TỰ HỌC HÓA 3. 100 BÀI TẬP NHIỆT ĐỘNG HỌC

LỜI MỞ ĐẦU Quý độc giả thân mến, trong quá trình biên dịch đề thi Olympiad quốc tế (IchO) và của các quốc gia khác, chúng tôi nhận thấy có sự chênh lệch tương đối lớn về sự cập nhật kiến thức trong cá.

Khí trong bánh - Ph ng trình tr ng thái khí

Mu i c a ammonia có th đ c tìm th y trong các công th c c a bánh g ng d ng baking soda

Baking soda, hay còn gọi là bột nở, là sự kết hợp của ammonium hydrogencarbonate và ammonium carbamate Trong các giáo trình hóa học, bạn sẽ thấy các thành phần khác nhau của baking soda Khi đun nóng đến 180°C, baking soda bắt đầu phân hủy, tạo ra mùi đặc trưng từ sự phân hủy của ammonium hydrogencarbonate và ammonium carbamate Phương trình phản ứng phân hủy này cho thấy sự thay đổi thể tích của bột nhào khi 1 gam baking soda phân hủy ở nhiệt độ 180°C dưới áp suất 1.013 bar.

H ng d n a) Ph ng trình ph n ng:

H n h p c a 1 mol ammonium hydrogencarbonate (M = 79.06 g/mol) và 1 mol ammoniumcarbamate (M = 78.08 g/mol) n ng 157.14 g và khi đun nóng gi i phóng 6 mol khí

1 g h n h p t o ra n = 6 (1/157.14) mol khí khi đun nóng

Bài 2: Ph ng trình tr ng thái khí

Phương trình trạng thái khí lý tưởng PV = nRT thường được áp dụng để tính toán trạng thái của các khí thực ở áp suất cao và nhiệt độ cao, khi khí thực có tính chất gần với khí lý tưởng Để tính toán chính xác hơn, van der Waals đã đưa ra phương trình trạng thái khí thực với công thức điều chỉnh là P + a(n/V)^2.

  ](V - nb) = nRT a) Gi i thích ý ngh a c a hai s h ng hi u ch nh cho áp su t a n 2

Trong bài viết này, chúng ta sẽ áp dụng phương trình van der Waals để tính toán áp suất khí Argon (Ar) Với 25g khí Ar trong bình có thể tích 1.5 dm³ ở nhiệt độ 30°C, chúng ta sẽ xác định áp suất khí khi coi Ar là khí lý tưởng và khi coi Ar là khí thực Việc này giúp hiểu rõ hơn về hành vi của khí trong các điều kiện khác nhau.

H ng d n a) ụ ngh a c a hai s h ng hi u ch nh:

Vì bản chất các phân tử khí thực có một phần thể tích khác với giới thiệu lý tưởng, nên phần không gian tự do của các phân tử khí thực chuyển động được trên thực tế là V - nb, trong đó nb là thể tích riêng phần của n mol phân tử khí Do đó, áp suất (theo lý thuyết) của các khí tác động lên thành bình được tính bằng công thức: P = nRT.

Trên thực tế, các khí thực có lực hấp dẫn giữa các phân tử, cụ thể là lực hút van der Waals Hậu quả của điều này là áp suất các phân tử khí tác động lên thành bình, được đo bằng giá trị P, sẽ khác với giá trị P’ được ghi nhận Do đó, sự khác biệt này ảnh hưởng đến sự đo lường áp suất trong các hệ thống khí.

  đ c g i là áp su t n i c a n mol khí th c (c ng đ c tr ng cho m c đ t ng tác h p d n gi a các phân t khí th c) b) Ph ng trình khí lý t ng có d ng PV = nRT, t đó P = nRT/V

V y n u coi Ar là khớ lý t ng P = 0.626ã0.082ã(30+273)/1.5 = 10.37 (atm)

T ph ng trình van der Waals ta cóμ

Thuy t đ ng h c ch t khí và các đ nh lu t khí

Các đ ng cong phân b t c đ εaxwell đi n hình v i 1 mol khí N2 3 giá tr nhi t đ khác nhau (100 K, 300 K, 700 K) đ c cho d i đâyμ

1) a) Xác đnh nhi t đ t ng ng v i các đ ng cong; b) V m t lí thuy t, di n tích d i các đ ng cong là b ng nhau i u này đúng hay sai?

Các đ th PV/RT vs P v i 1 mol các khí H2, NH3, CH4và Ar đ c cho d i đây

2) Xác đ nh đ ng cong t ng ng v i m i khí

Phương trình van der Waals cho 1 mol khí thực là (P + a/V²)(V - b) = RT Để xác định thứ tự giá trị "a" cho các khí H2, NH3 và CH4, ta có thể sắp xếp như sau: H2 < NH3 < CH4.

4) M t th l n di chuy n xu ng đ sâu 20 m c a n c bi n ( = 1.03 × 10 3 kg m -3 ) r i nhanh chóng tr i lên b m t đ hít th Tính bi n thiên áp su t (theo atmosphere) khi đ n m t n c t đ sâu đó

5) Tính c n ng (Joule) c a ph i n u s giãn n t ng t đ c th c hi n b m t bi n t i nhi t đ không đ i (gi s th tích không khí trong ph i là 12 δ d i đi u ki n th ng)

Khi khí oxygen có áp suất riêng phần là 0.2 atm, quá trình hô hấp diễn ra tự nhiên Để tính phần trăm oxygen theo thể tích trong không khí, cần xem xét độ sâu đi biển là 20 mét, nơi có áp suất môi trường cao hơn.

2) a) ng a: H2ν b) đ ng b: CH4ν c) đ ng c: NH3ν d) đ ng d: Ar

Nhi t và công

1) Khi m t h t ng th tích, nó h p th 52.5 J n ng l ng d ng nhi t t môi tr ng xung quanh Piston đang ho t đ ng kháng l i áp su t 0.500 atm Th tích cu i (Vf) c a h là 58.0

L Tính th tích ban đ u (Vi) c a h bi t n i n ng c a h gi m 102.5 J

Trong một bình chứa 39.1 mol helium với thể tích 876 L ở nhiệt độ 0.0 °C và áp suất 1.00 atm, khi nhiệt độ của khí tăng lên 38.0 °C và thể tích giãn nở đến 998 L mà áp suất vẫn không đổi, cần tính toán các đại lượng q, w và ∆E cho helium trong bình Nhiệt dung mol của khí helium được cho là 20.8 J/°C·mol.

Khi 1 mol H2O(g) ở 1.00 atm và 100 °C chuyển đổi thành 1 mol H2O(l) tại cùng điều kiện, quá trình này giải phóng 40.66 kJ năng lượng Với khối lượng riêng của H2O(l) là 0.996 g/cm³, ta có thể tính toán ∆E cho 1 mol H2O ở 1.00 atm và 100 °C Thể tích của 1 mol H2O(g) trong điều kiện này là 30.6 L.

Th tích 1 mol n c l ng là

Nhi t và công

S ph thu c c a nhi t đ sôi c a methane vào áp su t đ c mô t b i ph ng trình kinh nghi m sau: s lg(p / bar) 3.99 433

− a) Xác đnh nhi t đ sôi c a methane áp su t 3 bar

Chênh lệch năng lượng của methane khí và nhiệt độ sôi 112 K với áp suất khí quyển là 7.25 kJ/mol Một vật thể được làm lạnh bằng cách làm bay hơi CH4(l) Tính thể tích CH4(g) ở 1.000 atm phải được chuyển đổi thành tích lũy năng lượng 32.5 kJ nhiệt khí và vật thể.

Nhi t và công

Cho 10 L m t khí lí t ng 0 o C and 10 atm, tính th tích cu i và công th c hi n trong ba t p h p đi u ki n sau, v i áp su t cu i là 1 atm

1) Giãn n thu n nghch đ ng nhi t

2) Giãn n thu n nghch đo n nhi t

3) Giãn n đo n nhi t b t thu n ngh ch th c hi n nh sauμ Gi s áp su t gi m đ t ng t đ n 1 atm và sau đó khí giưn n đo n nhi t t i áp su t không đ i

[δ u ý là nhi t dung mol t i th tích không đ i có quan h : C R

1) Giãn n thu n nghch đ ng nhi t

Chúng ta có 100 / 22.41 = 4.461 mol, và th tích cu i cùng là

(1) Công sinh ra do khí là

2) Giãn n thu n nghch đo n nhi t

Cho quá trình đo n nhi t q = 0 và  = + =E q w w w=  =E nCv = −T 9141 J (6)

3) Giãn n không thu n ngh ch đo n nhi t

Do q = 0, chúng ta có:  = =E w nC (T v 2 −T ) 1 (7) w = -P2(V2– V1) (8) và 3 2 nRT 2 nR 273.2 nR(T 273.2) ( )

Chu trình nhi t đ ng h c

Nh m t nguyên t c c b n c a nhi t đ ng l c h c, công th c hi n đ c b i m t máy đnh k s nh h n l ng nhi t đ c chuy n hóa vào công vi c đó

Chúng ta hãy quan sát m t chu trình nhi t đ ng l c h c c a máy, ch a 3.0 mol Chu trình g m b n b c nh sauμ

A Bμ giãn n đ ng nhi t thu n ngh ch t pA, VA(30.0 δ) đ n pB (1.70 bar),VB 800°C

B Cμ làm l nh đ ng tích xu ng 235°C

C Dμ nén đ ng nhi t thu n ngh ch VA

Tính giá trị áp suất và thể tích tại các điểm A, B, C, và D, đồng thời phác thảo chu trình nhiệt động này bằng cách sử dụng giản đồ P-V Cần tính toán đúng dạng của đường cong hyperbol Ánh dương phân hình học bằng cách tô đen, tương ứng với phần làm việc của hệ thống.

3 Tính công c a quá trình giãn n đ ng nhi t thu n ngh ch 800°C và l ng nhi t thoát ra ngoài c a máy

Gi đnh r ng, b t đ u t đi m A, máy giãn n đo n nhi t thu n nghch đ n VB

4 Tính nhi t đ và áp su t cu i cùng c a quá trình giãn n đo n nhi t trên

Di n tích b tô đen 3) kJ kJ

Bài 8: Nguyên lý của máy lạnh là một hệ thống chuyển nhiệt thành cân bằng Nguồn nhiệt tạo ra nhiệt là năng lượng chuyển một chất hoạt động (chất làm việc) lên nhiệt độ cao Chất hoạt động sau đó sinh công trong dòng chảy khi chuyển hóa nhiệt tại bề mặt thoát nhiệt (sink) nhiệt độ thấp hơn Hoạt động của máy lạnh được biểu diễn như trong hình 1.

Các động cơ nhiệt có thể được mô hình hóa bởi các chu trình nhiệt động học Động cơ nhiệt được mô tả trong hình 2 sử dụng chất hoạt động là 1 mol khí lý tưởng Chu trình nhiệt động bắt đầu tại điểm ký hiệu '1' và di chuyển theo chiều kim đồng hồ Giá trị P và/hoặc V của mỗi điểm được xác định như sau: P1 = 1.00 atm và V1 = 24.6 L; P2 = 2.00 atm; V3 = 49.2 L; P4 = 1.00 atm.

Tính hiệu suất của các biện pháp nhiệt động học được nghiên cứu qua chu trình Carnot, được đặt theo tên của Sadi Carnot, một kỹ sư và chuyên gia trong lĩnh vực nhiệt động học Hiệu suất của máy nhiệt Carnot được định nghĩa bằng công thức (1 - T1/T2), trong đó T1 và T2 lần lượt là nhiệt độ của bộ phận thoát nhiệt và nguồn nhiệt.

3) Tính hi u su t c a chu trình cho trong hình 2

M t h th ng khác hoàn thành m t chu trình g m 6 giai đo n thu n nghch, trong đó công th c hi n t ng b i h là 100 J Trong giai đo n 1, h h p th 300 J nhi t t m t b ch a 300 K Giai đo n 3 h h p th 200 J nhi t t m t b ch a 400 K, và trong giai đo n 5, nó h p thu nhi t t m t b ch a nhi t đ T3 Các giai đo n 2, 4, 6 là các giai đo n đo n nhi t sao cho nhi t đ c a m t b ch a thay đ i đ n giai đo n ti p theo.

4) (i) Tính bi n thiên entropy c a h đ hoàn thành chu trình; (ii) Bi t chu trình là thu n ngh ch, tính nhi t đ T3

(ii) V i chuy n hóa 2 3μ E int,23 = 7.5kJ

(iii) V i chuy n hóa 3 4μ Eint,34 = -7.48kJ

(iv) V i chuy n hóa 4 1μ Eint,41 = - 3.75kJ

Ph n ng đ t cháy nhiên li u trong xe h i

Carbon monoxide phát th i b i xe h i là hi m h a đ i v i môi tr ng M t chi c xe có đ ng c

4 cylinder (xi-lanh) v i th tích cylinder t ng 1600 cc và đ t cháy 7.0 dm 3 nhiên li u sau m i

Khi lái xe với tốc độ trung bình 80 km/h, một chiếc xe sẽ di chuyển 100 km trong khoảng thời gian nhất định Trong mỗi giây, mỗi xi-lanh của động cơ trải qua 25 chu kỳ đốt cháy và tiêu thụ 0.400 g nhiên liệu Tỷ số nén trong động cơ được xác định là tỷ lệ giữa thể tích nhàn rỗi và thể tích khi piston di chuyển về phía trước, với tỷ số là 1:8.

Tính lưu lượng không khí nạp vào động cơ (theo m³/s) khi nhiên liệu khí và không khí được đưa vào cylinder, với thể tích tối đa đạt được khi áp suất là 101.0 kPa Nhiệt độ của không khí và nhiên liệu đưa vào là 100°C, trong đó nhiên liệu được sử dụng là isooctane (C8H18).

Không khí chứa 21.0% O2 và 79.0% N2 theo thể tích Khi nhiên liệu chứa 10.0% carbon được đốt cháy, nó sẽ chuyển hóa thành CO, trong khi N2 trong không khí vẫn giữ nguyên tính chất Nhiên liệu hóa lỏng và không khí cần được nén đến thể tích nhất định trước khi đốt cháy Phương trình hóa học của phản ứng đốt cháy là: C8H18 + 12.1O2 → 0.8CO + 7.2CO2 + 9H2O.

2) Tính nhi t đ c a: i) các khí th i đi m nén c c đ i; và ii) khí th i r i kh i cylinder bi t áp su t cu i trong cylinder là 200 kPa

S d ng các d ki n sau cho 1 chu kì đ t cháy: chuy n CO(g) thành CO2(g), khí th i đ c d n qua m t bu ng xúc tác v i hàm công nh sauμ

Trong quá trình phản ứng xúc tác, tỷ lệ mol CO và CO2 được xác định bởi công thức [n(CO)/n(CO2)], trong đó [n(CO)/n(CO2)]i là tỷ lệ mol trước khi đưa vào buồng xúc tác Để tính toán, cần biết T là nhiệt độ của các khí phát thải, T0 được đặt ở 373 K và k có giá trị là 3.141 s mol -1 Từ đó, có thể xác định sự thay đổi tỷ lệ mol của các khí phát thải trong buồng xúc tác.

- M i liên h gi a n i n ng và enthalpy

- nh ngh a nhi t dung riêng

- S khác bi t gi a Cp và Cv (ch v i khí lí t ng)

- Enthalpy là m t hàm tr ng thái (đnh lu t Hess)

- Chu trình Born-Haber cho h p ch t ion

- Enthalpy c a dung d ch và s solvate hóa

Bài 10: Phép đo nhi t l ng và nhi t dung

Nhiệt dung riêng của bạc (Ag) là 0.24 J/°C·g Để tính năng lượng cần thiết để đun nóng 150.0 g bạc từ 273 K lên 298 K, sử dụng công thức Q = mcΔT, với ΔT là sự thay đổi nhiệt độ Đối với 1.0 mol bạc, năng lượng cần thiết cũng có thể được tính toán bằng cách sử dụng nhiệt dung mol của bạc Cuối cùng, để tính nhiệt lượng cần thiết để làm nóng 1 kg nước từ 12.0 °C lên 15.2 °C với 1.25 kJ, ta có thể tính khối lượng riêng của nước dựa trên năng lượng đã cung cấp.

2) 30.0 g n c 280 K đ c tr n v i 50.0 g n c 330 K Tính nhi t đ cu i (Tf) c a h n h p, gi s r ng không có s m t mát nhi t cho môi tr ng xung quanh

3) 5.00 g m u nhụm d ng viờn (nhi t dung riờng là 0.89 J/ o Cãg) và 10.00 g m u s t d ng viờn

Nhiệt độ cuối cùng (Tf) của hỗn hợp kim loại và nước được tính toán khi nước có nhiệt dung riêng là 0.45 J/oC và được nung nóng đến 100.0 oC Hỗn hợp giữa sắt và nhôm có nhiệt độ được đánh giá ở 22.0 oC Trong quá trình này, giả sử không có sự mất mát nhiệt cho môi trường xung quanh.

