Đang tải... (xem toàn văn)
Bài tập hóa lý có lời giải
1 MỤC LỤC Chương 1: Nguyên lý I nhiệt động học. Chương 2: Nguyên lý II nhiệt động học. Chương 3: Cân bằng hóa học. Chương 4: Cân bằng pha. Chương 5: Dung dịch và cân bằng dung dịch - hơi. Chương 6: Cân bằng giữa dung dịch lỏng và pha rắn. Chương 7: Điện hóa học. Chương 8: Động hóa học. Chương 9: Hấp phụ và hóa keo. Ngân hàng câu hỏi môn học hóa lý. 2 CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG HỌC 1.1. Bài tập có lời giải chi tiết: Câu 1: Tính biến thiên nội năng khi làm bay hơi 10g nước ở 20 0 C. Chấp nhận hơi nước như khí lý tưởng và bỏ qua thể tích nước lỏng. Nhiệt hóa hơi của nước ở 20 0 C bằng 2451,824 J/g. Giải: Nhiệt lượng cần cung cấp để làm hóa hơi 10g nước là: Q = m. = 10. 2451,824 = 24518,24 (J) Công sinh ra của quá trình hóa hơi là: A = P.V = P(V h - V l ) = PV h = 1353,332938,314 18 10 nRT (J) Biến thiên nội năng là: U = Q – A = 23165 (J) Câu 2: Cho 450g hơi nước ngưng tụ ở 100 0 C dưới áp suất không đổi 1 atm. Nhiệt hóa hơi của nước ở nhiệt độ này bằng 539 cal/g. Tính A, Q và ΔU của quá trình. Giải: Nhiệt lượng tỏa ra khi ngưng tụ là: Q = m. ng. tụ = 450. (- 539) = - 242550 (cal) Công của quá trình: A = P.V = P. (V l - V h ) = - P.V h = - nRT = 18529(cal)3731,987 18 450 Biến thiên nội năng của quá trình là: 3 U = Q – A = - 224021 (cal) Câu 3: Cho phản ứng xảy ra ở áp suất không đổi: 2H 2 + CO = CH 3 OH(k) nhiệt tạo thành tiêu chuẩn ở 298K của CO và CH 3 OH(k) bằng -110,5 và -201,2 kJ/mol. Nhiệt dung mol đẳng áp của các chất là một hàm của nhiệt độ: C p (H 2 ) = 27,28 + 3,26.10 -3 T (J/mol.K) C p (CO) = 28,41 + 4,1.10 -3 T (J/mol.K) C p (CH 3 OH) k = 15,28 + 105,2.10 -3 T (J/mol.K) Tính ΔH 0 của phản ứng ở 298 và 500K? Giải: Nhiệt phản ứng ở 298K là: H 0 298 = - 201,2 - (-110,5) = - 90,7 (KJ) Biến thiên nhiệt dung: C p = C p (CH 3 OH) – C p (CO) – 2C p (H 2 ) = - 67,69 + 94,58. 10 -3 T (J/K) Nhiệt phản ứng ở 500K là : 500 298 p 0 298 0 500 dTΔCΔHΔH 500 298 33 dTT94,58.1067,6990,7.10 = - 96750,42 (J) Câu 4: Cho 100g khí CO 2 (được xem như là khí lý tưởng) ở 0 0 C và 1,013.10 5 Pa. Xác định Q, A, ΔU và ΔH trong các quá trình sau. Biết C p = 37,1 J/mol.K. a. Dãn nở đẳng nhiệt tới thể tích 0,2 m 3 . 