Từ thực nghiệm thu được trị số H theo Kcal.mol-1 phân ly từng liên kết ở 250C như sau: Hãy giải thích cách tính và cho biết kết quả tính H cũng ở điều liện như trên của sự đồng phân h
Trang 1BÀI TẬP VỀ NHIỆT ĐỘNG HỌC
1 Tính năng lượng liên kết trung bình CH và CC từ các kết quả thực nghiệm sau:
- Nhiệt đốt cháy CH4 = - 801,7 kJ/mol
- Nhiệt đốt cháy C2H6 = - 1412,7 kJ/mol
- Nhiệt đốt cháy Hidrro = -241,5 kJ/mol
- Nhiệt đốt cháy than chì = -393,4 kJ/mol
- Nhiệt hóa hơi than chì = 715 kJ/mol
- Năng lượng liên kết HH = 431,5 kJ/mol
Các kết quả đều đo được ở 298K và 1atm
Bài giải: Ta sắp xếp các phương trình (kèm theo ký hiệu nhiệt) sao cho các chất ở 2 vế triệt tiêu
bớt để còn lại phương trình CH4 C (r)+ 4H
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O H1
2H2O O2 + 2H2 - H2
CO2 O2 + C (r) - H3
C (r) C (k) H4
2H2 4H 2H5
Tổ hợp các phương trình này ta được CH4 C(r) + 4H
4H0C H = H1 - H2 - H3 + H4 + 2H5
= - 801,5 + 483 + 393,4 + 715 + 2(431,5) = 1652,7 kJ/mol
và Năng lượng liên kết CH = 1652,7 : 4 = 413,715 kJ/mol
Bằng cách tương tự tính được Năng lượng liên kết CC = 345,7 kJ/mol
2 Từ thực nghiệm thu được trị số H (theo Kcal.mol-1) phân ly từng liên kết ở 250C như sau:
Hãy giải thích cách tính và cho biết kết quả tính H (cũng ở điều liện như trên) của sự đồng phân hóa: CH3CH2OH (hơi) CH3-O-CH3 (hơi)
Nêu sự liên hệ giữa dấu của H với độ bền liên kết trong phản ứng trên
CH3CH2OH có 1 liên kết C C ; 5 liên kết C H ; 1 liên kết C O và 1 liên kết O H
Năng lượng cần thiết phá vỡ các liên kết này = (83) + (995) + (84) + (111) = 773 Kcal/mol
CH3 O CH3 có 6 liên kết C H và 2 liên kết C O
Năng lượng tỏa ra khi hình thành các liên kết này = (99 6) + (84 2) = 762 Kcal/mol
Vậy phản ứng trên là thu nhiệt, H = 773 762 = 11 Kcal/mol
H mang dấu + chứng tỏ độ bền liên kết của CH3CH2OH > CH3OCH3
3 Trong công nghệ hoá dầu , các ankan được loại hiđro để chuyển thành hiđrocacbon không no
có nhiều ứng dụng hơn Hãy tính nhiệt của mỗi phản ứng sau:
C 4 H 10 C 4 H 6 + H 2 ; Ho1 (1)
CH 4 C 6 H 6 + H 2 ; Ho2 (2)
Biết năng lượng liên kết , E theo kJ.mol-1 , của các liên kết như sau :
( Với các liên kết C-H , C-C , các trị số ở trên là trung bình trong các hợp chất hiđrocacbon khác nhau )
2) Tính nhiệt của phản ứng :
* Tìm hệ số cho các chất
Trang 2C 4 H 10 C 4 H 6 + H 2 ; Ho1 (1)
hay H3C - CH2- CH2-CH3 CH2=CH-CH=CH2 + 2H2
6 CH 4 C 6 H 6 + 9 H 2 ; Ho2 (2)
m n Trong đó Ei , Ej là năng lượng liên kết
* Từ Hophản ứng = i Ei _ j Ej ở vế đầu và cuối (tham gia , tạo thành)
i = 1 j = 1 trong phản ứng
i , j số liên kết thứ i , thứ j
Do đó Ho1 = ( 10 EC-H + 3EC-C ) - (6 EC-H + 2 EC=C + EC-C + 2 EH-H )
Thay số , tính được Ho1 = + 437,0 kJ.mol-1
Tương tự , ta có
Ho2 = 24 EC-H - ( 3EC-C + 3 EC=C + 6 EC-H + 9 EH-H )
Thay số , tính được Ho2 = + 581,1 kJ.mol-1 (Ho2 > 0 , phản ứng thu nhiệt )
ĐS: H10 = + 437,0 kJ/mol và H02= + 581,1 kJ/mol
4 Xác định năng lượng liên kết trung bình một liên kết C – H trong metan Biết nhiệt hình thành
chuẩn của metan = –74,8 kJ/mol; nhiệt thăng hoa của than chì = 716,7 kJ/mol; năng lượng phân
ly phân tử H2 = 436 kJ/mol
Theo định nghĩa: năng lượng liên kết trong CH4 là H0298 của quá trình:
CH4(k) C (k) + 4H (k)
Theo giả thiết: C (r) + 2H2 (k) CH4 H0h t. = 74,8 kJ/mol
C (r) C (k) H0t h. = 716,7 kJ/mol
H2 (k) 2H (k) H0
.
