4.1: Іспит 1
Завдання 1 (17 БАЛІВ)
а)(Li2+) Літій-іонний лазер випромінює світло довжини хвилі450 nm через електрони, що розслабляються до енергетичного рівняn=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 випромінює200 nm світло, а інший випромінює900 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 при500 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]
- O2−
- 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]
- O2−
- 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 частковоA є парамагнітними, якщо такі є? [2 бали]
г) Запишіть повний набір квантових чисел (значення дляn,l,ml,ms) для кожного з валентних електронів вSi. [8 балів]
д) Скільки електронів вSi мають однаковий набір квантових чисел (n,1,ml,ms)? [2 бали]
Завдання 3 (19 БАЛІВ)
Нижче наведено спектр PES для зовнішніх електронів елементаX.
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 елементX 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, якX 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(C7H8 N4O2), компонента какао. Реакцію в рослині какао створює теобромін іO2 як побічні продукти. У вас єN2,SO2,H2O,CO2 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,(C6H12O6) доступних у вашій лабораторії. Рецепт шоколаду вимагає3:1 співвідношення теоброміну до глюкози за обсягом. Чи обмежує теобромін або глюкозу, і скількиcm3 шоколадної суміші ви можете виробляти? [10 балів]
Щільність теоброміну:1.52 g/cm3 при кімнатній температурі
Щільність глюкози:1.54 g/cm3 при кімнатній температурі
в) Шоколад сам по собі він прекрасний, але ви робите висновок, що кінцевою формою шоколаду є полуниця, покрита шоколадом. Потрібно0.5 cm3 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 формулоюCH2 N2 намальовані нижче. Намалюйте відсутні одинокі пари (де це можливо) і напишіть формальний заряд на кожному елементі. [8 балів]
б) Ціанамід виготовляється промислово з карбіду кальцію(CaC2), який, в свою чергу, виготовляється з оксиду кальцію(CaO). Напишіть заряди на кожен елемент для хлориду кальцію(CaCl2), хлориду натрію(NaCl), карбіду кальцію та(CaO) карбіду магнію(MgO). [6 балів]
NaCl CaO MgO Charge on Na: Charge on Ca: Charge on Mg: Charge on Cl: Charge on O: Charge on O:
в) Ранжируйте сполуки з точки зору зменшення енергії решітки. Поясніть одним реченням. [5 балів]
г) Напишіть структуру Льюїса для дихлорметану (CH2Cl2). [4 бали]