2) | Nhi t n c nóng m t | = | Nhi t n c l nh nh n |

Trong các bài toán đo nhiệt lượng, nhiệt độ của vật và nhiệt năng có mối quan hệ bền vững với nhau Sự khác biệt chính là dấu hiệu (âm hay dương) Để tránh các sai sót, cần chú ý đến dấu và đảm bảo tất cả các dấu đều được sử dụng chính xác trong bài toán Nhiệt dung riêng của nước là s = 4.18 J/°C và 4.18 J/Kg.

3) Nhi t Al m t + nhi t Fe m t = Nhi t n c nh n Gi t t c các giá tr có d u d ng đ tránh sai s v d u

Bài 11: Phép đo nhi t l ng

Trong một thí nghiệm nhiệt kế coffee-cup, 50.0 mL dung dịch AgNO3 0.100 M và 50.0 mL dung dịch HCl 0.100 M được trộn lẫn với nhau, dẫn đến phản ứng Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) → AgCl(s) Ban đầu, nhiệt độ của hai dung dịch là 22.6 °C và nhiệt độ cuối cùng là 23.40 °C Cần tính nhiệt độ phản ứng (theo kJ/mol) cho quá trình tạo thành AgCl, với giả định rằng dung dịch trộn lẫn có khối lượng 100.0 g và nhiệt dung riêng là 4.18 J/°C·g.

Trong một thí nghiệm, 1.60 g NH4NO3 được hòa tan trong 75.0 g nước ở nhiệt độ ban đầu 25.00 °C Sau khi hòa tan, nhiệt độ của dung dịch giảm xuống còn 23.34 °C Biết rằng dung dịch có nhiệt dung riêng là 4.18 J/(°C·g) và không có sự trao đổi nhiệt với môi trường, tính biến thiên enthalpy của quá trình hòa tan NH4NO3 theo đơn vị kJ/mol.

1) 50.0 × 10 -3 L × 0.100 mol/L = 5.00 × 10 -3 mol c hai dung d ch AgNO3 và HCl đư ph n ng v i nhau Do đó 5.00 × 10 -3 mol AgCl s đ c t o thành b i t l mol các ch t ph n ng là 1:1

| nhi t các hóa ch t m t | = | nhi t n c nh n |

Nhi t m t = 330 J, đây là nhi t gi i phóng (ph n ng t a nhi t) khi 5.00 × 10 -3 mol AgCl đ c t o thành Do đó q = -330 J và H (trên m i mol AgCl) đ c t o thành là m t s âm, v i giá tr :

Enthalpy

1) V i ph n ng: H2O(l) H2O(g) 298 K và 1.0 atm ∆H l n h n ∆E m t l ng 2.5 kJ/mol δ ng 2.5 kJ/mol đó đ i di n cho cái gì?

2) D đoán v i các ph n ng sau áp su t không đ i thì ∆H > ∆E, ∆H < ∆E hay ∆H = ∆E

Hãy tính bi n thiên enthalpy c a ph n ng d i đây D a vào bi n thiên enthalpy hãy cho bi t đây có ph i ph n ng h u d ng đ t ng h p ammonia không?

1) Khi m t ch t l ng chuy n thành ch t khí, có s gia t ng v th tích δ ng 2.5 kJ/mol đó là công th c hi n b i quá trình hóa h i, đ y ng c tr l i khí quy n

2) T t c các ph n ng trên đ u là c a các ch t khí và ch t o thành ch t khí Ta có:

Trong quá trình phản ứng hóa học, mối quan hệ giữa enthalpy (∆H) và năng lượng nội tại (∆E) được mô tả bởi công thức ∆H = ∆E + P∆V Khi thể tích thay đổi (∆V) dương, tức là ∆V > 0, thì ∆H lớn hơn ∆E Ngược lại, khi ∆V âm (∆V < 0), ∆H sẽ nhỏ hơn ∆E, và khi ∆V bằng 0, thì ∆H bằng ∆E Cụ thể, trong trường hợp 2 mol chất khí chuyển thành 2 mol sản phẩm khí, ∆V = 0 và do đó ∆H = ∆E Trong trường hợp 4 mol chất khí chuyển thành 2 mol sản phẩm khí, ∆V < 0 dẫn đến ∆H < ∆E Cuối cùng, khi 9 mol chất khí chuyển thành 10 mol sản phẩm khí, ∆V > 0 và ∆H > ∆E.

3) ây là ph n ng thu nhi t r t m nh (c n nhi u nhi t đ ph n ng) nên không ph i là gi i pháp th c t đ t ng h p ammonia b i chi phí n ng l ng s r t đ t đ

Nhi t ph n ng

Có m t thí nghi m liên quan đ n vi c kích l a đi n methanol và không khí trong chai nh a

Methanol được đưa vào bình 500 mL và lắc cho đến khi không khí bão hòa với hơi methanol Dung dịch methanol đặc được thu lại, sau đó đóng kín chai và kích hoạt phản ứng a) Viết phương trình phản ứng b) Xác định giá trị nhiệt của phản ứng này.

Giả sử nhiệt độ là 25 °C và áp suất là 1.100∙10^5 Pa, trong khi áp suất hơi của methanol ở 25 °C là 0.165∙10^5 Pa Không khí trong bình chứa 20% oxy và 80% nitơ Cần xác định tác nhân giải hạn trong bình 500 mL và lượng nhiệt giải phóng bởi phản ứng trong bình này Sau phản ứng, tổng số mol chất trong bình là ntotal = 23.44∙10^-3 mol Giả sử có 500 J nhiệt được tạo ra trong phản ứng đốt cháy, cần xác định nhiệt độ khí trong bình và tính áp suất tại nhiệt độ này.

Kh i l ng riờng c a h n h p sau đ t chỏy là 1.30 gãL -1 , nhi t l ng h n h p là 1.01 Jãg -1 ãK -1

Enthalpy ph n ng

S d ng các d ki n cho ph n PH L C (đ u sách)

1) Hãy tính enthalpy c a các ph n ng sau:

2) Hãy tính enthalpy c a các ph n ng sau:

3) Các tên l a t ng c ng có th tái s d ng c a tàu con thoi s d ng m t h n h p nhôm và ammonium perchlorate làm nhiên li u Ph n ng sau có th x y ra:

4) Tàu con thoi Orbiter s d ng ph n ng oxid hóa methylhydrazine b i dinitrogen tetroxide cho đ ng c đ y:

Nguyên t c chung là ∆H 0 = ns n ph m ∆Hf 0

,s n ph m - nch t ph n ng ∆Hf 0

, ch t ph n ng, và t t c các đ n ch t tr ng thái chu n có ∆H 0 f = 0

Cho các ph ng trình nhi t hóa h c sau đâyμ

(4) O2(k) 2 O (k) H 0 = 498.3 kJ k: kí hi u ch t khí

Hưy xác đnh nhi t c a ph n ng sau:

ClO2 (k) + 1/2 O3 (k) 1/2 Cl2O7 (k) H 0 = - 37.9 kJ 1/2 Cl2O7(k) ClO 3 (k) + 1/2 O(k) H 0 = 139 kJ

(5) ClO2 (k) + O(k) ClO3 (k) H 0 = - 201.3 kJ ó là pt nhi t hóa (5) ta c n tìm.

Enthalpy ph n ng

Quá trình Ostwald sản xuất nitric acid từ ammonia và oxygen bao gồm các giai đoạn sau: a) Sử dụng các giá trị ∆Hf 0 trong PH L C để tính giá trị ∆H 0 của phản ứng b) Viết phương trình tổng quát của quá trình sản xuất nitric acid theo Ostwald bằng cách kết hợp các phương trình trên Cần xác định phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt.

2) Tính ∆H 0 c a m i ph n ng sau và gi i thích t i sao các bình ch a cháy b ng n c ho c carbon dioxide có th không hi u qu v i đám cháy có sodium

Ph n ng t ng t a nhi t vì m i ph n ng thành ph n đ u t a nhi t

Trong ph n ng 2, 3, kim lo i sodium ph n ng v i “tác nhân bình ch a cháy” C hai ph n ng này đ u t a nhi t và m i ph n ng l i t o thành các khí d cháy (H2, CO)

Oxid hóa và đốt cháy các hợp chất hữu cơ là phản ứng tỏa nhiệt Nhiệt của phản ứng đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch như dầu, than và khí thiên nhiên được sử dụng làm nguồn năng lượng chính Để tính nhiệt phản ứng H của đốt cháy hoàn toàn 1 mol methane ở áp suất khí quyển, cần sử dụng các số liệu enthalpy tạo thành chuẩn của methane, carbon dioxide và nước.

Cacbon dioxide 鰡-393.5 kJ mol -1

Trong phòng thí nghiệm, khí carbon dioxide có thể được tạo thành từ phản ứng giữa calcium carbonate và hydrochloric acid Để tính toán thể tích khí carbon dioxide (V) sinh ra từ 10.0 g calcium carbonate và 50.0 mL hydrochloric acid 1.00 mol/L ở điều kiện 298K và 1013 hPa, giả định rằng phản ứng diễn ra hoàn toàn và khí carbon dioxide được coi là khí lý tưởng.

H ng d n a) Methane: C + 2H2 CH4 Hf = -74.82kJ/mol

Carbon dioxide: C + O2 CO 2 Hf = -393.5kJ/mol

CaCO3 + 2HCl CaCl2 + H2O + CO2 δ ng khí CO2 thoát ra = 0.0250mol

Tính toán b ng cách dùng ph ng trình tr ng thái khí lí t ng V=nRT/p

Sinh nhi t và thiêu nhi t

298 K, nhi t đ t cháy (thiêu nhi t) chu n c a (CN)2 (g) là -1095 kJ mol -1 và c a C2H2 (g) là -

1300 kJ mol -1 ; sinh nhi t chu n c a C2H2 (g) là 227 kJ mol -1 và c a H2O (l) là -286 kJ mol -1 Tính sinh nhi t chu n c a (CN)2 (g)

2 f Hm o(CO2) - fHm o[(CN)2] = -1095 kJ mol -1

2 f Hm o(CO2) = -1095 kJ mol -1 + f Hm o [(CN)2]

2 fHm o (CO2) + fHm o (H2O) - fHm o (C2H2) =-1300 kJ mol -1

2 fHm o (CO2) =-1300 kJ mol -1 + 286kJ mol -1 + 227 kJ mol -1 fHm o [(CN)2] = 1095 kJ mol -1 - 1300 kJ mol -1 + 286kJ mol -1 + 227 kJ mol -1

Nhi t hóa h c

1 Tính ∆H o c a ph n ng gi a N2H4(l) và H2O2(l) Bi t sinh nhi t tiêu chu n c a các ch t:

2 Tính ∆H o c a ph n ng gi a N2H4(l) và H2O2(l) d a vào các d ki n nhi t đ ng h c sau đâyμ

- N ng l ng liên k t hoá h c: δiên k t N - N N = N N N N - H O - O O = O O - H

Trong 2 k t qu tính đ c trên, k t qu nào chính xác h n? T i sao?

1 Theo các d ki n v sinh nhi t:

2 Theo các d ki n v n ng l ng liên k t và nhi t hoá h iμ

∆H2 = 4EN-H + EN-N + 4EO-H + 2EO-O - E N N - 8EO-H - ∆Hhh(N2H4) - 2 ∆Hhh(H2O2) = -638.74 kJ

Hai giá trị ∆H thu được gần bằng nhau cho thấy rằng chúng ta có thể tin tưởng vào hai phương pháp đo lường này Sự chênh lệch giữa hai giá trị có thể được xem là do sai số thực nghiệm.

Enthalpy

Trong bài này, t t c các d ki n cho s n và đ c h i đ u xét t i đi u ki n tiêu chu n

Nghiên cứu về hai hydrocarbon lỏng, cycloocta-1,3,5,7-tetraene và styrene (hay vinylbenzene, ethenyl benzene), cho thấy chúng có công thức phân tử C8H8 Khi thực hiện phản ứng cháy của hai hydrocarbon này trong bình nhiệt lượng với oxygen, thu được hỗn hợp H2O lỏng và CO2 khí Phản ứng cháy được thực hiện ở nhiệt độ cao trong cả hai trường hợp.

Mỗi thí nghiệm đều được tiến hành với hai mẫu chất A và B, và kết quả được ghi lại một cách cẩn thận Tuy nhiên, trong quá trình quay lại hình ảnh, có thể xảy ra nhầm lẫn trong việc xác định đâu là chất A và đâu là chất B Dưới đây là các kết quả quan trọng từ thí nghiệm.

H p ch t Kh i l ng đ u m/g Nhi t l ng đo đ c Q/J

Cho bi t thêm: fH° (H2O(l)) = - 285.8 kJ mol -1 và fH° (CO2(g)) = - 393.5 kJ mol -1

1) Vi t ph ng trình ph n ng đ t cháy

2) Tính enthalpy cháy tiêu chu n cH o c a A, B

3) Tính enthalpy t o thành chu n fH o c a A, B Trong tr ng h p b n không tính ra k t qu ý 2, hãy s d ng các giá tr cH°A = -4581 kJ.mol -1 và cH°B= -4431 kJ.mol -1

4) Theo các giá tr enthalpy sinh chu n, m t trong các ch t s b n h n, xét v kh n ng phân li thành nguyên t Ch t đó là A hay B?

Chu trình Born-Haber

Quá trình diễn ra với mùi và tính thẩm mỹ được mô tả qua mô hình ion đơn giản, trong đó các ion có bán kính xác định và điện tích bằng một số nguyên lần điện tích nguyên tử Mô hình này dùng để mô tả sự phân li của các phân tử ion trong pha khí Sự phân li này dẫn đến các nguyên tử trung hòa, nhưng năng lượng phân li có thể được tính bằng cách sử dụng một tiến trình phân ngữ, bao gồm sự phân li thành các ion tự do, rồi tiếp theo là sự trung hòa các ion Đây chính là chu trình Born-Haber.

Ng i ta đo đ c n ng l ng liên k t, ái l c electron và n ng l ng ion hóa c a các phân t hai nguyên t nh sauμ

N ng l ng liên k t NaCl = - 464 kJ mol-1 Ái l c electron Cl = - 360 kJ mol-1

N ng l ng liên k t KCl = - 423 kJ mol-1 N ng l ng ion hóa Na = 496 kJ mol-1

N ng l ng liên k t MgCl = - 406 kJ mol-1 N ng l ng ion hóa th nh t Ca = 592 kJ mol-1

N ng l ng liên k t CaCl = - 429 kJ mol-1 N ng l ng ion hóa th hai Ca = 1148 kJ mol-1

Chu trình Born-Haber mô tả quá trình phân li của NaCl thành các nguyên tử trung hòa và tính năng lượng phân li của nó Giá trị năng lượng liên kết hoàn toàn ion (100%) được xem xét trong quá trình này.

Chu trình Born-Haber cho sự phân li của CaCl2 thành ba nguyên tử trung hòa và tính năng lượng phân li của CaCl2 cho thấy giá trị liên kết trong phân tử ba nguyên tử lớn hơn trong phân tử hai nguyên tử.

1) Chu trình Born-Haber c a s phân li NaCl thành Na và Cl:

N ng l ng phân li = 328 kJ mol–1

2) Chu trình Born-Haber c a s phân li CaCl2 thành Ca và 2Cl:

N ng l ng phân lí thành nguyên t = 630 kJ mol–1.

- Enthalpy th ng hóa c a titanium: 425 kJ/mol

- Enthalpy ion hóa th nh t c a titanium: 657 kJ/mol

- Enthalpy ion hóa th hai c a tianium: 1310 kJ/mol

- N ng l ng liên k t c a oxygen: 498 kJ/mol

- Enthalpy t o thành chu n c a TiO: -523 kJ/mol

Tính n ng l ng m ng l i c a titanium(II) oxide

2) Tính n ng l ng m ng l i ∆H(lattice) c a potassium fluoride t các d ki n sau:

- N ng l ng th ng hoa c a potassium ∆Hsubl = 90 kJ/mol

- N ng l ng phân li liên k t c a fluorine ∆HD = 158 kJ/mol

- N ng l ng ion hóa c a potassium ∆H I(K) = 419 kJ/mol

- Ái l c electron c a fluorine EA(F) = -333 kJ/mol

- Nhi t t o thành potassium fluoride ∆Hf 0 = -567 kJ/mol

2) ∆Hlattice = - ∆HI(K) - EA(F) - ∆HSubl - ẵ ∆HD+ ∆Hf 0

Năng lượng thoát ra khi tạo thành 1 mol của các cặp ion trong trạng thái khí khi tiếp xúc với nhau là vô hạn Năng lượng này ở 0 K dưới áp suất khí quyển bình thường được xác định là năng lượng màng Năng lượng màng của tinh thể ion thu được gián tiếp bằng cách áp dụng định luật Hess cho enthalpy tạo thành Bài viết minh họa chu trình Born-Haber của potassium chloride (KCl) và tính năng lượng tinh thể bằng cách sử dụng các điều kiện nhiệt động.