p l = 436 kJ/mol
Tổ hợp 3 quá trình này cho: H0
298 = 74,8 + 716,7 + (2 436) = 1663,5 kJ/mol
Vậy năng lượng liên kết trung bình của 1 liên kết C H = 1663,5 : 4 = 416 kJ/mol
5 Tính năng lượng liên kết O – H trong phân tử nước, biết:
H2O (l) = H2O (k) H = 40,6 kJ/mol (1)
2H (k) = H2 (k) H = – 435 kJ/mol (2)
O2 (k) = 2O (k) H = 489,6 kJ/mol (3)
2H2 (k) + O2 (k) = 2H2O (l H = – 571,6 kJ/mol (4) (– 462,5 kJ/mol)
6 Hãy xác định năng lượng nguyên tử hóa của NaF (ENaF), biết:
- Năng lượng phân ly NaF (Ei) = 6,686 eV
- Thế ion hóa của Na (INa) = 5,139 eV
- Aí lực electron của F (EF) = -3,447 eV
Bài giải: Ta lập các quá trình kèm theo các ký hiệu năng lượng:
NaF Na+ + F Ei
Na+ + e Na - INa
F- e F - EF
Tổ hợp 3 quá trình này ta được:
NaF Na + F ENaF = Ei - INa - EF =
= 6,686 - 5,139 + 3,447 = 4,994 eV
7 Hãy so sánh H0298của phản ứng khử Fe2O3 bằng các chất khử khác nhau: H2,C và CO Qua đó cho biết để khử sắt oxit thì dùng chất nào tốt nhất Biết :
Fe2O3 H2O(h) CO CO2
H0298(kJ/mol) - 822,200 - 241,8 - 110,5 - 393,5
Trang 3ĐS: H H2 = + 96,8 kJ ; H C = + 231,95 kJ ; H CO = – 26,8 kJ
8 Khử Fe2O3 bằng nhôm đến tạo Fe Tính:
a) H0298 của phản ứng biết dưới áp suất 1 atm và 250C cứ khử được 47,87 g Fe2O3 thì thoát ra 254,08kJ
b) H0
298 sinh của Fe2O3 Biết H0
298sinh(Al2O3) = - 1669,79 kJ/mol
ĐS: a) – 847,59 kJ/mol b) – 822,20 kJ/mol
9 Khi đốt cháy amoniac tạo ra nitơ và H2O (l) Biết ở 250C và 1atm cứ tạo được 4,89lít N2 thì thoát ra 153,06 kJ và H0298 sinh (H2O lỏng) = - 285,84 kJ/mol Tính:
a) H0
298 của phản ứng?
b) H0298 sinh của NH3(k)
ĐS: a) – 1530,60 kJ/mol b) – 46,11 kJ/mol
10 Khi đốt cháy 0,532 g hơi benzen ở 250C và thể tích không đổi với một lượng oxi dư toả ra 22475,746 J sản phẩm là CO2(k) và H2O(l) Tính :
a) Nhiệt cháy của benzen?
b) H0298 của phản ứng khi đốt cháy 1 mol benzen
ĐS: a) – 3295,316 kJ/mol b) H = – 3301,509 kJ/mol
11 ở 250C và 1atm nhiệt cháy của xiclopropan khí, của graphit, của hidro lần lượt bằng
– 2091,372; – 393,513 và – 285,838 kJ/mol Cũng ở điều kiện đó nhiệt tạo thành của propen khí bằng 20,414 kJ/mol Tính:
a)Nhiệt tạo thành của xiclopropan khí ở 250C ?
b) Hiệu ứng nhiệt của phản ứng đồng phân hoá xiclopropan (k) propen (k)?
