4.1: Іспит 1

Last updated
Save as PDF

Page ID: 27767

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Завдання 1 (17 БАЛІВ)

а)\(\left(\mathrm{Li}^{2+}\right)\) Літій-іонний лазер випромінює світло довжини хвилі\(450 \mathrm{~nm}\) через електрони, що розслабляються до енергетичного рівня\(n=4\) від деякого невідомого енергетичного рівня. Що таке невідомий рівень енергії? [4 бали]

б) Проти всіх протоколів безпеки лабораторії (робити. не. робити), ви хапаєте інший лазер і спостерігаєте за світлом через ваш спектрометр. Ви спостерігаєте 10 спектральних ліній. Це означає, що існує хоча б скільки можливих рівнів енергії? [2 бали]

в) Ви купуєте два нових лазера, які кожен випромінюють тільки одну довжину хвилі: один випромінює\(200 \mathrm{~nm}\) світло, а інший випромінює\(900 \mathrm{~nm}\) світло. Тим не менш, ви змішаєте лазери і не знаєте, який є. Ви світите кожен з цих лазерів на металеву плиту. Один лазер іонізує електрони з металу, а інший ні. Який лазер не іонізує метал? Дайте одне речення, що пояснює, чому. [2 бали]

г) Ви починаєте збільшувати частоту лазера, який ви назвали в частині в). Якщо ви продовжуєте це робити, чи будете ви врешті-решт спостерігати за випромінюванням електронів? Дайте одне речення, що пояснює, чому чи чому ні. [2 бали]

д) Ви починаєте збільшувати інтенсивність лазера, який ви назвали в частині в). Якщо ви продовжуєте це робити, чи будете ви врешті-решт спостерігати за випромінюванням електронів? Дайте одне речення, що пояснює, чому чи чому ні. [2 бали]

е) Ви знайдете статтю, в якій говориться, що електрони у вашій металевій плиті почнуть іонізуватися при\(500 \mathrm{~nm}\). Якщо ви перейдете на лазер з частини c), що робить іонізувати метал (тобто той, який ви не дали у своїй відповіді на c)) і світити його на згаданому металі, якою буде швидкість випромінюваних електронів? [5 балів]

Завдання 2 (24 БАЛИ)

ПРИМІТКА: Для кожного з наступних питань припустимо, що атом або іон знаходиться в основному стані.

а) Напишіть електронну конфігурацію основного стану для наступних атомів та іонів. [6 балів]

\(\mathrm{O}^{2-}\)
\(\mathrm{Si}\)

б) Для наступних атомів та іонів намалюйте діаграму коробки та стрілки, щоб представити останню повністю або частково заповнену підоболонку, дотримуючись правил Aufbau щодо заповнення. Ви можете використовувати скорочення благородного газу для заповнених внутрішніх оболонок. [6 балів]

\(\mathrm{O}^{2-}\)
\(\mathrm{Si}\)

в) Парамагнітні матеріали притягуються магнітним полем, але не зберігають намагніченості при видаленні зовнішнього поля. Парамагнетизм викликаний непарними електронами в атомах матеріалу. Виходячи з цієї інформації, який атом та/або іон частково\(\mathrm{A}\) є парамагнітними, якщо такі є? [2 бали]

г) Запишіть повний набір квантових чисел (значення для\(n, l, m_l, m_s\)) для кожного з валентних електронів в\(\mathrm{Si}\). [8 балів]

д) Скільки електронів в\(\mathrm{Si}\) мають однаковий набір квантових чисел (\(n, 1\),\(\left.\mathrm{m}_{\mathrm{l}}, \mathrm{m}_{\mathrm{s}}\right)\)? [2 бали]

Завдання 3 (19 БАЛІВ)

Нижче наведено спектр PES для зовнішніх електронів елемента\(\mathrm{X}\).

Знімок екрана 2022-08-31 в 11.43.07 PM.png

а) Позначте на цьому графіку осі і напрямок збільшення енергії іонізації. Графік будується так, щоб найвищий пік відповідав електронам, які іонізуються першими під час експерименту. [3 бали].

б) Елемент X має таку ж внутрішню електронну конфігурацію, що і неон. Визначте елемент\(\mathrm{X}\) і позначте піки підоболонкою, включаючи кількість електронів у кожному піку.

