Đang tải... (xem toàn văn)
NHIỆT HÓA HỌC
A- CƠ SỞ LÍ THUYẾT : Trước khi đưa ra hệ thống bài tập cho học trò luyện tập thì giáo viên cần phải yêu cầu học trò nhớ lại một số khái niệm và nội dung lí thuyết cơ bản của phần Nhiệt hoá học như sau: 1) KHÍ LÍ TƯỞNG: * Khí lí tưởng là chất khí mà khoảng cách giữa các phân tử khí xa nhau, có thể bỏ qua tương tác giữa chúng. * Với khí lí tưởng thì có thể áp dụng : - Phương trình trạng thái: P.V = nRT (R = 8,314 J/mol.K = 0,082 l.atm/mol.K) Σ Σ Σ 2) HỆ VÀ MÔI TRƯỜNG: - Hệ mở: hệ trao đổi chất và năng lượng với môi trường. - Hệ kín: Hệ chỉ trao đổi năng lượng với môi trường. - Hệ đoạn nhiệt: Hệ không trao đổi nhiệt với môi trường. * Quy ước: Hệ nhận năng lượng của môi trường ⇒ năng lượng mang dấu + Hệ nhường năng lượng cho môi trường ⇒ năng lượng mang dấu - 3) BIẾN ĐỔI THUẬN NGHỊCH: Nếu hệ chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác một cách vô cùng chậm qua liên tiếp các trạng thái cân bằng thì sự biến đổi này được gọi là thuận nghịch. Đây là sự biến đổi lí tưởng không có trong thực tế. 4) SỰ BIẾN ĐỔI BẤT THUẬN NGHỊCH: là sự biến đổi được tiến hành với vận tốc đáng kể. Những phản ứng trong thực tế đều là biến đổi bất thuận nghịch. 5) HÀM TRẠNG THÁI: là hàm mà giá trị của nó chỉ phụ thuộc vào các thông số trạng thái của hệ, không phụ thuộc vào những sự biến đổi trước đó. Ví dụ: P.V = hàm trạng thái P 1 .V 1 = n.RT 1 ; P 2 .V 2 = n.R.T 2 6) CÔNG (W) VÀ NHIỆT (Q) - Là 2 hình thức trao đổi năng lượng. - W, Q không phải là hàm trạng thái vì giá trị của chúng phụ thuộc vào cách biến đổi. Ví dụ: Công của sự giãn nở khí lí tưởng từ thể tích V 1 đến V 2 ở t o = const trong 1 xilanh kín nhờ 1 pittông được tính bằng công thức: W = - dVP n . 2 1 ∫ (P n : áp suất bên ngoài) * Nếu sự biến đổi là BTN thì P n = P kq = const W BTN = - P kq . dV ∫ 2 1 = - P kq . ∆V = - P kq .(V 2 - V 1 ) * Nếu sự biến đổi là thuận nghịch: Giảm P n những lượng vô cùng bé để thể tích khí tăng những lượng vô cùng bé. Khi đó P n mỗi lúc thực tế = P ở bên trong xi lanh = P k P n = P k = n.RT/V ⇒ W TN = - dVP n . 2 1 ∫ = - nRT . ∫ 2 1 V dV = - nRT .ln 1 2 V V ⇒ W BTN ≠ W TN * Các quá trình thuận nghịch sinh công lớn nhất khi hệ biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2. Lượng công này đúng bằng lượng công cần thiết đưa hệ về trạng thái ban đầu một cách thuận nghịch. 7) NỘI NĂNG U: - U của một chất hay một hệ gồm động năng của các phần tử và thế năng tương tác giữa các phần tử trong hệ đó. - U là đại lượng dung độ và là hàm trạng thái - U của n mol khí lí tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. 