Đang tải... (xem toàn văn)
Xây dựng hệ thống câu hỏi và bài tập phần "Nhiệt hóa học" cho học sinh chuyên hóa
XY DNG H THNG CU HI V BI TP PHN NHT HO HC DNG CHO HC SINH CHUYấN HO Trng THPT chuyờn Nguyn Hu - H Ni I. M U Trong quỏ trỡnh ging dy trng ph thụng nhim v phỏt trin t duy cho hc sinh l nhim v rt quan trng, ũi hi tin hnh ng b cỏc mụn, trong ú Húa hc l mụn khoa hc thc nghim cp n nhiu vn ca khoa hc, s gúp phn rốn luyn t duy cho hc sinh mi gúc c bit l qua phn bi tp húa hc. Bi tp húa hc khụng nhng cú tỏc dng rốn luyn k nng vn dng, o sõu v m rng kin thc ó hc mt cỏch sinh ng, phong phỳ m cũn thụng qua ú ụn tp, rốn luyn mt s k nng cn thit v húa hc, rốn luyn tớnh tớch cc, t lc, trớ thụng minh sỏng to cho hc sinh, giỳp hc sinh hng thỳ trong hc tp. Qua bi tp húa hc giỏo viờn kim tra, ỏnh giỏ vic nm vng kin thc v k nng húa hc ca hc sinh. giỏo viờn bi dng hc sinh khỏ, gii trng chuyờn d thi hc sinh gii cp Tnh v cp Quc gia c tt thỡ nhu cu cp thit l cn cú mt h thụng cõu hi v bi tp cho tt c cỏc chuyờn nh : cu to cht, nhit hoỏ hc, ng hoỏ hc, cõn bng hoỏ hc, Vỡ vy , trong quỏ trỡnh ging dy i tuyn hc sinh gii Tnh v Quc gia tụi ó su tm v tp hp li mt s cõu hi v bi tp theo mt s chuyờn , trong ú cú phn dựng luyn tp cho hc sinh phn Nhit hoỏ hc II. MC CH CA TI Xõy dng h thng cõu hi v bi tp phn Nhit hoỏ hcdựng cho hc sinh lp chuyờn Hoỏ hc bc THPT giỳp hc trũ hc tt hn v chun b tt hn cho cỏc k thi hc sinh gii Húa hc c v lý thuyt bi tp phng phỏp gii, gúp phn nõng cao cht lng ging dy v hc tp mụn Húa hc. III. NI DUNG A- C S L THUYT : Trc khi a ra h thng bi tp cho hc trũ luyn tp thỡ giỏo viờn cn phi yờu cu hc trũ nh li mt s khỏi nim v ni dung lớ thuyt c bn ca phn Nhit hoỏ hc nh sau: 1) KH L TNG: * Khớ lớ tng l cht khớ m khong cỏch gia cỏc phõn t khớ xa nhau, cú th b qua tng tỏc gia chỳng. * Vi khớ lớ tng thỡ cú th ỏp dng : - Phng trỡnh trng thỏi: P.V = nRT (R = 8,314 J/mol.K = 0,082 l.atm/mol.K) - Trong bình có hỗn hợp khí thì: P = P i = V n i .RT còn P i = N i .P = .P n i n i 2) H V MễI TRNG: - H m: h trao i cht v nng lng vi mụi trng. - H kớn: H ch trao i nng lng vi mụi trng. - H on nhit: H khụng trao i nhit vi mụi trng. * Quy c: H nhn nng lng ca mụi trng nng lng mang du + H nhng nng lng cho mụi trng nng lng mang du - 3) BIN I THUN NGHCH: Nu h chuyn t trng thỏi cõn bng ny sang trng thỏi cõn bng khỏc mt cỏch vụ cựng chm qua liờn tip cỏc trng thỏi cõn bng thỡ s bin i ny c gi l thun nghch. õy l s bin i lớ tng khụng cú trong thc t. 4) S BIN I BT THUN NGHCH: l s bin i c tin hnh vi vn tc ỏng k. Nhng phn ng trong thc t u l bin i bt thun nghch. 5) HM TRNG THI: l hm m giỏ tr ca nú ch ph thuc vo cỏc thụng s trng thỏi ca h, khụng ph thuc vo nhng s bin i trc ú. Vớ d: P.V = hm trng thỏi P 1 .V 1 = n.RT 1 ; P 2 .V 2 = n.R.T 2 6) CÔNG (W) VÀ NHIỆT (Q) - Là 2 hình thức trao đổi năng lượng. - W, Q không phải là hàm trạng thái vì giá trị của chúng phụ thuộc vào cách biến đổi. Ví dụ: Công của sự giãn nở khí lí tưởng từ thể tích V 1 đến V 2 ở t o = const trong 1 xilanh kín nhờ 1 pittông được tính bằng công thức: W = - dVP n . 