Đang tải... (xem toàn văn)
Bài tập hóa lý (có lời giải)...có các chương, 1)Nguyên lý 1... 2)Nguyên lý 2...3)Điện hóa học..4)Động hóa học và xúc tác...Hướng dẫn giải bài tập hóa lý chi tiết. Giúp các bạn nắm được kiến thức cơ bản về hóa lý.
Nguyên lí 3, Cho 100g khí CO2 (được xem khí lý tưởng) 00C 1,013.105 Pa Xác định Q, A, ΔU ΔH trình sau Biết Cp = 37,1 J/mol.K a Dãn nở đẳng nhiệt tới thể tích 0,2 m3 b Dãn đẳng áp tới 0,2 m3 c Đun nóng đẳng tích tới áp suất 2,026.105 Pa Giải a Dãn nở đẳng nhiệt (T = const) tới thể tích 0,2m3 V PV2 Q T = A T = nRTln = nRTln V1 nRT 100 1× 0,2.103 = × 8,314 × 273.ln = 7061 100 44 × 0,082× 273 44 (J) ∆Η = ∆U = b Dãn nở đẳng áp (P = const) tới 0,2m3 ∆H = Qp = n.Cp (T2 – T1) PV PV = n.C p − nR nR 100 × 0,082× 273 37,1 = × × 0,2.103 − 44 0,082 = 67469 (J) A = P∆V = P(V2 – V1) 100 × 0,082 × 273 × 8,314 = 15120( J ) = × 0,2.10 − 44 0,082 ∆U = Q – A = 67469 - 15120 = 52349 (J) c Đun nóng đẳng tích (V = const) tới áp suất 2,026.105Pa (2 atm) A=0 Cv = Cp - R = 37,1 - 8,314 = 28,786 (J/mol.K) ∆U = Qv = n.Cv.(T2 – T1) P2 P1 = T2 T1 Ta có: P T2 = × T1 = × 273 = 546K P1 ⇒ × Suy ra: ∆U = Qv = 28,786(546 - 273) = 7859 (J) ∆H = ∆U + P∆V = 7859 (J) 5, Cho 450g nước ngưng tụ 1000C áp suất không đổi atm Nhiệt hóa nước nhiệt độ 539 cal/g Tính A, Q ΔU trình Giải Nhiệt lượng tỏa ngưng tụ là: Q = m.λng tụ = 450 (- 539) = - 242550 (cal) Công trình: A = P.∆V = P (Vl - Vh) = - P.Vh = - nRT = 450 × 1,987 × 373 = −18529(cal) 18 Biến thiên nội trình là: ∆U = Q – A = - 224021 (cal) 6, Cho phản ứng: 1/2N2 + 1/2O2 = NO Ở 250C, 1atm có ∆H0298 = 90,37 kJ Xác định nhiệt phản ứng 558K, biết nhiệt dung mol đẳng áp mol N 2, O2 NO 29,12; 29,36 29,86 J.mol-1.K-1 Giải Hiệu ứng nhiệt phản ứng 558K là: 558 ΔH 558 = ΔH 029 + ∫ ΔC p dT 29 Trong đó: ∆Cp = 29,86 – 1/2(29,12) – 1/2(29,36) = 0,62 (J.K-1) ∆H0558 = 90,37 + 0,62.(558 - 298).10-3 = 90,5312 (KJ) Nguyên lí 11, Xác định nhiệt độ lúc cân nhiệt biến thiên entropy trộn 1g nước đá 00C với 10g nước 1000C Cho biết nhiệt nóng chảy đá 334,4 J/g nhiệt dung riêng nước 4,18 J/g.K Giải Gọi T (K) nhiệt độ hệ sau trộn Giả sử hệ cô lập Ta có phương trình: Nhiệt lượng tỏa = Nhiệt lượng thu vào ⇔ ⇒ - Qtỏa = Qthu hay Q3 = Q1 + Q2 - 10.4,18.(T - 373) = 334,4 + 1.4,18.