8) NGUYÊN LÍ I CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC: (SỰ BIẾN ĐỔI NỘI NĂNG CỦA HỆ). ∆U = U 2 - U 1 = W + Q - Đối với sự biến đổi vô cùng nhỏ: dU = δ W + δ Q (δ: Chỉ những hàm không phải là hàm trạng thái) - Thường gặp công được thực hiện chỉ do sự biến đổi thể tích nên: δ W = -P.dV ⇒ dU = δ Q = P .dV ⇒ ∫ dU = Q - dVP. 2 1 ∫ ↔ ∆U = Q - dVP. 2 1 ∫ * Nhiệt đẳng tích: Nếu hệ biến đổi ở V = const → dV = 0 ⇒ ∆U = Q V ⇒ Q V là 1 hàm trạng thái. * Nhiệt đẳng áp: Nếu hệ biến đổi ở P = const thì: dVP. 2 1 ∫ = P . dV ∫ 2 1 = P. V 2 - P. V 1 ⇒ ∆U = U 2 - U 1 = Q P - P. V 2 + P .V 1 ⇒ Q P = (U 2 + P.V 2 ) - (U 1 + P .V 1 ) Đặt U + P.V = H = entanpi = hàm trạng thái ⇒ Q P = H 2 - H 1 = ∆H = sự biến thiên entanpi của hệ. * Nhiệt phản ứng: Xét 1 hệ kín trong đó có phản ứng: aA + bB → cC + dD Nhiệt phản ứng của phản ứng này là nhiệt lượng trao đổi với môi trường khi a mol A phản ứng với b mol B tạo ra c mol C và d mol D ở T = const. - Nếu phản ứng được thực hiện ở P = const thì nhiệt phản ứng được gọi là nhiệt phản ứng đẳng áp Q P = ∆H - Nếu phản ứng được thực hiện ở V = const thì nhiệt phản ứng được gọi là nhiệt phản ứng đẳng tích Q V =∆U * Quan hệ giữa Q P và Q V Q P = ∆H = ∆(U + PV)P = ∆U + P. ∆V ⇒ ∆H = ∆U + P . ∆V = ∆U + ∆n .RT Q P = QV + ∆n .RT ( ∆n = ∑ n khí sp - ∑ n khí pư ) Khi ∆n = 0 ⇒ Q P = Q V hay ∆H = ∆U U = Q V = n .C V . T ∆ ∆ H = Q P = n .C P . T ∆ ∆ * Nhiệt dung mol đẳng áp (C P ) là nhiệt lượng cần cung cấp để làm 1 mol chất nóng thêm 1 o trong điều kiện đẳng áp (mà trong quá trình không có sự biến đổi trạng thái). * Tương tự với C V : ∆H = ∫ 2 1 . T T P dTC ; ∆U = ∫ 2 1 . T T T dTC C P , C V là hàm của nhiệt độ. Với 1 mol khí lí tưởng: C P = T H ∆ ∆ ; C V = T U ∆ ∆ Mà ∆U = ∆H - P. ∆V ⇒ C P = T H ∆ ∆ = T U ∆ ∆ + T VP ∆ ∆ . = C V + R Q, W: Không phải là hàm trạng thái Q V = ∆ U; Q P = ∆ H ⇒ Q V , Q P là hàm trạng thái ⇒ chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ mà không phụ thuộc vào quá trình biến đổi là thuận nghịch hay không thuận nghịch. 9) ĐỊNH LUẬT HESS: ∆H (∆U) của 1 quá trình chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ mà không phụ thuộc vào đường đi. ∆Hpư = ∑∆Hs (sản phẩm) - ∑∆Hs (chất đầu) = ∑∆Hc (chất đầu) - ∑∆Hc (sản phẩm) 10) ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF: ∆ ∆ ∆ n 1 A + n 2 B n 3 C + n 4 D T 2 H 2 H a H b ∆ n 1 A + n 2 B n 3 C + n 4 D T 1 H 1 Theo định luật Hess: ∆H 2 = ∆H a + ∆H 1 + ∆H b Mà: ∆H a = ∫ + 2 1 ) ( 21 T T PP dTCnCn bA = - ∫ + 2 1 ) ( 21 T T PP dTCnCn BA ∆H b = ∫ + 2 1 ) ( 43 T T PP dTCnCn DC ⇒ ∆H 2 = ∆H 1 + ∫ +−+ 2 1 )].() [( 2143 T T PPPP dTCnCnCnCn BADC = ∆H 1 + ∫ ∆ 2 1 . T T P dTC - ∆H 1 thường được xác định ở điều kiện chuẩn: ∆H o T = ∆H o 298 + ∫ ∆ T o P dTC 298 . Với ∆C o P = ∑C o P (sp) - ∑C o P (tham gia) C o P là nhiệt dung mol đẳng áp ở điều kiện chuẩn (1atm). - Trong khoảng hẹp của nhiệt độ có thể coi ∆C o P = const Thì: ∆H 2 = ∆H 1 + ∆C P .(T 2 -T 1 ) ∆H o T = ∆H o 298 + ∆C o P (T - 298) 11) ENTROPI (S) - Trong sự biến đổi thuận nghịch vô cùng nhỏ ở T = const hệ trao đổi với môi trường một lượng nhiệt δQ TN thì sự biến thiên entropi trong quá trình này là: d S = T Q TN δ S là hàm trạng thái (J/mol.K) - Nếu sự biến đổi là bất thuận nghịch thì d S > T Q TN δ - Vì là hàm trạng thái nên khi chuyên từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 bằng biến thiên thuận nghịch hay bất thuận nghịch thì S 2 - S 1 = ∆S = ∫ 2 1 T Q TN δ (∆S TN = ∆S BTN ) 12) NGUYÊN LÍ II CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC: dS ≥ T Q δ - Trong hệ cô lập δQ = 0. nên: + dS = 0: trong hệ cô lập entropi của hệ không đổi nếu xảy ra quá trình thuận nghịch. + dS > 0 : trong hệ cô lập, quá trình tự xảy ra (BTN) theo chiều tăng entropi của hệ và tăng cho tới khi đạt giá trị max thì hệ sẽ đạt trạng thái cân bằng. * Entropi là thước đo độ hỗn độn của hệ: Độ hỗn độn của 1 hệ hay 1 chất càng lớn khi hệ hay chất đó gồm những hạt và sự dao động của các hạt càng mạnh (khi liên kết giữa các hạt càng yếu). VD: S < S < S S < S < S H 2 (k) O 2 (k) O 3 (k) H 2 O(r) H 2 O (l) H 2 O (h) ⇒ S là 1 đại lượng dung độ. 13) SỰ BIẾN THIÊN S TRONG QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI TRẠNG THÁI CỦA CHẤT: Khi chất nguyên chất nóng chảy hoặc sôi ở P = const thì: T = const ⇒ ∆S = ∫ 2 1 T Q δ = T H ∆ ∆H = nhiệt biến thiên trạng thái = L n/c hoặc L h 14) ∆S TRONG QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ ĐẲNG NHIỆT KHÍ LÍ TƯỞNG: Xét n mol khí lí tưởng giãn nở thể tích từ V 1 → V 2 ở t o = const. Vì nội năng của khí lí tưởng chỉ phụ thuộc nhiệt độ nên trong sự biến đổi này: ∆U = Q TN + W TN = Q BTN + W BTN = 0 ⇒ Q TN = - W TN = nRT. ln 1 2 V V ( = -(- P. ∆V) = dV V nRT . 