2 1 ∫ (P n : áp suất bên ngoài) * Nếu sự biến đổi là BTN thì P n = P kq = const W BTN = - P kq . dV ∫ 2 1 = - P kq . ∆V = - P kq .(V 2 - V 1 ) * Nếu sự biến đổi là thuận nghịch: Giảm P n những lượng vô cùng bé để thể tích khí tăng những lượng vô cùng bé. Khi đó P n mỗi lúc thực tế = P ở bên trong xi lanh = P k P n = P k = n.RT/V ⇒ W TN = - dVP n . 2 1 ∫ = - nRT . ∫ 2 1 V dV = - nRT .ln 1 2 V V ⇒ W BTN ≠ W TN * Các quá trình thuận nghịch sinh công lớn nhất khi hệ biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2. Lượng công này đúng bằng lượng công cần thiết đưa hệ về trạng thái ban đầu một cách thuận nghịch. 7) NỘI NĂNG U: - U của một chất hay một hệ gồm động năng của các phần tử và thế năng tương tác giữa các phần tử trong hệ đó. - U là đại lượng dung độ và là hàm trạng thái - U của n mol khí lí tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. 8) NGUYÊN LÍ I CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC: (SỰ BIẾN ĐỔI NỘI NĂNG CỦA HỆ). ∆U = U 2 - U 1 = W + Q - Đối với sự biến đổi vô cùng nhỏ: dU = δ W + δ Q (δ: Chỉ những hàm không phải là hàm trạng thái) - Thường gặp công được thực hiện chỉ do sự biến đổi thể tích nên: δ W = -P.dV ⇒ dU = δ Q = P .dV ⇒ ∫ dU = Q - dVP. 2 1 ∫ ↔ ∆U = Q - dVP. 2 1 ∫ * Nhiệt đẳng tích: Nếu hệ biến đổi ở V = const → dV = 0 ⇒ ∆U = Q V ⇒ Q V là 1 hàm trạng thái. * Nhiệt đẳng áp: Nếu hệ biến đổi ở P = const thì: dVP. 2 1 ∫ = P . dV ∫ 2 1 = P. V 2 - P. V 1 ⇒ ∆U = U 2 - U 1 = Q P - P. V 2 + P .V 1 ⇒ Q P = (U 2 + P.V 2 ) - (U 1 + P .V 1 ) Đặt U + P.V = H = entanpi = hàm trạng thái ⇒ Q P = H 2 - H 1 = ∆H = sự biến thiên entanpi của hệ. * Nhiệt phản ứng: Xét 1 hệ kín trong đó có phản ứng: aA + bB → cC + dD Nhiệt phản ứng của phản ứng này là nhiệt lượng trao đổi với môi trường khi a mol A phản ứng với b mol B tạo ra c mol C và d mol D ở T = const. - Nếu phản ứng được thực hiện ở P = const thì nhiệt phản ứng được gọi là nhiệt phản ứng đẳng áp Q P = ∆H - Nếu phản ứng được thực hiện ở V = const thì nhiệt phản ứng được gọi là nhiệt phản ứng đẳng tích Q V =∆U * Quan hệ giữa Q P và Q V Q P = ∆H = ∆(U + PV)P = ∆U + P. ∆V ⇒ ∆H = ∆U + P . ∆V = ∆U + ∆n .RT Q P = QV + ∆n .RT ( ∆n = ∑ n khí sp - ∑ n khí pư ) Khi ∆n = 0 ⇒ Q P = Q V hay ∆H = ∆U U = Q V = n .C V . T ∆ ∆ H = Q P = n .C P . T ∆ ∆ * Nhiệt dung mol đẳng áp (C P ) là nhiệt lượng cần cung cấp để làm 1 mol chất nóng thêm 1 o trong điều kiện đẳng áp (mà trong quá trình không có sự biến đổi trạng thái). * Tương tự với C V : ∆H = ∫ 2 1 . T T P dTC ; ∆U = ∫ 2 1 . T T T dTC C P , C V là hàm của nhiệt độ. Với 1 mol khí lí tưởng: C P = T H ∆ ∆ ; C V = T U ∆ ∆ Mà ∆U = ∆H - P. ∆V ⇒ C P = T H ∆ ∆ = T U ∆ ∆ + T VP ∆ ∆. = C V + R Q, W: Không phải là hàm trạng thái Q V = ∆ U; Q P = ∆ H ⇒ Q V , Q P là hàm trạng thái ⇒ chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ mà không phụ thuộc vào quá trình biến đổi là thuận nghịch hay không thuận nghịch. 