4 b. Dãn đẳng áp tới 0,2 m 3 . c. Đun nóng đẳng tích tới khi áp suất bằng 2,026.10 5 Pa. Giải: a. Dãn nở đẳng nhiệt (T = const) tới thể tích 0,2m 3 . nRT PV nRTln V V nRTlnAQ 2 1 2 TT 7061 2730,082 44 100 0,2.101 273.ln8,314 44 100 3 (J) U = 0 b. Dãn nở đẳng áp (P = const) tới 0,2m 3 . H = Q p = n.C p . (T 2 – T 1 ) nR PV nR PV n.C 12 p 1 2730,082 44 100 0,2.101 0,082 37,1 3 J A = PV = P(V 2 – V 1 ) J15120 0,082 8,314 1 2730,082 44 100 0,2.101 3 U = Q – A = 67469 - 15120 = 52349 (J) c. Đun nóng đẳng tích (V = const) tới áp suất bằng 2,026.10 5 Pa (2 atm) A = 0 C v = C p - R = 37,1 - 8,314 = 28,786 (J/mol.K) U = Q v = n.C v .(T 2 – T 1 ) 5 Ta có: 1 1 2 2 T P T P 546K273 1 2 T P P T 1 1 2 2 Suy ra: U = Q v = 1 28,786(546 - 273) = 7859 (J) H = U + PV = 7859 (J) Câu 5: Một khí lý tưởng nào đó có nhiệt dung mol đẳng tích ở mọi nhiệt độ có C v = 2,5R (R là hằng số khí). Tính Q, A, U và H khi một mol khí này thực hiện các quá trình sau đây: a. Dãn nở thuận nghịch đẳng áp ở áp suất 1atm từ 20dm 3 đến 40dm 3 . b. Biến đổi thuận nghịch đẳng tích từ trạng thái (1atm; 40dm 3 ) đến (0,5atm; 40dm 3 ). c. Nén thuận nghịch đẳng nhiệt từ 0,5 atm đến 1 atm ở 25 0 C. Giải: a. Dãn nở thuận nghịch đẳng áp (P = const). Tính công A: l.atm2020401.VVPPdVA 2 1 V V 12 2028 0,082 8,314 20 (J) Tính nhiệt lượng Q: R VP R VP CTT.CdTCQ 12 p12p T T pp 2 1 702040 R 3,5R (l.atm) 6 7097 0,082 8,314 70 (J) Biến thiên nội năng: U = Q – A = 5069 (J) Biến thiên entapy H = Q p = 7097 (J) b. Dãn nở thuận nghịch đẳng tích (V = const). A = 0 Nhiệt lượng: R VP R VP CTT.CdTCQ 12 v12v T T vv 2 1 5010,540 R 2,5R (l.atm) 5069 0,082 8,314 50 (J) U = Q v = - 5069 (J) c. Nén đẳng nhiệt (T = const) U = 0 1717 1 5,0 ln298314,81 P P nRTlnAQ 2 1 TT (J) Câu 6: Tính nhiệt tạo thành của etan biết: C gr + O 2 = CO 2 H 0 298 = -393,5 KJ H 2 + 1/2O 2 = H 2 O(l) H 0 298 = -285 KJ 2C 2 H 6 + 7O 2 = 4 CO 2 + H 2 O(l) H 0 298 = -3119,6 KJ Giải: C gr + O 2 = CO 2 (1) H 2 + 1/2O 2 = H 2 O(l) (2) 2C 2 H 6 + 7O 2 = 4CO 2 + 6H 2 O(l) (3) Nhiệt tạo thành C 2 H 6 là: 7 2C + 3H 2 = C 2 H 6 (4) H 0 298(4) = 4H 0 298(1) + 6H 0 298(2) - H 0 298(3) H 0 298(4) = 4(-393,5) + 6(-285) - (-3119,6) = 164,4 (KJ) Câu 7: Tính Q, A, U của quá trình nén đẳng nhiệt, thuận nghịch 3 mol khí He từ 1atm đến 5 atm ở 400 0 K. Giải: Nhiệt và công của quá trình: 16057(J) 5 1 400ln8,3143 P P nRTlnAQ 2 1 TT U = 0 Câu 8: Cho phản ứng: 1/2N 2 + 1/2O 2 = NO. Ở 25 0 C, 1atm có H 0 298 = 90,37 kJ. Xác định nhiệt phản ứng ở 558K, biết nhiệt dung mol đẳng áp của 1 mol N 2 , O 2 và NO lần lượt là 29,12; 29,36 và 29,86 J.mol -1 .K -1 . Giải: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở 558K là: 558 298 p 0 298 0 558 dTΔCΔHΔH Trong đó: C p = 29,86 – 1/2(29,12) – 1/2(29,36) = 0,62 (J.K -1 ) H 0 558 = 90,37 + 0,62.