(T - 273) T = 356,64 (K) Biến thiên entropy hệ: ∆S = ∆S1 + ∆S2 + ∆S3 λ nc 334,4 = = 1,225(J/K) Tnc 273 ΔS1 = Với: 356,64 dT ∫ 4,18 T ΔS2 = = 1,117(J/K) 273 356,64 ΔS3 = 10 ∫ 373 4,18 dT = −1,875(J/K) T ∆S = 0,467 (J/K) 12, Tính biến thiên entropy trình nén đẳng nhiệt, thuận nghịch a mol oxy từ P1 = 0,001atm đến P2 = 0,01atm b mol mêtan từ P1 = 0,1 atm đến P2 = atm Trong hai trường hợp khí xem lý tưởng Giải ΔS = nRln P1 = 1,987.ln0,1 = −4,575(cal/K) P2 ΔS = nRln P1 = 1,987.ln0,1 = −4,575(cal/K) P2 a b 13, Tính ∆U, ∆H ∆S trình chuyển mol H 2O lỏng 250C atm thành nước 1000C, atm Cho biết nhiệt dung mol nước lỏng 75,24 J/mol.K nhiệt hóa nước 40629,6 J/mol Giải Nhiệt lượng cần cung cấp Q p = Q1 + Q = 373 ∫ 75,24dT+ λ hh 29 Q p = 75,24(373− 298) + 40629,6 = 46272,69(J) Công trình A = A1 + A = + P∆V = nRT = 1× 8,314 × 373 = 3101,1( J ) Nội ∆U = Q – A = 43171,5 (J) ∆H = Qp = 4627,6 (J) Biến thiên entropy trình 373 ΔS = ΔS1 + ΔS = ∫ Cp 29 = 75, 24ln dT λ hh + T Th h 373 40629, + = 125, ( J/K ) 298 373 Cân pha 14, Khối lượng riêng phenol dạng rắn dạng lỏng 1,072 1,056 g/ml, nhiệt nóng chảy phenol 24,93 cal/g, nhiệt độ kết tinh atm 410C Tính nhiệt độ nóng chảy phenol 500 atm Giải dT T.∆V = dP λ Áp dụng phương trình: 1 ΔV = − = 0,014 1,056 1,072 Với: (mol/g) dT 314 × 0,014 = = 4,26.10−3 dP 24,93× 41,3 Ta được: (K/atm) Như vậy, tăng áp suất lên atm nhiệt độ nóng chảy phenol tăng 4,26.10-3K Một cách gần đúng, 500atm, nhiệt độ nóng chảy phenol là: T = 314 + 4,26.10-3(500 - 1) = 316,13K = 43,130C 15, Ở 00C nhiệt nóng chảy nước đá 1434,6 cal/mol Thể tích riêng nước đá nước lỏng 1,098 1,001 ml/g Xác định hệ số ảnh hưởng áp suất đến nhiệt độ nóng chảy nước đá tính nhiệt độ nóng chảy nước atm Giải dT T.∆V = dP λ Áp dụng phương trình: Với: ∆V = Vlỏng – Vrắn = 1,001 – 1,098 = - 0,097 (ml/g) Hoặc: ∆V = 18.(- 0,097) = -1,746 (ml/mol) dT 273 × ( − 1,746) = = −0,0081 dP 1434,6× 41,3 (K/atm) Như vậy, tăng áp suất lên atm nhiệt độ nóng chảy nước đá giảm 0,0081K Một cách gần đúng, 4atm, nhiệt độ nóng chảy nước đá là: T = 273 + (-0,0081) x (4 - 1) = 272,9757K = - 0,02430C 16, Áp suất bão hòa axit xyanhydric HCN phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình: lgP(mmHg) = 7, 04 − 1237 T Xác định nhiệt độ sôi nhiệt hóa điều kiện thường Giải Nhiệt độ sôi axit HCN áp suất 760 mmHg: 1237 lg(760) = 7,04 − T Ta có: ⇒ T = 297,4K Vậy nhiệt độ sôi axit HCN 24,40C Lấy đạo hàm hai vế phương trình theo T, ta được: dlgP 1237 = dT T dlgP λ = dT 4,575.T2 Mà: Suy ra: λ 1237 = 4,575.T2 T2 ⇒ λ = 5659 (cal/mol) 18, Tính nhiệt nóng chảy mol diphenylamin 1kg diphenylamin nóng chảy làm tăng thể tích lên 9,58.10-5m3 cho biết dT/dP = 2,67.10-7 K.m2/N Nhiệt độ nóng chảy diphenylamin 540C, khối lượng mol chất 169 Giải dT T.