9) ĐỊNH LUẬT HESS: ∆H (∆U) của 1 quá trình chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ mà không phụ thuộc vào đường đi. ∆Hpư = ∑∆Hs (sản phẩm) - ∑∆Hs (chất đầu) = ∑∆Hc (chất đầu) - ∑∆Hc (sản phẩm) 10) ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF: ∆ ∆ ∆ n 1 A + n 2 B n 3 C + n 4 D T 2 H 2 H a H b ∆ n 1 A + n 2 B n 3 C + n 4 D T 1 H 1 Theo định luật Hess: ∆H 2 = ∆H a + ∆H 1 + ∆H b Mà: ∆H a = ∫ + 2 1 ) .( 21 T T PP dTCnCn bA = - ∫ + 2 1 ) .( 21 T T PP dTCnCn BA ∆H b = ∫ + 2 1 ) .( 43 T T PP dTCnCn DC ⇒ ∆H 2 = ∆H 1 + ∫ +−+ 2 1 )].() [( 2143 T T PPPP dTCnCnCnCn BADC = ∆H 1 + ∫ ∆ 2 1 . T T P dTC - ∆H 1 thường được xác định ở điều kiện chuẩn: ∆H o T = ∆H o 298 + ∫ ∆ T o P dTC 298 . Với ∆C o P = ∑C o P (sp) - ∑C o P (tham gia) C o P là nhiệt dung mol đẳng áp ở điều kiện chuẩn (1atm). - Trong khoảng hẹp của nhiệt độ có thể coi ∆C o P = const Thì: ∆H 2 = ∆H 1 + ∆C P .(T 2 -T 1 ) ∆H o T = ∆H o 298 + ∆C o P (T - 298) 11) ENTROPI (S) - Trong sự biến đổi thuận nghịch vô cùng nhỏ ở T = const hệ trao đổi với môi trường một lượng nhiệt δQ TN thì sự biến thiên entropi trong quá trình này là: d S = T Q TN δ S là hàm trạng thái (J/mol.K) - Nếu sự biến đổi là bất thuận nghịch thì d S > T Q TN δ - Vì là hàm trạng thái nên khi chuyên từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 bằng biến thiên thuận nghịch hay bất thuận nghịch thì S 2 - S 1 = ∆S = ∫ 2 1 T Q TN δ (∆S TN = ∆S BTN ) 12) NGUYÊN LÍ II CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC: dS ≥ T Q δ - Trong hệ cô lập δQ = 0. nên: + dS = 0: trong hệ cô lập entropi của hệ không đổi nếu xảy ra quá trình thuận nghịch. + dS > 0 : trong hệ cô lập, quá trình tự xảy ra (BTN) theo chiều tăng entropi của hệ và tăng cho tới khi đạt giá trị max thì hệ sẽ đạt trạng thái cân bằng. * Entropi là thước đo độ hỗn độn của hệ: Độ hỗn độn của 1 hệ hay 1 chất càng lớn khi hệ hay chất đó gồm những hạt và sự dao động của các hạt càng mạnh (khi liên kết giữa các hạt càng yếu). VD: S < S < S S < S < S H 2 (k) O 2 (k) O 3 (k) H 2 O(r) H 2 O (l) H 2 O (h) ⇒ S là 1 đại lượng dung độ. 13) SỰ BIẾN THIÊN S TRONG QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI TRẠNG THÁI CỦA CHẤT: Khi chất nguyên chất nóng chảy hoặc sôi ở P = const thì: T = const ⇒ ∆S = ∫ 2 1 T Q δ = T H∆ ∆H = nhiệt biến thiên trạng thái = L n/c hoặc L h 14) ∆S TRONG QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ ĐẲNG NHIỆT KHÍ LÍ TƯỞNG: Xét n mol khí lí tưởng giãn nở thể tích từ V 1 → V 2 ở t o = const. Vì nội năng của khí lí tưởng chỉ phụ thuộc nhiệt độ nên trong sự biến đổi này: ∆U = Q TN + W TN = Q BTN + W BTN = 0 ⇒ Q TN = - W TN = nRT. ln 1 2 V V ( = -(- P. ∆V) = dV V nRT . 