giải chi tiết bài tập cân bằng hóa học (cao học)

9 8 0
  • Loading ...
1/9 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 30/11/2016, 22:00

7.1 At 2257 K and 1.00 atm total pressure, water is 1.77 per cent dissociated at equilibrium by way of the reaction 2H2O(g) = 2H¬2,(g) + O2,(g). Calculate (a) K, (b) ∆G , and (c) ∆G at this temperature.K= 2.85 x 106; (b) ∆G = +240 kJ.mol1 (c) ∆G = 0 (the system is at quilibrium).7.2 Dinitrogen tetroxide is 18.46 per cent dissociated at 25°C and 1.00 bar in the quilibrium N2O4(g) = 2NO2(g). Calculate (a) K at 25°C, (b) ∆G , (c) K at 100°C given that ∆H = +57.2 kJ.mol1 over the temperature range. Chemical equilibrium Exercises 7.1 At 2257 K and 1.00 atm total pressure, water is 1.77 per cent dissociated at equilibrium by way of the reaction 2H2O(g) = 2H2,(g) + O2,(g) Calculate (a) K, (b) ∆G or , and (c) ∆G r at this temperature K= 2.85 x 10-6; (b) ∆G or = +240 kJ.mol-1 (c) ∆G r = (the system is at quilibrium) 7.2 Dinitrogen tetroxide is 18.46 per cent dissociated at 25°C and 1.00 bar in the quilibrium N2O4(g) = 2NO2(g) Calculate (a) K at 25°C, (b) ∆G or , (c) K at 100°C given that ∆H or = +57.2 kJ.mol-1 over the temperature range (a) K = 0.1411; (b) ∆G or = +4.855 kJ.mol-1 (c) K (l00°C) = 14.556 7.3 From information in the Data section, calculate the standard Gibbs energy and the equilibrium constant at (a) 298 K and (b) 400K for the reaction PbO(s) + CO(g) = Pb(s) + CO2(g) Assume that the reaction enthalpy is independent of temperature (a) ∆G or =-68.26 kJ.mol-1, K= 9.2 x l011; (b) K (400K) = 1.3 x 109, ∆G or (400K) = -69.7 kJ.mol-1 7.4 In the gas-phase reaction 2A + B = 3C + 2D, it was found that, when 1.00 mol A, 2.00 mol B, and 1.00 mol D were mixed and allowed to come to equilibrium at 25°C, the resulting mixture contained 0.90 mol C at a total pressure of 1.00 bar Calculate (a) the mole fractions of each species at equilibrium, (b) Kx, (c) K, and (d) ∆G or (a) Mole fractions: A: 0.087, B: 0.370, C: 0.196, D: 0.348, Total: 1.000; (b) Kx = 0.33; (c) Kp = 0.33; (d) ∆G or =+2.8 x 103 Jmol-1 7.5 The standard reaction enthalpy of Zn(s) + H 2O(g) → ZnO(s) + H2(g) is approximately constant at +224 kJ.mol-1 from 920K up to 1280K The standard reaction Gibbs energy is +33 kJ.mol -1 at 1280K Estimate the temperature at which the equilibrium constant becomes greater than T = 1500 K 7.6 The equilibrium constant of the reaction 2C 3H6(g) = C2H4(g) + C4H8(g) is found to fit the expression lnK =A + B/T + C/T between 300 K and 600 K, with A = -1.04, B = -1088 K, and