Cho biết chiều tự diễn biến tại những nhiệt độ đó.. Giả thiết H và S của các chất thay đổi theo nhiệt độ không đáng kể.. Giả thiết H và S không phụ thuộc vào nhiệt độ, tính hằng số câ
Trang 1BÀI TẬP NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC-2
Câu 1 Phản ứng nhị hợp NO2 : 2NO2 (k) N2O4 (k)
Biết H0
S (kcal/mol) : 8,091 2,309
S0 (cal.mol–1.K–1) : 57,2 72,2
– Tính biến thiên năng lượng tự do của pư ở 00C và 1000C Cho biết chiều tự diễn biến tại những nhiệt độ đó – Xđ ở nhiệt độ nào thì G = 0 ? Xác định chiều của phản ứng ở nhiệt độ cao hơn và thấp hơn nhiệt độ đó Giả thiết H và S của các chất thay đổi theo nhiệt độ không đáng kể
Câu 2: Cho:
O2(k) Cl2(k) HCl(k) H2O(k) 0
298
0 298
H
1 Tính hằng số cân bằng của phản ứng ở 2980K 4HCl(k) + O2(k) 2Cl2(k + 2H2O(k)
2 Giả thiết H và S không phụ thuộc vào nhiệt độ, tính hằng số cân bằng của phản ứng ở 6980K
3 Muốn tăng hiệu suất phản ứng oxi hóa HCl thì nên tiến hành phản ứng ở những điều kiện nào? Caâu 3: Tại 25oC, G otạo thành các chất như sau: (theo kJ.mol-1)
H2O(k) CO2(k) CO(k) H2O(l)
-228,374 -394,007 -137,133 -236,964
a Tính Kp của phản ứng: CO K H O l2 CO2 k CO2 K tại 25oC
b Tính áp suất hơi nước tại 25oC
c Hỗn hợp gồm các khí CO, CO2, H2 mà mỗi khí đều có áp suất riêng phần là 1 atm được trộn với nước (lỏng, dư) Tính áp suất riêng phần mỗi khí có trong hỗn hợp cân bằng tại 25oC, biết quá trình xảy ra khi V = const
Câu 4: Ở điều kiện chuẩn, entanpi phản ứng và entropi của các chất có giá trị như sau:
1
2
3
4
2NH3 + 3N2O 4N2 + 3H2O
N2O + 3H2 N2H4 + H2O 2NH3 + ½ O2 N2H4 + H2O
H2 + ½ O2 H2O
-1011 -317 -143 -286
S0
298(N2H4) = 240 J/mol K S0
298(H2O) = 66,6 J/mol K
S0
298(N2) = 191 J/mol K S0
298(O2) = 205 J/mol K a) Tính entanpi tạo thành của H0
298 của N2H4, N2O và NH3, S0
298 b) Viết phương trình của phản ứng cháy hiđrazin tạo thành nước và nitơ
c) Tính nhiệt phản ứng cháy đẳng áp ở 298K và tính G0
298 và tính hằng số cân bằng K d) Nếu hỗn hợp ban đầu gồm 2 mol NH3 và 0,5 mol O2 thì nhiệt pảhn ứng 3 ở thể tích không đổi là bao nhiêu?
Câu 5 :
1./ Cho biết sinh nhiệt chuẩn ( ∆Ho ) của ( O3 ) khí = +34Kcal/mol , ( ∆Ho ) của ( CO2 ) khí = -94,05 Kcal/mol, ( ∆Ho ) của ( NH3 ) khí = -11,04 Kcal/mol
( ∆Ho ) của ( HI ) khí = + 6,2Kcal/mol
a./ Sắp xếp theo thứ tự tính bền tăng dần của các đơn chất hợp chất : O3 , CO2 ,NH3 ,và HI giải thích ? b./ Tính năng lượng liên kết E N-N ,biết EH-H = 104Kcal/mol và EN-H = 93 Kcal/mol
2./Cho phản ứng : H2O ( k ) + CO ( k ) H2 ( k ) + CO2 ( k )
Tính Ho
298oK và Eo
298oK biết rằng H o 298oK cuả CO2 ( k ); H2O ( k ) , CO ( k ) lần lượt là 94,05 , -57,79 ; - 26,41 Kcal/ mol
Câu 6: Cho các số liệu nhiệt động của một số phản ứng sau ở 298oK
2NH3 + 3N2O 4N2 + 3H2O H1= -1011KJ/mol N2O + 3H2 N2H4 + H2O H2= -317KJ/mol
2NH3 + 0,5O2 N2H4 + H2O H3= -143KJ/mol H2 + 0,5O2 H2O H4= -286KJ/mol
Hãy tính nhiệt tạo thành của N2H4, N2O và NH3.