Enthalpy t o thành c a KCl (s) - 437 kJ mol -1

Enthalpy th ng hoa c a K (s) 89 kJ mol -1

N ng l ng ion hóa c a K (g) 419 kJ mol -1

Enthalpy phân li c a Cl2 (g) 242 kJ mol -1 Ái l c electron c a Cl (g) - 349 kJ mol -1

Kí hi u “g” và “s” là t ng ng v i tr ng thái “khí” và “r n”

i v i qúa trình đ ng phân hóa cychlorinepropane thành propene ta có ∆H = -32.9 kJ/mol Hãy b sung thêm thông tin vào b ng sau:

Ch t ∆H đ i v i qúa trình đ t cháy hoàn toàn (kJ/mol)

Enthalpy hình thành chu n ∆Hf (kJ/mol)

T t c các s li u đ u áp d ng cho 25 o C và 1 atm

∆Hf c a than chì và H2 là 0kJ/mol

D a vào s đ trên ta tính đ c ∆H (đ t cháy propene) = -2061.5kJ/mol

D a vào s đ trên ta tính đ c ∆H f (cychlorinepropane) = 53,2kJ/mol Phép tính t ng t đ i v i propen cho k t q aμ ∆Hf(propene) ,3kJ/mol

Bài 26: Enthalpy và n ng l ng liên k t

Năng lượng liên kết có thể được xác định thông qua biến thiên enthalpy của quá trình chuyển đổi các nguyên tố thành phần (tính cho 1 mol) Năng lượng này thường được gọi là sinh nhiệt nguyên tử Năng lượng liên kết của các liên kết có trong một chất nhất định được xác định bởi biến thiên enthalpy của quá trình biến đổi một số Avogadro phân tử của chất đó thành các nguyên tố Do đó, năng lượng liên kết ngược lại với sinh nhiệt nguyên tử Điều kiện tiêu chuẩn cho biến thiên enthalpy của phản ứng phân ly các phân tử H2, Br2 và sự thăng hoa của than chì (Ctc) được trình bày như sau.

Ctc(r) → C(k) H3 = 710.6 kJ/mol và bi n thiên enthalpy hình thành c a CH4 và CH3Br l n l t là:

Tính n ng l ng liên k t C-Br trong CH3Br

Không có giá trị đáng tin cậy nào về enthalpy tạo thành các oxide bromine trong cuốn sách "Tính chất nhiệt động của các chất riêng biệt" Các giá trị liên kết được ghi nhận là: E(Br2) = 193 kJ/mol, E(O2) = 498 kJ/mol, E(Br-O) = 230 kJ/mol, E(Br=O) = 300 kJ/mol, và nhiệt hóa hơi của bromine là 31 kJ/mol.

L y (3) tr đi (2) và (1) ta cóμ

Trong CH4 có 4 liên k t C-H N ng l ng liên k t trung bình c a m i liên k t C-H là:

Br2(l) → 2Br(h) H2 = 190 kJ/mol (4) 3H2(k) → 6H(k) 3.H1 = 3ã432.2 kJ/mol (5) 2Ctc(r) → 2C(k) 2.H3 = 2ã710.6 kJ/mol (6)

T (4), (5), (6) và (7) ta có: 6H(k) + 2Br(h) + 2C(k) → 2CH3Br(k)

Trong phân t CH3Br có 3 liên k t C-H và 1 liên k t C-Br, nên:

2) Gi n đ enthalpy v i Br2O: fH o (Br2O) = 473 - 460 = +13 kJ/mol v i các gi n đ t ng t fH o (BrO2) = (1/2糾31 + 1/2糾193 + 498) - 2糾300 = +10 kJ/mol fH o (Br2O3) = (31 + 193 + 3/2糾498) - (600 + 460) = -89 kJ/mol

1) Cho các ph n ng d i đây Tính n ng l ng liên k t C-F và C-Cl và cho bi t liên k t nào s b b gưy d i ánh sáng t ngo i có  = 254 nm? Gi i thích

CCl4(k) + HF(k) → CFCl3(k) + HCl ∆H o = -10 kJ

2) N ng l ng liên k t c a liên k t đ n N-N là 163 kJ/mol, c a liên k t ba NN là 945 kJ/mol

4 nguyên t nitrogen có th t o thành phân t N4 t di n ho c 2 phân t N2 Quá trình nào thu n l i v m t nhi t đ ng h c h n? Gi i thích

1) EC-Cl= ẳ ∆H o (CCl4) = 340 kJ/mol

T ph n ng: CCl4(k) + HF(k) → CFCl3(k) + HCl

∆H o = 4EC-Cl + EH-F - 3EC-Cl - EC-F - EH-Cl  EC-F = 485 kJ

=  = V i n ng l ng này ch có liên k t C-Cl b b gãy, còn liên k t C-F không b nh h ng

2) So sánh hai quá trình:

B n có th gi s r ng S1) < S2 ( S2 - S1 > 0) do entropy c a ph n ng t 4 vi h t còn 1 vi h t s l n h n nhi u so v i ph n ng 4 vi h t còn 2 vi h t

Hi u ng nhi t ph n ng

Xét các phần ngữ nghĩa trong đoạn văn, trước tiên, cần sắp xếp các phần ngữ theo chiều nhanh nhất và chậm nhất, đồng thời giải thích lý do sắp xếp Nếu có các phần ngữ cùng tần số, cần làm rõ lý do phân loại Tiếp theo, xác định các phần ngữ tần số cao hay thấp và giải thích ý nghĩa của chúng Cuối cùng, sắp xếp các phần ngữ tần số cao theo thứ tự giảm dần và giải thích biến thiên của tần số trong ngữ cảnh.

Nhiệt động học quan tâm đến các trạng thái đầu và cuối, không chỉ tập trung vào quá trình chuyển đổi tác nhân thành sản phẩm Năng lượng hoạt hóa là năng lượng cần thiết để vượt qua hàng rào năng lượng chuyển hóa thành sản phẩm Phản ứng nhanh nhất là phản ứng 5, với năng lượng hoạt hóa thấp nhất Các phản ứng 1, 2, và 4 có thể có cùng tính chất phản ứng vì chúng có cùng năng lượng hoạt hóa, với điều kiện tất cả các yếu tố động học khác đều giống nhau.

Có ba cơ chế chính dẫn đến sự phát triển của hoạt động hóa học: (1) Nếu sản phẩm có nồng độ thấp hơn tác nhân, phản ứng sẽ diễn ra chậm; (2) Phản ứng sẽ xảy ra nhanh chóng nếu nồng độ của sản phẩm cao hơn tác nhân; (3) Khi nồng độ sản phẩm và tác nhân tương đương, phản ứng sẽ ở trạng thái cân bằng.

Ch có phân ngữ 4 thứ nhi t, trong đó chú ý rằng nhi t đ ng hóa học của m t phân ngữ quy t đnh liệu phân ngữ t a hay thứ nhi t, còn đ ng hóa h c thì không Nhi t đ ng hóa h c của phân ngữ xác định bi n thiên th n ng Trong m t phân ngữ t a nhi t, m t phân th n ng l u gi trong các liên k t hóa h c đ c chuy n hóa thành nhi t n ng, và nhi t đ c gi i phóng khi th n ng gi m Phân ngữ t a nhi t v i s gi m th n ng l n nh t là phân ngữ có hi u n ng l ng (∆E) gi a tác nhân và s n ph m l n nh t Phân ngữ 2 và 5 có cùng giá tr ∆E, do đó 2 và 5 có bi n thiên th n ng l n nh t, trong khi phân ngữ 1 và 3 có cùng giá tr.

∆E nh nh t, do đó có bi n thiên th n ng nh nh t

Entropy và n ng l ng t do

- nh ngh a n ng l ng Gibbs

- S d ng ∆G đ d đoán chi u bi n đ i t nhiên

- M i liên h gi a ∆G 0 và h ng s cân b ng K

Bài 29: Entropy môi tr ng

1) D đoán d u bi n thiên entropy môi tr ng xung quanh (∆Ssurr) c a các quá trình sau:

2) Tính ∆Ssurr c a các ph n ng sau 258 o C và 1 atm:

Quá trình hấp thụ nhiệt là một quá trình thu nhiệt, dẫn đến việc giảm entropy của môi trường xung quanh (∆S surr âm) Ngược lại, quá trình tỏa nhiệt là khi nhiệt được phóng thích khi các phân tử khí chuyển động chuyển thành chất rắn, làm tăng entropy của môi trường xung quanh (∆S surr dương).

S d ng hydrogen làm nhiên li u

Sự gia tăng nhanh chóng của nhiên liệu hóa học đòi hỏi truyền cảm hứng cho những nghiên cứu sâu rộng trong lĩnh vực năng lượng thay thế và tái sinh Trong số đó, hydrogen nổi bật như một nguồn năng lượng tiềm năng cho tương lai Tuy nhiên, chi phí sản xuất cao và rủi ro trong lưu trữ vẫn là những thách thức lớn trong việc sử dụng H2 Hãy sử dụng các giá trị dưới đây (khi cần) để tính toán.

1) M t cylinder (xi-lanh) ch a hydrogen áp su t 80 Mpa, 25 o C Gi s khí có tính ch t lí t ng, hãy tính kh i l ng riêng c a hydrogen trong cylinder theo kg/m 3

2) Gi s ph n ng đ t cháy hoàn toàn, hãy tính nhi t đ t cháy (thiêu nhi t) khi (i) 1 gram hydrogen và (ii) 1 gram carbon b đ t

1 kg hydro khi cháy với oxy ở 25 °C sản sinh ra năng lượng lớn và có nhiều ứng dụng khác nhau Để tính toán, (i) công lý thuyết của phản ứng này có thể được xác định; (ii) công có thể được tính cho quá trình chuyển đổi năng lượng từ 25 °C đến 300 °C Hiệu suất của quá trình này được tính bằng công thực hiện chia cho nhiệt hợp thức, với công thức: hiệu suất = [1 - Tthấp/Tcao], trong đó T được tính theo Kelvin.

Nội dung bài viết đề cập đến việc sử dụng công lý thuyết để xác định thời gian hoạt động của một motor với công suất 1 Watt trong điều kiện tiêu chuẩn Cụ thể, bài viết yêu cầu tính toán (i) thời gian mà motor có thể chạy liên tục trong bao nhiêu tháng và (ii) giá trị dòng điện tiêu thụ của motor, giả sử mỗi tháng có 30 ngày.

2) i) H = −143 kJ g -1 hydrogenν ii) H = -32.8 kJ g -1 carbon

3) i) Công c c đ i = -1.2 10 5 kJ ho c 1.18 10 5 kJ (ii) Công c a đ ng c nhi t = -6.9 10 4 kJ

Pin nhiên li u

Cho b ng giỏ tr nhi t đ ng c a ph n ng H2 + ẵ O2 → H2O 2λ8, 15K nh sauμ

Ch t ∆H o tt (kJ.mol -1 ) ∆S o (J.K -1 mol -1 )

373.15 K và 100 kPa, nhi t hóa h i c a n c là ∆Hhóa h i = 40.64 kJ.mol -1 , nhi t dung đ ng áp c a n c trong kho ng nhi t đ t 298.15 K - 373.15K là 75.6 J.K -1 mol -1

Quá trình tạo ra pin nhiên liệu dựa trên hiệu suất lý thuyết, được xác định bằng tỉ lệ giữa công suất sinh ra (∆G) và enthalpy (∆H) của pin Hiệu suất lý thuyết của pin nhiên liệu có thể được tính toán bằng cách đốt cháy 1 mol H2 và so sánh với các trạng thái khác nhau của hệ thống Việc này yêu cầu sử dụng các tính toán bổ sung để đảm bảo độ chính xác trong các kết quả đạt được.

2 Tính hi u su t lý thuy t khi pin nhiên li u làm vi c 473,15 K và 100 kPa Cho r ng entropy và enthalpy không ph thu c nhi t đ

3 T i sao hi u su t lý thuy t thay đ i theo nhi t đ ? Gi i thích (không c n tính toán)

1 V i ph n ng H2(k)+ ẵ O2(k) → H2O(l) tớnh đ c ∆H o = -285.84 kJãmol -1 ν ∆S o = -163.17 JãK -1 ãmol -1

Nh v y hi u su t lý thuy t c a pin nhiên li u ng v i ph n ng này s là  = ∆G o / ∆H o = 83%

V i ph n ng H2(k)+ ẵ O2(k) → H2O(k) tớnh đ c ∆H o = -241.82 kJãmol -1 ν ∆S o = -44.28 JãK -1 ãmol -1

Nh v y hi u su t lý thuy t c a pin nhiên li u ng v i ph n ng này s là  = ∆G o / ∆H o 94,5%

Lý do c a s khác nhau v hi u su t lý thuy t chính là n u xét ph n ng t o thành n c l ng 298.15K thì ph i tính đ n c quá trình hóa h i theo chu trình sauμ

Chu trình này có tính nhiệt cung cấp cho quá trình hóa hơi với ∆H = 40.64 kJ mol -1 Quá trình này ảnh hưởng đến hiệu suất lý thuyết của quá trình tạo thành nước lỏng, dẫn đến sự giảm đi trong hiệu suất này.

2 473.15K thỡ n c lỳc này đư tr ng thỏi h i T đú tớnh đ c ∆H o = -241.82 kJãmol -1 ν ∆S o

3 Do đ i l ng T∆S có giá tr âm nên vi c t ng nhi t đ s d n đ n vi c gi m hi u su t làm vi c c a pin nhiên li u T c n u nhi t đ càng th p, pin làm vi c s càng hi u qu

Nhi t và công

1 mol Cl2 (g), gi thi t là tuân theo quy lu t c a khí lí t ng, ban đ u 300 K và 1.01325×10 7

Trong quá trình giãn nở, áp suất bên ngoài là 1.01325×10^5 Pa, tương đương với áp suất khí quyển Kết quả của quá trình này là khí Cl2 giảm nhiệt độ xuống 23λ K, với 0.100 mol Cl2 tham gia Tại điểm sôi thông thường, enthalpy hóa hơi của Cl2 (l) là 20.42 kJ mol^-1, cho thấy sự thay đổi năng lượng trong quá trình chuyển đổi trạng thái của khí này.

(g) đi u ki n đ ng tích là Cv = 28.66 J K -1 mol -1 và kh i l ng riêng c a Cl2 (l) 239 K là 1.56 g cm -3 Gi s r ng nhi t dung mol c a Cl2 (g) đi u ki n đ ng áp đ c xác đnh theo công th c

V i các bi n đ i mô t trên, hãy tính bi n thiên n i n ng (∆E) và bi n thiên entropy (∆S sys ) c a h

Tóm t t các quá trình bi n đ i

Quá trình t ng này g m s giãn n và s chuy n pha (t khí thành l ng) đ ng áp, do v y n i n ng E là m t hàm tr ng thái, t ng bi n thiên n i n ng là ∆E = ∆E1+ ∆E2

Trong đó ∆E đ i v i khí lí t ng ch ph thu c vào T

D u “-” ngh a là có s m t n ng l ng đ sinh ra công th c hi n giãn n 1 mol khí

Quá trình 2 thu n ti n, d li u đ c tính theo atm

- Nhi t hoá h i m t (làm gi m n i n ng, -) t h chuy n ra môi tr ng xung quanh (do quá trình di n ra đi u ki n đ ng áp, l ng nhi t này b ng v i bi n thiên enthalpy.)

- Công th c hi n b i môi tr ng đ nén h xu ng th tích nh h n (làm t ng n i n ng, +)

Th tích khí ng ng t là

Th tích Cl2 l ng là

Nh ng V1 quá bé và có th b qua

(4.5 cm 3 ch t l ng so v i 17.6 dm 3 ; sai s kho ng 0.03 %)

Entropy S là hàm trạng thái của hai biến, với S được xác định bởi nhiệt độ T và áp suất P Trong quá trình 1, entropy được tính theo công thức ∆S = Q / T, trong đó Q là nhiệt lượng Khi áp suất không đổi, công thức trở thành Q / T = Qp / T = ∆H / T, cho thấy mối liên hệ giữa nhiệt lượng và entropy trong điều kiện này.

