Đang tải... (xem toàn văn)
tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi hóa trung học phổ thông thật phần nhiệt động học, cung cấp kiến thức và bài tập cho các em trong quá trình ôn luyện. NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC Nhiệt của một số quá trình quan trọng : 1 Nhiệt tạo thành của các chất : H(tt) (hay sinh nhiệt), H(sn) Nhiệt tạo thành của 1 hợp chất hóa học là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ những đơn chất ở trạng thái chuẩn. Trạng thái chuẩn của 1 chất là trạng thái bền nhất của chất đó ở áp suất 1 atm và 250C (hay 298,15K) TD : phản ứng : N2 + 3H2 2NH3 H = 92,22 KJ Nhiệt tạo thành của NH3 = = = 46,11 KJmol C(r) + O2(k) CO2(k) H = 393 KJmol Nhiệt tạo thành CO2 = H(pư) = 393 KJmol Nhiệt tạo thành của các đơn chất ở điều kiện chuẩn được qui ước bằng 0. Khi phản ứng xảy ra mà tất cả các chất (đơn chất và hợp chất tạo thành) đều ở điều kiện chuẩn thì ta có nhiệt tạo thành chuẩn. Ký hiệu 2 Nhiệt phân hủy : Nhiệt phân hủy của 1 hợp chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng phân hủy 1 mol chất đó tạo thành các đơn chất. TD : H2O(l) H2(k) + ½ O2(k) = + 285,84 KJ Nhiệt phân hủy H2O ở đkc = + 285,84 KJmol Định luật Lavoisier – Laplace : “Nhiệt tạo thành và nhiệt phân hủy của một hợp chất bằng nhau về trị số nhưng ngược nhau về dấu” 3 Nhiệt đốt cháy (hay thiêu nhiệt) H(tn) , H(đc) Nhiệt đốt cháy của 1 chất là nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 mol chất trong oxi. TD : C(graphit) + O2(k) CO2(k) H = 393 KJmol Nhiệt đốt cháy của C = 393 KJmol 2C2H5OH + 3O2 4CO2(k) + 6H2O(k) H = 2736 KJ Nhiệt đốt cháy C2H5OH = = = 1368 KJmol Nhiệt đốt cháy của O2, H2O bằng không 4 Nhiệt phân li (nhiệt nguyên tử hóa) : Nhiệt phân li của một chất là năng lượng cần thiết để phân hủy 1 mol phân tử của chất đó (ở thể khí) thành các nguyên tử ở thể khí. TD : H2(k) 2H(k) H = 104,2 kcalmol O2(k) 2O(k) H = 117 kcalmol CH4(k) C(k) + 4H(k) H = 398 kcalmol 5 Năng lượng của liên kết hóa học : Năng lượng của một liên kết hóa học là năng lượng cần thiết để phá vỡ liên kết đó tạo thành các nguyên tử ở thể khí. Xác định nhiệt của các phản ứng hóa học : Định luật Hess. Đây là một định luật cơ bản của nhiệt hóa học do viện sĩ Nga H.I. Hess (1802 – 1850) tìm ra lần đầu tiên, có nội dung như sau : “ Trong trường hợp áp suất không đổi hoặc thể tích không đổi, hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học chỉ phụ thuộc vào dạng và trạng thái của các chất đầu và các sản phẩm cuối, không phụ thuộc vào cách tiến hành phản ứng” Có thể minh họa ý nghĩa định luật Hess trong thí dụ sau : Việc oxi hóa than bằng oxi tạo thành khí CO2 có thể tiến hành theo 2 cách : Cách 1 : đốt cháy trực tiếp than thành CO2 Pt : C(graphit) + O2(k) CO2(k) H (hiệu ứng nhiệt của phản ứng) Cách 2 : tiến hành qua 2 giai đoạn : C(graphit) + ½ O2(k)¬ CO(k)¬ H1 CO(k)¬ + ½ O2(k)¬ CO2(k) H2 Có thể biểu diển hai cách tiến hành trên bằng sơ đồ sau : C(graphit) CO2(k) CO(k) Nếu các quá trình trên thỏa mãn điều kiện : Nhiệt độ và áp suất ban đầu bằng nhiệt độ và áp suất cuối ta có : H = H1 + H2