Câu 7 :Chất lỏng N2H4 có thể dùng làm nhiên liệu đẩy tên lửa
Trang 21 Tính nhiệt tạo thành của N2H4 khi biết:
2 Trong nhiên liệu đẩy tên lửa, hidrazin lỏng phản ứng với hidropeoxit lỏng tạo ra nitơ và hơi nước Viết pư và tính nhiệt toả ra khi 1m3(đktc) khí N2H4 phản ứng, biết nhiệt tạo thành của H2O2(l) là :-187,8kJ/ mol
a) Tính Nhiệt tạo thành chuẩn của nó ở 250C khi biết: H0 ở 298 K theo kJ.mol 1:
H0 đốt cháy C4H6 = 2552,73 ; H0 sinh H2O (l) = 285,83;
H0 sinh CO2 (k) = 393,51; H0 thăng hoa C(r) = 716,7
b) Tính Nhiệt tạo thành chuẩn của nó ở 250C khi biết các trị số năng lượng liên k t: ết:
H – H C – C C = C C – H
c) So sánh kết quả của 2 phần trên và giải thích
nhiệt của nồi hơi là 70 % Cần bao nhiêu calo nhiệt để nâng nhiệt độ của nồi hơi từ 10oC lên 100oC ? Nhiệt dung riêng của thép là 0,46 kJ/mol, nhiệt dung riêng của nước là 4,184 kJ/mol
Câu 10 : Độ tan của Mg(OH)2 trong nước ở 180C là 9.10-3 g/ℓ ; còn ở 1000C là 4.10-2 g/ℓ
a/ Tính tích số tan của Mg(OH)2 ở 2 nhiệt độ trên
b/ Tính các đại lượng ∆H0, ∆G0 và ∆S0 của phản ứng hòa tan, giả sử ∆H0, ∆S0 không thay đổi theo nhiệt
độ Biết R = 8,314 J.mol.k-1
Câu 11:
1 a/ Khi trung hòa 1mol axit mạnh bằng 1 mol bazơ mạnh trong dd loãng , nhiệt tỏa ra H=-57,32kJ Entanpi tạo thành nước lỏng là -285,81kJ/mol; Entanpi tạo thành H+=0 Hãy xác định Entanpi tạo thành OH
-(aq)
điện li HCN
2 a/ Với phản ứng tổng hợp NH3, ở 673K có hằng số cân bằng K1= 1,3.10-2 ; ở 773K có hằng số cân bằng K2= 3,8.10-3 Xác định H trong khỏang nhiệt độ đó
b/ Muốn tăng hiệu suất phản ứng tổng hợp NH3, nên tiến hành pư ở những điều kiện nào về nhiệt độ, áp suất ?
Biết
d e
a b
A B
C C
C C
Với C là nồng độ tại thời điểm đang xét
1) Chứng minh rằng: c
c
G RTln
K
d e
D E
A B
C C
C C
và Kc là hằng số cân bằng của phản ứng 2) với phản ứng: H2(k)I2(k) 425 C0 2HI(k) KC 50
Hỏi các hỗn hợp có thành phần sau đây sẽ phản ứng theo chiều nào?
