CH· 3 + I · при действии на CH3I УФ-света с длиной волны 253,7 нм? Для расчета кинетической энергии продуктов реакции CH3I + hν → CH3* + I* при действии ультрафиолетового (УФ) света с известной длиной волны, мы можем использовать уравнение фотохимической реакции и закон сохранения энергии. Энергия фотона света (hν) связана с его длиной волны следующим образом: E = hc / λ где: E - энергия фотона (в джоулях) h - постоянная Планка (приближенно 6.626 x 10^(-34) Дж·с) c - скорость света (приближенно 3.00 x 10^8 м/с) λ - длина волны света (в метрах) Для длины волны УФ-света 253,7 нм: λ = 253.7 x 10^(-9) метров Теперь мы можем рассчитать энергию фотона: E = (6.626 x 10^(-34) Дж·с * 3.00 x 10^8 м/с) / (253.7 x 10^(-9) м) ≈ 7.42 x 10^(-19) Дж Теперь, чтобы рассчитать кинетическую энергию продуктов реакции, мы знаем, что энергия связи C-I в молекуле CH3I составляет 50 ккал · моль^(-1), что равно приближенно 209,200 дж/моль (как рассчитано в предыдущем ответе). Из закона сохранения энергии: Кинетическая энергия продуктов = Изменение энергии связи C-I - Энергия фотона Кинетическая энергия продуктов = 209,200 дж/моль - 7.42 x 10^(-19) Дж Кинетическая энергия продуктов ≈ 209,200 дж/моль Таким образом, кинетическая энергия продуктов реакции CH3I + hν → CH3* + I* при действии УФ-света с длиной волны 253,7 нм составляет примерно 209,200 дж/моль. 24-5. Молекулы в сетчатке глаза человека способны передавать сигнал в зрительный нерв, если скорость поступления излучения равна 2 · 10−16 Вт. Найдите минимальное число фотонов, которое должно за 1 с попадать на сетчатку глаза, чтобы создать зрительное ощущение. Среднюю длину волны света можно принять равной 550 нм. Чтобы определить минимальное число фотонов, необходимых для создания зрительного ощущения при заданных условиях, мы можем использовать формулу для расчета энергии фотона и затем определить, какое количество фотонов соответствует заданной мощности излучения. Для начала, нам нужно определить энергию одного фотона. Энергия фотона (E) связана с длиной волны (λ) света по следующей формуле: E = hc / λ где: E - энергия фотона (в джоулях) h - постоянная Планка (приближенно 6.626 x 10^(-34) Дж·с) c - скорость света (приближенно 3.00 x 10^8 м/с) λ - длина волны света (в метрах) Средняя длина волны света составляет 550 нм, что равно 550 x 10^(-9) метров. E = (6.626 x 10^(-34) Дж·с * 3.00 x 10^8 м/с) / (550 x 10^(-9) м) ≈ 3.62 x 10^(-19) Дж Теперь мы знаем энергию одного фотона. Далее, мы можем использовать мощность излучения (P) и формулу для вычисления количества фотонов (N), чтобы определить минимальное количество фотонов, которое должно попадать на сетчатку глаза: P = N * E где: P - мощность излучения (в ваттах) N - количество фотонов E - энергия одного фотона (в джоулях) Мощность излучения P равна 2 x 10^(-16) Вт, а энергия одного фотона E равна 3.62 x 10^(-19) Дж. Теперь мы можем решить уравнение для N: N = P / E N = (2 x 10^(-16) Вт) / (3.62 x 10^(-19) Дж) ≈ 552.49 x 10^2 Минимальное количество фотонов, которое должно попадать на сетчатку глаза, чтобы создать зрительное ощущение, составляет приблизительно 552.49 x 10^2 фотона в секунду. 