ĐS: a) 53,319 kJ/mol b) H = – 32,905 kJ/mol
12 H0
298 phá vỡ liên kết của H2(k) và N2(k) lần lượt bằng 436 kJ/mol và 945kJ/mol Tính:
H0298 của phản ứng
ĐS: 1173 kJ/mol
13 ở 250C và 101,325 kPa H tạo thành cuả axêtonitryl CH3CN ở trạng thái khí = 88,0 kJ/mol Tính năng lượng liên kết C N trong phân tử này từ các nguyên tử? Biết năng lượng cuả các liên kết C – H và C – C lần lượt bằng – 413 kJ/mol và – 348 kJ/mol
Cho: Cgraphit Chơi H0298 thăng hoa = 718,4 kJ/mol
H(k) 1
2H2 (k) H
0
298 = – 218,0 kJ/mol
2N (k) N2(k) H0298 = – 946,0 kJ/mol
ĐS: – 888,8 kJ/mol
14 Tính năng lượng mạng lưới của KBr Biết H0
298 sinh tinh thể KBr = – 392,0 kJ/mol H0298 bay hơi của brom = 30,7 kJ/mol
H0298 nguyên tử hoá của kali = 90,0 kJ/mol
H0298 tạo thành Br – Br = – 193,0 kJ/mol
ái lực electron của Br = – 333,0 kJ/mol Năng lượng ion hóa của K = 419,0 kJ/mol
ĐS: – 697,85 kJ/mol
15 Tính năng lượng mạng lưới ion của CaCl2 ,biết rằng:
- H0298,s của tinh thể CaCl2 = - 795 kJ/mol
- Nhiệt nguyên tử hóa H0 của Ca(r) Ca(k) = 192 kJ/mol
Trang 4- Năng lượng ion hóa: Ca(k) 2e Ca2+ (k) I1 + I2 = 1745 kJ/mol
- Năng lượng liên kết (Elk) ClCl trong Cl2 = 243 kJ/mol
- ái lực electron (E) của Cl(k) = -364 kJ/mol
Có thể thiết lập chu trình Born-Haber để tính toán theo định luật Hess:
Ca(r) + Cl2 (k) CaCl2(r)
H0298 s,
H0a EClCl -U
2
CaCl
(I1 + I2)Ca
Ca(k) + 2Cl(k) Ca2+(k) + 2Cl-(k)
2ECl
Hoặc sử dụng phương pháp tổ hợp cân bằng ta có:
Ca(r) + Cl2(k) CaCl2(r) H0298 s,
Ca(k) Ca(r) - H0a
2Cl (k) Cl2(k) - Elk
Ca2+(k) + 2e Ca(k) -(I1 + I2)
2 Cl-1(k) e Cl (k) -2E
Cộng các phương trình ta được Ca2+(k) + 2Cl-(k) CaCl2(r)
Năng lượng của quá trình này là năng lượng mạng lưới ion của CaCl2
và = H0298 s, H0a Elk (I1 + I2) 2E
= (-795) 192 243 1745 2(-364) = -2247 kJ/mol
16 Tính ái lực electron(E) của oxi từ các dữ kiện thực nghiệm sau:
- Thế ion hóa thứ nhất và thứ hai của Mg là I1= 7,7eV và I2= 15eV
- Năng lượng liên kết của O2 là: H0 = 493 kJ/mol
- Nhiệt thăng hoa của Mg là: Hth = 150 kJ/mol
- Nhiệt hình thành MgO là : Hs = - 610 kJ/mol
- Năng lượng mạng lưới ion của MgO là: U0 = -4054,89 kJ/mol
Bằng cách tính tương tự thu được E = - 861,926 kJ/mol