C= 1.51 x 10 K2 Calculate the standard reaction enthalpy and standard reaction entropy at 400K ∆H or = +2.77 kJ mol-1, ∆S or = -16.5 J.K-1.mol-1, 7.7 The standard reaction Gibbs energy of the isomerization of borneol (C 10H17OH) to isoborneol in the gas phase at 503 K is +9.4 kJ.mol -1 Calculate the reaction Gibbs energy in a mixture consisting of 0.15 mol of borneol and 0.30 mol of isoborneol when the total pressure is 600 Torr ∆Go =+12.3 kJ.mol-1 7.8 Calculate the percentage change in Kx for the reaction H2CO(g) = CO(g) + H2(g) when the total pressure is increased from 1.0 bar to 2.0 bar at constant temperature 50 per cent 7.9 The equilibrium constant for the gas-phase isomerization of borneol (C 10H17OH) to isoborneol at 503 K is 0.106 A mixture consisting of 7.50 g of borneol and 14.0 g of isoborneol in a container of volume 5.0 dm is heated to 503 K and allowed to come to equilibrium Calculate the mole fractions of the two substances at equilibrium nB = xB=0.904, x1 =0.096 n 7.10 What is the standard enthalpy of a reaction for which the equilibrium constant is (a) doubled, (b) halved when the temperature is increased by 10 K at 298 K? (a) ∆H or = +53 kJ.mol-1; (b) ∆H or = -53 kJ.mol-1 7.11 The standard Gibbs energy of formation of NH 3(g) is -16.5 kJ.mol-1 at 298 K What is the reaction Gibbs energy when the partial pressures of the N 2, H2, and NH3 (treated as perfect gases) are 3.0 bar, 1.0 bar, and 4.0 bar, respectively? What is the spontaneous direction of the reaction in this case? ∆G r = -14.38 kJ.mol-1, spontaneous direction of reaction is towards products 7.12 Estimate the temperature at which CaCO3(calcite) decomposes T= 1110K 7.13 For CaF2(s) = Ca2+(aq) + 2F-(aq), K = 3.9x10-11 at 25°C and the standard Gibbs energy of formation of CaF2(s) is -1167 kJ.mol-1, Calculate the standard Gibbs energy of formation of CaF2(aq) ∆G of = -1108 kJ.mol-1 Equilibrium electrochemistry Exercises 7.14 Write the cell reaction and electrode half-reactions and calculate the standard emf of each of the following cells: (a) Zn│ZnSO4(aq)││AgNO3(aq) │Ag (b) Cd│CdCl2(aq) ││ HNO3(aq) │H2(g) │Pt (c) Pt│K3[Fe(CN)6](aq),K4[Fe(CN)6] (aq) ││CrCl3(aq) │Cr 7.15 Devise cells in which the following are the reactions and calculate the standard emf in each case: (a) Zn(s) + CuSO4(aq) → ZnSO4(aq) + Cu(s) (b) 2AgCl(s) + H2(g) → 2HCl(aq) + 2Ag(s) (c) 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) 7.16 Use the Debye-Huckel limiting law and the Nernst equation to estimate the potential of the cell Ag│AgBr(s)│KBr(aq, 0.050 