∆V = dP λ Áp dụng công thức: 169 ( 273 + 54) × × 9,58.10−5 T.∆V 1000 λ= = = 19,83.103 −7 dT 2,67.10 dP (J/mol) 19, Tính áp suất dung dịch đường (C12H22O11) 5% 1000C nồng độ % dung dịch glycerin nước để có áp suất áp suất dung dịch đường 5% Giải P = PH0 2O x H 2O Áp suất dung dịch đường: 95 18 P = 760 × = 758 95 + 18 342 (mmHg) Dung dịch glycerin: P=P H 2O x H 2O ⇒ x H 2O = P H 2O P = 758 = 0,997 760 m H 2O 18 = 0,997 m H 2O m g ly + 18 92 x H 2O = Mà: Suy ra: m gly = 0,014mH 2O Nồng độ phần trăm dung dịch glycerin m g ly C% = × 100 m g ly + m H 2O = 0,014mH 2O 0,014mH 2O + m H 2O ×100 = 1,38 (%) Điện hoá học 3, Tính nhiệt độ kết tinh dung dịch chứa 7,308g NaCl 250g nước cho biết 291K áp suất thẩm thấu dung dịch 2,1079.10 N/m2, khối lượng riêng dung dịch 1g/cm3, nhiệt nóng chảy nước đá nguyên chất 333,48.103 J/kg Giải Ta có:∆Tđ = i.kđ.Cm (1) kd = Với: RTo2M 8,314.273 2.18 = = 1,86 1000 λ 1000.333, 48.18 Cm = Trong đó: 7,308 = 0,5 58,5× 0,25 π = i.CRT Ta lại có: (mol/kg) Nồng độ dung dịch: 7,308 C= × 1000 = 0,5 58,5( 250 + 7,308) ⇒i= (mol/l) π 2,1079.10 = = 1,74 CRT 1,013.105.0,082.291.0,5 Thế vào công thức (1), ta có: × × ∆Tđ = i.kđ.Cm = 0,5 1,74 1,86 = 1,62 Nhiệt độ kết tinh dung dịch điện ly là: Tđ = - 1,62 = -1,620C 4, Dung dịch chứa 4,355 mol đường mía lít dung dịch 291K có áp suất thẩm thấu với dung dịch chứa mol NaCl lít dung dịch Xác định độ phân ly dung dịch NaCl hệ số Vant Hoff Giải Dung dịch đường dung dịch không điện ly: 4,355× 0,082× 291 π = CRT = = 20,78 (atm) π = iCRT Đối với dung dịch NaCl ta có: π 20,78 i= = = 1,742 CRT 0,5 × 0,082× 291 ⇒ α= Độ điện ly: i − 1,742 − = = 0,742 ν −1 −1 Vậy độ điện ly dung dịch NaCl 74,2% 6, Tính nồng độ dung dịch đường sacaroza để có giá trị áp suất thẩm thấu 8,1134 atm 370C Giải Nồng độ dung dịch đường sacaroza là: π 8,1134 π = CRT = 8,1134 ⇒ C = = = 0,32 RT 0,082.310 mol/l 8, Trong dung dịch NH4Cl, số vận chuyển anion Cl- 0,491 Tìm linh độ cation biết độ dẫn điện đương lượng giới hạn dung dịch 149cm2.