(Chú ý: tính I1 và I2 ra đơn vị kJ/mol = 22,7.1,6.10-19 6,02.1023.10-3 )
17 Từ thực nghiệm,biết năng lượng ion hóa thứ nhất(I1) của Li = 5,390 eV
Quá trình Li - 2e Li2+ có E = 81,009 eV Hãy tính:
Năng lượng ion hóa I2 và Năng lượng kèm theo quá trình Li - 3e Li3+
Bài giải: Do Li - 1e Li+
có I1 = 5,390 eV nên
Li+ + 1e Li E01 = - I1 = - 5,390eV
Li - 2e Li2+ E2 = 81,009 eV
Tổ hợp 2 quá trình này ta được năng lượng ion hóa I2
Li+ - e Li2+ I2= E1 + E2 = 81,009 - 5,390 = 75,619 eV
Muốn tính năng lượng kèm theo quá trình Li - 3e Li3+ ta cần tổ hợp 2 quá trình:
Li - 2e Li2+ (đã cho) và Li 2+ - 1e Li3+ (I3)
Li2+ là hệ 1e một hạt nhân, nên năng lượng của electron được tính theo công thức
E3 (Li3+ ) = - 13,6 2
2
n
Z
ở đây
1
3
n
Z
E3 (Li3+ ) =-13,6 2
2 1
3
= -122,4 (eV)
Li 2+ - 1e Li3+ I3 = - E3 = 122,4 eV
Li - 2e Li2+ E2 = 81,009 eV
Trang 5Li - 3e Li3+
E = I3 + E2 = 203,41 eV
18 Xác định nhiệt hình thành 1 mol AlCl3 khi biết:
Al2O3 + 3COCl2(k) 3CO2 + 2 AlCl3 H1 = -232,24 kJ
CO + Cl2 COCl2 H2 = -112,40 kJ
2Al + 1,5 O2 Al2O3 H3 = -1668,20 kJ
Nhiệt hình thành của CO = -110,40 kJ/mol
Nhiệt hình thành của CO2 = -393,13 kJ/mol
Nhiệt hình thành 1 mol AlCl3 là nhiệt của quá trình
Al + 1,5 Cl2 AlCl3
Để có quá trình này ta sắp xếp các phương trình như sau:
Al2O3 + 3COCl2(k) 3CO2 + 2 AlCl3 H1
3CO + 3Cl2 3COCl2 3H2
2Al + 1,5 O2 Al2O3 H3
3C + 1,5 O2 3CO 3H4
và 3 CO2 3C + 3 O2 3(-H5 )
Sau khi tổ hợp có kết quả là: 2Al + 3 Cl2 2AlCl3 Hx
và Hx = H1 + 3H2 + H3+ 3H4+ 3(-H5 )
= (-232,24) + 3(-112,40) + (-1668,20) + 3(-110,40) + 3(393,13) = - 1389,45 kJ
Vậy, nhiệt hình thành 1 mol AlCl3 = -1389,45 : 2 = - 694,725 kJ/mol
19 Cho các số liệu nhiệt động của một số phản ứng sau ở 298K
(2) N
2O + 3H2 N2H4 + H2O 317
(4) H
S0
298 (N2H4) = 240 J/K.mol ; S0
298 (H2O) = 66,6 J/K.mol
S0
298 (N2) = 191 J/K.mol ; S0
298 (O2) = 205 J/K.mol a) Tính nhiệt tạo thành Ho298 của N2H4 ; N2O và NH3
b) Viết phương trình của phản ứng cháy Hidrazin và tính Ho298 , Go298 và hằng số cân bằng K của phản ứng này
c) Nếu hỗn hợp ban đầu gồm 2mol NH3 và 0,5mol O2 thì nhiệt của phản ứng (3) ở thể tích không đổi là bao nhiêu?