NHIỆT ĐỘNG HĨA HỌC Nhiệt số q trình quan trọng : 1/ Nhiệt tạo thành chất : H(tt) (hay sinh nhiệt), H(sn) Nhiệt tạo thành hợp chất hóa học hiệu ứng nhiệt phản ứng tạo thành mol chất từ đơn chất trạng thái chuẩn Trạng thái chuẩn chất trạng thái bền chất áp suất atm 25 0C (hay 298,15K) TD : phản ứng : N2 + 3H2 2NH3 H = - 92,22 KJ Nhiệt tạo thành NH3 = H pu = 92,22 = - 46,11 KJ/mol C(r) + O2(k) CO2(k) H = - 393 KJ/mol Nhiệt tạo thành CO2 = H(pư) = - 393 KJ/mol * Nhiệt tạo thành đơn chất điều kiện chuẩn qui ước Khi phản ứng xảy mà tất chất (đơn chất hợp chất tạo thành) điều kiện chuẩn ta có nhiệt tạo thành chuẩn Ký hiệu tt0 2/ Nhiệt phân hủy : Nhiệt phân hủy hợp chất hiệu ứng nhiệt phản ứng phân hủy mol chất tạo thành đơn chất TD : H2O(l) H2(k) + ½ O2(k) 0298 = + 285,84 KJ Nhiệt phân hủy H2O đkc = + 285,84 KJ/mol Định luật Lavoisier – Laplace : “Nhiệt tạo thành nhiệt phân hủy hợp chất trị số ngược dấu” 3/ Nhiệt đốt cháy (hay thiêu nhiệt) H(tn) , H(đc) Nhiệt đốt cháy chất nhiệt tỏa đốt cháy hoàn toàn mol chất oxi TD : C(graphit) + O2(k) CO2(k) H = - 393 KJ/mol Nhiệt đốt cháy C = - 393 KJ/mol 2C2H5OH + 3O2 4CO2(k) + 6H2O(k) H = - 2736 KJ Nhiệt đốt cháy C2H5OH = H pu = 2736 = - 1368 KJ/mol * Nhiệt đốt cháy O2, H2O khơng 4/ Nhiệt phân li (nhiệt ngun tử hóa) : Nhiệt phân li chất lượng cần thiết để phân hủy mol phân tử chất (ở thể khí) thành ngun tử thể khí TD : H2(k) 2H(k) H = 104,2 kcal/mol O2(k) 2O(k) H = 117 kcal/mol CH4(k) C(k) + 4H(k) H = 398 kcal/mol 5/ Năng lượng liên kết hóa học : Năng lượng liên kết hóa học lượng cần thiết để phá vỡ liên kết tạo thành nguyên tử thể khí Xác định nhiệt phản ứng hóa học : Định luật Hess Đây định luật nhiệt hóa học viện sĩ Nga H.I Hess (1802 – 1850) tìm lần đầu tiên, có nội dung sau : “ Trong trường hợp áp suất khơng đổi thể tích khơng đổi, hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học phụ thuộc vào dạng trạng thái chất đầu sản phẩm cuối, không phụ thuộc vào cách tiến hành phản ứng” Có thể minh họa ý nghĩa định luật Hess thí dụ sau : Việc oxi hóa than oxi tạo thành khí CO2 tiến hành theo cách : Cách : đốt cháy trực tiếp than thành CO2 Pt : C(graphit) + O2(k) CO2(k) H (hiệu ứng nhiệt phản ứng) Cách : tiến hành qua giai đoạn : C(graphit) + ½ O2(k) CO(k) H1 CO(k) + ½ O2(k) CO2(k) H2 Có thể biểu diển hai cách tiến hành sơ đồ sau : C(graphit) CO2(k) + O2 H1 CO(k) H2 Nếu trình thỏa mãn điều kiện : Nhiệt độ áp suất ban đầu nhiệt độ áp suất cuối ta có : H = H1 + H2 Vài hệ định luật Hess : 1/ Hệ : Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng nhiệt tạo