Задачи
1. При инициировании фотохимической реакции необходимая для возбуждения энергия равна 126 кДж · моль-1.
Определите численное значение величин, соответствующих этой энергии:
А) частота света;
Б) волновое число;
В) длина волны, нм;
Г) электронвольт.
Ответ: 3.16·1014 с-1; 10500 см-1; 952 нм; 1,31 эВ
2. Механизм димиризации соединения Х под действием света можно представить в следующем виде
k1
Х + hν → Х*
k2
Х* → Х + hν׳
k3
Х* + Х → Х2
Рассчитайте квантовый выход образования Х2 в зависимости от концентрации Х, полагая, что [Х*] мала и постоянна в течение процесса. Интенсивность излучения равна I.
Ответ: k1 k3 I[Х]
γ= ———————
k2 + k3[Х]
3. Энергия связи C-I в молекуле CH3I составляет 50 ккал · моль-1. Чему равна кинетическая энергия продуктов реакции
CH3I + hν → CH3 + I
При действии на CH3I УФ света с длиной волны 253,7 нм?
Ответ: Екин = 63 ккал · моль-1
3. Определите квантовый выход фотолиза йодоводорода, который протекает по механизму
HI + hν → H + I
H + HI → H2 + I
I + I → I2
Ответ: γ = 2
4. Рассчитайте квантовый выход фотохимической реакции
(CH3)2CO → C2H6 + CO
Протекающей под действием УФ света с длиной волны 313 нм. Исходные данные: объем реакционного сосуда 59 мл; среднее количество поглощенной энергии 4,40·10-3 Дж·с-1; время облучения 7 ч; температура реакции 56,70С; начальное давление 766,3 Торр; конечное давление 783,2 Торр. Ответ: γ = 0,167
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.
Ответ: 553 фотона
6. Аммиак разлагается УФ светом (длина волны 200 нм ) с квантовым выходом 0,14. рассчитайте энергию света (кал) , необходимую для разложения 1 г аммиака?
Ответ: 60 ккал
7. Сколько моль квантов энергии излучает лазер мощностью 0,1 Вт, длиной волны X = 560 нм в течение 1 ч?
Ответ: 1.7 · 10-3 моль
8. В каком из случаев квант света обладает большей энергией'
а) ω = 3651 см-1 (одна из колебательных частот поглощения воды);
б) λ= 1,544 А (рентгеновское излучение СиКα);
в) ν = 5,09 • 1014 Гц (одна из желтых линий в видимой части спектра натрия)?
Ответ: а) 7.25 ·10-20 Дж; б) 1,25·10-15 Дж; в) 3,38·10-19 Дж
9.Пропускание (1,/10) водного раствора, содержащего 0,94 г насыщенного кислородом миоглобина лошади в 100 мл при длине волны 580 нм в кювете с толщиной слоя 10 см, равно 0,847. Определите молярный коэффициент поглощения насыщенного кислородом миоглобина лошади (молекулярная масса равна 18 800).
Ответ: ε = 3,42 м2 · моль-1
10. Исследования показали, что коэффициент поглощения дез-оксигенированного гемоглобина человека (молекулярная масса равна 64 600) в водном растворе при рН 7 и длине волны 430 нм равен 53,2 м2 • моль-1. Оптическая плотность [D=-lg(1,/10)] при пропускании света той же длины волны через кювету с толщиной исследуемого раствора белка 1 см равна 0,108. Определите концентрацию дезоксигенированного гемоглобина в растворе.
Ответ: с= 2·10-4 М
11. Определите длину волны света, достаточную для разрыва связи С=0 в ацетоне, если энтальпия диссоциации связи равна 728 кДж • моль-1 . Будет ли эффективен источник света (например, ртутная лампа) с длиной волны 254 нм?
Ответ: λ = 164 нм
12. Для фотохимической реакции предложена следующая схема:
A+hν → 2R· Ia
А + R· → R· + В к2
R' + R· → R2 k3
Получите выражения для скорости убыли реагента А и образования продукта В.
d[A] Ia
Ответ: - ———— = Ia + к2 (———)½ [А];
dt k3
d[В] Ia
- ——— = к2 (——)½[А]
dt k3
13. Образец СН2СО облучается источником света в течение. 15,2 мин. Интенсивность поглощенного света 1а равна 4,2 х 110-9 моль с-1. Определите количества каждого из образующихся газов, если квантовый выход по С2Н4 равен 1, по СО равен 2.
Ответ: nC2H4 =3,83·10-6 моль; nCО= 7,66·10-6 моль
14*. Сосуд объемом 100 см3, содержащий водород и хлор при 0 0С, подвергался действию света с длиной волны 400 нм. Измерения с помощью термопары показали, что хлор поглощает в 1 с 1,1 • 10-6 Дж световой энергии. Парциальное давление хлора в те-иение минуты облучения уменьшается от 27,3 до 20,8 кПа. Определите квантовый выход процесса.
Ответ: γ = 1,3·106
15. Актинометр с уранилоксалатом облучался светом с длиной Волны 390 нм в течение 1980 с. Было найдено, что для титрования количества, кратного раствору уранилоксалата после облучения, требуется 24,6 мл 0,0043 М раствора перманганата калия по сравнению с 41,8 мл КМп04, необходимыми для титрования такого Ice количества раствора до облучения. Химическая реакция при титровании имеет вид