24-8. Аммиак разлагается УФ-светом (длина волны 200 нм) с квантовым выходом 0,14. Сколько калорий света необходимо для разложения 1 г аммиака? Для определения, сколько калорий света необходимо для разложения 1 г аммиака, мы сначала должны рассчитать количество аммиака в молях в 1 грамме. Затем, используя квантовый выход и энергию фотона с длиной волны 200 нм, мы определим, сколько калорий света требуется на моль аммиака, а затем рассчитаем это для 1 грамма аммиака. Рассчитаем количество молей аммиака в 1 г: Молярная масса аммиака (NH3) составляет приблизительно 17 г/моль (14 г/моль за N + 3 г/моль за H). Таким образом, в 1 г аммиака содержится: 1 г / 17 г/моль ≈ 0.05882 моль Теперь используем квантовый выход для определения количества фотонов, необходимых для разложения 1 моль аммиака. Квантовый выход (Q) равен 0,14, что означает, что 14% света приводит к разложению аммиака. Теперь мы знаем, что только 14% света используется, поэтому мы умножим количество молей аммиака (0.05882 моль) на квантовый выход: 0.05882 моль x 0.14 = 0.0082188 моль света используется для разложения 1 г аммиака. Теперь нам нужно рассчитать энергию света, используя его длину волны. Мы можем использовать формулу: E = hc / λ где: E - энергия фотона света (в джоулях) h - постоянная Планка (приближенно 6.626 x 10^(-34) Дж·с) c - скорость света (приближенно 3.00 x 10^8 м/с) λ - длина волны света (200 нм = 200 x 10^(-9) метров) E = (6.626 x 10^(-34) Дж·с * 3.00 x 10^8 м/с) / (200 x 10^(-9) м) ≈ 9.939 x 10^(-19) Дж Теперь рассчитаем, сколько джоулей энергии света необходимо для разложения 0.0082188 моль света: Энергия = 0.0082188 моль * 9.939 x 10^(-19) Дж/моль ≈ 8.16 x 10^(-21) Дж Далее, преобразуем это в калории, учитывая, что 1 ккал (килокалория) равна приблизительно 4184 джоулям: Энергия = (8.16 x 10^(-21) Дж) / 4184 ≈ 1.95 x 10^(-24) ккал Таким образом, для разложения 1 г аммиака требуется примерно 1.95 x 10^(-24) ккал световой энергии. 24-11. Фотохимическое окисление фосгена под действием УФ-излучения описывается уравнением 2COCl2 + O2 → 2CO2 + Cl2. Поглощение 4,4 · 1018 квантов света (λ = 253,7 нм) вызвало превращение 1,31 · 10−5 моль фосгена. Рассчитайте квантовый выход реакции. Для расчета квантового выхода реакции нам нужно сначала найти количество света, поглощенного при заданной длине волны, а затем сравнить его с количеством реагента, превращенным в продукты.
Рассчитаем количество энергии (E) света, поглощенной при длине волны 253,7 нм. Мы можем использовать формулу для определения энергии фотона: E = hc / λ где: E - энергия фотона (в джоулях) h - постоянная Планка (приближенно 6.626 x 10^(-34) Дж·с) c - скорость света (приближенно 3.00 x 10^8 м/с) λ - длина волны света (в метрах) Для длины волны 253,7 нм: λ = 253.7 x 10^(-9) метров E = (6.626 x 10^(-34) Дж·с * 3.00 x 10^8 м/с) / (253.7 x 10^(-9) м) ≈ 2.479 x 10^(-18) Дж Теперь, зная, что было поглощено 4,4 x 10^18 квантов света, мы можем рассчитать общую энергию света: Общая энергия света = количество квантов * энергия фотона Общая энергия света = 4.4 x 10^18 квантов * 2.479 x 10^(-18) Дж/квант ≈ 10.91 Дж Теперь мы можем рассчитать количество фосгена (2COCl2), которое было превращено в продукты. Из уравнения реакции видно, что на 1 моль фосгена (2COCl2) должно приходиться 2 моль продуктов (2CO2 + Cl2). Таким образом, 1,31 x 10^(-5) моль фосгена приведут к образованию: 1,31 x 10^(-5) моль * 2 = 2.62 x 10^(-5) моль продуктов Теперь мы знаем, что общая энергия света (10.91 Дж) вызвала превращение 2.62 x 10^(-5) моль фосгена в продукты. Рассчитаем квантовый выход (Q) как отношение количества молей продуктов к количеству энергии света: Q = (Количество молей продуктов) / (Общая энергия света) Q = (2.62 x 10^(-5) моль) / (10.91 Дж) ≈ 2.40 x 10^(-6) моль/Дж