Ω-1.dlg-1 Giải Ta có biểu thức liên hệ số tải cation với độ dẫn điện đương lượng giới hạn sau: t+ = Mà ta lại có: λ+ λ+ + λ− t + + t − = ⇒ t + = − 0,491 = 0,509 Ta được: λ + = t + ( λ + + λ − ) = t + λ ∞ = 0,508.149 = 75,84cm Ω−1dlg -1 9, Cho pin Cd / Cd2+ // CuSO4 / Cu có sức điện động 0,745V Hãy xác định độ phân ly dung dịch CuSO4 0,1N cho biết điện tiêu chuẩn điện cực Cu 0,34V, điện cực Cd -0,4V nồng độ ion Cd2+ dung dịch 0,05N Giải Phản ứng xảy pin: Cd + Cu2+ = Cd2+ + Cu Sức điện động pin sau: [ [ 0,059 Cd 2+ E =E − lg Cu 2+ Trong đó: ] ] E = ϕ +0 − ϕ −0 = 0,34 + 0,4 = 0,74 (V) Thế vào công thức ta được: 0,059 [Cu2+ ] 0, 745 = 0, 74 + lg 0,05 ⇒ ⇒ [Cu2+ ] = 0,074 (N) Cu 2+ 0,074 α= = = 0,74 [ CuSO ] 0,1 [ Độ phân ly: ] 10, Viết phương trình phản ứng điện cực phản ứng tổng quát xảy pin sau: a Zn / ZnSO4 // CuSO4 / Cu b Cu / CuCl2 / AgCl / Ag c (Pt) H2 / H2SO4 / Hg2SO4 / Hg (Pt) d Cd/ CdSO4 / Hg2SO4 / Hg (Pt) Giải a Zn / ZnSO4 // CuSO4 / Cu Zn - 2e = Zn2+ Cực âm: Cực dương: ⇒ b Cực âm: Cu - 2e = Cu2+ Cực dương: 2AgCl + 2e = 2Ag + 2Cl- Cu + 2AgCl = 2Ag + CuCl2 (Pt) H2 / H2SO4 / Hg2SO4 / Hg (Pt) Cực âm: H2 - 2e = 2H+ Cực dương: Hg2SO4 + 2e = 2Hg + SO42- ⇒ d Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu Cu / CuCl2 / AgCl / Ag ⇒ c Cu2+ + 2e = Cu H2 + Hg2SO4 = 2Hg + H2SO4 Cd / CdSO4 / Hg2SO4 / Hg (Pt) Cực âm: Cd - 2e = Cd2+ Cực dương: Hg2SO4 + 2e = 2Hg + SO42- ⇒ Cd + Hg2SO4 = 2Hg + CdSO4 11, Lập pin xảy phản ứng sau a Cd + CuSO4 b 2AgBr + c H2 + Cl2 d Zn + H2 = CdSO4 + Cu = 2Ag + 2HBr = 2HCl 2Fe3+ = Zn2+ + 2Fe2+ Giải a Cd + CuSO4 = CdSO4 + Cu Cực âm: Cd - 2e = Cd2+ Cực dương: Cu2+ + 2e = 2Cu ⇒ b Cd/ CdSO4// CuSO4/ Cu 2AgBr + H2 = 2Ag + 2HBr Cực âm: H2 - 2e = 2H+ Cực dương: 2AgBr + 2e = 2Ag + 2Br- ⇒ c Pt, H2 / HBr / AgBr / Ag H2 + Cl2 = 2HCl Cực âm: H2 - 2e = 2H+ Cực dương: Cl2 + 2e = 2Cl- ⇒ d Pt, H2/ HCl/ Cl2, Pt Zn + 2Fe3+ = Zn2+ + 2Fe2+ Cực âm: Zn - 2e = Zn2+ Cực dương: 2Fe3+ + 2e = 2Fe2+ ⇒ Zn/ Zn2+// Fe3+, Fe2+/ Pt 13, Cho phản ứng pin là: Hg2+ + 2Fe2+ = 2Hg + 2Fe3+ có số cân 250C 0,018 350C 0,054 Tính ∆G0 ∆H0 phản ứng 250C Giải Coi ∆H không thay đổi khoảng từ 25 - 350C ta có: KT − ΔH 1 − ln = K T1 R T2 T1 ⇒ ⇒ 0,054 − ΔH 1 − ln = 0,018 8,314 T2 T1 ∆H0 = 83834,58 (J) × × ∆G0 = -RTlnKp = -8,314 298 ln(0,018) = 9953,36 (J) 14, Cho pin: Zn / ZnCl2 (0,5M) / AgCl / Ag a Viết phản ứng điện cực phản ứng pin b Tính sức điện động tiêu chuẩn, biến thiên đẳng áp tiêu chuẩn pin c Tính sức điện động biến thiên đẳng áp pin Cho biết điện tiêu chuẩn điện