thành sản phẩm trừ tổng nhiệt tạo thành tác chất (có kể hệ số hợp thức phương trình phản ứng) 0298 tt0 ( sp) tt (tg ) TD : Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng : 0298 = ? CaCO3(r) CaO(r) + CO2(k) Biết tt0 - 1206,9 - 635,6 - 393,5 (KJ) Giải : Ta có : 0298 = (- 635,6) + (- 393,5) – (-1206,9) = + 177,8 KJ 2/ Hệ : Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng nhiệt đốt cháy tác chất trừ tổng nhiệt đốt cháy sản phẩm (có kể hệ số hợp thức phương trình phản ứng) 0298 0dc (tg ) dc ( sp ) TD : Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng : 0298 = ? CH3COOH(l) + C2H5OH(l) CH3COOC2H5(l) + H2O(l) Biết H(đc)0 - 871,69 - 1366,91 - 2284,05 Giải : Hiệu ứng nhiệt phản ứng : 0298 0dc (tc) tt0 ( sf ) 0298 = (-871,69) + (-1366,91) – (-2284,05) = 45,45 KJ 3/ Hệ : Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng lượng liên kết có chất tham gia (tác chất) trừ tổng lượng liên kết có chất sản phẩm 0298 Elk0 (tg ) lk E ( sp ) TD : Xác định lượng trung bình liên kết O – H phân tử nước, biết lượng liên kết H – H O = O tương ứng 435,9 KJ 498,7 KJ, đốt cháy đẳng áp mol H2 tỏa 483,68 KJ Giải : Pt : 2H2(k) + O2(k) 2H2O(k) H = - 483,68 KJ Dựa vào hệ thứ định luật Hess ta có : 0298 Elk0 (tg ) Elk0 ( sp) - 483,68 = 2(435,9) + (498,7) - 0H O 0H O = + 927,09 KJ lk0 (O – H) = 927,09 = + 463,545 KJ (do phân tử H2O có lk O-H) 4/ Chu trình nhiệt hóa học hay chu trình Born – Haber (Booc – Habe) Một phương pháp ứng dụng định luật Hess thường dùng để tính hiệu ứng nhiệt trình (năng lượng mạng tinh thể, nhiệt hidrat hóa, nhiệt hóa …) lập chu trình nhiệt hóa học q trình mà quan tâm giai đoạn chu trình, tất nhiên phải biết hiệu ứng nhiệt giai đọan khác chu trình Sau vài thí dụ : TD : Tính lượng mạng lưới tinh thể NaCl Năng lượng mạng lưới tinh thể NaCl hiệu ứng lượng trình : Na+ + Cl- NaCl (tt) ENaCl Trong biết hiệu ứng nhiệt trình sau : - Nhiệt thăng hoa Na : Hth Na = 25,9 kcal/mol - Nhiệt phân ly Cl2 thành nguyên tử : DCl2 = 57,2 kcal/mol - Năng lượng ion hóa Na : INa = 117,8 kcal/mol - Ái lực electron Clo : ACl = - 88,0 kcal/ngtg - Nhiệt tạo thành muối NaCl tinh thể (từ đơn chất) : H(tt) NaCl = 98,2 kcal/mol Từ theo định luật Hess ta tính lượng mạng lưới NaCl : ENaCl = H(tt NaCl) – (Htn Na + ½ DCl2 + INa + ACl) Thay giá trị vào ta : ENaCl = - 182,5 kcal/mol Tính lượng liên kết trung bình CH CC từ kết thực nghiệm sau: - Nhiệt đốt cháy CH4 = - 801,7 kJ/mol - Nhiệt đốt cháy C2H6 = - 1412,7 kJ/mol - Nhiệt đốt cháy Hidrro = -241,5 kJ/mol - Nhiệt đốt cháy than chì = -393,4 kJ/mol - Nhiệt hóa than chì = 715 kJ/mol - Năng lượng liên kết HH = 431,5 kJ/mol Các kết đo 298K 1atm Bài giải: Ta xếp phương trình (kèm theo ký hiệu nhiệt) cho chất vế triệt tiêu bớt để cịn lại phương trình CH4 C (r)+ 4H CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O H1 2H2O O2 + 