2 1 ∫ ). T = const ⇒∆S = T Q TN = nRln 1 2 V V = n.R.ln 2 1 P P 15) SỰ BIẾN THIÊN ENTROPI CỦA CHẤT NGUYÊN CHẤT THEO NHIỆT ĐỘ. - Quá trình P = const: Đun nóng 1 chất nguyên chất từ T 1 → T 2 , không có sự chuyển pha: ∆S = ∫ 2 1 T T TN T Q δ Với δQ = δQ P = dH = n.C P .dT ∆S = T dT Cn T T P 2 1 ∫ * Trong khoảng nhiệt độ hẹp, coi C P = const ⇒ ∆S = n.C P .ln 1 2 T T - Quá trình: V = const ⇒ ∆S = n .C V .ln 1 2 T T 16) ENTROPI TUYỆT ĐỐI * Nguyên lí III của nhiệt động học: - Entropi của chất nguyên chất dưới dạng tinh thể hoàn chỉnh ở 0(K) bằng 0: S (T = 0) = 0 * Xuất phát từ tiên đề trên ta có thể tính được entropi tuyệt đối của các chất ở các nhiệt độ khác nhau. VD: Tính S của 1 chất ở nhiệt độ T nào đó, ta hình dung chất đó được đun nóng từ 0(K) → T(K) xét ở P=const. Nếu trong quá trình đun nóng có sự chuyển pha thì: ∆S = ∆S T - ∆S (T = 0) = S T = ∑ = ∆ 5 1i i S ⇒ S T = T dT Cn T L n T dT Cn T L n T dT Cn T T hP S S T T lP nc nc T rP S S nc nc )()( 0 )( 1 ∫∫∫ ++++ Giá trị entropi được xác định ở P = 1 atm = const và ở nhiệt độ T nào đó được gọi là giá trị entropi chuẩn, kí hiệu là S 0 T , thường T = 298K → S 0 298 17) SỰ BIẾN THIÊN ENTROPI TRONG PHẢN ỨNG HOÁ HỌC: + Khi phản ứng thực hiện ở P = const, T = const thì: ∆S = ΣS(sp) - ΣS(t/g) + Nếu ở điều kiện chuẩn và 25 0 C thì: ∆S 0 298 = ΣS 0 298 (sp) - ΣS 0 298 (t/g) + Vì S của chất khí >> chất rắn, lỏng nên nếu số mol khí sản phẩm (sp) > số mol khí tham gia thì ∆S > 0 và ngược lại. Còn trong trường hợp số mol khí ở 2 vế bằng nhau hoặc phản ứng không có chất khí thì ∆S có giá trị nhỏ. 18) THẾ NHIỆT ĐỘNG ∆Scô lập = ∆S hệ + ∆S mt ≥ 0 a)Thế đẳng áp G: Xét hệ xảy ra sự biến đổi ở P, T đều không đổi trong quá trình này môi trường nhận của hệ một nhiệt lượng ∆H mt do hệ toả ra → ∆H mt = - ∆H hệ = - ∆H → ∆S mt = - T H∆ + Điều kiện tự diễn biến của hệ: → ∆S cô lập = ∆S hệ - T H∆ > 0 → ∆H – T. ∆S < 0 + Hệ ở trạng thái cân bằng khi ∆H – T. ∆S = 0 + Đặt G = H – TS ⇒ ở nhiệt độ, P không đổi thì quá trình xảy ra theo chiều có ∆G = ∆H – T. ∆S < 0 Và đạt tới trạng thái cân bằng khi ∆G = 0. b) Thế đẳng tích: (Năng lượng Helmholtz) Nếu hệ biến đổi ở điều kiện T, V không đổi ⇒ nhiệt đẳng tích mà môi trường nhận của các hệ là ∆U mt → ∆S mt = - T U mt ∆ → điều kiện tự diến biến của hệ trong quá trình đẳng nhiệt, đẳng tích là ∆F = ∆U – T. ∆S < 0 Và đạt trạng thái cân bằng khi ∆F = 0 Trong đó : F = U – TS Vì H = U + PV → G = H – TS = U –TS + PV → G = F + PV + Đối với quá trình T,P = const → ∆G = W’max + Đối với quá trình T, V = const → ∆S = W’max TÓM LẠI : * Quá trình đẳng áp: P = const - Công: δWP = - P.dV = -n.R.dT → WP = - P. ∆V = - nR∆T - Nhiệt: δQP = dH = n. P C .dT → QP = ∆H = n. dTC T T P . 2 1 ∫ - Nội năng: dU = δQ + δW → ∆U = ∆H – P. ∆V = ∆H – n.R. ∆T - Entropi: dS ≥ T Q TN δ → ∆S ≥ ∫ 2 1 T Q TN δ ⇒ ∆S TN = T dT Cn T T P 2 1 ∫ = TdCn T T P ln 2 1 ∫ Nếu P C = const → ∆S TN = n. P C .ln 1 2 T T * Quá trình đẳng tích: - Công: δW V = - P.dV = 0 → W V = 0 - Nhiệt: δQ V = dU V = n. V C .dT ⇒ Q V = ∆U V = dTnC T T V 2 1 ∫ Nếu V C = const →Q V = n. V C .