mol kg-1) ││Cd(NO3)2(aq, 0.010 mol kg-1) │Cd at 25°C E=-0.62V 7.17 Calculate the equilibrium constants of the following reactions at 25°C from standard potential data: (a) Sn(s) + Sn4+(aq) → 2Sn2+(aq) (b) Sn(s) + AgCl(s) → SnCl2(aq) + 2Ag(s) (a)K = 6.5x 109; (b) K = 1.5 x 1012 7.18 The emf of the cell Ag│AgI(s) │AgI(aq) │Ag is +0.9509V at 25°C Calculate (a) the solubility product of AgI and (b) its solubility (a) 9.2 x 10-9 M, (b) 8.5 x 10-17 M 7.1 Tại 2257K, 1.00 atm Ta có phản ứng: 2H2O(k) = 2H2(k) + O2(k) H2O phân hủy 1.77% Tại trạng thái cân tính: a/ Tính K b/ ∆G0r c/ ∆Gr T = 2257K Bài làm: a/ Gỉa sử số mol ban đầu H2O 1mol 2H2O(k) = 2H2(k) + O2(k) [ ]0 [] 0 1-α α 0,5α KP = (P2H2 PO2) / (P2H2O) = KN.P∆n = (α2.0,5 α) / [(1- α)2.(1+0,5α)] Thay α = 0.0177 vào biểu thức tính KP ta được: KP = (0,01772.0,5.0,0177) / [(1-0,0177)2.(1+0,5.0,0177)] = 2,85.10-6 b/ ∆G0r = - R.T.lnKP = - 8,314.2257.ln(2,85.10-6) = 239591 J/mol = 240 Kj/mol c/ Vì hệ cân nhiệt độ 2257K nên ∆Gr (2257) = 7.2 1bar ≈ 1atm Gỉa sử số mol N2O4 ban đầu 1mol N2O4(k) = 2NO2(k) [ ]0 [] 1-α 2α Kp = KN .P∆n , ∆n = 1, P = 1atm KP = KN = (2α)2 / (1-α) Thay α = 0,1846 vào biểu thức ta KP = (2.0,1846)2 / (1-0,1846) = 0,1672 Nếu tính xác 1bar = 0,9869atm Khi KP = KN.P = [(2.0,1846)2 / (1-0,1846)].0,9869 = 0,1650 ∆G0r = - R.T.lnKP = -8,314.298.ln(0,1650) = 4431,77 J/mol = 4,431 kJ/mol c/ Ap dụng công thức: ln(KP2(373) / KP1(298)) = ∆H.(T2-T1) / R.T1.T2  KP2(373) = KP1(298) Exp[∆H.(T2-T1) / R.T1.T2]  KP2(373) = 0,1650 exp[57,2.103(373-298) / 8,314.373.298] = 17,122 Lời giải: N2O4(k) = 2NO2(k) CB: 1-α 2α Nồng độ phần mol chất: N(N2O4) = 1−α 1+α Σni = 1-α + 2α = + α N(NO2) = 2α 1+α K = KN.P∆ν = KN.p (∆ν = 2-1=1 p = 0,99 atm) 2 4.0,1846 4α 0,99 = 0,14 p K = KN.p = = - 0,18462 1-α ∆Gro = -RTlnK = -8,31.298.ln0,14 = +4,869 kJ.mol-1 K2 ln K = ∆H(T2 - T1 ) 57200(373 - 298) = RT1T2 8,31.298.373 K2 = 104 → K2 = 14,556 K1 7.3 Tính ∆G, KP 298K: PbO(s) + CO(g) = Pb(s) + CO2(g) ∆G0r = ∆G0f(CO2) - ∆G0f(CO) - ∆G0f(PbO) = -314,36 - (-137,17) - (-188,93) = -68,26 kJ/mol KP = exp (-∆G/R.T) = exp[-(-68260) / 8,314.298] = 9,2.1011 b/ Tính ∆G, KP 400K: Tính ∆G0r = ∆H0f(CO2) - ∆H0f(CO) - ∆H0f(PbO) = -393,51 -(-110.53) -(-218,99) = -63,99 kJ/mol Tính KP2(400) ln(KP2 / KP1) = ∆H.(T2-T1) / R.T1.T2  KP2 = KP1.exp[ ∆H.(T2-T1) / R.T1.T2 ]  KP2 = 9,2.1011.epx[ -63990.