2H2 - H2 CO2 O2 + C (r) - H3 C (r) C (k) H4 2H2 4H 2H5 Tổ hợp phương trình ta CH4 C(r) + 4H 4H C H = H1 - H2 - H3 + H4 + 2H5 = - 801,5 + 483 + 393,4 + 715 + 2(431,5) = 1652,7 kJ/mol Năng lượng liên kết CH = 1652,7 : = 413,715 kJ/mol Bằng cách tương tự tính Năng lượng liên kết CC = 345,7 kJ/mol Từ thực nghiệm thu trị số H (theo Kcal.mol-1) phân ly liên kết 250C sau: Liên kết H H–H 104 O–O 33 O–H 111 C–H 99 C–O 84 C–C 83 Hãy giải thích cách tính cho biết kết tính H (cũng điều liện trên) đồng phân hóa: CH3CH2OH (hơi) CH3-O-CH3 (hơi) Nêu liên hệ dấu H với độ bền liên kết phản ứng CH3CH2OH có liên kết C C ; liên kết C H ; liên kết C O liên kết O H Năng lượng cần thiết phá vỡ liên kết = (83) + (995) + (84) + (111) = 773 Kcal/mol CH3 O CH3 có liên kết C H liên kết C O Năng lượng tỏa hình thành liên kết = (99 6) + (84 2) = 762 Kcal/mol Vậy phản ứng thu nhiệt, H = 773 762 = 11 Kcal/mol H mang dấu + chứng tỏ độ bền liên kết CH3CH2OH > CH3OCH3 Trong công nghệ hoá dầu , ankan loại hiđro để chuyển thành hiđrocacbon khơng no có nhiều ứng dụng Hãy tính nhiệt phản ứng sau: C4H10 C4H6 + H2 ; Ho1 (1) o CH4 C6H6 + H2 ; H (2) Biết lượng liên kết , E theo kJ.mol-1 , liên kết sau : Liên kết H-H C-H C-C C=C -1 E , theo kJ.mol 435,9 416,3 409,1 587,3 ( Với liên kết C-H , C-C , trị số trung bình hợp chất hiđrocacbon khác ) 2) Tính nhiệt phản ứng : * Tìm hệ số cho chất C4H10 C4H6 + H2 ; Ho1 (1) hay H3C - CH2- CH2-CH3 CH2=CH-CH=CH2 + 2H2 CH4 C6H6 + H2 ; Ho2 (2) m n Trong Ei , Ej lượng liên kết * Từ Hophản ứng = i Ei - j Ej vế đầu cuối (tham gia , tạo thành) i=1 j=1 phản ứng i , j số liên kết thứ i , thứ j Do Ho1 = ( 10 EC-H + 3EC-C ) - (6 EC-H + EC=C + EC-C + EH-H ) Thay số , tính Ho1 = + 437,0 kJ.mol-1 Tương tự , ta có Ho2 = 24 EC-H - ( 3EC-C + EC=C + EC-H + EH-H ) Thay số , tính Ho2 = + 581,1 kJ.mol-1 (Ho2 > , phản ứng thu nhiệt ) ĐS: H 10 = + 437,0 kJ/mol H 02 = + 581,1 kJ/mol Xác định lượng liên kết trung bình liên kết C – H metan Biết nhiệt hình thành chuẩn metan = –74,8 kJ/mol; nhiệt thăng hoa than chì = 716,7 kJ/mol; lượng phân ly phân tử H2 = 436 kJ/mol Theo định nghĩa: lượng liên kết CH4 H 0298 trình: CH4(k) C (k) + 4H (k) Theo giả thiết: C (r) + 2H2 (k) H 0h.t = 74,8 kJ/mol CH4 C (r) C (k) H2 (k) 2H (k) H t h = 716,7 kJ/mol H 0p.l = 436 kJ/mol Tổ hợp trình cho: H 298 = 74,8 + 716,7 + (2 436) = 1663,5 kJ/mol Vậy lượng liên kết trung bình liên kết C H = 1663,5 : = 416 kJ/mol Hãy xác định lượng nguyên tử hóa NaF (ENaF), biết: - Năng lượng phân ly NaF (Ei) = 6,686 eV - Thế ion hóa Na (INa) = 5,139 eV - Aí lực electron F (EF) = -3,447 eV Bài giải: Ta lập trình kèm theo ký hiệu lượng: NaF Na+ + F Ei + Na + e Na - INa F- e F - EF Tổ hợp trình ta được: NaF Na + F ENaF = Ei - INa - EF = = 6,686 - 5,139 + 3,447 = 4,994 eV Tính lượng mạng lưới ion CaCl2 ,biết rằng: - H0298,s tinh