(558 - 298).10 -3 = 90,5312 (KJ) 1.2. Bài tập tự giải: Câu 1: Xác định biến thiên nội năng khi làm hóa hơi 20g etanol tại nhiệt độ sôi, biết nhiệt hóa hơi riêng của etanol bằng 8 857,7 J/g và thể tích hơi tại nhiệt độ sôi bằng 607 cm 3 /g (bỏ qua thể tích pha lỏng). ĐS: 2,54 kJ Câu 2: Tính ΔH và ΔU cho các quá trình sau đây: a. Một mol nước đông đặc ở 0 0 C và 1 atm; b. Một mol nước sôi ở 100 0 C và 1 atm. Biết rằng nhiệt đông đặc và nhiệt hóa hơi của 1 mol nước bằng -6,01 kJ và 40,79 kJ, thể tích mol của nước đá và nước lỏng bằng 0,0195 và 0,0180 lit. Chấp nhận hơi nước là khí lý tưởng. ĐS: a. ΔH = ΔU = -6,01 kJ b. ΔH = 37,7 kJ; ΔU = 40,79 kJ Câu 3: Nhiệt sinh của H 2 O(l) và của CO 2 lần lượt là -285,8 và -393,5 kJ/mol ở 25 0 C, 1 atm. Cũng ở điều kiện này nhiệt đốt cháy của CH 4 bằng -890,3 kJ/mol. Tính nhiệt tạo thành của CH 4 từ các nguyên tố ở điều kiện đẳng áp và đẳng tích. ĐS: -74,8 kJ/mol; 72,41 kJ/mol Câu 4: Tính nhiệt tạo thành chuẩn của CS 2 lỏng dựa vào các dữ liệu sau: S(mon) + O 2 = SO 2 ΔH 1 = -296,9 kJ CS 2 (l) + 3O 2 = CO 2 + 2SO 2 ΔH 2 = -1109 kJ C(gr) + O 2 = CO 2 ΔH 3 = -393,5 kJ ĐS: 121,7 KJ Câu 5: Trên cơ sở các dữ liệu sau, hãy tính nhiệt tạo thành của Al 2 Cl 6 (r) khan: 2Al + 6HCl(l) = Al 2 Cl 6 (l) + 3H 2 ΔH 0 298 = -1003,2 kJ 9 H 2 + Cl 2 = 2HCl(k) ΔH 0 298 = -184,1 kJ HCl(k) = HCl(l) ΔH 0 298 = -72,45 kJ Al 2 Cl 6 (r) = Al 2 Cl 6 (l) ΔH 0 298 = -643,1 kJ ĐS: 1347,1 kJ Câu 6: Tính nhiệt phản ứng: H 2 (k) + S(r) + 2O 2 (k) + 5H 2 O(l) = H 2 SO 4 .5H 2 O(dd) Biết nhiệt sinh của H 2 SO 4 (l) là -193,75 Kcal/mol và nhiệt hòa tan H 2 SO 4 (l) với 5 mol nước là -13,6 Kcal. ĐS: -207,35 Kcal Câu 7: Cho 100 gam khí nitơ ở điều kiện chuẩn (1atm, 25 0 C), C P (N 2 ) = 3,262 cal/mol.K. Tính giá trị của các đại lượng Q, A và U trong các quá trình sau: a. Nén đẳng tích tới 1,5 atm. b. Dãn nở đẳng áp tới thể tích gấp đôi thể tích ban đầu. c. Dãn nở đẳng nhiệt tới thể tích 200lít. d. Dãn nở đoạn nhiệt tới thể tích 200lít. ĐS: a. Q v = 2424 cal; b. Q P = 8786 cal, A P = 1937 cal c. Q T = A T = 1775 cal; d. U = A = 1480 