∆T - Nội năng: ∆U V = Q V + W’ - Entropi: ∆S ≥ T Q V = = ∫ T dT Cn T T V 2 1 TdCn T T V ln 2 1 ∫ ⇒ ∆S ≥ n. V C .ln 1 2 T T ( V C = const) - Entanpi: H = U + PV dH = dU + P.dV + V.dP = dU + V.dP (dV = 0) ⇒ ∆H = ∆U + V . ∆P * Quá trình đẳng nhiệt: - Công: δW T = - PdV = - dV V nRT . ⇒ W T = - 1 2 2 1 1 2 lnlnln 2 1 P P nRT V V nRT V V nRT V dV RTn V V ==−= ∫ - Nhiệt: ∆U T = Q T + W T = 0 ⇒ Q T = - W T = nRT ln 1 2 V V - Nội năng: ∆U T = 0 - Entanpi: ∆H T = ∆U T + ∆(PV) T = ∆U T + nR. ∆T = 0 - Entropi: ∆S TN = nc ncTN T L T Q = hoặc = S h T L * Với quá trình dãn nở khí lí tưởng thuận nghịch ∆S = = −∆ = T WU T Q TN + ∫ T dT Cn V T T 2 1 dV V nRT V V ∫ 2 1 Nếu C V = const → ∆S = n. 1 2 ln T T C V + nRT ln 1 2 V V Vì T = const →∆S = nRT ln 1 2 V V = nRT.ln 2 1 P P * Quá trình đoạn nhiệt: - Nhiệt: Q = 0 - Nội năng và công: dU = δQ + δW = δW = -PdV = T dT Cn V T T 2 1 ∫ +Quá trình bất thuận nghịch: dU BTN = δW BTN = -P ng .dV = -P 2 .dV ∆U BTN = W BTN = -P ng .(V 2 – V 1 ) = n.C V . ∆T * PT Poisson: (Dùng cho quá trình thuận nghịch) T . 1− γ V = const P.V γ = const V P C C = γ * W BTN = -P 2 (V 2 – V 1 ) = - P 2 .( )() 12 1 1 2 2 TTnC P nRT P nRT V −=− → T 2 → ∆U = W = → V 2 * Quá trình thuận nghịch: W = ∆U = n.C V (T 2 - T 1 ) T 1 . V 1 1 − γ = T 2 . V 1 2 − γ → T 2 = T 1 .( 2 1 V V ) γ -1 - Entanpi: ∆H = n .C P (T 2 – T 1 ) - Entropi: ∆S TN = T Q TN = 0 * G = H – TS = U + PV – TS = ∂ ∆∂ P T G - ∆S ; = ∂ ∆∂ T P G - ∆V Với phản ứng oxi hoá khử có thể diễn ra trong pin điện: ∆G = - nEF dT Gd∆ = - nF. dT dE = - ∆S ⇒ ∆S = nF. dT dE ⇒∆H = ∆G + T. ∆S = nF( T. dT dE - E) 19) Ý NGHĨA VẬT LÍ CỦA ∆G: G = H – TS = U + PV – TS ⇒ dG = dU + P.dV + V.dP – T.dS – SdT = (δW + δQ) + PdV + VdP – T.dS – SdT Vì δW = δW’ + (-PdV) δQ ≤ T.dS → dG ≤ δW’ + VdP – SdT Dấu “ =” ứng với quá trình thuận nghịch và công lớn nhất. dG = δW’ max + VdP – SdT * Đối với quá trình đẳng nhiệt, đẳng áp → dP = dT = 0 ⇒ dG T,P = δW’ max → ∆G = W’ max * Đối với quá trình BTN: W’ giảm; Q tăng khi hoàn toàn BTN → W’ = 0 20) MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA HÀM G: dG = V.dP – SdT ( coi W’ = 0) a) Sự phụ thuộc của ∆G vào T: - Khi P = const → P T G ∂ ∂ = - S → P T G ∂ ∆∂ = - ∆S ⇒ ∆G = ∆H – T. ∆S = ∆H + T. P T G ∂ ∆∂ ⇒ T. P T G ∂ ∆∂ - ∆G = -∆H ↔ 22 . T H T G T G T P ∆ −= ∆− ∂ ∆∂ ⇔ 2 T H T T G P ∆ −= ∂ ∆ ∂ → dT T H T G d T T T G T G T T 2 1 2 2 1 2 1 ∫∫ ∆ −= ∆ ∆ ∆ ↔ dT T G T G T G T T TT . 2 1 12 2 12 ∫ ∆ −= ∆ −= ∆ Nếu coi ∆H o không phụ thuộc vào nhiệt độ thì: −∆− ∆ = ∆ 298 11 298 298 T H G T G o o T b) Sự phụ thuộc vào P: Khi T = const → V P G T = ∂ ∂ → ( ) ( ) ∫∫ ∫ =−→= 2 1 1 2 1 2 2 1 P P PT P P PT dPVGGdPVdG - Với chất rắn, lỏng → coi V = const khi P biến thiên (trừ miền áp suất lớn) thì: ( ) ( ) )( 12 12 PPVGG PTPT −+= - Với chất khí lí tưởng → V = P nRT ⇒ ( ) ( ) 1 2 ln. 12 P P nRTGG PTPT += Nếu áp suất bình thường: P 1 = P o = 1bar (1 atm) ⇒G T(P) = G o T + nRT.lnP (P tính bằng bar (atm)). 