(400-298) / 8,314.400.298] = 1,3.109 ∆G0r = - R.T.lnKP2 = -8,314.400.ln(1,3.109) = -69,79 kJ/mol Solution: From information in the Data section: PbO(s) + = CO(g) = Pb(s) + CO2(g) (∆G of )298 (kJ.mol-1) -187,89 -137,17 -394,36 (∆H of )298 (kJ.mol-1) -217,32 -110,53 -393,51 S298 (J.K-1.mol-1) 68,7 197,67 64,81 213,74 a) C1: ∆G or = (0 - 394,36) – (-187,89 - 137,17) = - 69,3 kJ.mol-1 69300 ∆G or (∆G )298 = -RTlnK298 → lnK298 = = 8,31.298 = 14.1011 RT o r C2: ∆H or = (-393,51) - (-217,32 - 110,53) = -65,66 kJ.mol-1 ∆S or = (64,81 + 213,74) - (68,7 + 197,67) = 12,18 J.K-1.mol-1 (∆G or )298 = -65,66 – 298 12,18.10-3 = -69,29 kJ.mol-1 69290 ∆G or = 8,31.298 = 14.1011 RT ∆H(T2 - T1 ) 57200(373 - 298) = RT T = → K400 = 1,3.109 8,31.298.373 (∆G or )298 = -RTlnK298 → lnK298 = b) K 400 ln K 298 (∆G or )400 = -RTlnK400 = -8,31.400.ln(1,3.109) = -69700 J = -69,7 kJ 7.4 2A + B = 3C + 2D Bđ Pư 0,6 0,3 0,9 1+ 0,6 CB 0,4 1,7 0.9 1,6 ∑n= 4,6 a ) Tính phân số mol A, B, C, D lúc cân NA=0,4/ 4,6= 0,087 NB=1,7/ 4,6= 0,37 NC=0.9/ 4,6= 0,196 ND= –( NA + NB+ NC)=0,347 b) Tính Kx Kx= NC3 ND2/ NA2 NB = 0,33 C) Kp= Kx.p∆n =0,33.12= 0,33 d) ∆G0r= - RTlnKp=- 8,314.298ln0,33=2,8.103 J/mol 7.5 Tính Kp 1280K Kp= exp (-∆G0r/ RT)= exp(-33.103/8,314.1280)= 0,045 Gọi Kp’> nhiệt độ T ln Kp’/ Kp=∆H(T’-T)/ R.T’.T theo đề Kp’>  ∆H(T’-T)/ R.T’.T > ln1/0,045=3,10  224.103(T’-1280)/8,314 T’.1280 >3,10  T’ >1501  Vậy ước tính T’ =1501thì có phản ứng Kp’> 7.6 dlnK=∆H/RT2 => ∆H=( dlnK).RT2 lnK=A + B/T +C/T2 => dlnK=-B/ T2 + (-2C/ T3) Vậy ∆H=- RT2 (B/ T2 + 2C/ T3) Thay B=-1080, C=1,51.105, R=8,314, T=400K Ta được: ∆H=2768,562 J/mol=2,768562KJ/mol Và K(400K)=exp(A + B/T +C/T2)= exp(-1,04 - 1088/400 +1,51.105/4002)=0,0598 ∆G0r= - RTlnK=- 8,314.400lnK=9,367 J/mol ∆G0=∆H0-T ∆S0 =>∆S0=∆H0-∆G0/T=2,768-9,367/400=-0,0165KJ/mol=16,5J/mol Lời giải: Từ biểu thức: lnK = ∫ ∆HdT +a RT Nếu đặt ∆H = R(b + cT-1), Ta có: So sánh với: c (b + cT −1 ) dT + a = a + b( - ) + ( - ) ∫ T2 T T 1 lnK = -1,04 + 1088( - ) - 1,51.105( - ) T T lnK = Suy ra: a = -1,04; b = 1088; c = -2 1,51.105 = -3,02.105 → ∆H400 = R(1088 - 3,02.105T-1) = 8,31.(1088 - 3,02.105.400-1) = +2.77 kJ mol-1 → lnK400 = -1,04 - 1088 1,51.105 + = -1,04 – 2,72 + 0,943 = -2.81625 400 4002 → ∆G400 = -RT.lnK400 = -8,31.400.lnK400 = 9361 J.mol-1 ∆G400 = ∆H400 – T.∆S400 → ∆S400 = 2770 - 9361 = -16,5 J.K-1.mol-1 400 7.7 Borneol↔isoborneol; 600tour=0,790atm ∆G=∆G0 +RT.lnQ Trong Q= PBorneol/Pisoborneol Pisoborneol=0,3/(0,157+0,3) ×0,790=0,527atm Pborneol=0,15/(0,15+0,3) ×0,790=0,263atm Vậy ∆G=9,4.103 +8,314.503ln0,527/0,263=12306J/mol=12,306KJ/mol Lời giải: borneol (C10H17OH)(gas) = isoborneol (C10H17OH)(gas) Vì phản ứng có Δn = 1-1 = nên: 0,3 Q = Qp = Qx = 0,15 = ∆G = ∆Go + RTlnQ = 9400 + 8,31.503.ln2 = 12297 J.mol-1 = 12,3 