a) Ta sắp xếp lại 4 phương trình lúc đầu để khi cộng triệt tiêu các chất và được
N2 + H2 N2H4 Đó là:
4N2 + 3H2O 2NH3 + 3N2O -H1
3N2O + 9H2 3N2H4 + 3H2O 3H2
2NH3 + 0,5 O2 N2H4 + H2O H3
H2O H2 + 0,5 O2 -H4
Sau khi cộng ta được: 4N2 + 8H2 4N2H4 có 4H5
Suy ra H5 = (-H1 + 3H2 + H3 - H4) : 4
= (1011 - 3 317 - 143 + 286) : 4 = 50,75 kJ/mol
Trang 6Từ H5 và H4 và H2 tính được HN O
2 = H5 + H4 - H2
= 50,75 - 286 + 317 = 81,75 kJ/mol
Từ H5 và H4 và H3 tính được H
3
NH = H5 + H4 - H3
= ( 50,75 - 286 + 143 ) : 2 = 46,125 kJ/mol
b) N2H4 + O2 N2 + 2H2O
H0298= 2 ( 286) 50,75 = 622,75 kJ/mol
S0298= 191 + (2 66,6) 205 240 = 120,8 J/K
G0298= 622,75 ( 120,8 10 3 298) = 586,75 kJ/mol
ln K = G
RT
=
3
586, 75.10
8, 314 298
= 236,8 ; K = 10
103
c) H = U + PV = U + nRT U = H nRT
Với n = 1 2,5 = 1,5 cho U = 143.103 ( 1,5) 8,314 298 = 139 kJ
20 Tính nhiệt phản ứng ở 250C của phản ứng sau:
CO(NH2)2(r) + H2O(l) CO2(k) + 2NH3(k)
Biết trong cùng điều kiện có các đại lượng nhiệt sau đây:
CO (k) + H2O (h) CO2 (k) + H2 (k) H1 = -41,13 kJ/mol
CO (k) + Cl2 (k) COCl2 (k) H2 = -112,5 kJ/mol
COCl2 (k) + 2NH3 (k) CO(NH2)2(r) + 2HCl(k) H3 = -201,0 kJ/mol
Nhiệt tạo thành HCl (k) H4 = -92,3 kJ/mol
Nhiệt hóa hơi của H2O(l) H5 = 44,01 kJ/mol
Để có phương trình theo giả thiết, ta sắp xếp lại các quá trình đã cho kèm theo các đại lượng nhiệt tương ứng rồi tiến hành cộng các phương trình như sau:
CO (k) + H2O (h) CO2 (k) + H2 (k) H1
COCl2 (k) CO (k) + Cl2 (k) -H2
CO(NH2)2(r) + 2HCl(k) COCl2 (k) + 2NH3 (k) -H3
H2 (k) + Cl2 (k) 2HCl(k) 2H4
H2O(l) H2O (h) H5
Sau khi cộng ta được phương trình như giả thiết ta được:
Hx = H1 - H2 - H3 + 2H4 + H5
= -41,13 + 112,5 + 201 - 184,6 + 44,01 = 131,78 kJ/mol
21 Cho Xiclopropan Propen có H1 = - 32,9 kJ/mol
Nhiệt đốt cháy than chì = -394,1 kJ/mol (H2)
Nhiệt đốt cháy Hidrro = -286,3 kJ/mol (H3)
Nhiệt đốt cháy Xiclopropan = - 2094,4 kJ/mol (H4)
Hãy tính: Nhiệt đốt cháy Propen, Nhiệt tạo thành Xiclopropan và nhiệt tạo thành Propen?
Có thể thiết lập chu trình Born-Haber để tính toán ở đây nếu dùng phương pháp tổ hợp cân bằng nói trên thì dễ hiểu hơn:
a/ Ta có: Phương trình cần tính là
CH2=CH-CH3 + 4,5O2 3CO2 + 3H2O H5 = ?