cực Zn -0,76V, điện cực Ag/AgCl/Cl- 0,2224V Giải a Phản ứng điện cực phản ứng pin Zn - 2e = Zn2+ Cực âm: Cực dương: Trong pin: b 2AgCl + 2e = 2Ag + 2ClZn + 2AgCl = 2Ag + ZnCl2 Suất điện động chuẩn pin E = ϕ +0 − ϕ −0 = 0,2224 + 0,76 = 0,9824 Thế đẳng áp chuẩn: × (V) × ∆G0 = -nFE0 = -2 96500 0,9824 = -189603,2 (J) c Suất điện động pin: 0,059 E = E0 − lg Zn 2+ Cl − [ ⇒ E = 0,9824 − ][ ] 0,059 lg[ 0,5].[1] = 0,9913 Thế đẳng áp pin: × (V) × ∆G = -nFE = -2 96500 0,9913 = -191321 (J) Động hoá học xúc tác 1, Lượng chất phóng xạ Poloni sau 14 ngày giảm 6,85% so với ban đầu Xác định số tốc độ phóng xạ chu kỳ bán hủy Poloni Cho biết phản ứng bậc Giải Vì phản ứng bậc ta có phương trình động học cho phản ứng bậc 1: C0A ln = kt CA Hằng số tốc độ phản ứng là: k= C0A ln = 0,00507 14 0,9315C0A (ngày-1) Chu kỳ bán hủy là: t 1/ = ln 0,693 = = 136,7 k 0,00507 (ngày) 2, Chu kỳ bán hủy N2O5 5,7 Tính số tốc độ phản ứng thời gian cần thiết để phản ứng hết 75% 87% lượng chất ban đầu phản ứng bậc Giải Vì phản ứng bậc ta có: k= ln 0,693 = = 0,1216 t 1/ 5,7 (giờ-1) Thời gian để phản ứng hết 75% lượng chất ban đầu là: ln t 75% = C 0A 0,25C 0A = 11,4 0,1216 (giờ) Thời gian để phản ứng hết 87% lượng chất ban đầu là: ln t 7% = C 0A 0,13C 0A = 16,78 0,1216 (giờ) 3, Cho phản ứng: CH3COCH3 = C2H4 + CO + H2 Áp suất tổng biến đổi sau: Thời gian (phút) 6,5 13 19,9 41589, Ptổng (N/m2) 54386,6 65050,4 74914,6 Xác định bậc phản ứng tính giá trị số tốc độ phản ứng Giải CH3COCH3 = C2H4 + CO + H2 P0 0 (P0 – x) x x x Gọi áp suất ban đầu Aceton P0 Áp suất thời điểm t Aceton P = PO - x Áp suất tổng cộng hệ PT = PO + 2x 3P − PT P= o ⇒ Tại t = 6,5 phút: 3P − PT 3.41589,6 − 54386,6 P6,5 = o = = 35191,1N / m2 2 P13 = P19,9 Tại t = 13 phút: 3Po − PT 3.41589,6 − 65050,4 = = 29859,2N / m 2 3P − PT 3.41589,6 − 74914,6 = o = = 24927,1N / m2 2 Tại t = 19,9 phút: Giả sử phản ứng bậc áp dụng phương trình động học cho phản ứng bậc ta có: Co ln A = kt CA CoA = 41589,6 với 41589,6 ln 35191,1 k1 = = 0,0257phut −1 6,5 Tại t = 6,5 phút ta có 41589,6 ln 29859,2 k2 = = 0,0255phut −1 13 Tại t = 13 phút ta có: ln k3 = Tại t = 19,9 phút ta có: 41589,6 24927,1 = 0,0256phut −1 19,9 Ta nhận thấy thời điểm khác có giá trị k sấp xỉ nên ta kết luận phản ứng bậc có số tốc độ là: k + k2 + k3 k= = 0,0256phut −1 4, Dung dịch este etylacetat có nồng độ ban đầu 0,01N xà phòng hóa với dung dịch