21) TÍNH ∆G CỦA MỘT SỐ QUÁ TRÌNH: a) Giãn nén đẳng nhiệt khí lí tưởng ∆G = nRT.ln 1 2 P P = nRT.ln 2 1 V V b) Trộn lẫn đẳng nhiệt, đẳng áp 2 khí lí tưởng: ∆G = n A .RTlnx A + n B .RTlnx B c) Quá trình chuyển pha thuận nghịch (tại nhiệt độ chuyển pha): ∆G cf = 0 d) Quá trình chuyển pha thuận nghịch ở T ≠ T cf Nguyên tắc: áp dụng chu trình nhiệt động. Vì G là hàm trạng thái nên ∆G chỉ phụ thuộc trạng thái đầu, trạng thái cuối, không phụ thuộc vào quá trình biến thiên. e) ∆G của phản ứng hoá học: ∆G o pư = Σ∆G o S(sản phẩm) - Σ∆G o S(tham gia) B - HỆ THỐNG CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP PHẦN “NHIỆT HÓA HỌC” : Bài 1: Cho 100 g N 2 ở 0 o C, 1atm. Tính Q, W, ∆U, ∆H trong các biến đổi sau đây được tiến hành thuận nghịch nhiệt động: a) Nung nóng đẳng tích tới P = 1,5atm. b) Giãn đẳng áp tới V = 2V ban đầu. c) Giãn đẳng nhiệt tới V = 200l d) Giãn đoạn nhiệt tới V = 200l Chấp nhận rằng N 2 là khí lí tưởng và nhiệt dung đẳng áp không đổi trong quá trình thí nghiệm và bằng 29,1J/mol.K Giải a) V = const ⇒ W = ∫ = 0.dVP ∆U = QV = n V C .∆T = ( P C - R).(T 2 – T 1 ) .n = ( P C - R).( 1 2 P P -1).T 1 .n = (29,1 - 8,314).( )1 1 5,1 − .273,15 = 14194,04(J) b) V o = )(804,22. 28 100 l= ⇒ V= 2V o = 160 (l) W = -P. ∆V = -1(160 – 80) = -80 (l.at) = -80 .101,33 = -8106,4(J) Q P = ∆H = P C .n .∆T = − 11 1 2 1,29. 28 100 TT V V = 29,1. 28 100 (2.273,15 – 273,15) = 28388,1(J) ∆U = Q + W = 28388,1 = 8106,4 = 20281,7(J) c) T = const → ∆U = 0; ∆H = 0 W = - ∫ 2 1 . V dV nRT = - nRT.ln 1 2 V V W = - 28 100 .8,314 .273,15.ln 80 200 = -7431,67(J) ∆U = Q + W = 0 ⇒ Q = -W = 7431,67(J) d) Q = 0 (S = const) Theo PT poisson: T 1 . V 1 1 − γ = T 2 . V 1 2 − γ → T 2 = T 1 .( 2 1 V V ) γ -1 Với 4,1 314,81,29 1,29 ≈ − = +− == P P V P CR C C C γ ⇒ W = ∆U = n. V C (T 2 –T 1 ) = 28 100 (29,1-8,314).(189,33 -273,15) = 6222,4(J) ∆H = n P C .∆T = 28 100 .29,1(189,33 – 273,15) = - 8711,3(J) Bài 2: Tính o S H 298, ∆ của Cl - (aq) . Biết: (a): 2 1 H 2 + 2 1 Cl 2(k) → HCl (k) o S H 298, ∆ = -92,2(kJ) (b): HCl (k) + aq → H + (aq) + Cl - (aq) o S H 298, ∆ = -75,13(kJ) (c): 2 1 H 2 + aq → H + (aq) + e o S H 298, ∆ = 0 Giải: Lấy (a) + (b) – (c) : 2 1 Cl 2 + e + aq = Cl - (aq) o S H 298, ∆ = - 167,33(kJ) Bài 3: Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng: 3Fe(NO 3 ) 2(aq) + 4HNO 3(aq) → 3Fe(NO 3 ) 3(aq) + NO (k) + 2H 2 O (l) Diễn ra trong nước ở 25 o C. Cho biết: Fe 2+ (aq) Fe 3+ (aq) NO 3 - (aq) NO (k) H 2 O (l) o S H 298, ∆ (kJ/mol) -87,86 - 47,7 -206,57 90,25 -285,6 Giải: Phương trình ion của phản ứng: 3Fe 2+ (aq) + 4H + (aq) + NO 3 - (aq) → 3Fe 3+ (aq) + NO (k) + 2H 2 O (l) ∆H=3. o S H 298, ∆ (Fe 3+ ,aq )+ o S H 298, ∆ (NO)+2. o S H 298, ∆ (H 2 O (l) )–3. o S H 298, ∆ (Fe 2+ ,aq )- o S H 298, ∆ (NO 3 - , aq ) = 3.(-47,7) + 90,25 + 2.