Giãn n đo n nhi t

Tiến hành giãn nở 1 mol O2(g) từ nhiệt độ 120 K và áp suất 4 atm về 1 atm, nhiệt độ của khí sẽ giảm xuống thấp hơn một chút so với điểm sôi thông thường của chất lỏng (90 K) Giả sử rằng và không thay đổi trên toàn không gian, O2(g) được xem là khí lý tưởng.

Để tính toán các đại lượng q, w, ΔH, ΔSsys và ΔSsurr của quá trình hóa lỏng 1 mol O2 (g) ở 90 K và 1 atm, trước tiên, O2 sẽ được nén bằng cách tăng áp suất lên một chút so với 1 atm Sau đó, tiến hành làm lạnh O2 dưới điều kiện áp suất tại điểm nóng chảy thông thường.

(55 K), x y ra s hoá r n thu n ngh ch, và ch t r n đ c làm l nh t i 10 K Xác đnh Hsys and Ssys cho toàn quá trình

H ng d n a) Quá trình đo n nhi t nên q = 0 và b) Quá trình t ng là:

Toàn b quá trình làm l nh áp su t không đ i, do đóμ

Giãn n đo n nhi t

Quá trình giãn nở của 2 mol khí lý tưởng diễn ra từ trạng thái đầu với thể tích VA = 5δ và áp suất PA = 10 bar đến trạng thái cuối với áp suất PC = 1 bar Để tính toán, trước tiên xác định nhiệt độ ở trạng thái đầu Sau đó, tính nhiệt độ và thể tích ở trạng thái cuối Cuối cùng, tính biến thiên entropy trong quá trình giãn nở này.

Cho bi tμ i v i khớ lý t ng đ n nguyờn t CV (JãK -1 ãmol -1 ) = 3

H ng d n a) Tính nhi t đ c a h tr ng thái đ u: b) TA = PAVA/nR = (10 6 ã5ã10 -3 )/(2ã8.314) = 300.70K c) Tính nhi t đ và th tích c a h tr ng thái cu i

Vì quá trình là đo n nhi t nên ta có Q = 0

Theo nguyên lý nhiệt động học, ta có thể xác định sự thay đổi nội năng ∆U bằng công A, với công thức ∆U = A Đối với khí lý tưởng, ∆U cũng có thể được tính bằng Cv∆T, trong đó Cv = 2.3/2R = 3R cho 2 mol khí Khi quá trình giãn nở diễn ra dưới áp suất bên ngoài không đổi, công A được biểu thị bằng A = -Pngoài∆V.

T đó ta cóμ 3R(T C - TA) = -Pngoài(VC - VA); vì VC = nRTC/PC và PC = Pngoài

Trong quá trình biến đổi, ta có V y TC = 192.45K và VC = 32L Để tính biến thiên entropy của hệ, cần xác định cách đơn giản để tính biến thiên entropy của hệ trong quá trình biến đổi này Ta sẽ tiến hành tính toán qua hai giai đoạn thu nén, bắt đầu từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối theo đề bài đã cho.

Giải đoạn 1μ un nóng áp suất không đổi trạng thái đầu (A) tại trạng thái trung gian (B), tại đó PB = PA và VB = VC Nhiệt độ tại điểm B được xác định bằng công thức TB = PBVB/nR Từ đó, TB = PAVC/nR = (10^6 * 0.032)/(2 * 8.314) = 1924.5K.

- Giai đo n 2: Làm l nh đ n nhi t đ 1λ2.44K đ gi m áp su t c a h xu ng 1 bar trong đi u ki n đ ng tích

Entropy c a quá trình chuy n 2 mol khí t tr ng thái đ u (A) đ n tr ng thái cu i (C) đ c tính b ng công th c:

∆SA-B = nCpln(TB/TA) = 2(5R/2)ãln(1924.5/300.68) = 77.17 J/K

∆SB-C = nCvln(TC/TB) = 2(3R/2)ãln(192.44/1924.5) = -57.43 J/K

Bài 35: Phép đo nhi t l ng

Cho m t kh i kimlo i X n ng 2,0 kg ở 0 o C vào m t bình chứa 1,0 mol h i n c ở 100 o C và 1 atm, có 86% l ng h i n c đư ng ng t Gi s trong đi u ki n kh o sát, s trao đ i nhi t ch x y ra gi a X và n c, áp su t trong bình không đ i và quá trình ng ng t n c di n ra.

100 o C a) Tính nhi t đ cu i c a h X-n c và nhi t l ng mà X đư trao đ i. b) Tính bi n thiên entropy c a X, c a n c và c a h X-n c.

H ng d n a) Vì có 86% h i n c đư ng ng t nên trong h X-H2O khi cân b ng có: s mol n c pha l ng: n H O(l) 2 = 0,86 mol s mol n c pha h iμ nH O(k) 2 = 1 – 0,86 = 0,14 mol

Vì X không chuy n pha, quá trình ng ng t n c di n ra 100 o C nên s bi n đ i trong h X-H2O đ c chia thành 4 quá trình thu n ngh ch nh nh mô t trên s đ sau:

Vì s trao đ i nhi t ch x y ra gi a X và n c nên: Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 0

Vì áp su t c a h không đ i nên:

Nhi t l ng mà kim lo i X đư trao đ i

V y X đư nh n 38,446 kJ b) Bi n thiên entropy c a Xμ

Bài 35B: Phép đo nhi t l ng

Tính bi n thiên entropy (∆S) trong quá trình đông đ c c a benzene d i áp su t 1 atm đ i v i hai tr ng h p sau: a) ông đ c nhi t đ +5 o C b) ông đ c nhi t đ -5 o C

Cho nhi t đ đông đ c c a benzen là +5 o C, entanpy nóng ch y ∆Hnc = 9.916 kJ.mol -1 , nhi t dung

Cp (benzen l ng) = 126.8 J.mol -1 K -1 , Cp (benzen r n) = 122.6 J.mol -1 K -1

Trong m i tr ng h p hãy s d ng bi n thiên entropy (v i đ chính xác 2 s sau d u ph y) làm tiêu chu n đ xét chi u c a quá trình và đi u ki n cân b ng c a h

H ng d n a) Quá trình hóa r n c a benzen t i nhi t đ +5 o C (đúng b ng nhi t đ hóa r n) là quá trình thu n nghch và đ ng nhi t

Bi n thiên entropy trong quá trình đông đ c này là:

Mu n xét chi u h ng c a h theo bi n thiên entropy, ta ph i cô l p h , ngh a làμ

∆Sh cô l p= ∆Sbenzen + ∆Smôi tr ng

∆Sh cô l p= ∆Sbenzen + ∆Smôi tr ng = -35.67 + 35.67 = 0

Quá trình hóa rắn của benzen tại nhiệt độ -5 °C là một quá trình không thuần nghịch và không đạt trạng thái cân bằng Khi benzen ở trạng thái lỏng đông đặc tại -5 °C, không có sự cân bằng nhiệt động nào diễn ra Để tính biến thiên entropy ∆S trong quá trình này, cần xem xét các quá trình thuần nghịch liên quan.

- un nóng thu n ngh ch benzen l ng t -5 o C lên +5 o C

- Làm l nh thu n ngh ch benzen r n t +5 o C xu ng -5 o C

Có th mô t các quá trình trên theo s đ sau:

T ng t ta tính bi n thiên entanpy c a chu trình:

∆Sh cô l p= ∆Sbenzen + ∆Smôi tr ng = -35.52 + 36.84 = 1.32 J/mol.K

K t qu ∆Sh cô l p > 0 nên ph n ng t di n bi n.

Nhi t đ ng h c c a m t quá trình sinh h c b n v ng

Quang hợp là quá trình sinh học mà thực vật chuyển đổi các phân tử giàu năng lượng thành các phân tử ít năng lượng, nhờ vào nguồn năng lượng ánh sáng mặt trời Quá trình quang hợp glucose có thể được biểu diễn bằng phương trình hóa học: 6CO2(g) + 6H2O(g) + ánh sáng → C6H12O6(s) + 6O2(g).

N ng l ng c a 1 mol photon có b c sóng đ c g i là 1 Einstein

1) 48 Einstein c a b c sóng 650 nm đ c h p th b i m t lo i th c v t đ t o thành 1 mol glucose theo ph ng trình (1) Tính hi u su t (%) s n xu t glucose b i quang h p N ng l ng c n đ t o thành 1 mol glucose là 2870 kJ

Trung bình mỗi năm, bức xạ mặt trời tạo ra khoảng 7 đến 10 kg glucose trên một mét vuông đất Tính toán sự giảm lượng CO2 hàng năm trong khí quyển (theo ppm) do quá trình quang hợp cho thấy 1 ppm tương đương với 1 gram CO2 trên 1.000 kg không khí trong khí quyển Tổng khối lượng không khí bao quanh bề mặt đất ước tính khoảng 5,0 x 10^15 kg, trong đó 80% là khí quyển.

3) Nhi t đ t cháy graphite (than chì) và hydrogen 298 K l n l t là -393.5 kJ mol -1 và -285.8 kJ mol -1 Bi t khi đ t cháy 1 gram glucose gi i phóng 15.58 kJ n ng l ng, tính nhi t t o thành glucose 298 K

Bệnh nhân tiểu đường cần theo dõi định kỳ hàm lượng glucose trong máu, và thiết bị được sử dụng cho mục đích này là máy đo glucose Thiết bị này chứa một dải xét nghiệm dùng một lần với các điểm cảm biến hoạt động carbon và một điểm cảm biến tham chiếu Điểm cảm biến hoạt động chứa enzyme glucose oxidase, chất xúc tác cho phản ứng giữa glucose và oxygen hòa tan.

4) Vi t ph ng trình ph n ng gi a glucose v i O2, trong đó O2 chuy n thành H2O2

H2O2 t o thành b oxid hóa t i đi n c c ho t đ ng th hai t o thành m t dòng đi n, t l thu n v i l ng glucose có trong m u Thông th ng, 5 mmol glucose t o thành dòng 2.5 mA

Để tính biến thiên cồng độ glucose trong máu của vận động viên cử tạ sau khi nâng mức tạ 160 kg lên độ cao 2.4 m, ta cần biết rằng năng lượng cần thiết cho quá trình này được lấy từ sự phân giải glucose Tổng năng lượng cần thiết để nâng tạ có thể được tính bằng công thức: công = trọng lượng x độ cao Với trọng lượng 160 kg và độ cao 2.4 m, năng lượng cần thiết là 160 kg x 2.4 m = 384 J Chuyển đổi sang kJ, ta có 0.384 kJ Sử dụng thông tin rằng 1 gram glucose giải phóng 15.58 kJ, ta có thể tính lượng glucose cần thiết Lượng glucose cần thiết = 0.384 kJ / 15.58 kJ/g ≈ 0.0246 g Với tổng thể tích máu trong cơ thể vận động viên là 5 L, biến thiên cồng độ glucose trong máu sẽ là 0.0246 g / 5 L = 0.00492 g/L.

Quá trình oxi hóa glucose thành CO2 và H2O, diễn ra trong pin nhiên liệu, là một phản ứng quan trọng có liên quan đến quang hợp Trong pin nhiên liệu, hợp chất hoạt động (nhiên liệu) được oxi hóa bởi O2 Một pin nhiên liệu hiệu quả được chế tạo từ glucose dưới điều kiện pH phù hợp.

6) Vi t ph ng trình các bán ph n ng t ng ng v i quá trình oxid hóa glucose

7) Tính n ng l ng c a pin nhiên li u này 25 o C bi t ∆H 0 và ∆S 0 c a quá trình quang h p l n l t là 2.82ã10 6 J mol -1 và 182 J mol -1

8) M c đ bi n đ i su t đi n đ ng (EMF) c a m t pin đi n hóa theo nhi t đ đ c g i là h s nhi t đ c a pin Bi t (∆G/ T)P = -∆S, hưy tính h s nhi t đ c a pin nhiên li u glucose

M t pin nhiên liệu có công suất 4000 Watts được sử dụng để làm nóng một căn phòng có kích thước 5m×5m×3m Căn phòng được cô lập hoàn toàn, không có dòng nhiệt nào thoát ra ngoài Để tính thời gian cần thiết để nâng nhiệt độ phòng lên 20 độ C, với nhiệt độ ban đầu là 10 độ C và áp suất 1 atm, giả sử không khí trong căn phòng là khí lý tưởng và nhiệt dung mol là 2.5R.

Trong quá trình quang h p, m t tr i (S), Trái đ t (E) và sinh v t quang h p (PO) có th đ c xem nh 3 h nhi t đ ng khác nhau M t tr i và Trái đ t thì nhi t đ không đ i (TS = 5762 K,

TE = 298.15 K), áp su t, th tích và thành ph n không đ i Sinh v t quang h p có th tích, nhi t đ và áp su t không đ i và TPO = TE Quá trình quang h p g m 3 giai đo n nh sauμ

10)Vi t bi u th c dUS và dGS v i giai đo n 1 theo TS, trong đó U và G là n i n ng và n ng l ng t do Gibbs, S là vi t t t c a sun (M t tr i)

Nh ng loài th c v t h u hi u c n 60 photon đ t ng h p 1 phân t glucose

11)Vi t bi u th c bi n thiên n i n ng c a M t tr i (∆U)S và c a PO, (∆U)PO, trong giai đo n (1) bi t b c sóng c a photon b h p th là

12)Xác đnh bi u th c bi n thiên entropy t ng trong giai đo n 1, (∆S)giai đo n1

Trong giai đoạn (2), PO sử dụng một phần năng lượng hấp thụ từ giai đoạn (1) và chuyển hóa nó thành năng lượng trong tổng hợp glucose Trong giai đoạn này, PO không trao đổi năng lượng với môi trường xung quanh.

13)Xác đnh bi n thiên entropy t ng trong giai đo n 2, (∆S)giai đo n2, theo ∆GPO.

Trong giai đo n (3), PO chuy n đ n Trái đ t ph n n ng l ng còn l i (không đ c s d ng trong t ng h p glucose)

14)Ch ng minh r ng ∆Sgiai đo n3 = 0

TS r t cao và 1/TS có th xem là x p x b ng 0

15)D i nh ng đi u ki n này, vi t bi u th c bi n thiên entropy toàn ph n c a s đ

2) M c gi m CO2 (theo ppm) = 2.56ã10 5 ppm

5) Bi n thiờn c ng đ dũng t o thành = 0.672ã10 -3 mA

11) (∆U)S = -60NAhc/ (∆U)PO = 60NAhc/ ho c (∆U) S = -60hc/ (∆U) PO = 60hc/

12)(∆S)giai đo n1 = 60NAhc/ (1/TPO - 1/TS )

Ho c (∆S)giai đo n1= 60hc/ (1/TPO - 1/TS)

14)Trong giai đo n 3, m t tr i không tham gia

∆UPO trong giai đo n 3 = (∆U PO trong giai đo n 1 - ∆U PO trong giai đo n 2) = n ng l ng truy n đ n Trái đ t

(∆UPO(giai đo n1) - ∆GPO)/ TPO là bi n thiên entropy c a PO

Bi n thiên entropy c a Trái đ t = - (∆UPO(giai đo n1) - ∆GPO)/ TE

C ng ∆SEvà ∆SPO và do TE = TPO ∆Sgiai đo n3 = 0

15)∆S(toàn ph n) = (60NAhc/ - ∆G PO )/TPO

Ho c ∆S(toàn ph n) = (60hc/ - ∆G PO )/TPO

Bi n thiên entropy

1) D đoán bi n thiên entropy c a các ph n ng sau:

2) D đoán d u ∆S 0 và sau đó d a vào PH L C đ tính ∆S 0 c a m i ph n ng sau:

3) Tính entropy các ph n ng sau:

Có ∆S 0 là -358 J/K S d ng d ki n PH L C, tính giá tr S 0 cu CF4(g) b) Ph n ng

Có ∆S 0 là -143 J/K S d ng d ki n PH L C, tính giá tr S 0 cu CS2(g)

1) Các ph n ng a, b làm gi m xác su t v trí, d n đ n bi n thiên entropy âm Còn các ph n ng c, d làm t ng xác su t v trí nên entropy d ng

2) a) Do có nhi u phân t khí c a ch t ph n ng h n s phân t khí c a s n ph m ( n = 2 - 3 <

0) nên S 0 âm b) Do n c a các khí d ng ( n = 3 - 2), nên S 0 d ng. c) Do n = 0 nên r t khó đ d đoán li u S 0 s âm hay d ng Hưy tính toán đ xác đnh:

T PH L C 4, hãy tính các giá tr ∆H 0 , ∆S 0 và ∆G 0 c a các ph n ng sau:

Có 2 cách đ tính bi n thiên n ng l ng t do Gibbs chu n:

Ho c s d ng các giá tr ∆Gf 0 trong b ng:

Quá trình Ostwald sản xuất nitric acid bao gồm ba giai đoạn chính: a) Đưa ra các điều kiện cho phản ứng, tính toán các thông số nhiệt động học như ∆H°, ∆S°, ∆G° và hằng số cân bằng K tại 298 K cho phản ứng trong quá trình Ostwald b) Tính toán hướng sự cân bằng của phản ứng ở nhiệt độ 825 °C, với giả thiết rằng ∆H° và ∆S° không phụ thuộc vào nhiệt độ c) Giải thích lý do tại sao phản ứng cần được tiến hành ở nhiệt độ cao.