thể CaCl2 = - 795 kJ/mol - Nhiệt nguyên tử hóa H 0a Ca(r) Ca(k) = 192 kJ/mol - Năng lượng ion hóa: Ca(k) 2e Ca2+ (k) I + I2 = 1745 kJ/mol - Năng lượng liên kết (Elk) ClCl Cl2 = 243 kJ/mol - lực electron (E) Cl(k) = -364 kJ/mol Có thể thiết lập chu trình Born-Haber để tính tốn theo định luật Hess: Ca(r) + Cl2 (k) CaCl2(r) H 298, s H 0a EClCl -U CaCl (I1 + I2) Ca Ca(k) + 2Cl(k) Ca2+(k) + 2Cl-(k) 2ECl Hoặc sử dụng phương pháp tổ hợp cân ta có: Ca(r) + Cl2(k) CaCl2(r) H 298, s Ca(k) Ca(r) - H 0a 2Cl (k) Cl2(k) - Elk 2+ Ca (k) + 2e Ca(k) -(I + I2) -1 2 Cl (k) e Cl (k) -2E Cộng phương trình ta Ca2+(k) + 2Cl-(k) CaCl2(r) Năng lượng trình lượng mạng lưới ion CaCl2 = H 298, s H 0a Elk (I + I2) 2E = (-795) 192 243 1745 2(-364) = -2247 kJ/mol Xác định nhiệt hình thành mol AlCl3 biết: Al2O3 + 3COCl2(k) 3CO2 + AlCl3 H1 = -232,24 kJ CO + Cl2 COCl2 H2 = -112,40 kJ 2Al + 1,5 O2 Al2O3 H3 = -1668,20 kJ Nhiệt hình thành CO = -110,40 kJ/mol Nhiệt hình thành CO2 = -393,13 kJ/mol Nhiệt hình thành mol AlCl3 nhiệt trình Al + 1,5 Cl2 AlCl3 Để có q trình ta xếp phương trình sau: Al2O3 + 3COCl2(k) 3CO2 + AlCl3 H1 3CO + 3Cl2 3COCl2 3H2 2Al + 1,5 O2 Al2O3 H3 3C + 1,5 O2 3CO 3H4 CO2 3C + O2 3(-H5 ) Sau tổ hợp có kết là: 2Al + Cl2 2AlCl3 Hx Hx = H1 + 3H2 + H3+ 3H4+ 3(-H5 ) = (-232,24) + 3(-112,40) + (-1668,20) + 3(-110,40) + 3(393,13) = - 1389,45 kJ Vậy, nhiệt hình thành mol AlCl3 = -1389,45 : = - 694,725 kJ/mol Tính nhiệt phản ứng 250C phản ứng sau: CO(NH2)2(r) + H2O(l) CO2(k) + 2NH3(k) Biết điều kiện có đại lượng nhiệt sau đây: CO (k) + H2O (h) CO2 (k) + H2 (k) CO (k) + Cl2 (k) COCl2 (k) COCl2 (k) + 2NH3 (k) CO(NH2)2(r) + 2HCl(k) Nhiệt tạo thành HCl (k) Nhiệt hóa H2O(l) H1 = -41,13 kJ/mol H2 = -112,5 kJ/mol H3 = -201,0 kJ/mol H4 = -92,3 kJ/mol H5 = 44,01 kJ/mol Để có phương trình theo giả thiết, ta xếp lại trình cho kèm theo đại lượng nhiệt tương ứng tiến hành cộng phương trình sau: CO (k) + H2O (h) CO2 (k) + H2 (k) H1 COCl2 (k) CO (k) + Cl2 (k) -H2 CO(NH2)2(r) + 2HCl(k) COCl2 (k) + 2NH3 (k) -H3 H2 (k) + Cl2 (k) 2HCl(k) 2H4 H2O(l) H2O (h) H5 Sau cộng ta phương trình giả thiết ta được: Hx = H1 - H2 - H3 + 2H4 + H5 = -41,13 + 112,5 + 201 - 184,6 + 44,01 = 131,78 kJ/mol Cho Xiclopropan Propen có H1 = - 32,9 kJ/mol Nhiệt đốt cháy than chì = -394,1 kJ/mol (H2) Nhiệt đốt cháy Hidrro = -286,3 kJ/mol (H3) Nhiệt đốt cháy Xiclopropan = - 2094,4 kJ/mol (H4) Hãy tính: Nhiệt đốt cháy Propen, Nhiệt tạo thành Xiclopropan nhiệt tạo thành Propen? Có thể thiết lập chu trình Born-Haber để tính tốn dùng phương pháp tổ hợp cân nói dễ hiểu hơn: a/ Ta có: Phương trình cần tính CH2=CH-CH3 + 4,5O2 3CO2 + 3H2O H5 = ? phương trình tổ hợp từ trình sau: CH2=CH-CH3 C3H6 xiclo (-H1) C3H6 xiclo + 4,5O2 3CO2 + 3H2O H4 Cộng phương trình ta phương trình cần tính H5 =H4-H1 Vậy, nhiệt đốt cháy propen = - 2094,4 -(-32,9) = - 2061,5 kJ/mol b/ Tương tự: ( C + O2 ( H2 + O2 CO2 H2 ) H2O H3 ) 3CO2 + 3H2O C3H6 xiclo + 4,5O2 (-H4 ) Tổ hợp 3C + 3H2 C3H6 xiclo H6 = 3H2 + 3H3 - H4 H6 = 3(-394,1) + 3(-286,3) - (-2094,4) = 53,2 kJ/mol c/ Tương tự nhiệt tạo thành propen là: H7 = 3H2 + 3H3 - H5 = 20,3 kJ/mol 10 Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng sau: 2NH3 + 3/2 O2 N2 + H2O (1) 2NH3 + 5/2 O2 2NO + 3H2O (2) So sánh khả phản ứng, giải thích phản ứng (2) cần có xúc tác Cho lượng liên kết của: NH3 O2 N2 H2O NO kJ/mol 1161 493 942 919 627 Tính hiệu ứng nhiệt: E1 = (2ENH + 3/2EO ) – (EN + EH O) = 1161 + 3/2 493 – 942 – 919 = - 637,5 kJ E2 = 2ENH + 5/2EO – 2ENO – 3EH O = 1161 + 5/2 493 – 627 – 919 = - 456,5 kJ - Phản ứng (1) có H âm nên pư (1) dễ xảy - Nếu có xúc tác lượng hoạt hố giảm tốc độ phản ứng tăng, để thực phản ứng (2) cần có xúc tác 10 Nitrosyl clorua chất độc, đun nóng phân huỷ thành nitơ monoxit clo a) Hãy viết phương trình cho phản ứng b) Tính Kp phản ứng 298K(theo atm theo Pa) Cho: 3 o H 298 (kJ/mol) S0298 (J/K.mol) 2 2 Nitrosyl clorua 51,71 264 Nitơ monoxit 90,25 211 Cl2 ? 223 c) Tính gần Kp ph¶n øng ë 475K a) 2NOCl ⇌ 2NO + Cl2 b) Hằng số cân nhiệt động lực học tính theo phương trình G = RTlnK Trong G = H T S H = [(2 90,25 103) + (2 51,71 103 ) = 77080 J/mol S = [(2 211) + 233 (2 264) = 117 J/mol G = 77080 298 117 = 42214 J/mol 42214 ln K = = 17 Kp = 3,98 108 atm Kp = 4,04 103 Pa 8,314 298 c) Tính gần đúng: Kp(T2 ) H = Kp (T1 ) R 1 1 77080 1 lnKp(475K) = + lnKp(298) 8,314 298 475 T1 T2 ln Kp (475) = 5,545 Kp = 4,32 10 3 atm hay Kp = 437Pa 11 Cho thêm lượng dư axit clohiđric loãng vào dung dịch loãng chứa 0,00210 mol KOH Trong phản ứng xảy có lượng nhiệt 117,3 J giải phóng a) Hãy tính nhiệt phản ứng trình tự phân ly nước b) Thí nghiệm lặp lại với dung dịch amoniăc Người ta cho lượng dư axit clohidric loãng vào 200 ml dung dịch amoniac 0,0100 mol/L phản ứng giải phóng 83,4 J Hãy tính nhiệt phản ứng trình NH3(nước) + H2O(nước) NH 4 (nước) + OH (nước) giả thiết thí nghiệm tồn mẫu thử amoniac tồn dạng NH3 c) Hãy tính nhiệt phản ứng trình: NH3(nước) + H2O(nước) NH 4 (nước) + OH (nước) ln lưu ý thí nghiệm phần amoniac tự phân ly Kb = 1,77 105 mol/L 117,3.10 = 55,9 kJ/mol 0, 00210 Vậy Nhiệt phản ứng trình tự phân ly H2O = 55,9 kJ/mol b) Ta có NH3 + H2O NH 4 + OH H = x (1) a) Đối với phản ứng OH + H3O+ ⇌ 2H2O có H = OH + H3O+ ⇌ 2H2O H = 55,9 kJ/mol Tổ hợp được: NH3 + H3O+ NH + H2O H = (2) 83, 4.10 = 41,7 kJ/mol 0, 0, 01 Vậy : x + ( 55,9) = 41,7 H = x = 14,2 kJ/mol c ( NH ) c) Theo (1): Kb = = 1,77 105 c(NH ) = 4,12 10 mol/L 0, 01 c( NH ) 4,12.10 Vậy phần tự phân ly = = 0,0412 mol tồn dạng NH 4 0,9588 mol tồn 0, 01 dạng NH3 Tương tự phần (b) tính 0,9588y + ( 55,9) = 41,7 y = 14,8 kJ/mol 12 Hằng số cân (Kc ) phản ứng kết hợp A (k) + B (k) ⇌ AB (k) 250C 1,8 103 L/mol 400C 3,45.103 L/mol a) Giả sử Ho khơng phụ thuộc nhiệt độ, tính Ho So b) Hãy tính số cân Kp Kx 298,15 K; áp suất toàn phần atm Kp(T2 ) H 1 H 1 3, 45.103 a) Với ln = = ln Kp (T1 ) R T1 T2 8,314 298,15 313,15 1,8.10 Tính H = 33,67 kJ/mol Với G = H T S = RTlnK (33,67 103 ) T2 S = 8,314 T2 ln 3,45 103 (33, 67.103 ) 8,314 313,15 ln 3, 45.103 = 175,25 J/K.mol S = 313,15 b) Vì Kp = Kc.