2 1 ∫ ). T = const ⇒∆S = T Q TN = nRln 1 2 V V = n.R.ln 2 1 P P 15) SỰ BIẾN THIÊN ENTROPI CỦA CHẤT NGUYÊN CHẤT THEO NHIỆT ĐỘ. - Quá trình P = const: Đun nóng 1 chất nguyên chất từ T 1 → T 2 , không có sự chuyển pha: ∆S = ∫ 2 1 T T TN T Q δ Với δQ = δQ P = dH = n.C P .dT ∆S = T dT Cn T T P 2 1 ∫ * Trong khoảng nhiệt độ hẹp, coi C P = const ⇒ ∆S = n.C P .ln 1 2 T T - Quá trình: V = const ⇒ ∆S = n .C V .ln 1 2 T T 16) ENTROPI TUYỆT ĐỐI * Nguyên lí III của nhiệt động học: - Entropi của chất nguyên chất dưới dạng tinh thể hoàn chỉnh ở 0(K) bằng 0: S (T = 0) = 0 * Xuất phát từ tiên đề trên ta có thể tính được entropi tuyệt đối của các chất ở các nhiệt độ khác nhau. VD: Tính S của 1 chất ở nhiệt độ T nào đó, ta hình dung chất đó được đun nóng từ 0(K) → T(K) xét ở P=const. Nếu trong quá trình đun nóng có sự chuyển pha thì: ∆S = ∆S T - ∆S (T = 0) = S T = ∑ = ∆ 5 1i i S ⇒ S T = T dT Cn T L n T dT Cn T L n T dT Cn T T hP S S T T lP nc nc T rP S S nc nc )()( 0 )( 1 ∫∫∫ ++++ Giá trị entropi được xác định ở P = 1 atm = const và ở nhiệt độ T nào đó được gọi là giá trị entropi chuẩn, kí hiệu là S 0 T , thường T = 298K → S 0 298 17) SỰ BIẾN THIÊN ENTROPI TRONG PHẢN ỨNG HOÁ HỌC: + Khi phản ứng thực hiện ở P = const, T = const thì: ∆S = ΣS(sp) - ΣS(t/g) + Nếu ở điều kiện chuẩn và 25 0 C thì: ∆S 0 298 = ΣS 0 298 (sp) - ΣS 0 298 (t/g) + Vì S của chất khí >> chất rắn, lỏng nên nếu số mol khí sản phẩm (sp) > số mol khí tham gia thì ∆S > 0 và ngược lại. Còn trong trường hợp số mol khí ở 2 vế bằng nhau hoặc phản ứng không có chất khí thì ∆S có giá trị nhỏ. 18) THẾ NHIỆT ĐỘNG ∆Scô lập = ∆S hệ + ∆S mt ≥ 0 a)Thế đẳng áp G: Xét hệ xảy ra sự biến đổi ở P, T đều không đổi trong quá trình này môi trường nhận của hệ một nhiệt lượng ∆H mt do hệ toả ra → ∆H mt = - ∆H hệ = - ∆H → ∆S mt = - T H ∆ + Điều kiện tự diễn biến của hệ: → ∆S cô lập = ∆S hệ - T H ∆ > 0 → ∆H – T. ∆S < 0 + Hệ ở trạng thái cân bằng khi ∆H – T. ∆S = 0 + Đặt G = H – TS ⇒ ở nhiệt độ, P không đổi thì quá trình xảy ra theo chiều có ∆G = ∆H – T. ∆S < 0 Và đạt tới trạng thái cân bằng khi ∆G = 0. b) Thế đẳng tích: (Năng lượng Helmholtz) Nếu hệ biến đổi ở điều kiện T, V không đổi ⇒ nhiệt đẳng tích mà môi trường nhận của các hệ là ∆U mt → ∆S mt = - T U mt ∆ → điều kiện tự diến biến của hệ trong quá trình đẳng nhiệt, đẳng tích là ∆F = ∆U – T. ∆S < 0 Và đạt trạng thái cân bằng khi ∆F = 0 Trong đó : F = U – TS Vì H = U + PV → G = H – TS = U –TS + PV → G = F + PV + Đối với quá trình T,P = const → ∆G = W’max + Đối với quá trình T, V = const → ∆S = W’max TÓM LẠI : * Quá trình đẳng áp: P = const - Công: δWP = - P.dV = -n.R.dT → WP = - P. ∆V = - nR∆T - Nhiệt: δQP = dH = n. P C .dT → QP = ∆H = n. dTC T T P . 2 1 ∫ - Nội năng: dU = δQ + δW → ∆U = ∆H – P. ∆V = ∆H – n.R. ∆T - Entropi: dS ≥ T Q TN δ → ∆S ≥ ∫ 2 1 T Q TN δ ⇒ ∆S TN = T dT Cn T T P 2 1 ∫ = TdCn T T P ln 2 1 ∫ Nếu P C = const → ∆S TN = n. P C .ln 1 2 T T * Quá trình đẳng tích: - Công: δW V = - P.dV = 0 → W V = 0 - Nhiệt: δQ V = dU V = n. V C .dT ⇒ Q V = ∆U V = dTnC T T V 2 1 ∫ Nếu V C = const →Q V = n. V C .