phương trình này được tổ hợp từ các quá trình sau:
CH2=CH-CH3 C3H6 xiclo (-H1)
Trang 7C3H6 xiclo + 4,5O2 3CO2 + 3H2O H4
Cộng 2 phương trình này ta được phương trình cần tính H5 =H4-H1
Vậy, nhiệt đốt cháy propen = - 2094,4 -(-32,9) = - 2061,5 kJ/mol
b/ Tương tự: 3 ( C + O2 CO2 H2 )
3 ( H2 +
2
1
O2 H2O H3 ) 3CO2 + 3H2O C3H6 xiclo + 4,5O2 (-H4 )
Tổ hợp được 3C + 3H2 C3H6 xiclo H6 = 3H2 + 3H3 - H4
H6 = 3(-394,1) + 3(-286,3) - (-2094,4) = 53,2 kJ/mol
c/ Tương tự nhiệt tạo thành propen là:
H7 = 3H2 + 3H3 - H5 = 20,3 kJ/mol
21 Đối với quá trình đồng phân hoá Xiclopropan thành Propen có H = 32,9 kJ/mol
Hãy bổ sung vào bảng sau:
Chất Nhiệt cháy Ho298 cháy (kJ/mol) Nhiệt sinh Ho298 (kJ/mol)
C (than chì) 394,1
Xiclopropan 2094,4
Propen
22 Đốt cháy 1 mol benzen lỏng ở 250C, 1atm để tạo ra khí CO2 và H2O lỏng toả ra một nhiệt lượng bằng 3267kJ Xác định nhiệt tạo thành của benzen lỏng ở điều kiện trên; biết nhiệt tạo thành chuẩn của CO2(k) và H2O (l) tương ứng bằng – 393,5 và – 285,8 kJ/mol (49 kJ/mol)
23 Tính hiệu ứng nhiệt của 2 phản ứng sau:
2NH3 + 3/2 O2 N2 + 3 H2O (1)
2NH3 + 5/2 O2 2NO + 3H2O (2)
So sánh khả năng của 2 phản ứng, giải thích vì sao phản ứng (2) cần có xúc tác
Cho năng lượng liên kết của:
Tính hiệu ứng nhiệt:
E1 = (2ENH 3 + 3/2EO 2) – (EN 2 + 3 EH 2 O) = 2 1161 + 3/2 493 – 942 – 3 919 = - 637,5 kJ
E2 = 2ENH 3 + 5/2EO 2 – 2ENO – 3EH 2 O = 2 1161 + 5/2 493 – 2 627 – 3 919 = - 456,5 kJ
- Phản ứng (1) có H âm hơn nên pư (1) dễ xảy ra hơn
- Nếu có xúc tác thì năng lượng hoạt hoá sẽ giảm và tốc độ phản ứng sẽ tăng, do đó để thực hiện phản ứng (2) cần có xúc tác
24 Phản ứng CaO(r) + CO2(k) CaCO3 (r) xảy ra như thế nào ở 250C và 9270C? Biết:
S0
H0298(kJ/mol) - 635,5 - 393,5 - 1027,0
25 Nhôm oxit có thể bị khử thành kim loại bởi khí hidro không (ở 4270C) ? Biết:
Trang 826 Nhiệt độ sôi của nước biến thiên như thế nào khi áp suất khí quyển dao động 1mmHg? Biết ở
1000C và áp suất khí quyển = 1atm nhiệt hoá hơi của nước là 539,7 cal/g; thể tích nước lỏng là 18,78ml/mol còn hơi nước là 30,199 lít/mol
Giải: dP
bh S
H
dT =
.S
bh
H
với dP =
5
1, 013.10
760 = 133,2 N/m
2
T = 3730K ; Hbh = 40477,5 J/mol; V= (30,199 – 0,01878) 10 –3m3/mol 30,18 10 –3m3/mol
dTS =
3
133, 2.373.30,18.10 40477,5
= 0,037 độ/ mmHg
27 Tính dao động áp suất để nhiệt độ đông đặc của H2O biến thiên một độ Biết ở 00C nhiệt nóng chảy của nước là 79,7 cal/g ; khối lượng riêng của nước lỏng là 0,998 g/cm3, của nước rắn là 0,9168 g/cm3
dP
bh
S
H
với 1cal/g = 41,3 cm
3
.at/g và Hnc = 79,7 cal/g = 79,7 41,3 cm3.at/g
Tnc = 2730K nên V = Vl – Vr = 1
0, 998 –
1
0, 9168 = – 0,088 cm
3
/g
dP
79, 7.41,3 273( 0, 088) = – 137 at/độ