cal Câu 8: Ở 25 0 C phản ứng tổng hợp NH 3 . N 2(k) + 3H 2(k) = 2NH 3(k) H 0 298,tt (kcal/mol) 0 0 -11,04 Và nhiệt dung của các chất: C P (N 2 ) = 6,65 + 10 -3 T (cal.mol -1 .K -1 ) C P (H 2 ) = 6,85 + 0,28.10 -3 T (cal.mol -1 .K -1 ) C P (NH 3 ) = 5,92 + 9,96.10 -3 T (cal.mol -1 .K -1 ) 10 Xác định hàm số H 0 T = f(T) và tính H 0 1000 của phản ứng? ĐS: H 0 T = -18,22 – 15,36.10 -3 T + 8.10 -6 T 2 (Kcal) H 0 = -25,58 Kcal [...]... ứng nhiệt đẳng áp và đẳng tích của phản ứng ở 250C và 1atm b Xét chiều phản ứng ở 250C và 1atm c Tính hiệu ứng nhiệt đẳng áp của phản ứng ở 1000K ĐS: a H0298 = 41212 cal; U0298 = 40619 cal c H01000 = 43297 cal 20 CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG HÓA HỌC 3.1 Bài tập có lời giải chi tiết: Câu 1: Hằng số cân bằng của phản ứng: CO2(k) + H2(k) ở CO(k) + H2O(h) 800K là 4,12 Đun hỗn hợp chứa 20% CO và 80% H2O (% khối...CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG HỌC 2.1 Bài tập có lời giải chi tiết: Câu 1: Tính biến thiên entropy khi đun nóng thuận nghịch 16kg O2 từ 273K đến 373K trong các điều kiện sau: a Đẳng áp b Đẳng tích Xem O2 là khí lý tưởng và nhiệt dung mol Cv = 3R/2 Giải: a Đối với quá trình đẳng áp Cp = Cv + R = 5R/2 T2 ΔS n Cp T1 b dT 16.103... chiều nào ở 300K và 1200K? 17 0 0 ĐS: ΔG 300 28,44 KJ; ΔG1200 2590 J Câu 7: Cho phản ứng: CH4(k) + H2O(k) = CO(k) + 3H2(k) Cho biết nhiệt tạo thành chuẩn của CH4(k), H2O(h) và CO(k) lần lượt là -74,8; -241,8; -110,5 KJ/mol Entropy tiêu chuẩn của CH4(k), H2O(h) và CO(k) lần lượt là 186,2; 188,7 và 197,6 J/mol.K (Trong tính toán giả sử H0 và S0 không phụ thuộc nhiệt độ) a Tính G0 và xét chiều của... 30,13 11,3.10 -3 T 0,2(J/K) 18 373 T S = 14,9 (J/K) Câu 5: Một bình kín hai ngăn, ngăn thứ nhất có thể tích 0,1m3 chứa oxi, ngăn thứ hai có thể tích 0,4 m3 chứa Nitơ Hai ngăn đều ở cùng một điều kiện nhiệt độ là 170C và áp suất 1,013.105 N/m2 Tính biến thiên entropy khi cho hai khí khuếch tán vào nhau Giải: Khi hai khí khuếch tán vào nhau, thể tích của hỗn hợp V2 = 0,5 m3 Biến thiên entropy... Ta lại có: G01000 = H01000 - TS01000 0 0 ΔH1000 ΔG 1000 32065 3507 0 27,94 (cal/K) ΔS1000 T 1273 Câu 12: Ở 1000K hằng số cân bằng của phản ứng: C(gr) + CO2(k) 2CO(k) 31 là Kp =1,85 atm và hiệu ứng trung bình là 41130 cal Xác định thành phần pha khí ở cân bằng tại 1000K và 1200K biết áp suất tổng cộng là 1atm Giải: Ở 