(RT) n 1,8.103 1 với n = nên Kp = = 0,726 atm 8,314 298,15 n Kp = Kx (P) với n = nên Kx = 0,726 = 0,726 13 Mặc dù iod không dễ tan nước ngun chất, hồ tan nước có chứa ion I (dd): I2 (dd) + I (dd) ⇌ I 3 (dd) Hằng số cân phản ứng đo hàm nhiệt độ với kết sau: Nhiệt độ (0C ) Hằng số cân 15,2 840 Hãy ước lượng Ho phản ứng 25,0 690 34,9 530 Với ln Kp(T2 ) H = Kp (T1 ) R 1 1 ; chọn giá trị K nhiệt độ khác T1 T2 Ví dụ: 15,20C (288,4 K) 34,90C (308,1 K) H 1 530 = H = 1,72 104 J = 17,2 kJ 840 8,314 288, 308,1 Li2 4, 73.10 Kc = = = 1,156 10 Li (2, 01.10 ) 14 Cho số liệu sau: C2H5OH (h) C2H4 (k) H2O (h) 68,12 168,6 228,59 G (kJ/mol) Với ln 298,s 282,0 219,45 188,72 S (J/mol K) Với phản ứng : C2H4 (k) + H2O (h) ⇌ C2H5OH (h) a) Hỏi điều kiện chuẩn 250C phản ứng xảy theo chiều nào? b) Phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt? a) G 298 = 168,6 [68,2 + ( 228,9)] = 8,13 kJ < nên phản ứng theo chiều thuận 298 0 b) H 298 = G 298 + T S 298 S 298 = 282,0 (188,72 + 219,45) = 126,17 J/ K H 298 = 8,13 103 + (126,17 298) = 45728,66 J < phản ứng tỏa nhiệt Câu 15: Trong bình kín dung tích khơng đổi 0,42 lít chứa mêtan nước Nung nóng bình sau thời gian để điều chế hỗn hợp H2, CO Sau làm lạnh bình tới 25oC, thấy áp suất bình 776,7mmHg Biết thể tích chất lỏng không đáng kể, áp suất nước 250C 23,7 mmHg Lấy tất khí bình đem đốt cháy thấy tỏa 1,138Kcal nhiệt Biết nhiệt đốt cháy CO, H2, CH4 tương ứng H = 24,4 ; - 63,8 ; - 212,8 Kcal/mol Tính % CH4 bị chuyển hóa? CH4 + H2O CO + 3H2 x x 3x gọi x số mol CH4 tham gia phản ứng P tổng CO, H2, CH4 = 776,7 – 23,7 = 753 mmHg 753 0,42 PV 760 n= = = 0,017 mol 22,4 RT (25 273) 273 Số mol CH4 lại : 0,017 – (x + 3x) = 0,017 – 4x Số mol CH4 ban đầu : x + 0.017 – 4x= 0,017 – 3x CO + H2 + O2 O2 t CO2 t0 H2O H1 = - 24,4Kcal/mol H2 = - 63,9 Kcal/mol t0 CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O H3 = - 212,8Kcal/mol Nhiệt tỏa 1,138 Kcal/mol x 24,4 + 3x 63,8 + (0,017 – 4x) 212,8 = 1,138 => x = 0,004 %CH4 chuyển hóa là: x 0,004 %CH4 = 0,017 x 100 = 0,017 3.0,004 100 = 80% 16 Cho: 3As2O3(r) + 3O2(k) ∆H1 = - 812,11(kJ) 3As2O5(r ) 3As2O3(r) + 2O3(k) ∆H2 = - 1095,79 (kJ) 3As2O5(r ) Biết: lượng phân li oxi 493,71kJ/mol, lượng liên kết O−O 138,07 kJ/mol Chứng minh phân tử ozon khơng thể có cấu tạo vịng mà phải có cấu tạo hình chữ V O O TH1: Nếu ozon có cấu tạo vịng ngun tử hóa phân tử đơn, lượng nhiệt cần tiêu thụ là: ∆H3 = 3.138,07 = 414,21 kJ/mol O O3 phải phá vỡ liên kết O (1) O O TH2: Nếu ozon có cấu tạo hình chữ V ngun tử hóa phân tử O phải phá vỡ liên kết đơn O−O liên kết đôi O=O lượng nhiệt cần tiêu thụ là: ∆H4 = 493,71 + 138,07 = 631,78 kJ/mol O O O Trong đó: 3O2 ∆H 2O3 ∆H = ∆H1 - ∆H2 = -812,11 – (-1095,79) = 283,68 (kJ/mol) Ta xây dựng theo sơ đồ sau: 3ΔH+3.