a) C 2,5mol / ; C 4mol / ; C 10mol / b) C 0,2mol / ; C 0,8mol / ; C 5mol / c) C 0,25mol / ; C 2mol / ; C 5mol /
HẾT GIẢI
1) Theo đề bài, ta có GG0RTlnc (1)
1
33,18 2
1
241, 6 2
Trang 3Khi hệ đạt tới cân bằng thì G 0 G0 RTlnC
Lúc đó c trở thành Kc nên G0 RTlnKC
c
K
2) Ta thấy với phản ứng:
0
425 C
H I 2HI K 50 Xét tỉ số c
c K
:
nếu c
c
K
<1 c Kc thì G 0 : phản ứng xảy ra theo chiều thuận;
nếu c
c
K
>1 c Kc thì G 0 : phản ứng xảy ra theo chiều nghịch;
nếu c
c
K
=1 c Kc thì G 0 : phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng
Từ a)
2 c
2,5.4
phản ứng xảy ra theo chiều thuận
Từ b)
2 c
0,2.0,8
phản ứng xảy ra theo chiều nghịch
Từ c)
2
0,25.2
hệ đang ở trạng thái cân bằng
GIẢI
1 a/ Phản ứng trung hòa : H+
(aq)+ OH
-(aq) H2O(l) H = -57,32kJ
ttH O
b/ Phản ứng trung hòa HCN bằng kiềm mạnh :
(1) HCN(dd) + OH- H2O(l) + CN
-(aq) H1= -12,13 kJ
(2) H+
(aq)+ OH
-(aq) H2O(l) H2 = -57,32kJ Lấy (1) - (2) HCN(dd) H+
(aq)+ CN
-(aq) H3 =-12,13-(-57,32)= 45,19kJ
0 2
2
4
log
2,303
log
1,3.10 2,303 673 773
0, 47.2,303.8.314
4,68.10 1,932.10
K
R
J
b/ N2(K) + 3H2(K) 2NH3(K) H < 0
Muốn tăng hiệu suất tổng hợp NH3 cần phải :
- Tăng áp suất của hệ
- Giảm nhiệt độ của hệ
GIẢI
Trong dung dịch :
Trang 4
2 -2 2 3 s
s 2
4 2
OH Mg k
2s s s
k OH
2 Mg OH
Mg
s s
s
R
- Ở 180C hay 291k :
11 3
3 s
3
10 495 , 1 58
10 9 k
mol/
58
10 9
1
s
- Ở 1000C hay 372k :
9 3
2 s
2
31210 , 1 58
10 4 k
mol/
58
10 4
2
s
b/ Từ ∆G0 = ∆H0 – T ∆S0
và ∆G0 = - RT ℓnks
vì ∆H0, ∆S0 không thay đổi theo nhiệt độ, nên :
1 -0
1 -11
9 0
s
s
2 1
2 1 0
1 2
0
s s
1
0
2
0 s
s
0
2
0
2
0 s
0
1
0
1
0 s
kJ.mol 2438
, 49 H
J.mol 8 , 49243 10
495 , 1
10 312 , 1 ln 291 373
373 291 314 , 8 H
k
k ln T -T
.T T H
T
1 T
1 R
H k
k n
RT
H RT
H nk
nk
S RT
H RT
G nk
S RT
H RT
G nk
2 2 2
2
1 2
2
1
R l
R R
Muốn tính ∆G0 phải tính tích số tan ks ở 298k (250C)
291
1 298
1 314 , 8
8 , 49243 T
1 T
1 R
H ks
k
n
1
0
1
Từ s -11 0,4781 ks 2,41.10 11
1,495.10
k
Từ ∆G0 = - RTℓnks
1 -1
-0
-11 0
kJ.mol 5737
, 60 J.mol
7 , 573 60 G
2,41.10
n 298 314 , 8 G
Từ ∆G0 = - ∆H0 – T ∆S0
298
7 , 60573 8
, 49243 T
G
H 0 0
S
Trang 5∆S0 = - 38,02 J.mol -1 k -1
ĐÁP SỐ
Nhiệt lượng là 268405,7 kJ
GIẢI
a) C4H6 + 5,5 O2 4CO2 + 3H2O
H0(cháyC4H6) = 4H0(sinhCO2) + 3H0(sinh H2O) H0(sinhC4H6)
H0(sinhC4H6) = 4 (393,51) + 3( 285,83) ( 2552,73) = 121,2 kJ/mol