kJ.mol-1 7.8 Thầy giải giúp chúng em này, ko hiểu đề Lời giải: H2CO(g) = CO(g) + H2(g) Ta có quan hệ Kp = KN.PΔn Δn = – = Kp = KN.1 = KN’.2 → K 'x = = 0,5 hay 50 per cent Kx Bài 7.9 Borneol  isoborneol nborneol = 7,5/154=15/308 (mol) nisoborneol= 14/154= 1/11(mol) Borneol  isoborneol 15/308 1/11 α α 15/308-α 1/11+α = Áp suất hệ lúc cân = K = Kp =  =1,152 (atm) = = 1,06 + α = 1,06 - 1,06.α Tổng số mol hệ trước sau phản ứng 0,1396 mol Gọi NA phần số mol borneol 1-NA phần số mol isoborneol KP = = = = 0,106 NA=0,4854 Vậy phần số mol borneol 0,4854 Phần số mol isoborneol 1- 0,4854= 0,5146 (thưa thầy 7.9 có dư kiện không ) Lời giải: 7,5 14 = 0,0487 mol; niso = = 0,0974 mol 154 154 borneol (C10H17OH)(gas) = isoborneol (C10H17OH)(gas) 0,0487 + x 0,0974 – x Vì phản ứng có Δn = -1 = nên: 0,0974 - x K = K N = Kn = = 0,106 0,0487 + x → 0,106(0,0487 + x) = 0,0974 – x → 1,106.x = 0,0974 – 0,0052 = 0,092 → x = 0,0834 0,1321 → nbo = 0,1321 → Nbo = = 0,904 → Niso = 0.096 0,1461 Bài không cần đến kiện thể tích V = dm3 nbo = Bài 7.10 Áp dụng phương trình Ln = a,Theo giả thuyết K2=2K1 T2=3080K T1= 2980K  =528935,1 J.mol-1 =53 kJ.mol-1 = b, theo giả thuyết K2=0,5 K1  = -53 kJ.mol-1 Lời giải: K RT1T2ln K 400 ∆H(T2 - T1 ) K1 ln K = RT T → ∆H = 298 (T2 - T1 ) K2 8,31.298.308.ln2 Khi ln K = ln2 → ∆H = = 52868 J.mol-1 = +53 kJ.mol-1 10 K2 8,31.298.308.ln0,5 Khi ln K = ln0,5 → ∆H = = -52868 J.mol-1 = -53 kJ.mol-1 10 Bài 7.11 N2 + H2  NH3 (NH3) = = = -16.5 kJ/mol + RTln PNH3= bar PH2 = bar PN2 = bar = -16500 + 8,314.298.ln = -14426,3 J/mol = -14,43 kJ/mol phản ứng xảy theo chiều tạo sản phẩm Bài 7.12 CaCO3 CaO + CO2 = + = + ) - phản ứng tự diễn biến nên Lời giải: CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) ∆H298(kJ.mol ) -1206,9 -635,09 -393,51 -1 -1 S298(J.K mol ) 92,9 39,75 213,74 ∆Hr = (-635,09 - 393,51) – (-1206,9) = 178,3 kJ.mol-1 ∆Sr = (39,75 + 213,74) – (92,9) = 160,59 J.K-1.mol-1 -1 178300 ∆GT = ∆HT - T∆ST < → T > 160,59 = 1110K Bài 7.13 CaF2(s) = Ca2+(aq) + 2F-(aq), = - RTlnK = - 8,314.298.ln = 61098 J Vậy Lời giải: ∆G1 = -RTlnK = - 8,31.298.ln3,9.10-11 = 59353 J.mol-1 = 59 kJ.mol-1 CaF2(s) = Ca2+(aq) + 2F-(aq) ∆G1 = 59 Ca(s) + F2(g) = CaF2(s) ∆G2 = -1167 (1) + (2) → Ca(s) + F2(g) = Ca2+(aq) + 2F-(aq) ∆G = ∆G1+∆G2 = -1108 kJ.mol-1
- Xem thêm -

Xem thêm: giải chi tiết bài tập cân bằng hóa học (cao học), giải chi tiết bài tập cân bằng hóa học (cao học), giải chi tiết bài tập cân bằng hóa học (cao học)

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Từ khóa liên quan

Nạp tiền Tải lên
Đăng ký
Đăng nhập