H ng d n a) b) c) y là m t nguyên nhân đ ng h c: nhi t đ cao đ t ng t c đ ph n ng.

Kh n ng di n bi n c a ph n ng

Quá trình sinh hóa h c x y ra trong dung dch n c đ c bi u th b ng ph ng trình t ng quát:

G c a quỏ trỡnh (1) đ c tớnh theo bi u th c: G= G 0 + npHãRTãln10 (2) trong đó R là h ng s khí, T là nhi t đ

Th c nghi m cho bi t ph n ng: A → B + 2 H + (aq) (3) có G 0 = - 20.0 kJ/mol t i 28 o C Hãy tính Gc a ph n ng (3) pH = 3.529 và cho bi t ph n ng (3) có t x y ra hay không?

Xét quá trình: B + 2 H + (aq) → A (3’) Áp d ng (2) tính đ c G3 '= 60.67 kJ/mol

Vì (3) ng c v i (3’) nên G 3 = -60.67 kJ/mol  ph n ng (3) t x y ra

Bài 43: D đoán chi u h ng ph n ng

Cho các giá tr sau 298K:

CO2 (aq) H2O(l) NH3(aq) (H2N)2C=O(aq)

Bi t trong dung d ch urea ((H2N)2C=O) b th y phân theo ph n ng sau:

Để tính ∆G˚ và hằng số cân bằng của phản ứng (H2N)2C=O(aq) + H2O → 2NH3(aq) + CO2(aq) ở 298K, ta cần xác định các giá trị nhiệt động học của các chất tham gia Sau đó, kiểm tra xem phản ứng phân hủy urea có xảy ra tại 298K hay không bằng cách sử dụng nồng độ các chất: [(H2N)2C=O] = 1.0 M; [H2O] = 55.5 M; [CO2] = 0.1 M; [NH3] = 0.01 M Việc tính toán này sẽ giúp đánh giá khả năng xảy ra của phản ứng dưới điều kiện đã cho.

Do ∆G < 0 nên ph n ng th y phân urea s x y ra theo chi u thu n đi u ki n đang xét

1) D i đây là m t trong nh ng ph n ng phá h y t ng ozone khí quy n t ng cao:

S d ng d ki n PH L C, tính ∆G 0 và K c a ph n ng này

2) Hydrogen sulfide có th đ c lo i b kh i khí thiên nhiên b i ph n ng:

Tính ∆G 0 và K c a ph n ng này Ph n ng này thu n l i nhi t đ cao hay th p?

G 0 = H 0 - T S 0 ; do có s gi m s mol các h t khí, S 0 < 0 Do G 0 âm nên H 0 c ng ph i âm Ph n ng s t di n bi n nhi t đ th p

Bài 45: N ng l ng t do - S ph thu c áp su t

S d ng các d ki n t PH L C, tính ∆G c a ph n ng:

Bài 46: N ng l ng t do - S ph thu c áp su t

S d ng các d ki n t PH L C, tính ∆G c a ph n ng:

Tính ∆G v i ph n ng này d i các đi u ki n sau:

Giỏ tr c a ∆H 0 và ∆S 0 l n l t là -58.03 kJ/mol và -176.6 J/Kãmol Tớnh giỏ tr c a K 25.0 o C

Gi s r ng ∆H 0 và ∆S 0 không ph thu c vào nhi t đ , hưy c tính giá tr K 100.0 o C

N ng l ng t do t o thành chu n và enthalpy t o thành chu n 298 K c a difluoroacetylene (C2F2) và hexafluorobenzene (C6F6) đ c cho sau đâyμ

V i ph n ng sau: a) Tính ∆S 0 298 K b) Tính K 298 K c) c tính K 3000 K, gi s r ng ∆H 0 và ∆S 0 không ph thu c vào nhi t đ

H ng d n c Gi s r ng ∆H 0 và ∆S 0 không ph thu c vào nhi t đ

Bài 50: N ng l ng t do và h ng s cân b ng

D i đây là m t s giá tr enthalpy t o thành và entropy chu n (đ u 298 K):

Trong dung d ch, urea (H2N)2CO b thu phân theo ph n ng sau:

(H2N)2C=O(aq) + H2O(l) → 2NH3(aq) + CO2(aq) a) Tính G o và h ng s cân b ng c a ph n ng 298 K b) Cho bi t:

Ph n ng thu phân urea có t x y ra 298 K không

Do ∆G < 0 nên s th y phân urea s di n ra d i đi u ki n đư cho.

Phá h y b t t o màu

PbCO3và ZnO th ng đ c s d ng làm b t t o màu tr ng Tuy nhiên, các b t màu này có th b h h i b i H2S trong không khí do các ph n ng sau:

- áp su t khí quy n p = 1,000 atm;

- % th tích c a các khí và h i n c trong không khí l n l t là: N2 77,90 %; O2 20,70 %; CO2

Để tính G 0 cho hai phản ứng (1) và (2), cần xác định các thông số nhiệt động học liên quan Nồng độ tối đa của H2S trong không khí được tính bằng (g/m3) dựa trên các chất bẩn có mặt Trong môi trường ô nhiễm H2S, nên sử dụng PbCO3 hoặc ZnO làm chất bẩn trung gian, tùy thuộc vào tính chất hóa học của chúng Khi PbCO3 bị ô nhiễm và chuyển sang màu xám do sự hình thành PbS, người ta xử lý bằng dung dịch H2O2, và cần viết phương trình phản ứng xảy ra Cần chứng minh rằng, trong điều kiện nhiệt độ và áp suất, oxy trong không khí có thể oxi hóa PbS để tái tạo màu trắng Cuối cùng, cần giải thích lý do tại sao PbCO3 vẫn giữ màu xám do sự hình thành PbS sau một thời gian dài tiếp xúc với không khí.

H2S có thể gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con người Khi môi trường bị ô nhiễm H2S, các hợp chất như ZnO và PbCO3 sẽ bắt đầu phản ứng Mặc dù vậy, ZnO vẫn được sử dụng để tạo màu trắng do ZnS cũng có màu trắng Phản ứng hóa học giữa PbS và H2O2 dẫn đến sự hình thành PbSO4 và nước.

Phản ứng (4) có thể diễn ra trong không khí ở nhiệt độ 298 K Oxy trong không khí có thể tái tạo màu trắng bằng cách oxi hóa PbS thành PbSO4 Do tác dụng oxi hóa PbS bởi O2, xảy ra phản ứng rắn chắc.

Các hydrate của nitric acid đóng vai trò quan trọng trong việc xúc tác quá trình hình thành ozone ở Nam Cực Worsnop đã tiến hành nghiên cứu về sự tồn tại của mono-, di- và trihydrate của nitric acid Kết quả nghiên cứu cho thấy các thông số nhiệt độ đạt được là 220K.

HNO3.3H2O(r) phân hủy thành HNO3(k) và 3H2O(k) với nhiệt độ 190K, cần tính ∆rG° cho phản ứng này Giả sử rằng ∆rH° và ∆rS° không thay đổi theo nhiệt độ Để xác định hydrate nào sẽ bền vững ở 190K, cần xem xét áp suất của nước là 1.3×10^-7 bar và áp suất HNO3 là 4.1×10^-10 bar, trong khi áp suất tiêu chuẩn là 1 bar.

H ng d n a) Ta có bi u th c ∆G = ∆H - T∆S.

Do ∆H và ∆S không ph thu c nhi u vào nhi t đ nên l p bi u th c tính ∆S vào bi u th c

∆G190 s thu đ c bi u th c nh sauμ 190 220

 =   − +  Thay s vào bi u th c này thu đ c các k t qu l n l t cho monohydrate, dihydrate và trihydrate là 57.2; 85.6 và 112.8 kJ/mol b) Q = p(H2O) n p(HNO3), ∆rG = ∆rG o + RTlnQ

L p các giá tr tính đ c câu a vào bi u th c ∆ r G ta s thu đ c các k t qu l n l t cho monohydrate, dihydrate và trihydrate l n l t là: -2.0; 1.3 và 3.5 kJ/mol

Nh v y đi u ki n đa c c thì trihydrate s b n v ng nh t.

Ph thu c c a h ng s cân b ng vào nhi t đ

H ng s cân b ng v i m t quá trình gi t ng đ c xác đnh d ng hàm c a nhi t đ (theo thang Kelvin), v i các k t qu đ c bi u di n trong gi n đ d i đâyμ

T đ th này, xác đ nh các giá tr ∆H 0 và ∆S 0 c a quá trình Xác đ nh khác bi t chính trong đ th lnK-1/T c a m t quá trình thu nhi t v i m t quá trình t a nhi t

Hằng số cân bằng Kc của phản ứng được đo bằng nhiều nhiệt độ khác nhau (Kelvin), với giá trị Kc = 1.352 × 10^4 K tại nhiệt độ -14.51 Cần xác định các giá trị ∆H0 và ∆S0 của phản ứng này để hiểu rõ hơn về động học và nhiệt động lực học của nó.

1) Ph ng trình có d ng đ ng th ng (tuy n tính) (y = mx + b) th lnK-1/T s t o thành m t đ ng th ng v i đ d c (slope) = m = - H 0 /R và giao v i tr c y (y intercept) t i b = S 0 /R

Khi ∆H 0 d ng thì đ d c c a đ th lnK-1/T âm Khi ∆H 0 âm nh trong quá trình t a nhi t thì đ d c c a đ th lnK-1/T s d ng (đ d c = -∆H 0 /R)

Ph thu c c a h ng s cân b ng vào nhi t đ

D a vào các d ki n sau, hưy tính ∆H 0 và ∆S 0 c a ph n ng t phân li c a n c:

Ph ng trình có d ng đ ng th ng (tuy n tính) (y = mx + b) th lnK-1/T s t o thành m t đ ng th ng v i đ d c (slope) = m = - H 0 /R và giao v i tr c y (y intercept) t i b = S 0 /R

Ph ng trình ph thu c lnK-1/T:

Bài 55: ng h c và nhi t đ ng h c

Sulfuryl dichloride (SO2Cl2) là một hợp chất được sử dụng rộng rãi như tác nhân clo hóa và sulfonate hóa Chất này không màu, có mùi hăng và nhiệt độ sôi cao.

Khi đun nóng SO2Cl2 lên 70 °C, nó phân hủy thành SO2 và Cl2 Tại nhiệt độ trên 100 °C, phản ứng này diễn ra mạnh mẽ hơn Trong một bình kín chứa SO2Cl2, quá trình phân hủy được theo dõi bằng cách đo áp suất tại nhiệt độ 375 K Để chứng minh rằng sự phân hủy xảy ra qua phản ứng bậc 1, cần tính hằng số tốc độ của phản ứng này.

Khi ph n ng phân h y đ c ti n hành 112 o C (l i b t đ u v i p0 = 0.5 atm), áp su t t ng sau 1 gi là 0.78 atm b) Tính n ng l ng ho t hóa c a ph n ng phân h y

Trong tính toán sử dụng ΔH° và ΔS°, chúng ta thường giả định rằng các giá trị này không phụ thuộc vào nhiệt độ trong các khoảng không cách quá xa 298 K Các giá trị chuẩn của các chất phân tử A được sử dụng trong bài này Sử dụng phương trình Gibbs, tính ∆G cho phản ứng phân hủy ở 400 K, giả sử rằng ∆H và ∆S có cùng giá trị ở 298 K Cuối cùng, xác định Kp tại giá trị ∆G đã tính toán được.

Các thuộc tính trạng thái biến đổi theo nhiệt độ được mô tả bởi các phương trình nhất định Đặc biệt, tính ∆G của phản ứng phân hủy ở 400 K có thể được xác định thông qua các phương trình phù hợp Việc xác định Kp từ giá trị ∆G tính được là cần thiết để đánh giá tính hợp lý của hệ thống.

H ng d n a) V i ph n ng b c m t thì f(t) = ln(p(SO2Cl2)/p0) là hàm tuy n tính

Tr c tiên c n xác đnh p(SO2Cl2) (x):

Để tính toán các giá trị thermodynamic cho phản ứng V i Cl2O(g), trước tiên, sử dụng phương trình ∆G 0 = -RTlnK để xác định ∆G 0 của phản ứng Tiếp theo, áp dụng các giá trị năng lượng liên kết để tính ∆H 0 của phản ứng Sau đó, từ kết quả của hai bước trước, tính toán ∆S 0 của phản ứng Đồng thời, cần tính ∆Hf 0 và S 0 của HOCl(g) Tiếp theo, xác định giá trị K tại 500 K Cuối cùng, tính ∆G ở 25 độ C khi áp suất của H2O, Cl2O, HOCl lần lượt là 18, 2.0 và 0.10 torr.

2) Carbon monoxide r t đ c b i nó t o liên k t v i s t trong hemoglobin (Hb) m nh h n nhi u so v i O2 Xét các ph n ng sau, kèm bi n thiên n ng l ng t do chu n:

S d ng các giá tr này, hưy c tính giá tr h ng s cân b ng 25 o C cho ph n ng:

1) a) b) M i v c a ph n ng đ u có 2 liên k t H-O và 2 liên k t O-Cl C hai v có cùng s l ng và lo i liên k t nên có th gi đ nh r ng ∆H ≈ ∆H 0 ≈ 0. c) d) V i H2O(g) e) Gi s ∆H 0 và ∆S 0 không ph thu c vào nhi t đ T: f) g)

Chúng ta nên biểu diễn các áp suất riêng phần theo đơn vị atm Tuy nhiên, trong trường hợp này, các hệ số chuyển đổi 760 torr/atm sẽ bị triệt tiêu Do đó, có thể sử dụng các áp suất theo đơn vị torr cũng như atm một cách độc lập.

S d ng các giá tr cho sau đây, tính Ksp (h ng s tích s tan) c a Ba(NO3)2 - m t trong nh ng mu i nitrate ph bi n kém tan nh t

Glucose-6-phosphate đ ng phân hóa t o fructose-6-phosphate b c đ u tiên c a quá trình th y phân đ ng Enthalpy t do tiêu chu n c a ph n ng là t i 298 K

1) Tính h ng s cân b ng c a ph n ng và thành ph n c a h n h p cân b ng t i 25°C

2) Tính enthalpy t do c a ph n ng ph thu c vào t l fructose-6-phosphate trong h n h p ph n ng

Ph n ng trong pin

Pin galvanic được phát minh bởi A Volta vào năm 1800, dựa trên những thí nghiệm của L Galvani Từ đó, pin galvanic đã trở thành một phần quan trọng trong khoa học, công nghệ và đời sống hàng ngày.

Pin chứa các chất oxi hóa như iron(III) nitrate với nồng độ 0.01 M ở bên trái, trong khi bên phải là than chì kết hợp với iron(II) và (III) nitrate có nồng độ lần lượt là 0.05 M và 0.30 M Thể tích của mỗi ngăn trong pin là 1.

1) Xác đ nh đi n c c nào là cathode, đi n c c nào là anode Ch rõ các đi n c c này thu c lo i nào

3) Vi t các bán ph n ng m i đi n c c và ph n ng t ng

4) S d ng các thông tin v đ linh đ ng ion ( 0 ), ch n ra (các) h p ch t ion phù h p nh t làm c u mu i

T d ki n nhi t đ ng, bi t r ng entropy chu n c a Fe(s), Fe 2+ (aq), Fe 3+ (aq) 25 o C là 27.3, - 137.7 và -316.0 kJ/mol T ng nhi t đ thêm 20 o C s làm gi m h ng s cân b ng K 85 l n

Entropy chuẩn của ion có điện tích dương bằng 0 Nguyên nhân khiến entropy của ion có điện tích bằng 3 cao hơn nhiều so với ion có điện tích bằng 2 là do sự phức tạp trong cấu trúc của chúng Tính toán entropy, enthalpy và năng lượng Gibbs (25°C) của phản ứng tổng hợp là cần thiết, với ∆rH° và ∆rS° là các hằng số trong hệ thống nhiệt động học này Các giá trị cần sử dụng là R = 8.314 J/mol.K và F = 96485 C/mol (hằng số Faraday).