(-285,6) + 3.87,6 + 206,57 = -153,9(kJ) Bài 4: 1) So sánh ∆H, ∆U của các phản ứng: C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2 2) Khi đốt cháy hoàn toàn 2 anome α và β của D – glucozơ mỗi thứ 1 mol ở áp suất không đổi, người ta đo được hiệu ứng nhiệt của các phản ứng ở 500K lần lượt bằng: -2790,0kJ và - 2805,1kJ a) Tính ∆U đối với mỗi phản ứng. b) Trong 2 dạng glucozơ, dạng nào bền hơn? Giải: 1) ∆H = ∆U + P. ∆V = ∆U + ∆n.RT Phản ứng trên có: ∆n = 1-2 = -1 ⇒ ∆H = ∆U – RT ⇒ ∆H < ∆U 2) C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O ∆U ( α ) = ∆H ( α ) - ∆n.RT = - 2799 – 6.8,314.10 -3 .500 = -2824(kJ) ∆U ( β ) = ∆H ( β ) - ∆n.RT = - 2805,1 – 6.8,314.10 -3 .500 = -2830 (kJ) o H α ∆ = 6. o COS H )( 2 ∆ + 6. o OHS H )( 2 ∆ - o S H )( α ∆ o H β ∆ = 6. o COS H )( 2 ∆ + 6. o OHS H )( 2 ∆ - o S H )( β ∆ ⇒ o S H )( α ∆ - o S H )( β ∆ = o H β ∆ - o H α ∆ = -2805,1 + 2799 = -6,1(kJ) ⇒ o S H )( α ∆ < o S H )( β ∆ ⇒ Dạng α - glucozơ có o S H∆ nhỏ hơn nên bền hơn. Bài 5: 1) Thế nào là entanpi sinh của đơn chất? Tính o OS H )( 3 ∆ và o kimcuongS H )( ∆ và dự đoán hoạt tính hoá học của chúng từ các dự kiện sau: (a): C than chì + O 2(k) → CO 2(k) o H 298 ∆ = -393,14(kJ) (b): C kim cương + O 2(k) → CO 2(k) o H 298 ∆ = -395,03(kJ) (c): 3As 2 O 3 (r) + 3O 2(k) → 3As 2 O 5(r) o H 298 ∆ = -811,34(kJ) (d): 3As 2 O 3 (r) + 2O 3(k) → 3As 2 O 5(r) o H 298 ∆ = -1090,98(kJ) 2) Từ kết quả trên và các dữ kiện sau: ∆H (O –O) tính từ O 2 = - 493,24kJ/mol; ∆H (O –O) tính từ H 2 O 2 = - 137,94kJ/mol Chứng minh rằng: Không thể gán cho O 3 cấu trúc vòng kín. Giải: 1)- Entanpi sinh của các đơn chất bền ở điều kiện chuẩn = 0 - Đối với những nguyên tố có nhiều dạng thù hình thì khi chuyển từ dạng này sang dạng khác bao giờ cũng kèm theo 1 hiệu ứng nhiệt. Hiệu ứng nhiệt của quá trình hình thành đơn chất (dạng thù hình kém bền) từ dạng thù hình bền ở điều kiện nhất định được coi là nhiệt sinh của đơn chất trong những điều kiện đó. ⇒ o S H∆ của O 3 và kim cương là hiệu ứng nhiệt quy về điều kiện chuẩn của các quá trình: 2 3 O 2 →O 3(k) ; C than chì → C kim cương - Lấy (a) – (b): C than chì → C kim cương o kcS H )( ∆ = 1,89 kJ/mol [...]... ging dy, bi dng hc sinh khỏ, gii trng chuyờn chun b d thi hc sinh gii cỏc cp Nú cú th dựng lm ti liu hc tp cho hc sinh cỏc lp chuyờn Hoỏ hc v ti liu tham kho cho cỏc thy cụ giỏo trong ging dy v bi dng hc sinh gii Hoỏ hc bc THPT gúp phn nõng cao cht lng ging dy v hc tp mụn Hoỏ hc Tuy nhiờn, õy ch l mt phn rt nh trong chng trỡnh ụn luyn cho hc sinh chun b tham gia vo cỏc k thi hc sinh gii cỏc cp Vỡ... h thc hin (sinh) trong quỏ trỡnh bin thiờn thun nghch t trng thỏi 1 n trng thỏi 2 bng cụng m h nhn khi t trng thỏi 2 v trng thỏi 1 Cũn trong quỏ trỡnh bin thiờn bt thun nghch thỡ cụng h sinh nh hn cụng h nhn - Trong s bin thiờn thun nghch thỡ h sinh cụng ln hn trong quỏ trỡnh bin thiờn bt thun nghch 15 O2(k) 6CO2(k) + 3H2O 2 300K cú QP QV = 1245(J) Hi C6H6 v H2O trong phn ng trng thỏi lng hay... = 3R khụng ph thuc T c gión n on nhit trong chõn khụng ti 1 V 4 T th tớch gp ụi Hc sinh A lớ lun rng i vi quỏ trỡnh on nhit thỡ 2 = 1 vi = do ú T2 V 3 T1 2 T1 = 1 23 Hc sinh B cho rng: U = Q + A = 0 + 0 = n.CV T T = 0 T2 = T1 Hc sinh no núi ỳng? Hóy ch ra li sai ca Hc sinh kia Gii: - Hc sinh B núi ỳng - Hc sinh A núi sai : Vỡ quỏ trỡnh gión n trong