28 Tại nhiệt độ nào sự chuyển 1 mol nước lỏng thành hơi nước ở áp suất khí quyển 1atm là một
quá trình tự xảy ra Biết nhiệt hoá hơi 1 mol nước lỏng bằng 40587,80 J và biến thiên entropi của sự chuyển trạng thái này bằng 108,68 J/K
G = H TS = 40587,80 T 108,68
Tại cân bằng H2O (l) H2O (h) thì G = 0 nên 40587,80 = 108,68.T T = 373,46 K Vậy muốn quá trình tự xảy ra thì T > 373,46 K
30 Nitrosyl clorua là một chất rất độc, khi đun nóng sẽ phân huỷ thành nitơ monoxit và clo
a) Hãy viết phương trình cho phản ứng này
b) Tính Kp của phản ứng ở 298K(theo atm và theo Pa) Cho:
S0
c) Tính gần đúng Kp của phản ứng ở 475K
a) 2NOCl 2NO + Cl2
b) Hằng số cân bằng nhiệt động lực học được tính theo phương trình G = RTlnK
Trong đó G = H T S
H = [(2 90,25 103) + 0 (2 51,71 103 ) = 77080 J/mol
S = [(2 211) + 233 (2 264) = 117 J/mol
G = 77080 298 117 = 42214 J/mol
và ln K = 42214
8,314 298 = 17 Kp = 3,98 10
8 atm và Kp = 4,04 10 3 Pa
c) Tính gần đúng:
ln 2
1
( )
( )
Kp T
H
lnKp(475K) = 77080 1 1
8, 314 298 475
ln Kp (475) = 5,545 Kp = 4,32 10 3 atm hay Kp = 437Pa
Trang 931 Cho thêm một lượng dư axit clohiđric loãng vào một dung dịch loãng chứa 0,00210 mol
KOH Trong phản ứng xảy ra có một lượng nhiệt 117,3 J được giải phóng ra
a) Hãy tính nhiệt phản ứng đối với quá trình tự phân ly của nước
b) Thí nghiệm được lặp lại với dung dịch amoniăc Người ta cho một lượng dư axit clohidric loãng vào 200 ml dung dịch amoniac 0,0100 mol/L phản ứng giải phóng 83,4 J
Hãy tính nhiệt phản ứng của quá trình
NH3(nước) + H2O(nước) NH4(nước) + OH
(nước) trong đó giả thiết rằng ở thí nghiệm này toàn bộ mẫu thử amoniac tồn tại dưới dạng NH3 c) Hãy tính nhiệt phản ứng đối với quá trình:
NH3(nước) + H2O(nước) NH4(nước) + OH
(nước) trong đó lưu ý rằng ở thí nghiệm trên một phần amoniac đã tự phân ly Kb = 1,77 105 mol/L
a) Đối với phản ứng OH + H3O+ 2H2O có H =
3 117,3.10
0, 00210
= 55,9 kJ/mol
Vậy Nhiệt phản ứng của quá trình tự phân ly của H2O = 55,9 kJ/mol
b) Ta có NH3 + H2O NH4 + OH H = x (1)
OH + H3O+ 2H2O H = 55,9 kJ/mol (2)
Tổ hợp được: NH3 + H3O+ NH4 + H2O H =
3
83, 4.10
0, 2 0, 01
= 41,7 kJ/mol Vậy : x + ( 55,9) = 41,7 H = x = 14,2 kJ/mol
c) Theo (1): Kb =
2 4 4
c NH
c NH
5 c(NH4) = 4,12 104 mol/L
Vậy phần tự phân ly =
4 4,12.10
0, 01
= 0,0412 mol tồn tại dưới dạng NH4 và còn 0,9588 mol vẫn tồn
tại dưới dạng NH3 Tương tự phần (b) tính được 0,9588y + ( 55,9) = 41,7 y = 14,8 kJ/mol
32 Hằng số cân bằng (Kc ) của một phản ứng kết hợp A (k) + B (k) AB (k)
ở 250C là 1,8 103 L/mol và ở 400C là 3,45.103 L/mol
a) Giả sử Ho không phụ thuộc nhiệt độ, hãy tính Hovà So
b) Hãy tính các hằng số cân bằng Kp và Kx tại 298,15 K; áp suất toàn phần là 1 atm
a) Với ln 2
1
( ) ( )
Kp T
H
ln
3 3
3, 45.10 1,8.10 =
8,314 298,15 313,15