Trong quá trình oxi hóa, pin được cấu tạo với cực âm là anode và cực dương là cathode Ban đầu, kim loại sắt (Fe) và dung dịch chứa ion sắt (Fe 3+) được sử dụng, đây là điểm khởi đầu cho phản ứng Còn với graphite, nó không tham gia vào phản ứng mà chỉ đóng vai trò là chất dẫn điện.

Fe 3+ /Fe 2+ nên đây là đi n c c lo i 3

3) (A) Anode (oxid hóa)μ Fe Fe 3+ + 3e

(B) Cathode (kh hóa): Fe 3+ + e Fe 2+

(C) Ph n ng t ng: Fe + 2Fe 3+ 3Fe 2+

Vic mu i, thu n l i nh t l n nh t là sử dụng các muối có cation và anion có độ linh động cao, nhằm tạo ra một môi trường không có chất khuếch tán trong vùng biên của n a pin Các muối phù hợp nhất cho mục đích này là KNO3 và NH4NO3.

5) a) Ion là H + b) i n tích ion càng l n thì tr ng t nh đi n càng m nh, do đó các phân t dung môi g n ion càng s p x p t t c) Bi n thiên entropy c a ph n ng Fe + 2Fe 3+ 3Fe 2+

Hãy tính enthalpy ph n ng ∆rH 0 :

 =  −  = − −  Bài 60: ng c nhi t và pin nhiên li u

Các nguyên liệu thô hydrocarbon, đặc biệt là khí thiên nhiên, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho con người Turkmenistan là một trong những nhà xuất khẩu khí lớn nhất thế giới Việc sử dụng các hydrocarbon thu được có thể mang lại lợi ích cho cộng đồng thông qua hai phương pháp chính.

1) t cháy nhiên li u trong các đ ng c nhi t (Tε)ν 2) oxid hóa đi n hóa trong các pin nhiên li u (TW) đ chuy n hóa n ng c a nhiên li u n ng đi n n ng v i hi u su t cao

1) Vi t ph ng trình ph n ng đ t cháy methane trong oxygen d

Trong quá trình xảy ra trong tế bào nhiên liệu, oxy đóng vai trò là chất oxi hóa, trong khi methane là nhiên liệu Chất điện ly oxide rắn cung cấp các ion trong không gian liên kết giữa các điện cực Cụ thể, cần viết phương trình bán phản ứng cho điện cực cathode oxy, phương trình bán phản ứng giữa các ion H+ và O2- tại anode, và phương trình bán phản ứng oxi hóa methane tại anode.

Trong nghiên cứu về quá trình oxi hóa methane trong điều kiện nhiệt độ 900 °C, cần xác định số lượng electron tham gia vào phản ứng oxi hóa một phân tử CH4 Đồng thời, việc tính toán giá trị E0 (900 °C) cũng cần dựa trên biến thiên năng lượng tự do Gibbs ∆cG0 (900 °C).

Tính hiệu suất của quá trình đốt cháy methane trong buồng cháy của tuabin khí (TM) ở nhiệt độ 900°C và áp suất 500°C là rất quan trọng Hiệu suất tổng thể (Tε) của quá trình này phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ và áp suất Bên cạnh đó, cần xác định công thức và tính hiệu quả của quá trình oxi hóa methane trong tuabin khí (TW) để tối ưu hóa hiệu suất năng lượng.

5) a) Vi t các ph ng trình đ t cháy ethane, propane, butane trong oxygen d b) c tính ∆ c H (900 o C) c a propane t d ki n trong b ng sau ( 900 o C):

- Theo đ nh ngh a c a hi u su t: = (công t o ra) / (n ng l ng tiêu t n)

- nh lí Carnot (cho đ ng c nhi t lí t ng)μ = 1 - Tx / Tn, trong đó Tx là nhi t đ ngu n l nh, Tn là nhi t đ ngu n nóng (K)

Công hữu ích của một phản ứng hóa học được tính bằng công thức Wmax = -∆rG = nFE = -∆rH + T∆rS, trong đó n là số electron tham gia phản ứng, F là hằng số Faraday (96500 Coulomb/mol), E là suất điện động của phản ứng, và ∆rG là biến thiên năng lượng Gibbs.

- M i liên h gi a bi n thiên n i n ng và bi n thiên enthalpy trong m t quá trình b t kì làμ ∆rU

= ∆ r H - P∆V = ∆ r H - ∆ RT, trong đó ∆ là bi n thiên t ng s mol khí trong ph n ng

3) Theo ph ng trình ý 2c, s electron tham gia là 8

4) a) b) i v i m i ph n ng đi n hóa b t kì,  = = 

Chú ý r ng ∆ = 0 (ph n ng đ t cháy methane là ph n ng đ ng phân t ), ta tính đ c (TW) ∆cG/∆cH = 800.53/800.16 ≈ 1.0004 ho c 100 % Câu tr l i th t ngoài d đoán, có ph i v y không? (Hi u su t cao h n 100 %!)

Chu trình nhi t hóa h c c a ph n ng đ t cháy các hydrocarbon bao g m t nguyên t hóa các nguyên li u đ u và k t h p các nguyên t carbon và hydrogen v i oxygen đ t o thành CO2 và H2O S nguyên t hóa bao g m b gãy các liên k t C-C và C-H Chúng ta kí hi u enthalpy phá v liên k t C-C và C-H l n l t là x, y, thì thu đ c b ng giá tr sau:

B ng cách k t h p các giá tr Q, có th bi u di n Qx theo các giá tr enthalpy đ t cháy đư bi t theo nhi u cách (đ n v kJ/mol):

Giá tr trung bình: -2043.1 kJ/mol.

Quá trình lò cao

giai đo n cu i c a quá trình lò cao, gang đúc đ c t o thành theo các ph n ng:

Các giá tr biên thiên enthalpy t o thành chu n và entropy chu n c a các ch t trên 298.15 K đ c cho trong b ng sau:

Ch t FeO CO CO2 Fe C Fe3C

1) Xác đ nh l ng Fe3C (% kh i l ng và s mol) có trong gang đúc d ng h n h p eutetic c a

Fe3C và Fe, bi t r ng k t qu phân tích nguyên t cho th y % kh i l ng carbon là 4.2

2) Vi t các ph ng trình ph n ng di n ra giai đo n đ u c a quá trình lò cao, có s tham gia c a qu ng Fe2O3(s) và than c c C(s)

3) Tính n ng l ng t do Gibbs và h ng s cân b ng c a các ph n ng 1-3

4) Gi s H và S không ph thu c vào nhi t đ ph n ng, hưy c tính nhi t đ t di n bi n c a các ph n ng 1-3

5) Xỏc đnh giỏ tr nhi t đ T mà t i đú n ng đ CO2 trong khớ khớ th o là 1.05ã10 -2 % th tớch và áp su t t ng là 1 atm

6) Xác đ nh ph n ng chi m u th nhi t đ T Tính đ chuy n hoá c a FeO thành Fe ( ) c a ph n ng này, bi t: p(CO) + p(CO2) = 1 atm

7) D đoán s thay đ i đ chuy n hoá khi t ng nhi t đ

3) G o 1 = 31000 - 298ã23 = 24146 J; khụng cú h ng s cõn b ng Kp do ph n ng ch cú cỏc ch t r n

RT RT ln p(CO ) p CO 1.05 10 atm

7) Ph n ng (2) t a nhi t nên khi t ng nhi t đ thì đ chuy n hóa gi m (nguyên lí Le Chatelier).

Chuy n hóa gi a đ ng và oxide

Ng kim loại và các oxide của chúng (Cu2O, CuO) được sử dụng làm xúc tác cho nhiều phản ứng hóa học Bài viết này giải quyết các quá trình chuyển hóa giữa kim loại và các oxide của chúng Giả sử trong điều kiện nghiên cứu, ∆H o và ∆S o của các phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ.

4Fe3O4(r) + O2(k) 6Fe2O3(r) (6) a) Bi t t i 300 K và t i 1300 K, ∆G o c a ph n ng (1) l n l t là -300 kJ.mol -1 và -160 kJ.mol -1 ;

∆G° của phản ứng (2) là -260 kJ/mol và -80 kJ/mol Tính toán ∆H° và ∆S° cho các phản ứng (1) và (2) Tìm biểu thức liên hệ giữa nhiệt độ và phản ứng (3) Dựa vào tính toán, dự đoán sản phẩm thu được khi nung bột Cu ở 800 K trong không khí (20% O2, 80% N2) với áp suất 1 bar Chứng minh rằng trong khoảng nhiệt độ 300-1500 K, Cu, CuO và Cu2O không thay đổi trạng thái trong cùng một hỗn hợp Người ta có thể sử dụng H2 để khử CuO thành Cu Cho toàn bộ H2 vào bình chứa bột CuO ở 1150 K, biết phản ứng (4) có ∆G° = -490 + 0,1T (kJ/mol) Tính toán và lập luận để chỉ ra rằng H2 khử CuO thành Cu2O rồi tiếp tục khử Cu2O thành Cu Cho dòng khí gồm 1% CO và 99% CO2 đi qua bột CuO, biết phản ứng (5) có

Trong quá trình khử CuO thành Cu ở nhiệt độ từ 300 đến 1500 K, cần xem xét khả năng hình thành Cu từ CuO Để kiểm soát quá trình khử CuO thành Cu2O bằng H2, có thể thêm Fe2O3 vào hệ thống Để xác định nhiệt độ cần thiết cho quá trình khử Cu2O thành Cu, cần tìm hiểu thông tin về Fe2O3 Khi cho 0,3 mol CuO và 0,3 mol Fe2O3 vào một bình có thể tích 5,0 lít tại 1150 K, và sau đó cho H2 vào bình, cần tính toán áp suất trong bình (đơn vị bar) khi toàn bộ CuO đã chuyển hóa thành Cu2O.

Vì ∆H o và ∆S o không ph thu c vào nhi t đ nên

Ta có : = 0,2.1,0 = 0,2 bar đ đoán s n ph m thu đ c, ta xét ∆G c a ph n ng (1) và ph n ng (i)μ

∆G(1),800 > 1 ph n ng (iii) x y ra hoàn toàn.

Khi cho t t H2vào, đ u tiên x y ra ph n ng (iii), ph n ng này x y ra hoàn toàn Khi cho ti p

H2vào có th ti p t c x y ra ph n ng (iii) và ph n ng (iv).

CuO và Cu không thể chuyển hóa trực tiếp thành nhau, vì vậy khi còn CuO, không thể có Cu từ Cu2O Chỉ khi toàn bộ CuO được chuyển hóa hết thành Cu2O, quá trình này mới có thể xảy ra Do đó, cần xem xét phản ứng để xác định liệu CuO có thể biến thành Cu hay không.

Trong khoảng nhiệt độ 300-1500 K, phản ứng hóa học diễn ra theo chiều thuận khi ∆G(v) < 0 Do đó, trong khoảng này, dòng khí chứa 1% CO và λλ% CO2 luôn khử CuO thành Cu Ngoài ra, Fe2O3 cũng có thể được khử thành Cu2O và Cu trong quá trình phản ứng.

3Fe2O3(r) + 2Cu(r) 2Fe3O4(r) + Cu2O(r) (vi) di n ra theo chi u thu n, t c ∆G (vi) < 0

V y Fe2O3 c ch đ c s kh Cu2O thành Cu khi nhi t đ ph n ng l n h n 1014 K h) Khi có m t Fe2O3 và 1150 K (>1014 K) th t các ph n ng x y ra l n l t nh sau

K t thúc ph n ng (a), l ng khí (H 2 O(k)) sinh ra trong bình ph n ng là 0,15 mol

K t thúc ph n ng (b), t ng l ng khí (H2O(k)) sinh ra trong bình ph n ng là 0,15 + 0,1 0,25 mol

Sau giai đo n 2 s x y ra quá trình kh Cu2O v Cu Vì đ u bài yêu c u tính cho quá trình kh CuO v Cu2O nên ta ch xét giai đo n 1 và 2

Vì khí là lí t ng và b qua th tích pha r n nên áp su t t ng trong bình ph n ngμ Khi k t thúc giai đo n 1μ 1 nRT 0,15.8,3145.1150 3

Khi k t thúc giai đo n 2μ 2 3 nRT 0,25.8,3145.1150

V y khi toàn b CuO b kh thành Cu2O 1150 K, áp su t trong bình ph n ng n m trong kho ng 2,868 bar P 4,781 bar

Cân b ng hóa h c

Thêm 0.49 mol NO2 vào bình ch a 0.720 mol SO2 và 0.710 mol SO3 thì cân b ng sau đ c thi t l p: SO2(g) + NO2(g) SO3(g) + NO(g)

T i cân b ng, bình ch a có 0.390 mol NO(g)

1) Tính h ng s cân b ng nhi t đ ti n hành ph n ng

Thêm 1.000 mol SO2(g) vào cùng nhi t đ

2) Tính s mol m i khí có trong bình sau khi đ t t i cân b ng m i

Cân b ng hóa h c

nhi t đ r t cao, phân t H2 b phân li thành các nguyên t H ng s cân b ng c a ph n ng:

Áp suất riêng phân tử của hydrogen trong cân bằng ở điều kiện 2H 3000K được xác định là Kp = 2.51 × 10^-2 bar Để tính áp suất riêng phân tử của hydrogen, cần sử dụng áp suất tổng p = 980 hPa Tiếp theo, khối lượng riêng của khí hydrogen trong điều kiện này sẽ được tính bằng đơn vị kg/m³.

1 mol h n h p ch a 0,145/0.98 mol H và 0.835/0.98 mol H2 Kh i l ng mol trung bình là

Cân b ng hóa h c

Haber là một trong những nhà hóa học quan trọng trong việc nghiên cứu phản ứng tổng hợp ammonia từ khí hydrogen và nitrogen Trong thí nghiệm 1 (TN1) ở nhiệt độ 472 °C, Haber đã thu được nồng độ [H2] 0.1207M, [N2] 0.0402M và [NH3] 0.00272M khi phản ứng đạt đến cân bằng Trong thí nghiệm 2 (TN2) ở 500 °C, áp suất riêng phần tại cân bằng được ghi nhận là 0.733 atm cho H2, 0.527 atm cho N2 và 1.73 × 10^-3 atm cho NH3.

1 Ph n ng: 3H2(k) + N2(k) 2NH3 (k) t a nhi t hay thu nhi t? T i sao?

2 N u trong TN1, sau khi đ t t i cân b ng hóa h c, th tích bình ph n ng b gi m m t n a thì s di n ra quá trình gì? T i sao?

=  = 1.44ã10 -5 < 2.81ã10 -5 Nhi t đ t ng, Kp gi m  ph n ng t a nhi t (theo nguyên lí c a Le Chatelier)

2 Khi V gi m m t n a  n ng đ t ng 2 l n  Qc 2 3

Kc  cân b ng hoá h c chuy n d i sang ph i đ Qct ng t i Kc.

Cân b ng dimer hóa

Methane acid có khả năng tạo thành dimer trong pha khí thông qua các liên kết hydrogen Ở áp suất 0.145 atm và nhiệt độ 298 K, tỷ lệ dimer chiếm 94.0% Khi nhiệt độ tăng lên 318 K, hằng số cân bằng đạt giá trị 105 Công thức G = H - T S = -RTlnKp, với R = 8.314 J/(mol K), mô tả mối quan hệ giữa năng lượng tự do Gibbs, enthalpy và entropy trong quá trình này.

1) Vi t ph ng trình ph n ng dimer hoá Vi t bi u th c và tính Kp 298 K

2) Tính bi n thiên entropy và enthalpy, gi s r ng H và S không ph thu c vào nhi t đ

3) Vi c t ng (i) áp su t và (ii) nhi t đ s nh h ng nh th nào đ n cân b ng c a ph n ng dimer hoá

3) i) t ng kh n ng dimer hoá. ii) t ng kh n ng monomer hoá.

Cân b ng hóa h c

Nitrosyl chloride (NOCl) là một khí màu vàng, dễ bay hơi và có khả năng sản sinh ra các sản phẩm phân hủy độc hại Chất này có tính ăn mòn và gây kích thích cho đường hô hấp Khi được đun nóng, NOCl phân hủy theo phản ứng hóa học: 2NOCl → 2NO + Cl2.

Bi n thiên enthalpy (∆H) t o thành 1 mol Cl2 b i s phân h y NOCl là 75.3 kJ (trong kho ng t

100 K đ n 600 K) Các giá tr entropy chu n (S 0 298) c a các ti u phân đ c cho d i đâyμ

1) Tính Kp c a ph n ng phân h y trên 298 K

2) Tính nhi t đ t i đó Kp s g p đôi giá tr 298 K

3) Tính nhi t đ mà ph n ng s b t đ u t di n bi n

4) L y m t h n h p khí NO, Cl2, NOCl - v i áp su t riêng ph n (theo bar) l n l t là 1.5, 0.88 và 0.065 - 475 K Hãy d đoán li u ph n ng có d n đ n s t ng n ng đ NOCl không?