∆T - Nội năng: ∆U V = Q V + W’ - Entropi: ∆S ≥ T Q V = = ∫ T dT Cn T T V 2 1 TdCn T T V ln 2 1 ∫ ⇒ ∆S ≥ n. V C .ln 1 2 T T ( V C = const) - Entanpi: H = U + PV dH = dU + P.dV + V.dP = dU + V.dP (dV = 0) ⇒ ∆H = ∆U + V . ∆P * Quá trình đẳng nhiệt: - Công: δW T = - PdV = - dV V nRT . ⇒ W T = - 1 2 2 1 1 2 lnlnln 2 1 P P nRT V V nRT V V nRT V dV RTn V V ==−= ∫ - Nhiệt: ∆U T = Q T + W T = 0 ⇒ Q T = - W T = nRT ln 1 2 V V - Nội năng: ∆U T = 0 - Entanpi: ∆H T = ∆U T + ∆(PV) T = ∆U T + nR. ∆T = 0 - Entropi: ∆S TN = nc ncTN T L T Q = hoặc = S h T L * Với quá trình dãn nở khí lí tưởng thuận nghịch ∆S = = −∆ = T WU T Q TN + ∫ T dT Cn V T T 2 1 dV V nRT V V ∫ 2 1 Nếu C V = const → ∆S = n. 1 2 ln T T C V + nRT ln 1 2 V V Vì T = const →∆S = nRT ln 1 2 V V = nRT.ln 2 1 P P * Quá trình đoạn nhiệt: - Nhiệt: Q = 0 - Nội năng và công: dU = δQ + δW = δW = -PdV = T dT Cn V T T 2 1 ∫ +Quá trình bất thuận nghịch: dU BTN = δW BTN = -P ng .dV = -P 2 .dV ∆U BTN = W BTN = -P ng .(V 2 – V 1 ) = n.C V . ∆T * PT Poisson: (Dùng cho quá trình thuận nghịch) T . 1 − γ V = const P.V γ = const V P C C = γ * W BTN = -P 2 (V 2 – V 1 ) = - P 2 .( )() 12 1 1 2 2 TTnC P nRT P nRT V −=− → T 2 → ∆U = W = → V 2 * Quá trình thuận nghịch: W = ∆U = n.C V (T 2 - T 1 ) T 1 . V 1 1 − γ = T 2 . V 1 2 − γ → T 2 = T 1 .( 2 1 V V ) γ -1 - Entanpi: ∆H = n .C P (T 2 – T 1 ) - Entropi: ∆S TN = T Q TN = 0 * G = H – TS = U + PV – TS = ∂ ∆∂ P T G - ∆S ; = ∂ ∆∂ T P G - ∆V Với phản ứng oxi hoá khử có thể diễn ra trong pin điện: ∆G = - nEF dT Gd ∆ = - nF. dT dE = - ∆S ⇒ ∆S = nF. dT dE ⇒∆H = ∆G + T. ∆S = nF( T. dT dE - E) 19) Ý NGHĨA VẬT LÍ CỦA ∆G: G = H – TS = U + PV – TS ⇒ dG = dU + P.dV + V.dP – T.dS – SdT = (δW + δQ) + PdV + VdP – T.dS – SdT Vì δW = δW’ + (-PdV) δQ ≤ T.dS → dG ≤ δW’ + VdP – SdT Dấu “ =” ứng với quá trình thuận nghịch và công lớn nhất. dG = δW’ max + VdP – SdT * Đối với quá trình đẳng nhiệt, đẳng áp → dP = dT = 0 ⇒ dG T,P = δW’ max → ∆G = W’ max * Đối với quá trình BTN: W’ giảm; Q tăng khi hoàn toàn BTN → W’ = 0 20) MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA HÀM G: dG = V.dP – SdT ( coi W’ = 0) a) Sự phụ thuộc của ∆G vào T: - Khi P = const → P T G ∂ ∂ = - S → P T G ∂ ∆∂ = - ∆S ⇒ ∆G = ∆H – T. ∆S = ∆H + T. P T G ∂ ∆∂ ⇒ T. P T G ∂ ∆∂ - ∆G = -∆H ↔ 22 . T H T G T G T P ∆ −= ∆− ∂ ∆∂ ⇔ 2 T H T T G P ∆ −= ∂ ∆ ∂ → dT T H T G d T T T G T G T T 2 1 2 2 1 2 1 ∫∫ ∆ −= ∆ ∆ ∆ ↔ dT T G T G T G T T TT . 