Примітка: на графіку показані лише піки, відповідні валентним електронам. [6 балів].

в) Розглянемо іон з такою ж електронною конфігурацією, як\(\mathrm{X}\) і ще один протон. На графіку вище намалюйте новий спектр PES для цього іона. [4 бали].

г) Ви брали дані спектра PES для вуглецю у вакуумі. Однак пломба на вакуум-машині зламалася і впустила невідомий газ. Спектр для вуглецю все ще присутній, але потрібно виявити невідомі піки. Ви спостерігаєте наступне на забрудненому спектрі:

i. є 6 піків всього (включаючи піки з вуглецю) на спектрі

II. П'ять вершин однакової висоти

iii. Один пік в три рази вище інших

Що таке забруднюючий елемент? Поясніть свої міркування. [6 балів]

Завдання 4 (17 БАЛІВ)

а) Ви намагаєтеся синтезувати шоколад в лабораторії. Першим кроком є отримання теоброміну\(\left(\mathrm{C}_7 \mathrm{H}_8 \mathrm{~N}_4 \mathrm{O}_2\right)\), компонента какао. Реакцію в рослині какао створює теобромін і\(\mathrm{O}_2\) як побічні продукти. У вас є\(\mathrm{N}_2, \mathrm{SO}_2, \mathrm{H}_2 \mathrm{O}, \mathrm{CO}_2\) доступні в лабораторії як потенційні реагенти. Виберіть свої реагенти і напишіть збалансовану реакцію. [4 бали]

б) Тепер вам знадобиться цукор для приготування шоколаду. Ваша реакція виробляла 2 молі теоброміну, і у вас є 5 моль глюкози,\(\left(\mathrm{C}_6 \mathrm{H}_{12} \mathrm{O}_6\right)\) доступних у вашій лабораторії. Рецепт шоколаду вимагає\(3: 1\) співвідношення теоброміну до глюкози за обсягом. Чи обмежує теобромін або глюкозу, і скільки\(\mathrm{cm}^3\) шоколадної суміші ви можете виробляти? [10 балів]

Щільність теоброміну:\(1.52 \mathrm{~g} / \mathrm{cm}^3\) при кімнатній температурі

Щільність глюкози:\(1.54 \mathrm{~g} / \mathrm{cm}^3\) при кімнатній температурі

в) Шоколад сам по собі він прекрасний, але ви робите висновок, що кінцевою формою шоколаду є полуниця, покрита шоколадом. Потрібно\(0.5 \mathrm{~cm}^3\) розтоплений шоколад, щоб покрити середню полуницю. Тепер, використовуючи шоколад, який ви зробили в частині б, скільки родимок полуниці ви могли б покрити шоколадом? Припустимо, що зміна щільності при зміні температури незначна. [3 бали]

Завдання 5 (23 БАЛИ)

а) Дві структури з формулою\(\mathrm{CH}_2 \mathrm{~N}_2\) намальовані нижче. Намалюйте відсутні одинокі пари (де це можливо) і напишіть формальний заряд на кожному елементі. [8 балів]

Знімок екрана 2022-09-01 в 12.18.39 AM.png

б) Ціанамід виготовляється промислово з карбіду кальцію\(\left(\mathrm{CaC}_2\right)\), який, в свою чергу, виготовляється з оксиду кальцію\((\mathrm{CaO})\). Напишіть заряди на кожен елемент для хлориду кальцію\(\left(\mathrm{CaCl}_2\right)\), хлориду натрію\((\mathrm{NaCl})\), карбіду кальцію та\((\mathrm{CaO})\) карбіду магнію\((\mathrm{MgO})\). [6 балів]

\(\begin{array}{lll}\text { NaCl } & \text { CaO } & \text { MgO } \\ \text { Charge on Na: } & \text { Charge on Ca: } & \text { Charge on Mg: } \\ \text { Charge on Cl: } & \text { Charge on O: } & \text { Charge on O: }\end{array}\)

в) Ранжируйте сполуки з точки зору зменшення енергії решітки. Поясніть одним реченням. [5 балів]

Знімок екрана 2022-09-01 в 12.21.45 AM.png

г) Напишіть структуру Льюїса для дихлорметану (\(\mathrm{CH}_2 \mathrm{Cl}_2\)). [4 бали]