4) Ph n ng s di n ra chi u t o thành NOCl

Bài 67B: Cân b ng hóa h c a) i v i ph n ng thu n ngh ch pha khí 2 SO2 + O2 2 SO3

Ng i ta cho vào bình kín th tích không đ i 3,0 lít m t h n h p g m 0.20 mol SO3 và 0.15 mol

Để tính tỉ lệ oxy trong hỗn hợp cân bằng hóa học (cbhh) ở nhiệt độ 25 °C và áp suất 3.20 atm, cần xác định số mol của các chất tham gia phản ứng Khi cho 0.105 mol khí SO3 vào bình ở cùng điều kiện, ta sẽ tính toán tỉ lệ SO3 bị phân hủy và thành phần của hỗn hợp khí Cuối cùng, áp suất tổng của hỗn hợp khí cũng sẽ được xác định dựa trên các thông số đã cho.

H ng d n a) Xét 2 SO2 + O2 2 SO3 (1) ban đ u 0.15 0.20 lúc cbhh ( 0.15 + 2z) z (0.20 – 2z)

T ng s mol khí lúc cbhh là n1 = 0.15 + 2z + z + 0.20 – 2z = 0.35 + z

T pt tr ng thái: P1V = n1RT n1 = P1V / RT = 3.2.3/0.082.298 0.393 z = 0.043

V y x O 2 = z / n1 = 0.043/ 0.393 = 0.1094 hay trong hh cb oxi chi m 10.94% b) 2 SO2 + O2 2 SO3 (2) ban đ u 0 0 y lúc cbhh 2 0.105 0.105 (y – 2 0.105)

Tr ng thái cbhh đ c xét đ i v i (1) và (2) nh nhau v T (và cùng V) nên ta có

Theo (1) ta có n 2 SO 3 / (n 2 SO 2 n O 2 ) = ( 0.20 – 2 0.043) 2 / (0,15 + 0.086) 2 0.043 = 5.43

Theo (2) ta có n 2 SO 3 / (n 2 SO 2 n O 2 ) = (y – 0.21) 2 / (0.21) 2 0.105 = 5.43 T đó có ph ng trình y 2 – 0.42 y + 0.019 = 0 Gi i pt này ta đ c y1 = 0.369; y2 = 0.0515 < 0.105

Do đó ban đ u có y = 0.369 mol SO3; phân li 0.21 mol nên t l SO 3 phân li là 56.91%

T i cbhht ng s mol khí là 0.36λ + 0, 105 = 0.474 nênμ

T pt tr ng thái: P2V = n2RT P2 = n2RT/ V = 0.474.0,082.2λ8/3 P 2 = 3.86 atm.

Cân b ng hóa h c trong bình kín

chu n b cho m t thí nghi m, m t c u sinh viên đư l y 2 bình A và B đ c đ y kín b i piston

Bình A ch a h n h p CO2 và H2 v i t l mol 1:1 Bình B ch a propane C hai bình đ c nung nóng đ n 527 o C áp su t không đ i Các h cân b ng đ c bi u di n nh sauμ

Các h ng s cân b ng đ c áp d ng v i các n ng đ 527 o C

Sinh viên nhận thấy rằng áp suất cân bằng trong hai bình chứa khí là 527 oC Phần trăm thể tích propane (V/V) trong bình B là 80% a) Cần tính nồng độ cân bằng của các thành phần trong bình B và áp suất cân bằng tổng b) Tiếp theo, tính nồng độ cân bằng của các thành phần trong bình A.

Trong ph n 2 c a thí nghi m, c u sinh viên đư s d ng các poston đ gi m th tích c a m i bình xu ng còn m t n a so v i ban đ u nhi t đ không đ i c) Tính áp su t cân b ng t ng trong m i bình

Cân b ng hóa h c

Để nghiên cứu phản ứng dehydrogen hóa ethane, cần thực hiện các bước sau: a) Viết phương trình phản ứng dehydrogen hóa ethene b) Tính Kp của phản ứng tại 900 K c) Xác định ∆H° của phản ứng hydrogen hóa ethene tại 900 K d) Tính thành phần (% theo thể tích) của hỗn hợp phản ứng trong cân bằng trên xúc tác hydrogen hóa tại 900 K với áp suất tổng trong cân bằng là 1020 hPa.

Khi không có giới hạn ý nghĩa, hãy lấy Kp = 50.0 x 10^3 Để tìm giá trị Kp tại 600 K, cần lưu ý rằng enthalpy và entropy không phụ thuộc vào nhiệt độ Nếu không có giới hạn ý nghĩa, sử dụng |∆H 0| = 150 kJ/mol Cuối cùng, so sánh Kp tại 600 K và 900 K để chỉ ra sự khác biệt.

Phản ứng dehydrogen hóa thu nhiệt sẽ thay đổi cân bằng khi nhiệt độ giảm từ 900 K xuống 600 K Theo nguyên lý Le Chatelier, cân bằng sẽ dịch chuyển sang bên trái, dẫn đến sự giảm nồng độ của sản phẩm.

Cân b ng hóa h c

nhi t đ cao, m t l ng nh carbon dioxide phân h y thành carbon monoxide và oxygen

Ph n CO2 phõn h y ỏp su t khụng đ i 1013 hPa bi n đ i theo nhi t đ : 1000 K là 2.0ã10 -7 và

Ở nhiệt độ 1400 K và áp suất 1.3 × 10⁻⁴ Pa, giá trị chuẩn được xác định là p_standard = 1.013 × 10⁵ Pa a) Viết phương trình phản ứng nhiệt phân b) Tính các giá trị Kp(1000), G°(1000), H°(1000) và S°(1000), với giả định rằng các enthalpy phản ứng trong khoảng nhiệt độ này là hằng số c) Phản ứng phân hủy carbon dioxide sẽ thay đổi như thế nào nếu áp suất giảm xuống còn 101.3 hPa? Kết quả phải được xác thực bằng các tính toán cho phản ứng ở 1000 K.

H ng d n c) Do s h t t ng lên trong ph n ng nên b n có th suy lu n r ng các s n ph m đ c u tiên t o thành và l ng carbon dioxide phân h y s t ng

N u ph n phân h y (2∙10 -7 ) v n không đ i, ta có:

Giá tr này nh h n 10 l n giá tr Kp(1000) đ t đ c cân b ng, t s c n t ng và m u s c n gi m i u này ch x y ra n u t ng ph n phân h y: x  4.308∙10 -7 > 2∙10 -7

Cân b ng hóa h c

(Gi s r ng trong toàn bài, áp su t chu n là 1,013∙10 5 Pa.)

Trong m t h mà cân b ng 3H2 + N2 2NH3 đ c thi t l p 400 K, áp su t riêng ph n c a các thành ph n đ c xác đnh là: p(H2) = 0.376 bar; p(N2) = 0.125 bar; p(NH3) = 0.499 bar a) Tính h ng s cân b ng Kp và G 0

N u cân b ng trong h b nhi u lo n, nó có th thi t l p l i B n có th tính “l c d n đ ng” G theo công th c:

Nhìn vào d u c a G b n có th nh n th y r ng trong đó chi u chuy n d ch c a ph n ng Có

500 mol hydrogen trong m t h v i áp su t riêng ph n đ c cho trên b) Tính s mol N2 và NH3 trong h

Thêm 10 mol hydrogen vào h - không thay đ i nhi t đ và áp su t - d n đ n cân b ng b nhi u lo n c) Tính G c a ph n ng di n ra và xác đnh chi u chuy n d ch c a h , s d ng d u c a G

Trong một hệ H2/N2/NH3 cân bằng ở 410 K và áp suất 1 bar, giá trị Kp được xác định là 36.79 bar^-2 Hệ này ban đầu có 100 mol H2, 500 mol N2 và 175 mol NH3 Sau khi thêm 10 mol N2, nhiệt độ và áp suất vẫn được giữ nguyên Dự đoán chiều chuyển dịch của hệ mà không cần tính toán, sau đó chứng minh bằng tính toán xem dự đoán là đúng hay sai.

H ng d n c) Do vi c thêm hydrogen vào làm t t c các áp su t riêng ph n thay đ i Áp su t t ng m i là

Theo nguyên lý Le Chatelier, việc thêm N2 vào phản ứng sẽ làm tăng sản phẩm NH3 Tuy nhiên, trong trường hợp này, nguyên lý này không cho phép xác định chính xác chiều phản ứng do ba giá trị áp suất riêng phần ban đầu thay đổi.

Do t s quá cao, h s ph n ng theo chi u đ t o thành N2 và H2, ngh a là chuy n d ch sang trái B n c ng s thu đ c cùng k t qu n u tính Gμ

Cân b ng hóa h c

Khí nhà kính CO2 có th đ c chuy n thành CO(g) b i ph n ng:

CO2(g) + H2(g) CO(g) + H 2 O(g) (ph n ng khí n c)

1) Tính ∆G v i ph n ng 1000 K (∆H 1000 K = 35040 J mol -1 , ∆S 1000 K = 32.11 J mol -1 K -1 )

2) Tính các h ng s Kp và Kc v i ph n ng khí n c 100 K Chú ý: Xem các khí là khí lí t ng

3) M t h n h p khí ch a 35 % th tích H2, 45 % CO, 20 % H2O đ c đun nóng t i 1000 K Xác đnh thành ph n h n h p khi cân b ng

4) Tính ∆H 1400, s d ng d ki n v i 1000 K, gi s r ng các giá tr C 0 p v n là h ng s trong kho ng nhi t đ này

5) D a vào ý 4, hưy xác đnh phát bi u đúngμ

A Kp s t ng khi nhi t đ t ng

B Kp s không thay đ i theo nhi t đ

C Kp s gi m khi nhi t đ t ng

Cân b ng hóa h c

H ng s cân b ng Kp c a ph n ng 2I(k)蓋 I2(k) ph thu c nhi t đ t 298 - 1000 K đ c cho bi u th c sau: lgKp = -3.815 + 7823/T - 0.5lgT (đ n v áp su t là bar)

1 Hưy đ a ra bi u th c cho th y s ph thu c ∆H vào nhi t đ , và t đó tính giá tr này 300,

700 và 1000 K Rút ra k t lu n v s ph thu c c a enthalpy vào nhi t đ

2 Xác đnh chi u chuy n d ch cân b ng khi t ng nhi t đ và t ng áp su t

3 Tính n ng đ c a iodine nguyên t (nguyên t /L) trong m t bình kín th tích 2L 300 K n u trong bình có s n iodine r n (Áp su t cân b ng c a iodine h i so v i iodine r n trong đi u ki n đang xét là 4.04 10 -4 bar)

4 Tính đ phân ly c a iodine phân t 1000K n u áp su t chung c a h là 2 bar và 100 bar

Do lnKp = 2.303lgKp nên ta có:

300K, 700K và 1000K các giá tr ∆H o l n l t là -151.0 kJ; -152.6 kJ; -153.9 kJ

Khi t ng nhi t đ thì nhi t c a ph n ng thu nhi t t ng nh

Biểu thức dlnKp/dT mang giá trị âm cho thấy khi nhiệt độ tăng, áp suất cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều giảm giá trị của sản phẩm Nguyên lý chuyển dịch cân bằng δe Chartelier chỉ ra rằng sự thay đổi áp suất cân bằng sẽ dẫn đến sự chuyển dịch theo hướng giảm áp suất.

Bi n đ i ph ng trình khí lý t ng v d ng:

4 G i  là đ phân ly c a h i iodine ta có bi u th c

V i Kp * = 1/Kp , 1000K giá tr này là 0.0031

T đó tính đ c 2 bar = 1.97% và 100 bar = 0.28%

Khi t ng áp su t, cân b ng d ch chuy n theo chi u ngh ch.

S d ng hydrogen làm nhiên li u (2)- H ng s cân b ng

M t ph ng pháp đ s n xu t hydrogen quy mô công nghi p là dùng ph n ng c a methane v i h i n c quá nhi t 1100 K đ t o thành hydrogen và carbon monoxide Ph n ng này đ c g i là “reforming h i n c”

1) Vi t ph ng trình ph n ng reforming h i n c c a methane

2) KP c a ph n ng reforming 1100 K là 28.6 Khi 1 kmol methane và 1 kmol h i n c ph n ng 1100 K, tính ph n tr m methane chuy n hóa t i cân b ng khi áp su t t ng ban đ u là 1.6 bar

Trong m t thí nghi m khác, 1.0 kmol CH4 và 1.0 mol H2O đ c cho vào m t bình kín 400 K và 1.6 bar Nhi t đ đ c t ng lên 1100 K

3) Tính áp su t trong bình 1100 K và % chuy n hóa c a methane

3) Áp su t t ng 1100 K = 6.550 bar chuy n hóa (methane)  49 %

Hydrogen t methanol và methanol t hydrogen

Ngày nay, việc tìm kiếm các phương án tiết kiệm và hiệu quả kinh tế trong lưu trữ hydrogen đang trở thành một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng Đây được coi là "Chén thánh" của các nhà nghiên cứu, với nhiều thí nghiệm được tiến hành trên toàn thế giới Các nguồn lưu trữ tiềm năng có thể cung cấp hydrogen để chuyển đổi thành năng lượng, chẳng hạn như pin nhiên liệu, được sử dụng trong các chiếc ô tô thân thiện với môi trường.

Trong nghiên cứu về giải pháp lưu trữ hydrogen, quá trình chuyển đổi methanol thành hydrogen qua phản ứng xúc tác được xem xét, cụ thể là phản ứng CH3OH(g) + H2O(g) → 3H2(g) + CO2(g) Khi 1.00 mol methanol phản ứng với 1.00 mol nước, enthalpy của phản ứng và năng lượng tự do Gibbs được xác định là một yếu tố quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của quá trình này.

H 0 r (374K) = +53 kJ mol -1 và G 0 r (374K) = -17 kJ mol -1 cho phản ứng methanol với nước ở nhiệt độ 374 K Bình phản ứng được thiết kế để duy trì áp suất không đổi ở 1000 hPa a) Tính hằng số cân bằng của phản ứng methanol ở nhiệt độ 374 K b) Tính phần trăm methanol sẽ chuyển hóa thành hydrogen khi phản ứng đạt cân bằng c) Trong thí nghiệm khác, với 1.00 mol methanol, 1.00 mol nước và 20.00 mol nitrogen, tính phần trăm methanol phân hủy thành hydrogen khi phản ứng đạt cân bằng d) Phản ứng giữa methanol và nước là phản ứng thu nhiệt; tính phần trăm hydrogen bị oxi hóa thành nước khi 1.00 mol oxygen phản ứng với 2.00 mol hydrogen, với enthalpy phản ứng và năng lượng tự do Gibbs là H 0 r(374K) = -485 kJ mol -1 và G 0 r(374K) = -450 kJ mol -1.

Trong một số phép đo, có sử dụng các hợp chất chứa deuterium Một hợp chất CO2 và hydrogen được làm giàu bằng deuterium để tổng hợp methanol Các phép đo được tiến hành bằng cách phân tích mẫu, cho thấy rằng số lượng phân tử methanol chứa 3 nguyên tử deuterium và 1 nguyên tử hydrogen nhiều gấp 1.55 lần số lượng phân tử methanol chứa 2 nguyên tử deuterium và 2 nguyên tử hydrogen Cần tính phần trăm deuterium (theo phần trăm số nguyên tử) trong mẫu hydrogen Trong các tính toán, hằng số khí được xem là R = 8.314 J/(mol·K).

K = 2.37 × 10² Trong bình phản ứng, số mol CO2, H2, CH3OH, H2O lần lượt là x, 3x, (1-x) và (1-x) Tổng số mol khí trong bình là 2 + 2x Do áp suất tổng bằng áp suất chuẩn (1000 hPa), áp suất riêng phần của mỗi hợp chất được tính bằng áp suất chuẩn nhân với phân mol Trước tiên, ta viết phương trình tính hàng số cân bằng và các biểu thức phù hợp của áp suất riêng phần vào.

Ch nghi m d ng có ý ngh a v t lí:

Trong quá trình phân hủy methanol, ta có x = 0.λ25, tương đương với λ2.5% methanol được chuyển hóa thành hydrogen Số mol của các chất trong bình phản ứng là 22 + 2x thay vì 2 + 2x Phương trình nhận được là x = 0.λ86, có nghĩa là trong điều kiện đã cho, có λ8.6% methanol được chuyển hóa thành hydrogen Từ 3 mol hydrogen thu được, cần tiêu thụ 53 kJ nhiệt Nhiệt này có thể tạo ra 0.22 mol hydrogen từ quá trình oxi hóa 53/(0.5糾485) Do đó, tỷ lệ hydrogen tạo thành từ quá trình oxi hóa là (0.22/3)糾100% = 7.3%, cho thấy hiệu ứng nhiệt tĩnh bằng 0.