H
Tính được H = 33,67 kJ/mol
Với G = H T S = RTlnK (33,67 103 ) T2 S = 8,314 T2 ln 3,45 103
S =
(33, 67.10 ) 8,314 313,15 ln 3, 45.10
313,15
= 175,25 J/K.mol
b) Vì Kp = Kc.(RT) n với n = 1 nên Kp =
3 1,8.10 8,314 298,15 = 0,726 atm
1
Kp = Kx (P) n với n = 1 nên Kx = 0,726 1 = 0,726
33 Mặc dù iod không dễ tan trong nước nguyên chất, nó có thể hoà tan trong nước có chứa ion I
(dd): I2 (dd) + I (dd) I3
(dd) Hằng số cân bằng của phản ứng này được đo như là một hàm nhiệt độ với các kết quả sau:
Trang 10Hãy ước lượng Hocủa phản ứng này
Với ln 2
1
( ) ( )
Kp T
H
; chọn 2 giá trị bất kỳ của K tại 2 nhiệt độ khác nhau
Ví dụ: 15,20C (288,4 K) và 34,90C (308,1 K)
Với ln 530
840=
8,314 288, 4 308,1
H
H = 1,72 104 J = 17,2 kJ
34 Diliti là một chất thiết yếu cho hệ thống đẩy của tàu không gian “ Enterprise” Diliti được tạo
thành do sự kết nối 2 nguyên tử Liti ở pha khí: Li (k) + Li (k) Li2(k) (1)
Cho biết: Ho298 hóa hơi (Li(k)) = 159,4 kJ/mol ; Năng lượng liên kết (Li2
(k)) = 129,8 kJ/mol Năng lượng ion hóa (Li(k)) = 5,392 eV; Năng lượng ion hoá (Li2 (k)) = 5,113 eV
( 1eV = 96,486 kJ/mol )
a) Hãy tính Ho298 hóa hơi (Li2(k)) và Năng lượng liên kết (Li2 (k))
b) Nhà hóa học chỉ huy lò plasma xoắn trên tàu Enterprise đang thử nghiệm hoạt động của hệ thống ông ta nạp 122,045 g Liti nguyên chất vào buồng phản ứng trống Buồng phản ứng có thể tích 5,9474 x 105 m3, và được duy trì tại nhiệt độ hoạt động là 610,25 K Một thiết bị đo áp suất rất nhạy cho thấy áp suất trong buồng ổn định tại 9,462 x 104 Toor (1Toor = 0,133322 kPa); phân tích bằng phương pháp quang phổ của mặt trong của buồng phản ứng cho thấy toàn
bộ Liti đã hoá hơi (Buồng phản ứng làm bằng hợp kim durani có áp suất hơi bằng không tại 610,25 K.) Tính áp suất riêng của hơi Liti và diLiti trong buồng phản ứng Tính hằng số cân bằng, Kc của phản ứng (1) tại nhiệt độ này? NTK của Li = 6,941 g/mol
* Nạp 122,045 gam Li vào buồng (có áp suất hơi bằng 0) có thể tích 5,9474 105 m3 ở 610,25 K; toàn bộ Li trong buồng đã hóa hơi cho thấy áp suất trong buồng là 1,26 104 kPa
a) Theo giả thiết: Li (r) Li (k) Hhh (Li) = 159,4
Li+ (k) + Li (k) Li2 (k) E (Li2) = 129,8
Li (k) e Li+ (k) I = 5,932 96,486
Li2 (k) e Li2(k) I’ = 5,113 96,486
Để tìm năng lượng của quá trình 2Li (r) Li2 (k) Hhh (Li2 )
ta tổ hợp: 2Li (r) 2Li (k)
Li+ (k) + Li (k) Li2 (k)
Li (k) e Li+ (k)
Li2(k) + e Li2 (k)
Khi đó : Hhh (Li2) = 2Hhh (Li) E + I I’ = (2 159,4) 129,8 + (5,392 5,113) 96,486
= 216,0 kJ/mol
Để tìm năng lượng của quá trình Li2 (k) 2Li (k) E’ (Li2 )
ta tổ hợp Li2 (k) 2Li (r)
2Li (r) 2Li (k)
Khi đó : E’ (Li2 ) = Hhh (Li2 ) + 2Hhh (Li) = (2 159,4) 216,0 = 102,8 kJ/mol
b) Số mol Li = 122, 045
6,941 = 17,583 mol