4.3: Іспит 3

Завдання 1 (23 БАЛИ)

а) У кристалічних твердих тілах 2, показаних нижче, є обведені шість різних точкових дефектів TOTAL. Позначте кожен дефект своїм найменуванням. (6 балів)

Ви вирішили купити кільце в ювелірному магазині вниз по Масовому пр. Спираючись на свої глибокі знання з матеріалознавства з 3.091, ви вирішите, що платинове кільце - це, безумовно, шлях. На жаль, ювелір закінчив ту школу по вулиці; ви засмучені їх твердженням, що кільце - це «бездефектна кристалічна платина». Давайте доведемо їх неправильно!

б) Спочатку ви зважуєте кільце: це рівно 2 грами. Скільки атомів платини в кільці? (2 бали)

в) Скільки атомних майданчиків знаходиться в кільці,$\mathrm{N}_{\mathrm{Pt}}$? (2 бали)

г) Трохи холодно в магазині:$11^{\circ} \mathrm{C}(284 \mathrm{~K})$. Припускаючи, що кільце знаходиться в тепловій рівновазі, розрахуйте загальну кількість вакансій$\mathrm{N}_{\mathrm{v}}$, які ви очікували б при поточній температурі. Константа,$A$, має значення 1,11. Припустимо, що енергія формування вакансії для$\mathrm{Pt}$ є$0.96 \mathrm{eV}$. (4 бали)

д) Ювелір підкреслений вашими шаленими розрахунками і прагнуть довести, що вони не обманюють вас; вони поспішно вказують, що атоми, які прийшли з цих вакансій, ймовірно, сидять у міжсторінкових ділянках у решітці. Ви швидко підтягуєте папір, яка виміряла інтерстиціальну концентрацію в$\mathrm{Pt}$.

Примітка: одиницями концентрації інтерстиціального дефекту є моль/л.

i) Оцініть енергію утворення (в Дж) інтерстиціального дефекту з ділянки. Як це порівнюється з енергією формування вакансії в$\mathrm{Pt}$, яка була дана вище як$0.96 \mathrm{eV}$? Підказка: припустимо, що концентрація інтерстиціального дефекту слідує за відносинами Арреніуса. (5 балів)

ii) Чи міг ювелір мати рацію, грунтуючись на енергії активації для міжстиціального формування та формування вакансій? Іншими словами, чи могли атоми з вакантних ділянок стати міжстиціальними дефектами? Поясніть свої міркування в одному реченні. (4 бали)

Завдання 2 (20 БАЛІВ)

а) Намалюйте наступне на наведених осях:

i) Крива охолодження (молярний об'єм проти температури) для аморфного$\mathrm{SiO}_2$ (3 бали)

ii) Крива охолодження (молярний об'єм проти температури) для кристалічних$\mathrm{SiO}_2$ (3 бали)

Будь ласка, позначте криві$\mathrm{i}$ і$\mathrm{ii}$.

б) На вашій ділянці вище позначте:

i) температура плавлення (и) (2 бали)

ii) температура (и) скляного переходу (и) (2 бали)

в) Перелічіть ДВА способи зміни температури склопереходу. (4 бали)

г) Загартоване скло проявляє підвищену міцність в порівнянні зі звичайним склом. Розглянемо зріз, зроблений поперек аркуша загартованого скла:

Що стосується вашої ділянки в а), поясніть, як змінюється молярний об'єм по всьому зрізу. (4 бали)

д) Яка з наступних кривих напруження-деформації може відповідати загартованому склу вище? Обведіть букву, відповідну обраній кривій. (2 бали)

Завдання 3 (20 БАЛІВ)

У GB8 ми досліджували вплив підкислення океану на птероподи, розглядаючи розчинення$\mathrm{CaCO}_3$ в розчині лимонної кислоти. Зараз ми розглянемо аналогічний процес, але використовуючи замість нього плавикову кислоту. Плавикова кислота$\mathrm{HF}$, має більш високу константу дисоціації кислоти, ніж лимонна кислота.

а) Випишіть реакцію дисоціації кислоти на плавикову кислоту. Позначте сполучені пари кислота/основи. (5 балів)

б) Яка концентрація (М) розчину, що містить$0.05 \mathrm{~g}$$\mathrm{HF}$ в$0.1 \mathrm{~L} \mathrm{H}_2 \mathrm{O}$? (3 бали)

в) Якщо константа дисоціації кислоти для плавикової кислоти є$\mathrm{K}_{\mathrm{a}}=7.2 \times 10^{-4}$, що таке розчин з частини б)?$\mathrm{pH}$ (4 бали)

д) Якби ми дали вам плавикову кислоту,$\left(\mathrm{K}_{\mathrm{a}}=7.2 \times 10^{-4}\right)$ а не лимонну кислоту$\left(\mathrm{K}_{\mathrm{a}}=1.8 \times 10^{-5}\right)$ в сумці гуді, чи очікували б ви, що оболонки розчиняються швидше чи повільніше? Коротко поясніть, чому. (4 бали)

f) Поясніть, що станеться$\mathrm{pH}$ з розчином плавикової кислоти, якщо він буде сидіти в$\mathrm{CO}_2$ середовищі протягом декількох годин, і чому. (4 бали)