1000K: gọi xCO và x CO 2 là phân mol của các khí ở cân bằng: Ta có, hằng... chiều nào nếu áp suất tổng cộng giữ không đổi ở 1 atm? Giải thích c Khí H2 được nén vào bình có chứa Ckc rắn dư ở điều kiện áp suất 1 atm và nhiệt độ 298K Hãy xác định áp suất riêng phần của CH4 khi cân bằng ở nhiệt độ áp suất trên d Thiết lập phương trình H0 = f(T) (phương trình chỉ có số và T) và tính H0 ở 10000K Giải: a H0298(pư) = -7,093 – 0,453 = -7,546 (Kcal) S0298(pư) = 44,50 – 0,568 – 2x31,21... 31,169PH 2 2 H2 P 2 Ta có PCH PH 1 31,169PH PH 1 0 4 2 2 2 Ta được PH2 0,164(atm),PCH4 0,836(atm) T d ΔH 0 T ΔH 0 298 ΔC p dT 7546 11,05(T 298) 298 Vậy ΔH 0 11,05T 4253,1 (cal) T 0 ΔH 1000 11,05 1000 4253,1 15303,1(cal) = - 15,3031 (Kcal) 3.2 Bài tập tự giải: Câu 1: Tại 500C và áp suất 0,344 atm, độ phân ly của N2O4 thành NO2 là 63% Xác định KP và KC ĐS: Kp = 0,867... khuếch tán ΔS1 nR.ln V2 13,32(cal/ K) V1 ΔS 2 nR.ln V2 7,46(cal/K ) V1' Vậy S = 20,78 (cal/K) Câu 6: Tính U, H và S của quá trình chuyển 1 mol H2O lỏng ở 250C và 1 atm thành hơi nước ở 1000C, 1 atm Cho biết nhiệt dung mol của nước lỏng là 75,24 J/mol.K và nhiệt hóa hơi của nước là 40629,6 J/mol Giải: 1mol H2O (l) 2980K 1mol H2O (l) Q2 1mol H2O (h) 3730K Q1 S2 3730K S1 Nhiệt lượng cần cung... Ở áp suất nào độ phân ly là 10% P.α 2 1 Ta có 1 α2 3 0,1 2.P 1 1 0,1 2 3 P = 33 atm Lượng Cl2 cần thêm vào c Gọi b là số mol Cl2 cần thêm vào: PCl5(k) Ban đầu 1 PCl3(k) + Cl2(k) 0 b 24 Phản ứng 0,1 0,1 0,1 Cân bằng 0,9 0,1 (b + 0,1) Δn P Ta có: K P K n n i 0,1 b 0,1 8 1 0,9 b 1,1 3 b = 0,5 (mol) Câu 5: Có thể điều chế Cl2 bằng phản ứng 4HCl(k) + O2... - 25063,06 (cal) Vì: G0298 < 0 nên phản ứng tự diễn biến 2.2 Bài tập tự giải: Câu 1: Tính biến thiên entropy của quá trình đun nóng đẳng áp 1 mol KBr từ 298 đến 500K, biết rằng trong khoảng nhiệt độ đó: Cp(KBr) = 11,56 + 3,32.10-3T cal/mol ĐS: 6,65 cal/mol.K Câu 2: Tính biến thiên entropy của quá trình đun nóng 2 mol Nitơ (được xem là lý tưởng) từ 300K đến 600K dưới áp suất khí quyển trong 2 trường . lỏng và pha rắn. Chương 7: Điện hóa học. Chương 8: Động hóa học. Chương 9: Hấp phụ và hóa keo. Ngân hàng câu hỏi môn học hóa lý. 2 CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ I. HỌC 1.1. Bài tập có lời giải chi tiết: Câu 1: Tính biến thiên nội năng khi làm bay hơi 10g nước ở 20 0 C. Chấp nhận hơi nước như khí lý tưởng và bỏ qua