b) H0(sinhC4H6) = 4H0(thăng hoaCrắn) + 3E(HH) 6 E(CH) E(CC) 2E(C=C )
= (4 2866,8) + (3 436) (6 415) (345) (2 615) = 109,8 kJ/mol
c) Năng lượng liên kết theo tính toán không phù hợp với kết quả thực nghiệm (lệch tới 10%), lớn hơn thông thường do có sự không định vị của mây làm cho phân tử bền vững hơn so với mô hình liên kết cộng hoá trị định vị
CH2 CH CH CH2
Sự khác nhau giữa 2 nhiệt tạo thành được gọi là năng lượng cộng hưởng của phân tử = 11,4 kJ mol1
GIẢI
a/ Phương trình cần tìm:
N2 + 2H2 N2H4
-Xếp các phản ứng
4N2 + 3H2O 2NH3 + 3N2O -H1
3N2O + 3.3H2 3.N2H4 + 3H2O 3.H2
2NH3 + 0,5O2 N2H4 + H2O H3
H2O H2+ 0,5O2 -H4
4N2 + 8H2 4N2H4 H
H= -H1+3H3+H3-H4
= 1011-3.317-143+286
=203KJ
- Nhiệt tạo thành N2H4:
HN2H4 = 203/4 = 50,75KJ.mol-1
b/
N2O + 3H2 N2H4 + H2O H2= -317
H2= HN2H4 + HH2O – HN2O
HN2O= HN2H4 + HH2O –H2
= 50,75 – 286 + 317
= 81,75KJ.mol-1
c/
2HN3 + 0,5O2 N2H4 + H2O H3
H3=HN2H4 + HH2O – 2.HNH3
=> HNH3=(HN2H4 + HH2O – H3)/2
HNH3=(50,75-286+143)/2
=-46,125KJ.mol-1
GIẢI
Trang 61.Nhiệt tạo thành của N2H4 là
Ta có:
2 N2H4(k) + H2O2(k) N2(k) + 2H2O(k)
Khi 1 mol khí N2H4 phản ứng toả ra 346 kJ Vậy nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy 1m3 khí N2H4 (đktc) là:
GIẢI
a./ Vì sinh nhiệt càng âm tức năng lượng càng tỏa nhiệt ra nhiều thì hợp chất càng bền Do đó thứ tự độ bền tăng dần là : O3 < HI < NH3 < CO2
b./ Xét phản ứng N2 + 3H2 2NH3 thì ∆HPư = 2.-11,04Kcal
Ta có : E N-N + 3 x E H-H - 2 x E N-H = 2 x -11,04
Suy ra E N-N = - 22,08 – (3 104 -6 93 ) = 223,92 Kcal/mol
2./
a) Tính Ho
298oK
Ho = Ho CO2 - Ho H2O - Ho CO
= -94,05 - ( -57,79 ) - ( - 26,41 ) = -9,85Kcal
b) Tính Eo
298oK
Ta có Ho = Eo + RTn với n = 2 - 2 = 0
Vậy Ho = Eo = -9,85Kcal ( 1 đ )
GIẢI
a) Ta có –(1) + 3(2) + (3) – (4) 4N2 + 8H2 4N2H4
H0298 = 1011 + 3.(-317) + ( -143) + 286 = 203kJ
N2 + 2H2 N2H4 H0298 = 50,8kJ / mol
* Từ 2 : 0 + H0
298 (N2O) – 50,8 + 286 = 317
H0
298 (N2O) = 81,88kJ / mol
* Từ 3: 50,8 – 286 -2 H0
298 (NH3) = -143
H0
298 (NH3) = -45,6 kJ / mol
b) N2H4 + O2 N2 + 2H2O
c) H0
298 = -2.286 -50,8 = -623 kJ
S0298 = 191 + 2.66,6 – 205 – 240 = 121 J/K
G0298 = H0
298 + T S0
298 = -623 + 298.121 = -587kJ
K = 8 , 314 298 237 103
587000
10
e
e
d) H = U + p v = U + nRT
U = H - nRT trong đó n = 1 – 2,5 = -1,5
U = -143000 + 1,5 8,314 298 = -139kJ
GIẢI
3
3
2 4( )
[(2.33,18) 2.( 241, 6)] 0 ( 467, 44)