Завдання 4 (21 БАЛ)

Щоб компенсувати частину кисню, споживаного спалюванням свічки в одну з ваших численних дат у п'ятницю ввечері, ви вирішили запустити реакцію, яка виробляє$\mathrm{O}_2$ газ якомога швидше. Ви згадаєте два варіанти:

$(p) 2 \mathrm{NO}_2 \rightarrow 2 \mathrm{NO}(\mathrm{g})+\mathrm{O}_2(\mathrm{~g}) \quad \mathrm{OR} \quad (q) \mathrm{O}_3+\mathrm{Cl} \rightarrow \mathrm{ClO}(\mathrm{g})+\mathrm{O}_2(\mathrm{~g})$

Ви в змозі знайти деяку інформацію про реакцію$(p)$: її норма закон

$\text { rate }=\mathrm{k}\left[\mathrm{NO}_2\right]$

(Примітка: реакції$p$ і$q$ мають однакове числове значення для їх констант реакції)

Випробування #	[$\mathrm{O}_3$] $\mathrm{M}$	[$\mathrm{Cl}$] $\mathrm{M}$	норма $\mathrm{M}/\mathrm{s}$
1	\ (\ матрм {O} _3\)]$\mathrm{M}$ «>0.07	\ (\ матрм {Cl}\)]$\mathrm{M}$ «>0,25	\ (\ mathrm {M}/\ mathrm {s}\) ">10
2	\ (\ матрм {O} _3\)]$\mathrm{M}$ «>0.14	\ (\ матрм {Cl}\)]$\mathrm{M}$ «>0,25	\ (\ mathrm {M}/\ mathrm {s}\) ">20
3	\ (\ матрм {O} _3\)]$\mathrm{M}$ «>0.07	\ (\ mathrm {Cl}\)]$\mathrm{M}$ «>0.5	\ (\ mathrm {M}/\ mathrm {s}\) ">20

а) Використовуйте експериментальні дані в таблиці вище про реакцію ($q$) для визначення її:

i. нормове право (5 балів)

II. Загальний порядок (2 бали)

iii. Значення$\mathrm{k}$, константа реакції (5 балів)

б) Побудувати лінійний варіант інтегрованого закону ставки, який описує$2 \mathrm{NO}_2 \rightarrow 2 \mathrm{NO}(\mathrm{g})+\mathrm{O}_2(\mathrm{~g})$. Позначте осі,$y$ перехоплення та нахил. (5 балів)

в) Якщо у вас є 2 моль$\mathrm{NO}_2, 1 \mathrm{~mol} \mathrm{of} \mathrm{Cl}$, і$1 \mathrm{~mol}$ з$\mathrm{O}_3$ доступних (але ви можете запустити тільки одну реакцію), яку реакцію ви б вибрали для отримання кисню найшвидше? Обґрунтуйте свою відповідь ОДНИМ реченням. (4 бали)

Завдання 5 (16 БАЛІВ)

Ваш науковий керівник хоче, щоб ви охарактеризували два чистих елементарних порошку, які вона знайшла в задній частині лабораторії. На жаль, час на машині XRD дуже обмежений; щоб заощадити час, ви змішуєте ОБИДВА ПОРОШКИ разом і виконуєте XRD на суміші.

Ви отримуєте наступний графік інтенсивності (підраховує) проти$2 \theta$ (градусів):

З сюжету у вас є наступні дані, які допоможуть ідентифікувати зразки. Можливо, вам буде корисно додати стовпці, щоб допомогти вашому мисленню (неоцінене).

$2 \theta$(градуси)	$(\sin \theta)^2$
\ (2\ тета\) (градуси) ">25,6	\ (\ sin\ тета) ^2\) ">0.049
\ (2\ тета\) (градуси) ">29.6	\ (\ sin\ тета) ^2\) ">0.065
\ (2\ тета\) (градуси) ">30.7	\ (\ sin\ тета) ^2\) ">0,070
\ (2\ тета\) (градуси) ">35.6	\ (\ sin\ тета) ^2\) ">0.093
\ (2\ тета\) (градуси) ">42.4	\ (\ sin\ тета) ^2\) ">0.131
\ (2\ тета\) (градуси) ">51.3	\ ((\ гріх\ тета) ^2\) ">0.187

а) Використовуйте правила відбору для визначення кристалічних структур зразків (8 балів) Примітка: Припустимо, зразок 1 відповідає елементу з найнижчим 2-тета-піком.

 

Зразок 1: ___________________________ Зразок 2: _______________________________

б) Які константи решітки зразків? Використано мідне k-альфа-випромінювання (довжина хвилі = 1,54 ангстреми). Покажіть своє мислення! (8 балів)

Зразок 1: ___________________________ Зразок 2: _______________________________