Таким образом, квантовый выход реакции составляет примерно 2.40 x 10^(-6) моль/Дж. 24-14. Фотохимическое хлорирование хлороформа в газовой фазе следует закону скорости d[CCl4]/dt = k[Cl2]1/2I1/2 0 . Предложите механизм, который приведет к этому закону скорости при очень высоких давлениях хлора Для расчета квантового выхода реакции фотохимического окисления фосгена, вам нужно определить, сколько молей фосгена претерпело реакцию на основе данных о поглощенных квантах света и количестве молей, которое претерпело реакцию. Для начала определим количество квантов света: Количество квантов = 4.4 * 10^18 квантов Теперь определим количество молей фосгена, которое претерпело реакцию, используя известное соотношение между квантами света и молекулами фосгена: 1 моль фосгена превращается под воздействием 2 квантов света (согласно уравнению реакции). Следовательно: Количество молей фосгена = (4.4 * 10^18 квантов) / (2 кванта/моль) = 2.2 * 10^18 моль Теперь, когда мы знаем, сколько молей фосгена претерпело реакцию, мы можем рассчитать квантовый выход реакции. Квантовый выход реакции - это отношение количества молей продукта к количеству молей реагента, участвующего в фотохимической реакции. В данной реакции фосген превращается в диоксид углерода (CO2) и хлор (Cl2). Исходя из уравнения реакции, каждый моль фосгена превращается в два моля CO2, поэтому: Квантовый выход = (количество молей CO2) / (количество молей фосгена) = (2 моль CO2) / (2.2 * 10^18 моль) ≈ 9.09 * 10^(-19) Таким образом, квантовый выход реакции составляет примерно 9.09 * 10^(-19). 24-14. Фотохимическое хлорирование хлороформа в газовой фазе следует закону скорости d[CCl4]/dt = k[Cl2]^(1/2) * I0^(1/2). Предложите механизм, который приведет к этому закону скорости при очень высоких давлениях хлора ChatGPT Закон скорости реакции d[CCl4]/dt = k[Cl2]^(1/2) * I0^(1/2), предполагает, что реакция протекает в газовой фазе и зависит от концентрации Cl2 (хлора) и интенсивности света (I0). Этот закон скорости может быть объяснен следующим механизмом реакции при высоких давлениях хлора: Инициация: На этом этапе происходит инициация реакции под воздействием света. Молекулы хлороформа (CHCl3) поглощают световые кванты и расщепляются, образуя хлор (Cl2) и радикал метила (CH3•): CHCl3 + hν → CH3• + Cl2 Здесь hν представляет интенсивность света. Процесс распространения: Образовавшийся радикал метила (CH3•) реагирует с молекулами хлороформа (CHCl3) по цепной реакции: CH3• + CHCl3 → CCl3• + CH4 Образовавшийся хлорированный радикал (CCl3•) продолжает реакцию, вступая в реакцию с хлором: CCl3• + Cl2 → CCl4 + Cl• Терминирование: Реакция завершается, когда радикалы встречаются и реагируют друг с другом, образуя стабильные молекулы: Cl• + Cl• → Cl2 Таким образом, при высоких давлениях хлора (Cl2), скорость реакции будет зависеть от концентрации Cl2^(1/2), так как этот шаг реакции (образование CCl4 из CCl3• и Cl2) имеет пороговый порядок реакции 1/2 по отношению к Cl2. Также, скорость реакции зависит от интенсивности света (I0)^(1/2), так как инициация реакции происходит благодаря световым квантам. Это подтверждает экспериментальное наблюдение, что интенсивность света влияет на скорость фотохимических реакций. Таким образом, данное уравнение скорости реакции можно объяснить механизмом с образованием радикалов и последующей цепной реакцией при высоких давлениях хлора. жүктеу/скачать 25.93 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|