bt hoa hoc3 potx

I. Mở đầu Trong quá trình giảng dạy ở trờng phổ thông nhiệm vụ phát triển t duy cho học sinh là nhiệm vụ rất quan trọng, đòi hỏi tiến hành đồng bộ ở các môn, trong đó Hóa học là môn khoa học thực nghiệm đề cập đến nhiều vấn đề của khoa học, sẽ góp phần rèn luyện t duy cho học sinh ở mọi góc độ đặc biệt là qua phần bài tập hóa học. Bài tập hóa học không những có tác dụng rèn luyện kỹ năng vận dụng, đào sâu và mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú mà còn thông qua đó để ôn tập, rèn luyện một số kỹ năng cần thiết về hóa học, rèn luyện tính tích cực, tự lực, trí thông minh sáng tạo cho học sinh, giúp học sinh hứng thú trong học tập. Qua bài tập hóa học giáo viên kiểm tra, đánh giá việc nắm vững kiến thức và kỹ năng hóa học của học sinh. Để giáo viên bồi dỡng học sinh khá, giỏi ở trờng chuyên dự thi học sinh giỏi cấp Tỉnh và cấp Quốc gia đợc tốt thì nhu cầu cấp thiết là cần có một hệ thông câu hỏi và bài tập cho tất cả các chuyên đề nh : cấu tạo chất, nhiệt hoá học, động hoá học, cân bằng hoá học, Vì vậy , trong quá trình giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi Tỉnh và Quốc gia tôi đã su tầm và tập hợp lại một số câu hỏi và bài tập theo một số chuyên đề , trong đó có phần dùng để luyện tập cho học sinh phần Nhiệt hoá học II. Mục đích của đề tài Xây dựng hệ thống câu hỏi và bài tập phần Nhiệt hoá họcdùng cho học sinh lớp chuyên Hoá học ở bậc THPT giúp học trò học tốt hơn và chuẩn bị tốt hơn cho các kỳ thi học sinh giỏi Hóa học cả về lý thuyết bài tập phơng pháp giải, góp phần nâng cao chất lợng giảng dạy và học tập môn Hóa học. III. Nội dung A- Cơ sở Lí thuyết : Trớc khi đa 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 nh sau: 1) Khí lí tởng: * Khí lí tởng là chất khí mà khoảng cách giữa các phân tử khí xa nhau, có thể bỏ qua tơng tác giữa chúng. * Với khí lí tởng thì có thể áp dụng : - Phơng trình trạng thái: P.V = nRT (R = 8,314 J/mol.K = 0,082 l.atm/mol.K) - 1 - - Trong bình có hỗn hợp khí thì: P = P i = V n i .RT còn P i = N i .P = .P n i n i 2) Hệ và môi trờng: - Hệ mở: hệ trao đổi chất và năng lợng với môi trờng. - Hệ kín: Hệ chỉ trao đổi năng lợng với môi trờng. - Hệ đoạn nhiệt: Hệ không trao đổi nhiệt với môi trờng. * Quy ớc: Hệ nhận năng lợng của môi trờng năng lợng mang dấu + Hệ nhờng năng lợng cho môi trờng năng lợng 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 đợc gọi là thuận nghịch. Đây là sự biến đổi lí tởng không có trong thực tế. 4) Sự biến đổi bất thuận nghịch: là sự biến đổi đợc 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 trớc 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 lợng. - 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 tởng từ thể tích V 1 đến V 2 ở t o = const trong 1 xilanh kín nhờ 1 pittông đợc 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 ) - 2 - * Nếu sự biến đổi là thuận nghịch: Giảm P n những lợng vô cùng bé để thể tích khí tăng những lợng 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. Lợng công này đúng bằng lợng công cần thiết đa 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 tơng tác giữa các phần tử trong hệ đó. - U là đại lợng dung độ và là hàm trạng thái - U của n mol khí lí tởng 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 = W + Q (: Chỉ những hàm không phải là hàm trạng thái) - Thờng gặp công đợc thực hiện chỉ do sự biến đổi thể tích nên: W = -P.dV dU = 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 - 3 - Nhiệt phản ứng của phản ứng này là nhiệt lợng trao đổi với môi trờng 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 đợc thực hiện ở P = const thì nhiệt phản ứng đợc gọi là nhiệt phản ứng đẳng áp Q P = H - Nếu phản ứng đợc thực hiện ở V = const thì nhiệt phản ứng đợc 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 p ) 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 lợng 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). * Tơng 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 tởng: 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 đờng đi. Hp = Hs (sản phẩm) - Hs (chất đầu) = Hc (chất đầu) - Hc (sản phẩm) 10) Định luật Kirchhoff: - 4 - 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 thờng đợc 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 trờng một l- ợng nhiệt Q TN thì sự biến thiên entropi trong quá trình này là: d S = T Q TN S là hàm trạng thái (J/mol.K) - Nếu sự biến đổi là bất thuận nghịch thì d S > T Q TN - 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 (S TN = S BTN ) 12) Nguyên lí II của nhiệt động học: - 5 - dS T Q - Trong hệ cô lập Q = 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 thớc 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 lợng 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 = 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 tởng: Xét n mol khí lí tởng giãn nở thể tích từ V 1 V 2 ở t o = const. Vì nội năng của khí lí tởng 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 Với Q = Q P = dH = n.C P .dT - 6 - 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 dới dạng tinh thể hoàn chỉnh ở 0(K) bằng 0: S (T = 0) = 0 * Xuất phát từ tiên đề trên ta có thể tính đợc 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 đợc 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 đợc xác định ở P = 1 atm = const và ở nhiệt độ T nào đó đợc gọi là giá trị entropi chuẩn, kí hiệu là S 0 T , thờng 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 = S(sp) - S(t/g) + Nếu ở điều kiện chuẩn và 25 0 C thì: S 0 298 = S 0 298 (sp) - S 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 ngợc lại. Còn trong trờng 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 trờng nhận của hệ một nhiệt lợng H mt do hệ toả ra H mt = - H hệ = - H S mt = - T H - 7 - + 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 lợng Helmholtz) Nếu hệ biến đổi ở điều kiện T, V không đổi nhiệt đẳng tích mà môi trờng 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 = Wmax + Đối với quá trình T, V = const S = Wmax Tóm lại : * Quá trình đẳng áp: P = const - Công: WP = - P.dV = -n.R.dT WP = - P. V = - nRT - Nhiệt: QP = dH = n. P C .dT QP = H = n. dTC T T P . 2 1 - Nội năng: dU = Q + W U = H P. V = H n.R. T - Entropi: dS T Q TN S 2 1 T Q TN 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: W V = - P.dV = 0 W V = 0 - Nhiệt: Q V = dU V = n. V C .dT Q V = U V = dTnC T T V 2 1 - 8 - 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: W 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 tởng 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 = Q + W = W = -PdV = T dT Cn V T T 2 1 +Quá trình bất thuận nghịch: dU BTN = W 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) - 9 - T . 