2 1 12 2 12 ∫ ∆ −= ∆ −= ∆ Nếu coi ∆H o không phụ thuộc vào nhiệt độ thì: −∆− ∆ = ∆ 298 11 298 298 T H G T G o o T b) Sự phụ thuộc vào P: Khi T = const → V P G T = ∂ ∂ → ( ) ( ) ∫∫ ∫ =−→= 2 1 1 2 1 2 2 1 P P PT P P PT dPVGGdPVdG - Với chất rắn, lỏng → coi V = const khi P biến thiên (trừ miền áp suất lớn) thì: ( ) ( ) )( 12 12 PPVGG PTPT −+= - Với chất khí lí tưởng → V = P nRT ⇒ ( ) ( ) 1 2 ln. 12 P P nRTGG PTPT += Nếu áp suất bình thường: P 1 = P o = 1bar (1 atm) ⇒G T(P) = G o T + nRT.lnP (P tính bằng bar (atm)). 21) TÍNH ∆G CỦA MỘT SỐ QUÁ TRÌNH: a) Giãn nén đẳng nhiệt khí lí tưởng ∆G = nRT.ln 1 2 P P = nRT.ln 2 1 V V b) Trộn lẫn đẳng nhiệt, đẳng áp 2 khí lí tưởng: ∆G = n A .RTlnx A + n B .RTlnx B c) Quá trình chuyển pha thuận nghịch (tại nhiệt độ chuyển pha): ∆G cf = 0 d) Quá trình chuyển pha thuận nghịch ở T ≠ T cf Nguyên tắc: áp dụng chu trình nhiệt động. Vì G là hàm trạng thái nên ∆G chỉ phụ thuộc trạng thái đầu, trạng thái cuối, không phụ thuộc vào quá trình biến thiên. e) ∆G của phản ứng hoá học: ∆G o pư = Σ∆G o S(sản phẩm) - Σ∆G o S(tham gia) B - HỆ THỐNG CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP PHẦN “NHIỆT HÓA HỌC” : Bài 1: Cho 100 g N 2 ở 0 o C, 1atm. Tính Q, W, ∆U, ∆H trong các biến đổi sau đây được tiến hành thuận nghịch nhiệt động: a) Nung nóng đẳng tích tới P = 1,5atm. b) Giãn đẳng áp tới V = 2V ban đầu. c) Giãn đẳng nhiệt tới V = 200l d) Giãn đoạn nhiệt tới V = 200l Chấp nhận rằng N 2 là khí lí tưởng và nhiệt dung đẳng áp không đổi trong quá trình thí nghiệm và bằng 29,1J/mol.K Giải a) V = const ⇒ W = ∫ = 0.dVP ∆U = QV = n V C .∆T = ( P C - R).(T 2 – T 1 ) .n = ( P C - R).( 1 2 P P -1).T 1 .n = (29,1 - 8,314).( )1 1 5,1 − .273,15 = 14194,04(J) b) V o = )(804,22. 28 100 l = ⇒ V= 2V o = 160 (l) W = -P. ∆V = -1(160 – 80) = -80 (l.at) = -80 .101,33 = -8106,4(J) Q P = ∆H = P C .n .∆T = − 11 1 2 1,29. 28 100 TT V V = 29,1. 28 100 (2.273,15 – 273,15) = 28388,1(J) ∆U = Q + W = 28388,1 = 8106,4 = 20281,7(J) c) T = const → ∆U = 0; ∆H = 0 W = - ∫ 2 1 . V dV nRT = - nRT.ln 1 2 V V W = - 28 100 .8,314 .273,15.ln 80 200 = -7431,67(J) ∆U = Q + W = 0 ⇒ Q = -W = 7431,67(J) d) Q = 0 (S = const) Theo PT poisson: T 1 . V 1 1 − γ = T 2 . V 1 2 − γ → T 2 = T 1 .( 2 1 V V ) γ -1 Với 4,1 314,81,29 1,29 ≈ − = +− == P P V P CR C C C γ ⇒ W = ∆U = n. V C (T 2 –T 1 ) = 28 100 (29,1-8,314).(189,33 -273,15) = 6222,4(J) ∆H = n P C .