NaOH có nồng độ 0,002N thời gian 23 phút đạt độ chuyển hóa 10% Nếu nồng độ ban đầu giảm 10 lần thời gian phản ứng muốn đạt độ chuyển hóa 10% trước Giải CH3COOC2H5 + NaOH 0,01 0,002 0,001 0,001 0,009 0,001 = CH3COONa + C2H5OH Đây phản ứng bậc ta có: CoA (CBo − x) kt = o ln (CB − CoA ) CBo (CoA − x) Hằng số tốc độ phản ứng (lit/ mol.phut) là: k= 1 0,002( 0,01 − 0,001) ⋅ ln = 3,194 23 ( 0,01 − 0,002) 0,01( 0,002 − 0,001) Khi nồng độ đầu giảm 10 lần thì: t= 1 0,0002( 0,001 − 0,0001) ⋅ ln = 230 3,194 ( 0,001 − 0,0002) 0,001( 0,0002 − 0,0001) Khi nồng độ ban đầu giảm 10 lần để đạt mức độ chuyển hoá 10% cần khoảng thời gian 230 phút 5, Trong phản ứng bậc tiến hành 270C, nồng độ chất đầu giảm sau 5000s Ở 370C nồng độ giảm sau 1000s Xác định lượng hoạt hóa phản ứng Giải Tại 270C ta có: ln 0,693 k1 = = = 1,386.10 −4 s −1 t1/ 5000 Tại 370C ta có: ln 0,693 k2 = = = 6,93.10 −4 s−1 t1/ 1000 ln Áp dụng phương trình: ⇒ E a = 124,4 k −Ea 1 = ( − ) k1 R T2 T1 (kJ/ mol) 7, Nghiên cứu phản ứng 2I(k) + H2(k) = 2HI(k) Cho thấy số tốc độ phản ứng 418K 1,12.10-5 M-2.s-1 737K 18,54.10-5 M-2.s-1 Xác định lượng hoạt hóa số tốc độ phản ứng 633,2K Giải ln Áp dụng phương trình: k −Ea 1 = ( − ) k1 R T2 T1 Với T1 = 418K, T2 = 737K k1 = 1,12.10-5, k2 = 18,54.10-5 ta có: −Ea 18,54.10 −5 1 ln = ( − ) −5 1,12.10 8,314 737 418 ⇒ Ea = 22,522kJ / mol ln Cũng áp dụng phương trình: k −Ea 1 = ( − ) k1 R T2 T1 -5 Với T1= 418K, T2= 633,2K k1 = 1,12.10 , k2 −22522 1 ln = ( − ) −5 1,12.10 8,314 633,2 418 ⇒ k 633,2K = 10,114.10 −5 M−2s−1 Ea = 22,522kJ / mol ta có: [...]... là: k + k2 + k3 k= 1 = 0,0256phut −1 3 4, Dung dịch este etylacetat có nồng độ ban đầu 0,01N xà phòng hóa với dung dịch NaOH có nồng độ 0,002N trong thời gian 23 phút đạt được độ chuyển hóa là 10% Nếu nồng độ ban đầu giảm đi 10 lần thì thời gian phản ứng sẽ là bao nhiêu nếu muốn đạt được độ chuyển hóa là 10% như trước Giải CH3COOC2H5 + NaOH 0,01 0,002 0,001 0,001 0,009 0,001 = CH3COONa + C2H5OH Đây... hoạt hóa của phản ứng Giải Tại 270C ta có: ln 2 0,693 k1 = = = 1,386.10 −4 s −1 t1/ 2 5000 Tại 370C ta có: ln 2 0,693 k2 = = = 6,93.10 −4 s−1 t1/ 2 1000 ln Áp dụng phương trình: ⇒ E a = 124,4 k 2 −Ea 1 1 = ( − ) k1 R T2 T1 (kJ/ mol) 7, Nghiên cứu phản ứng 2I(k) + H2(k) = 2HI(k) Cho thấy hằng số tốc độ phản ứng ở 418K là 1,12.10-5 M-2.s-1 và ở 737K là 18,54.10-5 M-2.s-1 Xác định năng lượng hoạt hóa