1 V = const P.V = const V P C C = * 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 = T 2 . V 1 2 T 2 = T 1 .( 2 1 V V ) -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 = (W + Q) + PdV + VdP T.dS SdT Vì W = W + (-PdV) Q T.dS dG W + VdP SdT Dấu = ứng với quá trình thuận nghịch và công lớn nhất. dG = W max + VdP SdT * Đối với quá trình đẳng nhiệt, đẳng áp dP = dT = 0 dG T,P = W 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: - 10 - [...]... 1 = -6754,42(J) Q = -W = 6754,42(J) Quá trình giãn nở thuận nghịch: Stp = Smt + Shệ = 0 b) T = const U = 0 ; H = 0 WBTN = -Png(V2 - V1) = -P2( nRT nRT P2 1 ) = nRT( - 1) = 1 8,314.300.( - 1)= -2327,92(J) P2 P1 P1 15 QBTN = -W = 2327,92(J) Stp = Smt + Shệ - 25 - 2 U W dT Q = nCV Shệ(BTN) = Shệ(TN) = TN = + T T T 1 2 V2 nR V dV = nRln V = nRln 1 1 = 1.8,314 ln Smt = 2327,92 Qmt Q = - he = = -7,76(J/K)... V1 P1 42 1 8,314 300 ln = -6201,39(J) 28 5 P1V1 P V1 = - P2.V1 1 1 P P2 2 *WBTN = - Png V = -Png(V2 V1) = -Png = - P2 P nRT P1 42 1 1 = nRT 1 2 = - 8,314 300 1 = -2993,04 (J) P P1 2 P1 28 5 b) WTN = nRTln P2 42 5 = 8,314 300.ln = 6201,39(J) P1 28 1 nRT nRT P1 P2 - 21 - WBTN = - Png V= -Png(V2 V1) = -Png 1 P 1 42 = -nRT 1 2 = - 8,314 300 P1 28... mà hệ trao đổi với môi trờng là QBTN = H0 = -2220 (kJ) 2 - Wtt = - P.dV = -P V = -n(k) RT 1 = 3 8,3145.298,15 = 7436,9(J) - W = 0 b) Quá trình thuận nghịch: - QTN = T S = 298,15 (-374,74) = - 111728,731(J) - Wmax = G = -2108,27(kJ) < 0 : Hệ sinh công - Wtt = - n(k) RT = 7436,9(J) > 0: hệ nhận công 3) a) Quá trình bất thuận nghịch: - 30 - Smt = 2220.10 3 Qmt Q H 0 = - BTN = == 7445, 916 (J/K) 298,15... nghịch ở T = const S3 = - 418,4 Q = 50 +273,15 = 1,295(J/K) T Do S là hàm trạng thái nên: SBTN = STN = S1 + S2 + S3 = 0,306(J/K) Bài 30: Biết ở -15oC, Phơi(H2O, l) = 1,428 (torr) ở -15oC, Phơi (H2O,r) = 1,215(torr) Hãy tính G của quá trình đông đặc 1 mol H2O(l) thành nớc đá ở -15oC và 1atm Giải: o 15 C, 1 mol H2O l (1) GBTN = ? -15oC, 1mol H2O(r) (Quá trình TN do H2O hơi, bão hoà nằm cân bằng với H2O(l))... không chấp nhận đợc Bài 6: Entanpi sinh tiêu chuẩn của CH4(k) và C2H6(k) lần lợt bằng -74,80 và -84,60 kJ/mol Tính entanpi tiêu chuẩn của C4H10 (k) Biện luận về kết quả thu đợc Cho biết entanpi thăng hoa của than chì và năng lợng liên kết H- H lần lợt bằng: 710,6 và - 431,65 kJ/mol Giải: * (1) C than chì + 2H2 (k) CH4(k) (2) C than chì C (k) (3) H2 (k) 2H (k) o H S ,CH 4 =-74,8kJ o H th = 710,6... 10-3) = -54364,183 (kJ) 17 Bài 11: Tính năng lợng mạng lới tinh thể BaCl2 từ 2 tổ hợp dữ kiện sau: 1) Entanpi sinh của BaCl2 tinh thể: - 859,41 kJ/mol Entanpi phân li của Cl2: 238,26 kJ/mol Entanpi thăng hoa của Ba: 192,28 kJ/mol Năng lợng ion hoá thứ nhất của Ba: 500,76 kJ/mol Năng lợng ion hoá thứ hai của Ba: 961,40 kJ/mol ái lực electron của Cl : - 363,66 kJ/mol 2) Hiệu ứng nhiệt của quá trình hoà tan . + W = W = -PdV = T dT Cn V T T 2 1 +Quá trình bất thuận nghịch: dU BTN = W 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. 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 ) - 2 - * Nếu sự. năng của khí lí tởng 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