∆T = 28 100 .29,1(189,33 – 273,15)= - 8711,3(J) Bài 2: Tính o S H 298, ∆ của Cl - (aq) . Biết: (a): 2 1 H 2 + 2 1 Cl 2(k) → HCl (k) o S H 298, ∆ = -92,2(kJ) (b): HCl (k) + aq → H + (aq) + Cl - (aq) o S H 298, ∆ = -75,13(kJ) (c): 2 1 H 2 + aq → H + (aq) + e o S H 298, ∆ = 0 Giải: Lấy (a) + (b) – (c) : 2 1 Cl 2 + e + aq = Cl - (aq) o S H 298, ∆ = - 167,33(kJ) Bài 3: Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng: 3Fe(NO 3 ) 2(aq) + 4HNO 3(aq) → 3Fe(NO 3 ) 3(aq) + NO (k) + 2H 2 O (l) Diễn ra trong nước ở 25 o C. Cho biết: Fe 2+ (aq) Fe 3+ (aq) NO 3 - (aq) NO (k) H 2 O (l) o S H 298, ∆ (kJ/mol) -87,86 - 47,7 -206,57 90,25 -285,6 Giải: Phương trình ion của phản ứng: 3Fe 2+ (aq) + 4H + (aq) + NO 3 - (aq) → 3Fe 3+ (aq) + NO (k) + 2H 2 O (l) ∆H=3. o S H 298, ∆ (Fe 3+ ,aq )+ o S H 298, ∆ (NO)+2. o S H 298, ∆ (H 2 O (l) )–3. o S H 298, ∆ (Fe 2+ ,aq )- o S H 298, ∆ (NO 3 - , aq ) = 3.(-47,7) + 90,25 + 2.(-285,6) + 3.87,6 + 206,57 = -153,9(kJ) Bài 4: 1) So sánh ∆H, ∆U của các phản ứng: C n H 2n + H 2 → C n H 2n+2 2) Khi đốt cháy hoàn toàn 2 anome α và β của D – glucozơ mỗi thứ 1 mol ở áp suất không đổi, người ta đo được hiệu ứng nhiệt của các phản ứng ở 500K lần lượt bằng: -2790,0kJ và - 2805,1kJ a) Tính ∆U đối với mỗi phản ứng. b) Trong 2 dạng glucozơ, dạng nào bền hơn? Giải: 1) ∆H = ∆U + P. ∆V = ∆U + ∆n.RT Phản ứng trên có: ∆n = 1-2 = -1 ⇒ ∆H = ∆U – RT ⇒ ∆H < ∆U 2) C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O ∆U ( α ) = ∆H ( α ) - ∆n.RT = - 2799 – 6.8,314.10 -3 .500 = -2824(kJ) ∆U ( β ) = ∆H ( β ) - ∆n.RT = - 2805,1 – 6.8,314.10 -3 .500 = -2830 (kJ) o H α ∆ = 6. o COS H )( 2 ∆ + 6. o OHS H )( 2 ∆ - o S H )( α ∆ o H β ∆ = 6. o COS H )( 2 ∆ + 6. o OHS H )( 2 ∆ - o S H )( β ∆ ⇒ o S H )( α ∆ - o S H )( β ∆ = o H β ∆ - o H α ∆ = -2805,1 + 2799 = -6,1(kJ) ⇒ o S H )( α ∆ < o S H )( β ∆ ⇒ Dạng α - glucozơ có o S H ∆ nhỏ hơn nên bền hơn. Bài 5: 1) Thế nào là entanpi sinh của đơn chất? Tính o OS H )( 3 ∆ và o kimcuongS H )( ∆ và dự đoán hoạt tính hoá học của chúng từ các dự kiện sau: (a): C than chì + O 2(k) → CO 2(k) o H 298 ∆ = -393,14(kJ) (b): C kim cương + O 2(k) → CO 2(k) o H 298 ∆ = -395,03(kJ) (c): 3As 2 O 3 (r) + 3O 2(k) → 3As 2 O 5(r) o H 298 ∆ = -811,34(kJ) (d): 3As 2 O 3 (r) + 2O 3(k) → 3As 2 O 5(r) o H 298 ∆ = -1090,98(kJ) 2) Từ kết quả trên và các dữ kiện sau: ∆H (O –O) tính từ O 2 = - 493,24kJ/mol; ∆H (O –O) tính từ H 2 O 2 = - 137,94kJ/mol Chứng minh rằng: Không thể gán cho O 3 cấu trúc vòng kín. Giải: 1)- Entanpi sinh của các đơn chất bền ở điều kiện chuẩn = 0 - Đối với những nguyên tố có nhiều dạng thù hình thì khi chuyển từ dạng này sang dạng khác bao giờ cũng kèm theo 1 hiệu ứng nhiệt. Hiệu ứng