50, 6 /
k 2
N H
kJ mol
2 4( )
2( 241,6) [( 187,8) 50, 6]
346
)
k
kJ
1000.( 346)
15.44, 43
Trang 72
( )
( )
0,0312
H O h
H O l
P
P
Vì P H O l2 ( )= const = 1atm P H O h2 ( )0,0312atm(ở 25oC)
c/ Vì ở điều kiện T; V = const áp suất riêng phần tỷ lệ với số mol mỗi khí nên có thể tính áp suất riêng phần theo phản ứng:
CO( )k H O2 ( )l (dư) H2( )k CO2( )k
Ban đầu: 1 1 1 (atm)
Cân bằng: 1 – x 1 + x 1 + x
2 [P ].[P ] (1 )
3, 49
H CO
p
CO
x K
x
x = 0,421 Vậy tại thời điểm cân bằng ở 25oC:
[P CO] 1 x0,579 (atm)
GIẢI
2
2 2
4
2 2
O HCl
O H Cl P
P P
P P
K
Có H0 Phản ứng = 2 H H O 4 H0HCl 114,42kJ
) (
0 ) ( 2
S0 Phản ứng = 2S(Cl )0 2 2S0(H O)2 (4S0(HCl)S )0(O )2 128,63(J / K)
G0 H0 T S 0
=-114420 + 298.128,63 = -76088,26(J)
3 , 2
lg P K P
T K
G K
hay KP(698) = 101,8
3 Dựa vào các số liệu bài toán, suy ra
Muốn tăng hiệu suất oxi hóa HCl cần:
- Hạ nhiệt độ
- Tăng áp suất
- Tăng nồng độ O2
Giải
a/ CO( )k H O2 ( )l H2( )k CO2( )k
= 0 + (-394,007) + 137,133 + 236,964 = -19,91 kJ.mol-1
Áp dụng phương trình đẳng nhiệt Van Hoff, ta có:
o
3
19,91.10 2,303 2,303.8,314.298
o
G RT p
K
b/ Để xét P H O h2 ( ) ở 25oC ta xét cân bằng ở 25oC
2 ( )l 2 ( )h
H O H O
2 ( ) 2 ( )
1
pu H O H O
3
8,59 2,303 2,303.8,314.10 298
o
G RT p
[P H ]=[P CO ] 1 x 1,579 (atm)
Trang 8Ở điều kiện chuẩn (1 atm và 250C) :
H0
pư = H0S(N O )2 4 – 2 0 2
S(NO )
H = 2309 – 2.8091 = –13873 (cal/mol)………
S0
pư = S0( N O )2 4 – 2 0 2
( NO )
S = 72,7 – 2.57,5 = –42,2 (cal.mol–1.K–1) ………
Áp dụng : G0
T = H0
pư – TS0
pư để tính G ở các nhiệt độ khác nhau (Vì H0 và S0 biến thiên không đáng
kể theo nhiệt độ, nên có thể sử dụng để tính G ở các nhiệt độ khác nhau theo công thức nêu ra.)
a) Ở 00C, tức 273K :
G0
273 = –13873 + 42,2.273 = –2352 (cal/mol) ………
G0
273 < 0, vậy ở nhiệt độ này phản ứng diễn ra theo chiều thuận………
b) Ở 1000C, tức 373K :
G0
373 = –13873 + 42,2.373 = +1868 (cal/mol) > 0 ………
Vậy phản ứng lúc này diễn ra theo chiều nghịch ………
c) Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng ở nhiệt độ T nào đó thì G0
T = 0
Khi đó : –13873 + 42,2.T = 0
T = 13873
42, 2 = 329 (K) hay 560C ………
Ở nhiệt độ t > 560C (hay T > 329K) thì :
G0
T = –13873 + 42,2T > 0, phản ứng diễn ra theo chiều nghịch ………
Ở nhiệt độ t < 560C (hay T < 329K) thì :
G0
T = –13873 + 42,2T < 0, phản ứng diễn ra theo chiều thuận………