ΔHH 3O2 pl(O2) 6O 2ΔH+3.ΔHH ΔH+3.ΔHH 2O pl(O3) Theo sơ đồ trên, ta tính được: -ΔH+3.ΔHH+3.ΔH+3.ΔHH pl(O2 ) -283,68+3.493,71 = 598,725(kJ/mol) (3) ΔH+3.ΔHH = = pl(O3 ) Từ kết (1), (2) (3) rõ ràng ozon có cấu tạo hình chữ V phù hợp lượng so với cấu tạo vòng H+ (dd) + HCO3- (dd) Biết thông số nhiệt động 17 Cho phản ứng: CO2 (dd) + H2O (l) chất 298K CO2 (dd) H2O (l) HCO3- (dd) H+(dd) ∆G0s (kJ/mol): -386,2 -237,2 -587,1 0,00 ∆H0s (kJ/mol): -412,9 -285,8 -691,2 0,00 a Tính số cân K phản ứng 298K b Khi phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng, nhiệt độ hệ tăng lên nồng độ CO2 khơng đổi pH dung dịch tăng hay giảm? Tại sao? 2.(1,0 điểm) H+ (dd) + HCO3- (dd) a CO2 (dd) + H2O (l) (1) ∆G0pứ = ∆G0s (H+) + ∆G0s (HCO3-) ∆G0s (CO2) ∆G0s (H2O) = 0,0 + (-587,1) + 386,2 + 237,2 = 36,3 kJ ∆G0pứ = RTlnK → lnK = ∆G0pứ/RT = (36,3.103) : (8,314.298) = 14,65 → k = 10-6,36 b ∆H0pư = ∆H0s (H+) + ∆H0s (HCO3-) ∆H0s (CO2) ∆H0s (H2O) = 0,0 691,2 + 412,9 + 285,8 = 7,5 kJ (thu nhiệt) Do ∆H0pư > nên nhiệt độ tăng, cân chuyển dịch theo chiều thuận, pH giảm Câu 18 Một phản ứng quan trọng tạo nên “mù” gây ô nhiễm môi trường là: O2 (k) + NO2 (k) O3 (k) + NO (k) Kc = 6.1034 6 5 4 3 a) Nếu nồng độ ban đầu là: CO3 10 M, C NO 10 M, C NO2 2,5.10 M, C O2 8, 2.10 M phản ứng diễn theo chiều nào? b) Trong ngày nóng nực, nhiệt độ tăng nồng độ sản phẩm thay đổi nào? 0 Cho biết: Hs,O3 (k ) 142,7 kJ / mol; H s,NO(k) 90, 25 kJ / mol; H s,NO2 (k) 33,18 kJ / mol CO2 C NO2 8, 2.10 3.2,5.10 2,05.105 6 5 CO3 C NO 10 10 Q = 2,05.105 < Kc = 6.1034 Phản ứng diễn theo chiều thuận a) Q 0 0 b) H p H S,NO2 (k) H S,O3 (k) H S,NO(k) 33,18 142,7 90,25 199,77 kJ Phản ứng thuận phản ứng tỏa nhiệt Khi nhiệt độ tăng, cân chuyển dịch theo chiều nghịch nồng độ sản phẩm giảm Bài 19 Cho phản ứng: C2H6 (k) + 3,5O2 (k) (1) 2CO2 (k) + 3H2O (l) Dựa vào bảng số liệu sau: a vào bảng số liệu sau: o bảng số liệu sau: ng số liệu sau: liệu sau: u sau: Chất C2H6 (k) O2 (k) CO2 (k) H2O (l) -1 - 84,7 - 394 - 285,8 ΔH+3.ΔHHs (kJ.mol ) Liên kết Elk (kJ.mol-1) C-H C-C O=O C=O 413,82 326,04 493,24 702,24 Nhiệt hóa nước 44 kJ.mol-1 tính hiệu ứng nhiệt phản ứng (1) theo cách H-O 459,80 0 0 ΔH+3.ΔHH0p = ΔH+3.ΔHHs(CO + ΔH+3.ΔHHs(H 2O,l) – ΔH+3.ΔHHs(C2H6 ,k) – 3,5 ΔH+3.ΔHHs(O2 ,k) ,k) ΔH+3.ΔHH0p = 2(–394) + 3(–285,8) – (–84,7) – 3,5.0 = –1560,7 (kJ) Mặt khác: ΔH+3.ΔHH p = 6EC-H + EC-C + 3,5EO=O – 4EC=O – EO-H – ΔH+3.ΔHH hh ΔH+3.ΔHH0p = 6(413,82) + 326,04 + 3,5(493,24) – 4(702,24) – 6(459,8) – 3(44) = –1164,46 (kJ)