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2003年全国高中学生化学竞赛决赛冬令营试题

  • 名称:2003年全国高中学生化学竞赛决赛冬令营试题
  • 类型:全国高中化学竞赛试题
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《2003年全国高中学生化学竞赛决赛冬令营试题》简介

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2003年全国高中学生化学竞赛决赛(冬令营)理论试题

第 题(8分)
太阳能发电和阳光分解水制氮,是清洁能源研究的主攻方向,研究工作之一集中在n-型半导体光电化学电池方面。下图是n-型半导体光电化学电池光解水制氢的基本原理示意图,图中的半导体导带(未充填电子的分子轨道构成的能级最低的能带)与价带(已充填价电子的分子轨道构成的能级最高的能带)之间的能量差ΔE(=Ec-Ev)称为带隙,图中的e-为电子、h+为空穴。
瑞士科学家最近发明了一种基于上图所示原理的廉价光电化学电池装置,其半导体电极由2个光系统串联而成。系统一由吸收蓝色光的WO3纳米晶薄膜构成;系统二吸收绿色和红色光,由染料敏化的TiO2纳米晶薄膜构成。在光照下,系统一的电子(e-)由价带跃迁到导带后,转移到系统二的价带,再跃迁到系统二的导带,然后流向对电极。所采用的光敏染料为配合物RuL2(SCN)2,其中中性配体L为4,4’-二羧基-2,2’-联吡啶。
(1)指出配合物RuL2(SCN)2中配体L的配位原子和中心金属原子的配位数。
(2)推测该配合物的分子结构,并用Z⌒Z代表L(其中Z为配位原子),画出该配合物及其几何异构体的几何结构示意图。
(3)画出该配合物有旋光活性的键合异构体。
(4)分别写出半导体电极表面和对电极表面发生的电极反应式,以及总反应式。
(5)已知太阳光能量密度最大的波长在560um附近,说明半导体电极中TiO2纳米晶膜(白色)必须添加光敏剂的原因。
(6)说明TiO2和配合物RuL2(SCN)2对可见光的吸收情况,推测该配合物的颜色。
(7)该光电化学电池装置所得产物可用于环保型汽车发动机吗?说明理由。

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