chõn khụng l quỏ trỡnh bt thun nghch nờn... 6,95 + 12,9lg2000 + = 55,1357(J/molK) ln 10 0 0 0 H 2000 = G2000 + T S 2000 = -140933,426 + 2000 55,1357 = -30662,054 (J/mol) Bi 25: Mt Hc sinh khi lm bi tng trỡnh thớ nghim o nhit t chỏy mt hp cht hu c cho rng: H = U + P V S t chỏy trong bom nhit lng k lm cho V = 0, do ú H = U Kt lun ny sai õu? Gii: H = U + P.V H = U + (PV) = U + P V + V P Hay H = U + (nRT) Trong bom nhit lng k thỡ: V = 0 nờn:... sut 1 atm v 25oC to ra 1 nhit lng l 126,566 kJ Nu cho phn ng ú xy ra trong 1 nguyờn t ganvani P, T = const thỡ hoỏ nng s c chuyn thnh in nng v sn ra cụng W = 109,622 kJ Hóy chng t rng trong c 2 trng hp trờn, bin thiờn ni nng ca h vn ch l mt, cũn nhit thỡ khỏc nhau v tớnh giỏ tr bin thiờn ni nng ú Gii: - Do U l hm trng thỏi nờn U = U2 U1 = const, cho dự s bin i c thc hin bng cỏch no Vỡ vy U trong... Cỏc loi phõn t v ion (tr KOH) u trng thỏi tiờu chun Hóy vit cỏc na phn ng catot v anot v phn ng tng cng trong t bo in hoỏ Nu t t bo in hoỏ ú, 25oC, ta thu c dũng in 100mA Hóy tớnh cụng sut cc i cú th t c Gii: C3H8(k) + 5O2(k) 3CO2(k) + 4H2O(l) 1) Do cỏc hm H, U, S, G l hm trng thỏi nờn dự tin hnh theo cỏch no thỡ cỏc giỏ tr U, H, S, G cng nh nhau vi cựng trng thỏi u v cui Vy: 0 0 0 0 0 H pu = 3 H... 298,15 = - 4957,64(J) Bi 36: Tớnh S, G trong quỏ trỡnh gión khụng thun nghch 2 mol khớ lớ tng t 4lớt n 20 lớt o 54 C Gii: Vỡ S, G l cỏc hm trng thỏi nờn S, G khụng ph thuc vo quỏ trỡnh bin thiờn l thun nghch hay bt thun nghch m ch ph thuc vo trng thỏi u v trng thỏi cui Vỡ vy: V2 20 = 2 8,314.ln = 26,76 (J/K) V1 4 T = const H = 0; U = 0 G = H - T S = 0 -(273,15 + 54) 26,76 = - 8755,1 (J) S = nRln Bi 37:... dung dch, cỏc ion nht l cation ớt nhiu cũn cú tng tỏc ln nhau hoc tng tỏc vi H2O Bi 12: Cho gión n 10 lớt khớ He 0oC, 10atm n ỏp sut l 1atm theo 3 quỏ trỡnh sau: a) Gión ng nhit thun nghch b) Gión on nhit thun nghch c) Gión on nhit khụng thun nghch 3 Cho nhit dung ng tớch ca He CV = R v chp nhn khụng i trong iu kin ó cho ca bi toỏn 2 Tớnh th tớch cui cựng ca h, nhit Q, bin thiờn ni nng U v cụng W trong... 3.(-137,94) - (- 493,24) = 326,04 (kJ/mol) > 139,82(kJ/mol) 2 O3 cú cu trỳc vũng kớn rt khụng bn cu trỳc ny khụng chp nhn c Bi 6: Entanpi sinh tiờu chun ca CH4(k) v C2H6(k) ln lt bng -74,80 v -84,60 kJ/mol Tớnh entanpi tiờu chun ca C4H10 (k) Bin lun v kt qu thu c Cho bit entanpi thng hoa ca than chỡ v nng lng liờn kt H- H ln lt bng: 710,6 v - 431,65 kJ/mol Gii: o * (1) C than chỡ + 2H2 (k) CH4(k) H... 2 H2(k) + Cl2(k) 2HCl(k) (3) S(r) + O2(k) SO2(k) (4) Gii: Phn ng (1) cú n khớ = 2 -1 = 1 > 0 S > 0 1 Phn ng (2) cú n khớ = 1 -1< 0 S . thuộc vào quá trình biến thiên. e) ∆G của phản ứng hoá học: ∆G o pư = Σ∆G o S(sản phẩm) - Σ∆G o S(tham gia) B - HỆ THỐNG CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP PHẦN. của một chất hay một hệ gồm động năng của các phần tử và thế năng tương tác giữa các phần tử trong hệ đó. - U là đại lượng dung độ và là hàm trạng thái