Hàm lượng deuterium (ký hiệu t x) trong mẫu hydrogen được xác định thông qua tỷ lệ phần trăm nguyên tử Đối với phân tử methanol chứa 3 nguyên tử deuterium và 1 nguyên tử hydrogen, xác suất để nguyên tử hydrogen nằm ở một trong bốn vị trí có thể là [(100-x)/100] 糾 [x/100] 3 Do đó, công thức tính xác suất cho phân tử methanol này sẽ là: [(100-x)/100] 糾 [x/100] 3 糾 4 糾 100%.

2 nguyên t deuterium (ho c hydrogen nh ) có th chi m 6 c p v trí khác nhau (1-2, 1-3, 1-4, 2-

3, 2-4, 3-4) Ph n tr m methanol v i 2 nguyên t deuterium và 2 nguyên t hydrogen nh là: [(100-x)/100] 2 糾[x/100] 2 糾6糾100%

Ta có t l : x = 6λ.λ, ngh a là có 6λ.λ % deuterium trong m u hydrogen ban đ u.

Cân b ng hóa h c

Ng tiêm ch a h n h p NO2 và N2O4 là một trong những công cụ thí nghiệm kinh điển trong chương trình hóa học phổ thông Trung Quốc Các lý thuyết và quan sát cho thấy thể tích của hỗn hợp khí giảm một nửa khi nhiệt độ tăng từ 288 K đến 311 K Hằng số cân bằng Kp của phản ứng N2O4(g) ⇌ 2NO2(g) tại nhiệt độ này lần lượt là 0.141 và 0.363.

1) N ng đ NO2đư t ng lên bao nhiêu l n sau khi b nén?

2) Các thí nghi m đ ng h c cho th y h n h p trên có th đ t t i cân b ng hóa h c ch sau vào micro-giây Khi đ h n h p khí nhi t đ phòng thì màu s c thay đ i nh th nào?

1) (1) cân b ng 298 K (V1, T1), áp su t riêng ph n c a N2O4(g) và NO2(g) là p1 và p2 p1 + p2 = 1atm (a)

Gi i h ph ng trình (a), (b)μ p1 = 0.688 atm p2 = 0.312 atm

Theo ph ng trình tr ng thái khí lí t ng: pT1 V1/ T1 = pT2 V2/ T2, ta có: pT2 = 2.087 atm, áp su t riêng ph n N2O4(g) là p1 = 1.436 atm, NO2 là p2 = 0.651 atm

Cân b ng s chuy n d ch, áp su t riêng ph n c a N2O4(g) gi m x (atm), NO2 gi m 2x (atm)

KP(311K) = [(p2 +2x)/p o ] 2 /[(p1-x)/p o ] = 0.363 (c) x = 0.0317 atm Áp su t riêng ph n khi cân b ng c a N2O4(g) là p1(311K) = 1.404 atm NO2 là p2(311K) 0.714 atm

T l n ng đ b ng t l áp su t riêng ph n, do đóμ p2(311K)/ p2(298K) = 0.714/0.312 = 2.29

2) Màu s c nh t d n, cho đ n khi m t màu hoàn toàn.

Cân b ng hóa h c

Phản ứng chuyển hóa giữa N2 và O2 để tạo ra 2NO2 là một ví dụ về cân bằng hóa học có thể tuân theo luật nhiệt động lực học Hệ thống cân bằng với hằng số Kp là 0.100 tại 315 K và 0.400 tại nhiệt độ 2λ5 K Để xác định lượng khí cần thiết trong một bình chứa có piston, cần duy trì áp suất tĩnh của hệ thống là 1 bar (tương đương 100 kPa) trong quá trình chuyển động của piston.

1) Tính áp su t riêng ph n c a N 2 O4 và NO2khi h đ t cânb ng 2λ5 K

2) T ng nhi t đ lên 315 K Tính áp su t riêng ph n c a N2O4 và NO2 khi h đ t cân b ng

3) Tính t l th tích và t l s mol c a hai h 2λ5 K và 315 K

4) V n gi nguyên đi u ki n đ ng áp, ti p t c t ng nhi t đ thì áp su t riêng ph n c c đ i (v lí thuy t, b qua các ph n ng khác) c a NO2có th đ t t i là bao nhiêu?

Cân b ng phase khí

Các ch t khí A2 và B2đ c tr n v i nhau theo T l mol là 2:1 trong bình kín t i nhi t đ T1 Khi cân b ng A2(k) + B2(k)  2AB(k) đ c thi t l p thì s phân t d h ch trong pha khí b ng v i t ng s phân t đ ng h ch

1 Xác đnh h ng s cân b ng K1 cho cân b ng trên?

2 Xác đ nh T l c a s phân t d h ch và đ ng h ch khi h cân b ng n u l ng ch t ban đ u đ c tr n theo T l 1:1 v s mol t i nhi t đ T1

Để đạt được sự cân bằng thu được trong hệ thống ban đầu với A2:B2 = 2μ1, cần xác định lượng chất B2 cần thêm vào bình để đạt được lượng A2 và AB khi cân bằng với nhiệt độ T1 Lượng chất cần thêm sẽ được tính theo phần trăm so với lượng ban đầu, đồng thời đảm bảo rằng hệ thống đạt được trạng thái cân bằng ổn định.

Xem xét hiệu suất phản ứng (η) được tính bằng tỷ lệ giữa số mol sản phẩm thu được (ncb(AB)) và số mol tối đa có thể đạt được (nmax(AB)) Để xác định hàm của Tỉ lệ mol ban đầu (A2:B2) theo tỷ lệ 1:1, cần thực hiện một số bước định tính mà không yêu cầu tính toán cân bằng chính xác cho các câu hỏi 4, 5, 6.

T i x b ng bao nhiêu thì hi u su t đ t c c tr (c c đ i hay c c ti u)

5 Hi u su t đ t bao nhiêu khi a) x → ; b) x → 0

Xét T l bi n đ i A2:B2 = x:1 đi u ki n đ ng áp (áp su t t ng c ng h gi không đ i)

7 T i giá tr nào c a x thì l ng AB cân b ng đ t c c?

T l c a các phân t d h ch và đ ng h ch:

3 H ng s cân b ng m i K2 = K1/2 = 3,6 δ ng cân b ng: x = 0,25 mol = 25% l ng ban đ u c a B2đ c thêm vào

Xem xét hai hàm hợp ban đầu: A2:B2 = x:1 và A2:B2 = 1/x:1 = 1:x cho thấy rằng cả hai trường hợp đều cân bằng khi đạt được cùng một hiệu suất, do đó (x) = (1/x) Giá trị x = 1 là đặc biệt cho các hàm này Để chứng minh điều này, ta xem xét sự đồng nhất khi gần giá trị x = 1 Nếu (x) tăng lên hoặc giảm xuống tại x = 1, thì ở hai phía của x = 1 sẽ có sự đồng nhất Do đó, (x) = const (nó là sự vô nghĩa hóa hợp lý), hoặc x = 1 là điểm cực trị.

5 a) T i x → là l ng vô cùng l n c a A2 s g n nh chuy n d ch cân b ng hoàn toàn A2 + B2

= 2AB sang ph i, và g n nh toàn b l ng B2 s chuy n thành AB, hi u su t đ t t i 1, (x →)

→ 1 b) T i x → 0 (1/x →) tr v tr ng h p a) n u ta hoán đ i A2 và B2, nó có ngh a là (x →0) →

6 T câu h i 5, cho phép ta k t lu n t i x = 1 thì hàm (x) có giá tr c c ti u, b i vì x = 0 ho c x

=  thì giá tr hàm đ t c c đ i, giá tr là 1 M t cách đ nh tính, đ th đ c ch ra d i đâyμ

7 Gi s r ng t ng s mol c a A2 và B2 b ng 1, và T l mol c a A2:B2= x μ1 Khi đó, l ng đ u c a các ch t tham gia ph n ng là n(A2) = x/(x+1); n(B2) = 1/(x+1) i t vai trò nh nhau gi a

A2 và B2, khi cân b ng thì l ng AB s gi ng nhau có T l x và 1/x, đó đó x = 1 t ng ng đi m c c tr (c c đ i hay c c ti u), neq(AB)

N u x là r t l n (nh ) thì l ng ban đ u B2 (A2) s là r t nh và do đó s là neq(AB) Vì v y, l ng l n nh t c a AB s đ t đ c t i A2:B2 = 1:1 Tính toán cân b ng cho tr ng h p này nh sau:

Cân b ng trong máu

Trong quá trình hô hấp, sự trao đổi khí diễn ra liên tục Khi nghỉ ngơi, một người thường hít vào khoảng 500 ml không khí, trong đó có 78% nitơ, 21% oxy và 1% các khí khác, với tần số 15 nhịp mỗi phút Để tính khối lượng oxy được tiêu thụ trong phổi trong 1 phút (với p = 1.000 bar, nhiệt độ 37 độ C), cần xem không khí như là khí lý tưởng Khi nói về một khí lý tưởng, bạn đang đề cập đến các tính chất lý tưởng của khí, trong đó áp suất, thể tích và nhiệt độ liên quan theo các quy luật của khí lý tưởng.

1 phân t hemoglobin có th v n chuy n 4 phân t oxygen Theo Hill, s phân li c a Hb di n ra theo ph ng trình sauμ

Trong tr ng h p hemoglobin, h s Hill có giá tr 2.80 bưo hoà th hi n ph n tâm b chi m b i oxygen và đ c đ nh ngh a b i bi u th c:

Trong máu c a t nh m ch (tr c khi vào ph i) p(O2) = 0.0533 bar, trong máu c a đ ng m ch sau khi r i ph i, p(O2) = 0.133 bar c) Tính đ bão hoà c a hemoglobin trong máu c a đ ng m ch và t nh m ch

1 lít máu chứa 150 g hemoglobin, với khối lượng mol của hemoglobin là 64500 g/mol Để tính thể tích O2 có thể được hòa tan trong 1 lít máu ở điều kiện thân nhiệt 37 độ C và áp suất 1 bar, cần áp dụng các phương pháp tính toán phù hợp Ngoài ra, việc tính phần trăm oxygen được giải phóng trong máu cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét.

Mỗi ngày, cơ thể cần khoảng 8000 kJ năng lượng Trong quá trình oxi hóa sinh học của chất béo, có khoảng 400 kJ năng lượng được giải phóng cho mỗi mol oxy Để tính lượng máu bơm vào tim theo lít mỗi phút, cần xem xét tổng năng lượng nhận được từ quá trình oxi hóa chất béo và lượng máu trong động mạch, từ đó thực hiện các phép tính liên quan.

H ng d n a) n = 61.1ã10 -3 mol m = 1.96 g O2 b) 1 Các h t không có th tích; 2 Không có l c liên phân t art = arteries (đ ng m ch)ν ven = veins (t nh m ch) f) δ ng tiêu th (O2) = 20 mol/ngày δ u l ng máu = (20 mol/ngày) / (

Nhi t đ ng h c c a silicon dioxide

Silicon dioxide (SiO2) là khoáng chất phổ biến nhất trong vỏ trái đất Khi được đun nóng trong chân không ở nhiệt độ cao (> 1000 °C), SiO2 phân hủy thành silicon monoxide (SiO) và oxygen (O2) Ở nhiệt độ 1300 °C, hằng số cân bằng Kp của phản ứng này là Kp = 3.9 × 10^-15 mbar³ Dưới đây là bảng các nhiệt độ khác nhau của SiO2(s), SiO(g) và O2(g).

Enthalpy tiêu chuẩn ∆Hf của oxy khác 0 mặc dù oxy là đơn chất Tính toán ∆HR, ∆SR và ∆GR của phản ứng tại các nhiệt độ 800, 1000 và 1200 °C để xác định phản ứng này là tỏa nhiệt hay thu nhiệt Tính hằng số cân bằng Kp của phản ứng tại các nhiệt độ 800, 1000 và 1200 °C Tính áp suất riêng phần của SiO cân bằng khi SiO2 được nung nóng đến 1300 °C trong chân không SiO có thể được tạo thành bằng cách nào nếu không có oxy? Viết phương trình phản ứng cho giả thuyết của bạn.

H ng d n a) Theo đ nh ngh a, enthalpy t o thành chu n ∆Hf 0 ( 298.15 K và 1013 mbar) c a đ n ch t b ng

0 Tuy nhiên, enthalpy t o thành c a oxygen trong tr ng h p này đ c xác đnh nhi t đ khác b) Áp d ng công th c sau v i các nhi t đ khác nhau:

∆HR= 2 ∆Hf(SiO) + ∆Hf(O2) - ∆Hf(SiO2)

Thu đ c các giá tr sau (chú ý đ n đ n v , chuy n nhi t đ thành Kelvin)

Phản ứng nhiệt nhị t m là quá trình xảy ra khi ∆HR > 0, cho thấy rằng phản ứng này hấp thụ nhiệt Hằng số cân bằng nhiệt độ Kth có thể được tính toán bằng công thức ∆G = -RTlnKth Hằng số cân bằng Kp liên quan đến phản ứng đư choμ cũng cần được xem xét trong bối cảnh này.

Kp = Kpãp0 ∆n = Kth ã p0 3 = Kth ã (1013 mbar) 3

V i ∆n = 3, b i ch các ti u phân khí đ c xét đ n Các giá tr nh n đ c là: d) Theo ph ng trỡnh ph n ng, p(SiO) = 2ãp(O2) t p(O2) = x và p(SiO) = 2x

Kp = p(SiO) 2 ã p(O2) = (2x) 2 ã x = 4x 3 e) SiO khí có th đ c t o thành trong ph n ng đun nóng h n h p c a Si r n và SiO2 r n:

SiO khí c ng có th đ c t o thành b ng cách d n oxygen trên Si r n nhi t đ cao:

Nhi t hóa h c c a các xylene

Các xylene (dimethylbenzene) là nguyên liệu quý giá trong sản xuất vật liệu nhựa, được tạo thành từ naphtha và phân đoạn trung bình của dầu mỏ Với hàm lượng tự nhiên thấp, các xylene tham gia vào quá trình reforming, trong đó hydrocarbon được chuyển hóa thành các sản phẩm vòng hóa và dehydrogen hóa Khi 1 mol p-xylene bị đốt cháy, năng lượng giải phóng là 4551.4 kJ/mol ở áp suất không đổi và điều kiện chuẩn Việc tính toán phản ứng cháy và nhiệt tỏa thành chuẩn ∆Hf 0 của p-xylene là cần thiết để hiểu rõ hơn về tính chất nhiệt động của nó.

Ngành công nghiệp phân xylene đáp ứng nhu cầu đa dạng, trong đó p-xylene được ưa chuộng nhất, tiếp theo là o-xylene và m-xylene Quá trình phân hóa các xylene diễn ra trong pha khí với sự tham gia của các xúc tác acid Lewis, là kỹ thuật quan trọng Tính enthalpy tiêu chuẩn ∆Hf 0 và entropy tiêu chuẩn ∆S 0 của phản ứng chuyển hóa o-xylene thành p-xylene trong pha khí tại T = 500 K cần được xác định, với giả định rằng các giá trị nhiệt dung riêng không phụ thuộc vào nhiệt độ Cuối cùng, tính phân tr percentages của các đồng phân xylene trong hỗn hợp cân bằng tại T = 500 K cũng là một phần quan trọng của nghiên cứu này.

Trong quá trình công nghiệp, xúc tác acid zeolite được sử dụng để phân hóa các phân tử Chúng có cấu trúc với các kênh dài và đường kính nhất định, cho phép các phân tử para dễ dàng khuếch tán vào và ra khỏi xúc tác, trong khi những phân tử khác vẫn bị giữ lại bên trong Nhờ đó, phân đoạn p-xylene có thể đạt tới hiệu suất khoảng 80% Nguyên lý nào được áp dụng trong quá trình này?

H ng d n a) C8H10 + 10.5O2吟 8CO2 + 5H2O b) c) Enthalpy t o thành c a các xylene khí T = 500 K có th đ c tính t các giá tr chu n theo s đ sau:

T ng t ph ng trình trên, ph ng trình sau có th đ c áp d ng v i các entropy c a các xylene khí:

Enthalpy ph n ng đ ng phân hóa có th đ c tính nh sauμ ortho-xylene para-xylene d) Enthalpy ph n ng meta-xylene para-xylene có th đ c tính theo các t ng t :

Các giá tr sau là bi n thiên n ng l ng Gibbs t do c a hai ph n ng:

H ng s cân b ng c a các ph n ng đ ng phân hóa:

Thành ph n h n h p cân b ng 500 K là:

Định dạng
Số trang	256
Dung lượng	5,11 MB