nhiệt của quá trình hình thành đơn chất (dạng thù hình kém bền) từ dạng thù hình bền ở điều kiện nhất định được coi là nhiệt sinh của đơn chất trong những điều kiện đó. ⇒ o S H ∆ của O 3 và kim cương là hiệu ứng nhiệt quy về điều kiện chuẩn của các quá trình: 2 3 O 2 →O 3(k) ; C than chì → C kim cương - Lấy (a) – (b): C than chì → C kim cương o kcS H )( ∆ = 1,89 kJ/mol - Lấy (c) - (d): 2 3 O 2(k) →O 3(k) o OS H )( 3 ∆ = 139,82 kJ/mol 2) Nếu coi O 3 có cấu trúc vòng kín: ⇒ o OS H )( 3 ∆ = o Olk H )( 3 ∆ - 2 3 o Olk H )( 2 ∆ = 3.(-137,94) - 2 3 .(- 493,24) = 326,04 (kJ/mol) > 139,82(kJ/mol) ⇒ O 3 có cấu trúc vòng kín rất không bền ⇒ cấu trúc này không chấp nhận được. Bài 6: Entanpi sinh tiêu chuẩn của CH 4(k) và C 2 H 6(k) lần lượt bằng -74,80 và -84,60 kJ/mol. Tính entanpi tiêu chuẩn của C 4 H 10 (k) . Biện luận về kết quả thu được. Cho biết entanpi thăng hoa của than chì và năng lượng liên kết H- H lần lượt bằng: 710,6 và - 431,65 kJ/mol. Giải: * (1) C than chì + 2H 2 (k) → CH 4(k) o CHS H 4 , ∆ =-74,8kJ (2) C than chì → C (k) o th H∆ = 710,6 kJ (3) H 2 (k) → 2H (k) lk H∆ = 431,65 kJ Lấy (1) – [(2) + 2.(3)] ta được: C (k) + 4H (k) → CH 4(k) o CHtungS H 4 ,/, ∆ = -1648,7(kJ/mol) ⇒ Năng lượng liên kết trung bình của liên kết C – H là: 4 1 (-1648,7) = - 412,175 (J/mol). * (4) 2C than chì + 3H 2 → C 2 H 6(k) o KHCS H ),( 62 ∆ = -84,6 (kJ/mol) Lấy (4) – [2 .(2) + 3.(3)] ta được: 2C (k) + 6H (k) → C 2 H 6 (k) o HCtungS H 6 2 ,/, ∆ = -2800,75 (kJ/mol) Coi E C –H trong CH 4 và C 2 H 6 như nhau thì: E C- C = =1800,75 – 6(- 412,175) = -327,7(kJ/mol) * Coi E C-H ; E C- C trong các chất CH 4 , C 2 H 6 , C 4 H 10 đều như nhau thì: o HCtungS H 10 4 ,/, ∆ = 3. E C- C + 10.E C- H = 3.(- 327,7) + 10( -412,75) = -5110,6 (kJ/mol) * (5) 4C (k) + 10 H (k) → C 4 H 10 (k) o HCtungS H 10 4 ,/, ∆ = -5110,6 (kJ/mol) Lấy (2). 4 + (3).5 + (5) ta được: 4Cthan chì + 5H 2(k) → C 4 H 10(k) o HCS H 10 4 , ∆ = -109,95(kJ/mol) * Kết quả thu được chỉ là gần đúng do đã coi E lk(C – C) , E lk(C- H) trong mọi trường hợp là như nhau. Và vì vậy sẽ không tính rõ được o S H ∆ của các đồng phân khác nhau. Bài 7: Tính ∆H o của các phản ứng sau: 1) Fe 2 O 3(r) + 2Al (r) → 2Fe (r) + Al 2 O 3(r) ( 1) Cho biết o OFeS r H )(32 , ∆ = -822,2 kJ/mol; o OAlS r H )(32 , ∆ = -1676 (kJ/mol) 2) S (r) + 2 3 O 2(k) → SO 3(k) (2) Biết (3) : S (r) + O 2(k) → SO 2(k) o H 298 ∆ = -296,6 kJ (4): 2SO 2(k) + O 2(k) → 2SO 3(k) o H 298 ∆ = -195,96 kJ Từ kết quả thu được và khả năng diễn biến thực tế của 2 phản ứng trên có thể rút ra kết luận gì? Giải: