L Mé dau
Trong quá trình giảng dạy ở trường phô thông nhiệm vụ phát triển tư 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 tư 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 nam vững kiến thức và kỹ năng hóa học của học sinh
Đề giáo viên bồi dưỡng học sinh khá, giỏi ở trường chuyên dự thi học sinh giỏi cấp Tính và cấp Quốc gia được tốt thì nhu cầu cấp thiết là cần có một hệ thông câu hỏi và bài
tập cho tất cả các chuyên dé như : 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 sưu tầm và tập hợp lại một số câu hỏi và bài tập theo một số chuyên đề , trong đó có phần
dùng dé 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 học”dùng 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 — bai tap — phương pháp giải, góp phần nâng cao chat
lượng giảng dạy và học tập môn Hóa học HH Nội dung
A- Cơ sở Lí thuyết :
Trước khi đưa ra hệ thống bài tập cho học trò luyện tập thì giáo viên cần phải yêu
Trang 2- Trong bình có hỗn hợp khí thì: P= =P, = zn RT nj 3n; con p= N,.P= P 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 đồi nhiệt với môi trường * Quy ưóc:
Hệ nhận năng lượng của môi trường = năng lượng mang dấu + Hệ nhường năng lượng cho môi trường = năng lượng mang dấu - 3) Biến đối thuận nghịch:
Nếu hệ chuyên 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 trởng không có trong thực tế
4) Sự biến đối bất thuận nghịch: là sự biến đổi được tiến hành với vận tốc đáng kẻ 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 đi trước đó Ví dụ: P.V = hàm trạng thái
P¡.Vị =n.RT¡ ; P;.V¿ạ =n.R.T;
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 Vi dụ: Công của sự giãn nở khí lí tưởng từ thê tích Vị đến Vạ ở f = const trong 1 xilanh kín nhờ 1 pittông được tính bằng công thức:
2
W=- JP, av (P; : áp suất bên ngoài)
1 * Nếu sự biến đồi là BTN thì P„ = Pxq = const
Trang 3* Nếu sự biến đổi là thuan nghich: Giam P,, nhiing luong vé cling bé dé thé tích khí tăng
những lượng vô cùng bé Khi đó Pạ mỗi lúc thực tế = P ở bên trong xi lanh = Py
Pạ= P.=n.RT/V
2 2
=Wn=- [P, av =-nRT == oRT in Fe => Wan # Ww
1 1 1
* Các quá trình thuận nghịch sinh công lớn nhất khi hệ biến đổi từ trạng thái I 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 củan mol khí lí tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ
8) Nguyên lí I của nhiệt động học: (Sự biến đỗi nội năng của hệ) AU =U,-U,;=W+Q
- Đối với su biến đổi vô cing nho: dU = by + 89
(8: Chi nhting ham khong phải là hàm trạng thái)
- Thường gặp công được thực hiện chỉ do sự biến đổi thể tích nên: öw = -P.dV
2 2
=> dU= 8 =P dV = |av =Q- [Pav < AU=Q- [Pav
1 1
* Nhiệt đẳng tích: Nêu hệ biên đổi ở V = const > dV = 0
=> AU = Qy => Qy 1a 1 ham trang thai
* Nhiệt đẳng áp: Nêu hệ bién déi ở P = const thi:
[rar =P [+ =P.V:-P.V,
i i
=> AU = Up - U; = Qp- P V2 + PV, => Qp = (U2 + P.V2) - (U; + P Vi)
Dat U + P.V = H = entanpi = ham trang thai
=> Qp =H, - H, = AH=su bién thién entanpi của hệ
* Nhiệt phản ứng:
Trang 4Nhiệt 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 vad mol D ở T = const
- Nếu phản ứng được thực hiện ở P = const thì nhiệt phản ứng được gọi là nhiệt phản ứng dang 4p Qp = AH - Nếu phản ứng được thực hiện ở V = const thi nhiét phản ứng được gọi là nhiệt phản ứng đăng tích Qy=AU * Quan hệ giữa Qp và Qy Qp = AH = A(U + PV)P = AU + P AV => AH=AU+P.AV=AU + An RT Qp = QV + An RT (An = 2 ghisp - 2 1 khi pe) Khi An = 0 => Qp = Qy hay AH = AU > AU=Qy=n.Cy AT AH = Qp=n.Cp AT
* Nhiệt dung mol đẳng áp (Cp) là nhiệt lượng cần cung cấp để làm 1 mol chất nóng thêm
1° trong điều kiện đẳng áp (mà trong quá trình không có sự biến đổi trạng thái)
7 1
* Tuong tu voi Cy: AH = Jc,.ar ;AU= JCp-ar
ñ ñ
Cp, Cy la ham cua nhiệt độ
Với I mol khí lí tưởng: Cp = AH :Cv= AU
AT AT
Ma AU=AH-P.AV =>cp= 47 =4U , PAV LQoirR
AT AT AT
0Q, W: Không phải là hàm trạng thái
Qy = AU; Op = AH => Qy, Op la ham trang thai > chi phụ thuộc vào trạng thái dau va trạng thái cuỗi của hệ mà không phụ thuộc vào quá trình biến đổi là thuận nghịch hay
không thuận nghịch
9) Định luật Hess: AH (AU) của I quá trình chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối của hệ mà không phụ thuộc vào đường đi
Trang 5AH, nj, At+mB TT nạC + nạD AH AH, a AH; ny A+nB TT nạC + nạ D 1 Theo dinh luat Hess: AH, = AH, + AH, + AH, Ma: Ty Ty AH, = [(m Cp, +1,.C;,)dT =~ [(mCp, +2yCp,).aT q q Ty AH, = [@.C„ +n,C„)4Ƒ T1 T, T1 => AH) = AH, + fl Cp, +y.Cp,)—(n,Cp, +m,C,, dT = AH, + Jac,.ar T1 T1 T - AH; thường được xác định ở điều kiện chuẩn: AH9r= AH's; + fac,’.ar 298
Với AC”p = 3C”p(sp) - >CPp(tham gia)
C°; là nhiệt dung mol dang áp ở điều kiện chuẩn (1atm) - Trong khoảng hẹp của nhiệt độ có thể coi AC°p = const
Thì: AH¿ = AH + ACp.(Ts -T¡)
AHfr= AH?2zss + AC?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 öQ+x thì sự biến thiên entropi trong quá trình này là: ds= Sn S la ham trang thai (J/mol.K)
- Néu sur bién déi la bat thuận nghịch thì d > Cn
Trang 6ds> 2 T
- Trong hệ cô lập 5Q = 0 nén:
+ dS =0: trong hệ cô lập entropi của hệ không đổi nếu xảy ra quá trình thuận nghịch
+ đS >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 | hé hay 1 chất càng lớn khi hệ
hay chất đó gồm những hạt và sự đao động của các hạt càng mạnh (khi liên kết giữa các hạt
càng yếu)
VD: 54,06) <5 H;O() < 51,0 (h)
S110) 50,09 So; a9
= S la 1 dai lugng dung dé
13) Sự biến thiên S trong quá trình biến đỗi trạng thái của chất: Khi chất nguyên chất nóng chảy hoặc sôi ở P = const thì:
2 H
T = const > AS= lỄ- ——
iT T
AH = nhiét bién thién trang thai = L,,, hoac Ly 14) AS trong quá trình giãn nớ đẳng nhiệt khí lí tướng:
Xét n mol khí lí tưởng giãn nở thể tích từ Vị —> Vạ ở = const Vì nội năng của khí lí
tưởng chỉ phụ thuộc nhiệt độ nên trong sự biến đổi này:
AU = Qin + Won = Qarw + Warn = 0 2 => Qry =- Wry =oRT In (=-P.AV)= f _ 1 1 h T =const >AS = oo aRin = n.R.In 1 2
15) Sự biến thiên entropi của chất nguyên chất theo nhiệt độ
- Quá trình P = const: Dun nóng 1 chất nguyên chất từ T¡ —> T;, không có sự chuyển pha:
"60,
AS = Pe V6i 5Q = 5Qp = dH = n.Cp.dT
qT,
Trang 7* Trong khoang nhiét d6 hep, coi Cp = const > AS = n.Cpln 1
- Qua trinh: V = const > AS =n Cyn 1
16) Entropi tuyệt đối
# Nguyên lí II của nhiệt động học:
- Entropi của chất nguyên chất đưới dạng tinh thể hoàn chỉnh ở 0(K) bằng 0: Sœ=o=0
* Xuất phát từ tiên đề trên ta có thể tính được enftropi 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 chuyên pha thì: 5 AS = ASr - AScr=0) = St= YAS, i=l T, Ts T — ĩ aT OL ï aT Ly aT >Sr= JrCnn +n T + Jnl _ _ + hai Giá trị entropi được xác định ở P = I atm = const và ở nhiệt độ T nào đó được
gọi là giá trị entropi chuẩn, kí hiệu là S”;, thường T= 298K —> S 2s
17) Sự biến thiên entropi trong phản ứng hoá học:
+ Khi phản ứng thực hiện ở P = const, T = const thì: AS = XS(sp) - =S(t/g)
+ Nếu ở điều kiện chuẩn va 25°C thi: ASĐ;ss= S”;s;(sp) - >S°;os(t/g) + Vì S của chất khí >> chất rắn, lỏng nên nếu số mol khí sản phẩm (sp) > số mol khí tham gia thì AS > 0 và ngược lại Còn trong trường hợp số mol khí ở 2 về bằng nhau hoặc phản ứng không có chất khí thì AS có giá trị nhỏ
18) Thế nhiệt động
AScô lập = AS hệ + AS mt >0
a)Thế đẳng áp G:
Xét hệ xảy ra sự biến đôi ở P, T đều không đồi trong quá trình này môi trường nhận của hệ
một nhiệt lượng AH do hệ toả ra —> AH„, = - AH ¡ạ = - AH AH
— ASm.=-
+ Điều kiện tự diễn biến của hệ:
Trang 8+ Hệ ở trạng thái cân bằng khi AH — T AS =0
+ Đặt G= H~ TS = ở nhiệt độ, P không đồi thi quá trình xây ra theo chiều có
AG=AH—T.AS<0 Và đạt tới trạng thái cân bằng khi AG = 0
b) Thế đẳng tích: (Năng lượng Helmholtz)
Nếu hệ biến đổi ở điều kiện T, V không đồi — nhiệt đăng tích mà môi trường nhận của các
hệ là AU,„ —>AS„=- ÂU»
—> điều kiện tự diễn biến của hệ trong quá trình đẳng nhiệt, đẳng tích là AF=AU-—T.AS<0
Và đạt trạng thái cân bằng khi AF = 0 Trong do: F=U-TS
VìiH=U+PV->G=H-TS=U-TS+PV —4G=F+PV
+ Đối với quá trình T,P = const > AG = W’max
+ Đối với quá trình T, V = const > AS = W’max Tóm lại : * Quá trình đẳng áp: P = const - Cong: SWP =-P.dV=-n.R.dT —> WP=-P.AV=-nRAT Tt - Nhiệt: ŠQP =dH=n.C,.dT = —QP=AH=n (C,.aT T - Nội năng: dU =Q+ðW_ -> AU=AH-—P.AV=AH—n.R AT Or 150m " dT _" - Entropi: dS > =" 5 AS> |= Z=ASw= — = dinT p “7 2 J T ™ _= T he: " Néu C, = const > AS;y =n Œ, in 5 * Quá trình đẳng tích:
-Công: S5Wy=-P.dV=0 > Wy=0
- Nhiệt: 8Qy=dUy=n C, dT => Qy=AUy= ics C, n.dT
Trang 9, QO, "dT a -Entropi: AS> =" = [he = j>GanT => AS=n C, ine (C, = const) T T 1 - Entanpi: H = U+ PV > dH = dU + P.dV + V.dP = dU + V.dP (dV=0) =>AH=AU+V.AP * Quá trình đẳng nhiệt: - Công: 5Wy = - PdV = - = av V, >Wr=- [rer = RT in =nRT In ñ =nRT In 5 Vv, V V, 2 1 - Nhiệt: AU; = Qr + W7=0 =Qr=-W+ =nRT In”? 1
- Noi nang: AU; =0
- Entanpi: AH; = AU; + A(PV); = AU; + nR AT =0 L L =—" hoac = ch ne $ - Entropi: AS ty = Sn * Với quá trình dãn nở khí lí tưrởng thuận nghịch AS= Ðộ Hy Qn _AU-W _ sổ: [+ T T T TjV
Nếu Cy = const > AS = _ +nRT In"?
ViT=const ->AS=nRTin'2 =nRTinfh 1 P, * Qua trinh doan nhiét: - Nhiét: Q=0 "| aT - Nội năng và công: đU = ồQ + õW = ồW = -PdV = nc) T1 +Quá trình bất thuận nghịch: dUprn = SWorn = -Png -dV = -P;.dV
AUsrn = Warn = -Png-(V2 — Vi) = n.Cv AT * PT Poisson: (Dung cho qua trinh thuan nghich)
Trang 10nRT, nRT, * Warn = -P2(V2 — Vi) = - Po P P 2 1 * Quá trình thuận nghịch: W = AU = n.Cv(T;- Tị) Tụ Vƒ'=T,, Ví! => T;y=Tị( hy” T, - Entanpi: AH = n Cp(T2 — T1) - Entropi: ASw = on = 0 *G=H-TS=U+PV-TS (9) 9 (GE 9 Với phản ứng oxi hoá khử có thể diễn ra trong pin điện: AG =-nEF GAG — ng “ —_AS = AS =nF SẼ aT aT aT
=AH= AG +T.AS=nF(T « -E)
19) ý nghĩa vật lí của AG: G=H-TS=U+PV-TS y=nC,(1,-T,) >T,;>%AU=We= > V2 = dG = dU + P.dV + V.dP — T.dS — SdT = (SW + 5Q) + PdV + VdP — T.dS — SdT Vi 5W = 8W’ + (-PdV) 8Q <T.dS — dG < §W' + VdP — SdT Dấu “ =” ứng với quá trình thuận nghịch và công lớn nhất dG = 8W’ max + VdP — SÁT * Đối với quá trình đẳng nhiệt, dang 4p > dP = dT =0 => dGrp = SW’ max > AG = W’ max * Đối với quá trình BTN: W' giảm; Q tăng khi hoàn toan BTN > W’ = 20) Một số tính chất của hàm G: dG = V.dP — SdT (coi W’ = 0)
a) Sự phụ thuộc của AG vào T:
- Khi P =cons~ |) =-S-> (=) =-AS ar ;
Trang 11= AG = AH—T.as= an + (0 ar ), aA (2) 7 Ga AH ST (=) -AG=-AH ar ), © T ei ME, T ar pO Pr AGry " AG TAH AG, AG, "AG > J4 =-Ƒar c —= Aổn 7 T, 7 ni b) Sự phụ thuộc vào P: ¬ aG Tn ữ Khi T = const > 3 =V > [ac = Jrar— Grp) — Grn) = [rae T - V6i chat ran, long > coi V = const khi P biến thiên (trừ miền áp suất lớn) thì: Grip) = Grp) V(P, -P,) nRT => Grip) = Grip) +ART.In — P, 1
- Voi chat khi li trong > V=
Nếu áp suất bình thường: P¡ = P°= Ibar (1 atm) >Grp) = G°r + nRT.InP (P tính bằng bar (atm)) 21) Tính AG của một số quá trình: a) Giãn nén đẳng nhiệt khí lí tướng Ae nRT.In A 1 2 AG =nRT.In b) Trộn lẫn đắng nhiệt, đẳng áp 2 khí lí tướng: AG =nạẠ.RTlnxa + ng.RTlnxg
c) Quá trình chuyển pha thuận nghịch (tại nhiệt độ chuyển pha): AG,;= 0
đ) Quá trình chuyển pha thuận nghịch ở T # Tạ;
Nguyên tắc: áp dụng chu trình nhiệt động Vì G là hàm trạng thái nên AG chỉ phụ thuộc trạng thái đầu, trạng thái cuối, không phụ thuộc vào quá trình biến thiên
e) AG của phản ứng hoá học: ˆ AG”;„= XAG ”sq¿s pảm) - >AG S(ham gia)
Trang 12Cho 100 gN; ở 0°C, latm Tính Q, W, AU, AH 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) Gian đăng nhiệt tới V = 2001
đ) Giãn đoạn nhiệt tới V = 2001
Trang 13Bai2:
Tính A/7;,„ của Clq Biét:
mm
(a): ƑH; + 2 Clụ => HCI,, A7; =-922(9) (b): HCl, + aq > Haq) + Cl aq) A772 =-75,13(KI) (0): 2H: +ag >Hqg+e AH2,„=0
Giải:
Lay (a) + (b) — (©): h Cl +e +.aq= CV aq) A7,„„ =- 167.33(k])
Bai3:
Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng:
3Fe(NO3)o(aq) + 4HNO3(aq) > 3Fe(NO3)3(aq) + NO¿¿ + 2H2O (1)
Diễn ra trong nước ở 25°C Cho biết:
Fefqg Fefa¿s NOyasy - NOạy H;Oy
AH?„„(kl/mol)-8786 -477 -206,57 9025 -285,6
Giải:
Phương trình ion của phản ứng:
3F€” (aq) + 4H (aq) + NO3 (aq) > 3Fe™” (aq) + NOW + 2H2O ạ
AH=3 AH § 208 (Fe** aq)+ AHS 208 (NO)+2 AHS 59s (H,0())-3 AHS 208 (Fe aq)- AHS 258 (NO; aq)
= 3.(-47,7) + 90,25 + 2.(-285,6) + 3.87,6 + 206,57 =-153,9(kJ)
1) So sánh AH, AU cua cac phản ứng: CaH¿ạ + Hạ —> CaHan:a
2) Khi đốt cháy hoàn toàn 2 anome ơ và B 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:
-2790,0k] và - 2805,Ik]
a) Tính AU đối với mỗi phản ứng
Trang 14Giải:
1)AH= AU +P AV=AU +An.RT
Phan ứng trên có: An = 1-2 = -l =AH=AU-RT => AH < AU 2) C¿H¡zO; + 6O; —> 6CO; + 6HạO
AU (a) = AH - An.RT = - 2799 — 6.8,314.10°.500 = -2824(kJ)
AU, = AH - An.RT =- 2805,1 — 6.8,314.10° 500 = -2830 (kJ)
AH’ = 6 AHS co, + 6 AA Su10)- AA Sa) AH; =6 AH(o,; +6 AHtwoy~ AHR
AH Sự) - AH$„y= AH? - AHÿ = -2805,1 + 2799 Sứ) ` = -6,1(K])
AH„ < AH‡„ = Dạng œ- glucozơ có A/¿ nhỏ hơn nên bền hơn
Bài 5
1) Thế nào là entanpi sinh của đơn chất? Tính AH §(0,) V8 AF Scrimeuong) va dy doan
hoạt tính hoá học của chúng từ các dự kiện sau: (a): C than chi + O26) > COzø — AHÿ;= -393,14(kJ) (b): C kim euong + Or) > COxny AHj,= -395,03(k]) (c): 3A8203 p+ 3020) > 3A8205) AM Sy, = -811,34(kI) (d): 3As.03 (7) + 203q) > 3AS205¢) AH Sg = -1090,98(kJ)
2) Từ kết qua trên và các đữ kiện sau:
AH (o -o) tinh tir O2 = - 493,24kJ/mol; AH(o oy tinh từ HạO¿ = - 137,94kJ/mol Chứng minh rằng: Không thé gan cho O; 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 bên) từ dạng thù hình bền ở điều kiện nhất định được coi là nhiệt
sinh của don chat trong những điều kiện đó
=> AH; cua O; và kim cương là hiệu ứng nhiệt quy về điều kiện chuân của các quá trình:
3
2 Oz 030) : C than chi C kim cương
Trang 15Cang > C kimeuong AH,= 1,89 kI/mol
- Lay (c) - (d):
+ Ora 0x) AH, = 139,82 kJ/mol
2) Nếu coi O; c6 cau trúc vòng kin: = AH}, 3 ane ø => AH S(Ø) Ik(Os) ~ 2 Ik(O,) =3.(-137,94) - = 493,24) = 326,04 (kJ/mol) > 139,82(kI/mol) => 0; c6 cầu trúc vòng kin rat khong bén => cau trúc này không chấp nhận được Bai 6:
Entanpi sinh tiêu chuân của CHa) va CoH 600) lần lượt bằng -74,80 va -84,60 kJ/mol Tính entanpi tiêu chuẩn của CzH¡o œ 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 oni + 2H2 (ky) > CHạ@ ANS cy, =-74,8kI
(2) C than chi > C (ey AH’, = 710,6 kJ th
3) How 2H a AH, = 431,65 kJ Lấy (1)— [(2) + 2.3)] ta được:
Coy + 4H) > CHag A77„,„„„, = -1648,7(KJ/mol)
= Năng lượng liên kết trung bình của liên kết C — H 1a: 216487) = - 412,175 (J/mol)
* (4) 2C thanchi + 3H2 > Crs) AH s0c.H,.k) = -84,6 (kJ/mol) Lay (4) — [2 (2) + 3.(3)] ta được:
2C + 6H (4) > CoH ky) AHS Sung |tu,CsH, = -2800,75 (kJ/mol)
Coi Ec_» trong CH, va C2H¢ nhwu nhau thi:
Ec.c = =1800,75 - 6(- 412,175) = -327,7(kJ/mol)
* Coi Ec.n; Ec.c trong các chất CH¡, C;Hạ, CuH¡o đều như nhau thì:
Trang 16Lay (2) 4 + (3).5 + (5) ta duge:
4cthan chi + SH) > CaHiogy AHS c,,, = -109,95(kJ/mol)
* Kết quả thu được chi là gan ding do 48 coi Excc_o, Encc m trong moi truéng hop 1a nh nhau Và vì vậy sẽ không tính rõ duge AH; ca cdc đồng phân khác nhau
Bài 7:
Tính AH? của các phản ứng sau: 1) Fe;O:¿ + 2Al¿ => 2Fe„ + AlOạy (1)
Cho biết AH/;„„ =-822,2 kJ/mol; AH? " = -1676 (kJ/mol) 2) Sạ+ 5 O2qy > SOx) Q) Biét (3) : Sq + Or) > SOrwe) AH 2g = -296,6 kJ (4): 28024 + Org) > 28034) AH, = -195,96 kT Từ kết quả thu được và khả năng diễn biến thực tế của 2 phản ứng trên có thẻ rút ra kết luận gì? Giải: DAH22y= AH? „2 ~ AH2y.9,, = -1676 + 822,2 = - 853,8(KI) 2) AH? y= AH + ; AH? 4, =-296,6 - 5195.96 = -394,58 (kJ)
KL: Hai phản ứng (1), (2) đều toả nhiệt mạnh Song trên thực tế 2 phản ứng đó không tự xảy ra Như vậy, chỉ dựa vào AH không đủ để khẳng định chiều của 1 quá trình hoá học (tuy nhiên trong nhiều trường hợp, dự đoán theo tiêu chuẩn này là đúng)
Bài 8:
1) Tính hiệu ứng nhiệt đẳng tích tiêu chuẩn của các phản ứng sau ở 25°C
a) FeOs„ +3COqy —> 2Feø + 3COsgy AH2„ = 28,17 (KI)
b) Cthan ni + O2k) => COz@y AA Gog = -393,1(kJ)
©) Zn) + Sy) —> ZnSp) AH%, = -202,9(KI)
Trang 172) Khi cho 32,69g Zn tác dụng với dung dịch H;ạSO¿ loãng dư trong bom nhiệt
lượng kế ở 25°C, người ta thay có thoát ra một nhiệt lượng là 71,48 kJ Tính hiệu ứng nhiệt
ở nhiệt độ đó Cho Zn = 65,38 Giải:
1)AH= AU + An.RT
Do các phản ứng a), b), c) có An = 0 nên AU°= AH?
Phản ứng d): AU” = AH? - An.RT = -195,96 + 1.8,314 298,15 107°= -193,5 (kJ)
2) Zn + HySO4 (da) > Hany + ZnSOgcaay
Trong bom nhiệt lượng kế có V = const
= AU =-71,48 ——| 32,69 / 65,38 = -142,96 (kJ/mol)
=> AH = AU + An.RT =- 142,96 + 1 8,314 298,15 10° =- 140,5 (kJ/mol)
Bài 9:
Tinh AH? của phản ứng tổng hợp | mol adenine CsHsNsj tir 5 mol HCN
= - 74,8 (kJ/mol); AHS vy, = -46,1 kJ/mol; AHS S,adenin(r) = 91,1 kJ/mol
Cho biét AH? S,CH4,k)
Va CHagy + NH3) HCN + 3Hoq) = AH® = 251,2 kJ.mol' Giải:
(a): Cự +2Hạ¿¿ >CH, AH; S,CH,,k) = -74,8 (kJ/mol)
(b): 5 New + 5 How > NHyy) AH?„„ =-46,1kJ/mol
= 91,1 kJ.mol!' S,adenin(r)
5 5
(c) : SCg + 3 Hauo + 3 Newey > CsHsNsy) AHS
(d) : CHagy + NH3q) HCN + 3H2) â AHđ = 251,2 kJ.mol™ Ta lấy: -5 (a) + [-5 (b)] + (e) + [-5.(đ)] ta được:
Trang 18Giải:
5 New + 5 Hoa > NHy) AH? yy, =-46,2kI/mol ACp = Conte) 5 Chựy, ¿ý N | w& 1 2 Cooney = -24,7 + 37,48.10°T - ; [27,8 + 4,184.10”]- > [28,6 + 1,17 10°T] = - 32,1 + 31,541.10° T 1000 1000 AH iy) = AHgg + [ACp,dT = AHS, + [(-321431541.10°7)dT 298 298 1000 2 = AH% 298 + Je 32,17 431,541.10° » 298 = - 46,2.10° +31,541 10°, 2 (10007 -198?) — 32,1(1000 — 298)= - 54364,183 (J/mol) = Khi tổng hợp 17 kg NH; thì nhiệt lượng toả ra là: _ 17000 Q (-54364,183 10°) = -54364,183 (kJ) Bài 11:
Tính năng lượng mạng lưới tinh thể BaCl; từ 2 tổ hợp dữ kiện sau: 1) Entanpi sinh của BaC]; tỉnh thé: - 859,41 kJ/mol
Entanpi phân l¡ của Cl;: 238,26 kJ/mol Entanpi thăng hoa của Ba: 192,28 kJ/mol
Năng lượng ion hoá thứ nhất của Ba: 500,76 k]/mol Năng lượng ion hoá thứ hai của Ba: 961,40 kJ/mol
ai luc electron cua Cl : - 363,66 kJ/mol
2) Hiệu ứng nhiệt của quá trinh hoa tan 1 mol BaCl, vao © mol H,0 1a: -10,16kJ/mol Nhiệt hidrat hod ion Ba”* : - 1344 kJ/mol
Nhiét hidrat hoa ion CI : - 363 kJ/mol
Trang 19AH, BaCl,, Bag) + Clog <2” BaCl, ay | aH [Hic Uni (Ba) + Ba), 24 2 Ag > Umi = AH pact, «) 2Aih (Ba) > AAG 1) > Lay - Fea) - 2c = - 859,41 - 192,28 - 238,26 - 500,76 - 961,40 + 2 363,66 = - 2024,79 (kJ/mol) Bag, +2Clay +2¢cr 2) BaCly yy Succ, Baki) + 2Chag) 0 ml x92 H KH Ba?* +2Cr Um = AH) + AH) - AA pact) = -1344 - 2.363 + 10,16 = -2059,84 (kJ/mol)
Kết qua 1) đáng tin cậy hơn, kết quả tính theo mô hình 2) chỉ là gần đúng do mô hình này
không mô tả hết các quá trình diễn ra trong dung dịch, các ion nhất là cation ít nhiều còn có
tương tác lẫn nhau hoặc tương tác với H;O
Bài 12:
Cho giãn nở 10 lít khí He ở 0°C, 10atm đến áp suất là Iatm theo 3 quá trình sau:
a) Giãn đăng nhiệt thuận nghịch
b) Giãn đoạn nhiệt thuận nghịch c) Giãn đoạn nhiệt không thuận nghịch
Cho nhiệt dung đẳng tích của He Cụ = SR và chập nhận không đồi trong điều kiện đã cho
của bài toán
Trang 21= -54(I.atm) 101,33 J/Latm = - 5471,82 (1) Bài 13:
Phản ứng sau: Ag + 2Cb = AgCl
Xảy ra dưới áp suất I atm va 6 25°C toa ra 1 nhiét hrong la 126,566 kJ
Nếu cho phản ứng đó xảy ra trong 1 nguyên tố ganvani ở P, T = const thì hoá năng sẽ được chuyển thành điện năng và sản ra cong W’ = 109,622 kJ
Hãy chứng tỏ rằng trong cả 2 trường hợp trên, biến thiên nội năng của hệ vẫn chỉ là một,
còn nhiệt thì khác nhau và tính giá trị biến thiên nội năng đó
Giải:
- Do U là hàm trạng thái nên AU = U; — U¡ = const, cho dt sự biến đổi được thực hiện
bằng cách nào Vì vậy AU trong 2 trường hợp trên chỉ là một - ViAU=Q+W=Q+ W’ - PAV=Q+ W’ - An.RT
Do AnRT = const; AU = const
Trang 22WPgry = - Pạạ AV= -P„¿(V› — Vị) = P(t _ ar) 2 1 =-nRT.P; |-L~_L |E-nRT[i—Ê: | =-42 8,314 300 Í'- 2 =~ 1 28 ‘| = 14965,2 (J)
KL: - Công mà hệ thực hiện (sinh) trong quá trình biến thiên thuận nghịch từ trạng thái I đến trạng thái 2 bằng công mà hệ nhận khi từ trạng thái 2 về trạng thái I Còn trong quá trình biến thiên bất thuận nghịch thì công hệ sinh nhỏ hơn công hệ nhận
- Trong sự biến thiên thuận nghịch thì hệ sinh công lớn hơn trong quá trình biến thiên bất thuận nghịch
BailS: Phánứng:C,H, + One) > 6COr) + 3H,0
ở 300K có Qp — Qy = 1245(1J) Hỏi C¿H, và H;O trong phản ứng ở trạng thái lỏng hay hơi? Giải: 1245 -Qv=AnRT=1245J) >An=—_“ —= Q— Qv @ 8.314.300 > => H;O và C¿H, phải ở thể hơi thì An = 0,5 Bài 16:
Tính nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của 0,5 mol H;O từ -50°C đến 500°C ở
P = latm Biết nhiệt nóng chảy của nước ở 273K 1a L,, = 6004J/mol,
nhiệt bay hơi của nước ở 373K là Lạ = 40660 J/mol
Chom = 30,2 + 10”T(/molK) ; Œz„„¿„„= 35,56(J/molK); Cz„ø„,= 75.3(1/molK) Giải:
AH, AH AH AH AHs
Trang 23Tinh sự biến thiên entropi của quá trình đun nóng 0,5 mol H;O từ — 50°C đến 500°C
ở PP = latm Biết nhiệt nóng chảy của nước ở 273K = 60041/mol; nhiệt bay hơi của nước ở
273K = 406601/mol Nhiệt dung mol đẳng áp C; của nước đá và nước lỏng lần lượt bằng
35,56 và 75,31/molK; Cz của hơi nước là (30,2 + 10T) J/molK
Giải:
AS, AS, AS, AS ASS
HạOạ„ —> H;O„-—32 HO —> HO —> HạOạy—> HạOạy 223K 273K 273K 373K 373K 713K AS’ =AS; + AS) + AS3 + AS, +AS% 273 dT L 373 dT L 773 dT =a] J nog gt | mò Tạng + J PU) 223 273 373 =0,5 |35,56.In 272 +6004 5 95,3, jy 373 40660 130 9 1n 72 ¿10-2(773—373)| = 93,85(5/K) 223 273 273 373 373 Bài 18:
Tính sự biến thiên entropi khi trộn lẫn 200g nước ở 15°C với 400g nước ở 60°C
Biết rằng hệ là cô lập và nhiệt dung mol của nước lỏng là 75,3 J/mol.K Giải: Gọi T là nhiệt độ của hệ sau khi pha trộn Do Q thu = Q ,¿ nên: 299G (T288) = 40 18 18 (333 —T) T-288=2.333-2T =>T= mm 200 „„„ d7 „ *°400_., dT AS yg = AS; + AS = [200743 ,F ¿ J iT ] 18 752.7 ””? = 200 7s 3n 218, 400 7s 2n 318 — 2 78 (J/) > 0 18 288 18 333 = Quá trình san bằng nhiệt độ này tự xảy ra Bài 19:
Tinh sự biến thiên entropi và AG của sự hình thành 1 mol hỗn hợp khí lí trởng gồm 20% N;; 50%H; và 30%NH; theo thể tích Biết rằng hỗn hợp khí được tạo thành đo sự khuếch tán 3 khí vào nhau bằng cách nối 3 bình đựng 3 khí thông với nhau Nhiệt độ và áp suất của các khí lúc đầu đều ở đkc (273K, latm)
Trang 24Vi khí lí tưởng khuếch tán vào nhau nên quá trình là đẳng nhiệt
Goi thé tích của 1 mol hỗn hợp khí là V — thể tích mỗi khí ban đầu (ở cùng điều kiện) là Vy, = 0,2V; Vay,= 0,3V3 Vy, = 0,5V
Do %V = %n > ny, = 0,2 mol; n,,, = 0,5 mol; n4;,,= 0,3mol
- Su bién thién entropi dugc tinh theo CT: AS = nRIn? 1 AS, =0,2 83 4Inn - =2,6161/K » AS, = 0,5.8,314.n 0,57 » =2,8811/ AS yy, = 0,3.8,3 14.In = 3,003/K
=> AS = ASy, + ASy, + ASyy, = 8,56(J/K)
Trang 25b) ở điều kiện chuẩn va 25°C phan ứng đi theo chiều nào? c) Tính A/7„ của phản ứng Phản ứng toả nhiệt hay thu nhiệt? Giải: a) Điều kiện chuẩn: Pon Pow = PS,momw= latm và phản ứng được thực hiện ở t, P không đổi b) AGpur = AG 980K) Am - AG, go = 168,6 - 68,12 + 228,59 = - 8,13 (kJ) AGiu298) =-8,13kJ <0 => Phản ứng xảy ra theo chiều thuận ©) ° 0 0 AS298,pu 7 S98(C;H;OH) ~ 5 98(C;H) 5208(H;O) = 282 - 219,45 - 188,72 = - 126,17(J/K) AG=AH-T AS 2 AH2ogpy = AG2ospy +T ASỐsg my =-8,13 + 298(- 126,17 10) = - 45,72866(kJ) AH2os„ <0 => phản ứng toả nhiệt
Bài 22: Một mol khí lí tưởng đơn nguyên tử ở 300K và 15atm giãn nở tới áp suất
latm Sự giãn nở được thực hiện bằng con đường: a) Dang nhệit và thuận nghịch nhiệt động
b) Đăng nhiệt và không thuận nghịch
€) Đoạn nhiệt và thuận nghịch
đ) Đoạn nhiệt bắt thuận nghịch
Trong các quá trình bất thuận nghịch, sự giãn nở chống lại áp suất Iatm Tính Q, W, AU, AH, AS, cho mỗi trường hợp
Giải:
a) T =const > AU=0 ; AH=0
Trang 27AH=nC§(T; - T¡) = 1 38314 (101,55 - 300)= - 4124,78(J) ASiw= £= 0 đ) Đoạn nhiệt— Q =0 Đoạn nhiệt, không thuận nghịch — không áp dụng được PT poisson AU = W © 0Cy AT = -Pae AV 3 nRT, nT, «>n —.R(T; - Tị)= -P› 5 Œ; - T1) = -P2( J ) T- | 3 P, © =(T, - 300) =-(T2 - +.T ;( 2 )=-(T2 P vd 3 1 © =T; - 450 = -T; + —.300 2 15 a ne _ ` 2 nRT, V, = — =1,64(1 1a (I) 2 =AU=W=I 5 8314 (188- 300) = -1396,752(J) Ty nR = [nC,dinT + Joa q h v _ _ On _ Ww" aT TP AS = ASyg = 2 = <= nc, T+ l„# =nCvInT2 +nRinf2 =1, 3.8314In!Ê8 +1 8314 1nlŠ#1Š =12 801/K) >0 T, 1 V, 1 2 300 1,64 >
Bài 23: Tính AG},, cua phánứng: CHa + H20 «> COg + 3H
Biết: CHa H;O(k) CO(K) Hoy
AH? 553 (kJ/mol) - 74,8 - 241,8 -110,5 0 S3og(J/molK) 186,2 188,7 197,6 130,684
a) Từ giá trị AG” tìm được có thể kết luận gì về khả năng tự diễn biến của khả năng phản ứng ở 373°K?
b) Tại nhiệt độ nào thì phản ứng đã cho tự xảy ra ở điều kiện chuẩn?
(Coi AH?, AS” không phụ thuộc T) Giải:
Trang 28AS®, = 3.(130,684) + 197,6 - 188,7 - 186,2 = 214,752 (J/K)
Do AH’, AS? không phụ thuộc vào T nên:
=> AG!,, = AH’ - T AS° = 206,1 = 373.214,752.10° =125,9975(kJ) > 0 => 6 dke va T = 373K => Phan tmg khéng thé ty dién biến
b) Đề phản ứng tự diễn biến ở nhiệt T(K) thi: AG2<0 ô>AH?-T.AS<0 AHđ _ 206,1.10°
o T> —
AS® 214752 = 959,71(K)
Bai 24:
Entanpi tự đo chuẩn của phản ứng tạo thành H;O từ các đơn chất phụ thuộc vào T theo phương trình sau: AG§„ = -240000 + 6,95T + 12,9TIgT (J/mol)
Tinh AG°, AS° va AH? cua phan ứng tạo thành HạO ở 2000K Giải: AG? se = -240000 + 6,95.2000 + 129.20001g2000= -140933,426(J/mol) dG = VdP - ST = lễ) =-§ ar), oAG? 1 12,9 > AS3o00= { oT = 6,95 +12,9lgT + ^^ In10 T.In10 In =6,95 + 12,5.lgT + 12,9T p 129 = 6,95 + 12,9Ig2000 + ọ = 55,1357(J/molK) In
—=AH= =AG1„„ +T AS%„,= -140933,426 + 2000 55,1357 = -30662,054 (J/mol)
Một Học sinh khi làm bài tường trình thí nghiệm đo nhiệt độ đốt cháy một hợp chất hữu cơ cho rằng: AH = AU + P AV Sự đốt cháy trong bom nhiệt lượng kế làm cho
AV =0, do đó AH = AU Kết luận này sai ở đâu?
Giải:
H=U+P.V— AH =AU + A(PV) = AU + P AV + V AP
Hay AH = AU + A(nRT)
Trong bom nhiệt lượng kế thì: AV =0 nên: AH= AU + V AP = AU + A(nRT)
Bài 26: Hãy chỉ ra những mệnh đề sai:
Trang 29b) Một hệ bất kỳ có thể tự diễn biến tới trạng thái có entanpi thap hon (AH < 0) và entropi lớn hơn (AS > 0) Hay hệ có thể diễn biến theo chiều giảm entanpi tự do (AG < 0)
c) AG?= AH)-T AS?
Với phản ứng hoá học ở T = const Nếu AG°> 0 —> Phản ứng tự diễn biến theo chiều nghịch
AG° =0: Phán ứng ở trạng thái cân bằng AG°<0: Phản ứng tự xảy ra theo chiều thuận Giải:
a) Sai Do AS = 0 chỉ khi quá trình biến đổi thuận nghịch
Còn với quá trình biến đổi bất thuận nghịch thi AS > : <>AS>0
b) Sai Do mệnh đề này chỉ đúng trong điều kiện T, P = const
Còn với quá trình biến đổi mà V, T = const thì phải xét AF ©) Sai Do với quá trình hoá học thì phải xét giá tri:
AG = AG)? + RTlnQ chứ không phải dựa vào AG°
(Tuy nhiên, có thể coi rằng AG} << 0 thì quá trình có thể xáy ra được cá ở điều kiện chuẩn và điều kiện thực Khi AG? <<0hì vỀ nguyên tắc chỉ có quá trình ngược lại mới
xáy ra, không thể xác định được chính xác giới hạn của AG; mà theo đó quá trình xảy ra theo chiều này hay chiều khác Một cách gần đúng có thể coi rằng các giới hạn này
khoảng chừng + 40 kJ/mol)
Bài 27:
Một khí lí tưởng có Cự = 3R không phụ thuộc T được giãn nở đoạn nhiệt trong chân
không tới thể tích gấp đôi Học sinh A lí luận rằng đối với quá trình đoạn nhiệt thì
7 (VY ,
Sa} voiy= 4 dods T= 1
TOY, 3 1
23
Hoc sinh B cho rang: AU =Q+A=0+0=n.Cy AT > AT=0 5T,=T,
Học sinh nào nói đúng? Hãy chỉ ra lỗi sai của Học sinh kia Giải:
- Học sinh B nói đúng
Trang 30Bai 28:
Tinh chat nhiét động của một số phân tử và ion ở trạng thái tiêu chuẩn tại 25°C như sau:
CsA 7 O¿ — CO2 H,Oạ COS (aq) OH Gq)
AHS(kJ/mol) -101,85 0 -393,51 -285,83 -677,14 - 229,99 S°(J/molK) 269,91 205,138 213,74 69,91 - 56,9 - 10,75
Xét q trình oxi hố hồn toàn 1 mol C3Hg(k) voi O2(k) tao thanh theo 2 cach : a) Bất thuận nghịch
b) Thuận nghịch (trong 1 tế bào điện hoá)
1) Tính AH?, AU”, AS°, AG° của phản ứng trong mỗi cách nói trên?
2) Tính nhiệt, công thẻ tích, công phi thể tích (tức là công hữu ích) mà hệ trao đồi với môi trường trong mỗi cách?
3) Tính AS của môi trường và AS tổng cộng của vũ trụ khi tiến hành quá trình theo mỗi cách
4) Một mô hình tế bào điện hoá khác làm việc dựa trên phản ứng oxi hoá C;H;(k) bởi O›(k)
khi có mặt dung dịch KOH 5M với điện cực Pt Các loại phân tử và ion (trừ KOH) đều ở
trạng thái tiêu chuẩn Hãy viết các nửa phản ứng ở catot và anot và phản ứng tổng cộng trong tế bào điện hoá Nếu từ tế bào điện hoá đó, ở 25°C, ta thu được dòng điện 100mA
Hãy tính công suất cực đại có thể đạt được
Giải:
C3Hga) + 502K) => 3CO¿¿y + 4H2Oạy
1) Do các hàm H, U, S, G là hàm trạng thái nên dù tiến hành theo cách nào thì các giá trị
AU, AH, AS, AG cũng như nhau với cùng trạng thái đầu và cuối Vậy:
AH), = 3 AHS co.) + 4 AHgwoe= AHgeweyr 5{ AHSowy
= -3, 393,51 - 285,83 4 + 103,85 = -2220 (kJ)
AH®, = 213,74 3 + 4.69,91 - 269,91 - 5 205,138 = -374,74 (J/K) pu
AG° = AH” - T, AS° = -2220 + 298,15 374,74.107 = -2108,27 (kJ)
Trang 32Giải: Quá trình biến đồi trên là không thuận nghịch được coi như gồm 3 quá trình biến thiên thuận nghịch: 1) Vật ở 150°C truyền nhiệt thuận nghịch ở T = const AS, = 2= 4184 ~_0 080(1/K) T 150427315 2) Hệ biến thiên đoạn nhiệt từ 150°C đến 50°C AS, = 0 3) Vật ở 50°C nhận nhiệt thuận nghịch 6 T= const As;,=-Ø =_— “8# T 50+273,15 — =1 295/K) Do S là hàm trạng thái nên:
ASprv = ASty = AS, + AS, + AS; = 0,306(J/K)
Bài 30: Biết 6 -15°C, Pyoi(H20, 1) = 1,428 (torr) 6 -15°C, Pro: (H2O0,r) = 1,215(torr)
Hãy tính AG của quá trình đông đặc I mol H;Oạ; thành nước đá ở -15”C và Iatm Giải:
AGgrn =? °
15C, 1 mol HạOl ——————> -15°C, Imol H,0(r)
(Qua trinh TN do
(| H;O hơi, bão hoà @) nằm cân bằng với H;O(I)) ° @ ° - 15°C, 1mol HxO ——————» -15°C, Imol H,0 (h) 1,428 Torr 1,215 Torr (1), (3) la quá trình chuyển pha thuận nghịch — AG, = AG; =0 — AG = AG, = nRTInZ2 = 1.8,314 258,15 In 1215 1 7 = -346,687(J)
Bai31: — Cé 1 mol O, nguyén chat & 25°C, 2atm 1 mol O; nguyên chất 6 25°C, latm
Trang 33- So sánh giá trị hàm G của I mol O; trong 3 trường hợp trên hơn kém nhau bao nhiêu J?
Từ đó rút ra kết luận: Khả năng phản ứng của O; trong mỗi trường hợp trên cao hay thấp
hơn so với trường hợp khác? Giải:
* GŸ là hàm Gibb ctia | mol O, 6 Iatm
- 1 mol O;, latm, 25°C — 1 mol O;, 2atm, 25°C (G) (Gi) AG, = Gy - G=nRTInZ® = 1.83145 298,15.In2 = 1718,29(3) 1 1 =G,>G!
- Gọi G; là hàm Gibb của Imol O, 6 25°C trong không khí (0,21 atm) 1mol Os, 25°C, latm — 1 mol Os, 25°C, 0,21atm
(G) (G›)
AG; = G; - G° = I 8.3145 298, Sin 0.21 = -3868,8(J) =@;<G'
Vậy:
Gz(1mol O;, 25°C, 0,21atm) < G°(1 mol O;, 25°C, 1atm) < G¡(1 mol H;O, 25oC, 2atm) - 1 chất có hàm G càng cao thì càng kém bền > 1 mol O, 6 25°C, 2atm có khả năng phản
ứng cao nhất còn l mol O; nằm trong không khí thì bề nhất có khả năng phản ứng kém nhất
Bài 32:
Nhiệt hoà tan (AH¡,) 0,672g phenol trong 135,9g clorofom là -88J và của 1,56g phenol trong 148,69g clorofom la -172J
Tinh nhiệt pha loãng đối với dung dịch có nồng độ như dung dịch thứ 2 chứa I mol phenol
Trang 34Bai 33: Nhiệt hoà tan 1 mol KCI trong 200 ml nước dưới áp suất P = Iamt là: vc 21 23 AH 18,154 17,824 (kJ) Xác định AH¿o; và so sánh với giá trị thực nghiệm là 17,578 (k]) Giải:
Theo dinh luat Kirchhoff:
AH¿s¿ = AH¿ss + ACp.(294 - 298) = 18,454 (kJ) AH g6 = AHy9g + ACp.(296 - 298) = 17,824(kJ) > [ AHyog = 17,494 (kJ) | ACp = -0,165 (kJ/K) AH2osam- AH29s(TN) ~ 0,48% AH2ss(TN) °
Vậy AH;s; tính được theo lí thuyết sai khác với giá trị TN là 0,48%
Bài 34: Tính AS của quá trình hoá hơi 3 mol HạO (1) ở 25°C, 1atm
Trang 35Bai 35:
a) Tinh công trong quá trình đốt cháy I mol nrgu etylic 6 dke va 25°C b) Nếu H;O ở dạng hơi thì công kèm theo quá trình này là bao nhiêu? Giải: a) CoHsOHy + 302 q9 > 2COqy + 3H20 „y > W=-Pyy AV =-Pry —- R.T = 8,314.29815 = 2478,82 (J) ng b) Nếu H;O ở dạng hơi thi: An = 2 = W= -An RT= -2 8,314 298,15 = - 4957,64(]) Bài 36: Tính AS, AG trong quá trình giãn không thuận nghịch 2 mol khí lí tưởng từ 4lít đến 20 lít ở 54°C Giải:
Vi S, G là các ham trạng thái nên AS, AG không phụ thuộc vào quá trình biến thiên là thuận nghịch hay bắt thuận nghịch mà chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối Vì vậy: AS= nRIn”2= 2 n 26,76 (J/K) 1 T= const —> AH =0; AU=0 —AG = AH - T AS = 0 -(273,15 + 54) 26,76 = - 8755,1 (J) Bài 37: Một bình có thể tích V = 5(1) được ngăn làm 2 phần bằng nhau Phần I chứa N; ở
298K và áp suất 2atm, phần 2 ở 298K và áp suất Iatm Tính AG, AH, AS của quá trình trộn lẫn 2 khí khi người ta bỏ vách ngăn đi
Giải:
ởT=298K ; Vig (Na) = Vạ(O) = Š ()
PV, P,V,
Trang 36- Quá trình đẳng nhiét > AH = 0
=> AG =AH -T AS = - 298 1,763 = - 525,374 (J)
Bai 38:
Cho các dữ liệu sau đây 6 298K
Chất AH?(kl/molK) — S”/molK) V(mỶ/mol)
Cohan chi 0,00 5,696 5,31.10°
Chăm cương 1,90 2,427 3,416.10°
1) ở 298K có thê có một phần rat nhỏ kim cương cùng tồn tại với than chì được không? 2) Tính áp suất tôi thiểu phải dùng đề có thể điều chế được kim cương ở 298K?
Giải 0)
— 0 =
Ckim cuong Chhan chì AGo =?
AH? = AH® than chi - AH” kim cuong = 0 - 1,9 = -1,9 (kJ) AS° = S° than chi ~ S°kim euong = 5,696 - 2,427 = 3,269 (J/K) => AG 4,= AH? - T AS° = -1900 - 298.3,269 = -2874, 162(J) AG” < 0 (Tuy nhiên AG” không quá âm)
= Phản ứng tự xảy ra theo chiều thuận — không tồn tại một lượng nhỏ kim cương cùng với than chì 2) Cihanchi === — Ckim curong AG?,, = +2874,162 (J) AV = Vc - Vic = 3,416.10°% - 5,31.10° = 1,894.10.¢ (m?/mol) Ta cé: dG = VdP - SdT > 3 =V> ea =AV aP ), ôP j„
= AG,„- AG,= AV(;-P))
Trang 37AG > P,>P,-—* =1 + 2874162 _ AV 1,894.10 7.101.325 P; > 14977,65 (atm)
Vậy áp suất tối thiêu phải dùng đề điều chế được kim cương từ than chỉ là 14977,65atm Như vậy ở 25°C, cân bằng than chì —=— kim cương tồn tại ở áp suất khoảng 15000 atm ở áp suất cao hơn quá trình chuyền than chì thành kim cương là tự diễn biến, mặc dầu với tốc độ rất chậm Muón tăng tốc độ phải tăng nhiệt độ và áp suất, trong thực tế quá trình chuyển than chì thành kim cương được tiễn hành khi có xúc tác (Ni + Cr+ ) 6 nhiệt độ trên 1500°C và P ~ 50000atm
Bài 39: Phán ứng giữa Zn và dd CuSO¿ xảy ra trong ống nghiệm toả ra lượng nhiệt 230,736k] Cũng phản ứng trên cho xảy ra trong pin điện thì một phần hoá năng chuyển thành điện năng Công điện của pin là 210,672kI Chứng minh rằng: AU của 2 quá trình
Trang 38- AG, = W’ max
Xét 1 phản ứng thuận nghịch trong pin điện thì AG; = W”mạy < Ö - Nhưng một học sinh viết rằng:
Trong mọi quá trình luôn có: AS vä wụ = ASme + AS ne (l)
Am = - AH ne (2)
AH AH AH
=> AS = _¬ = TT => AS vain =- am + AS te © T AS vai try = - AH pg + T AS pe = -AG pe
Voi qua trinh thuan nghich thi AS ys im = 0 => AG pg = 0 AG, = 0
Hãy giải thích mâu thuẫn này Giải: (2) chỉ đúng khi ngồi cơng giãn nở hệ không thực hiện công nào khác: AH = AU + P AV > AU = AH - P AV Q=AU - W= (AH -P AV) - (-P AV + W’) © Qig = AH ng - W’? = - AA int
=> Chi khi W’ = 0 thi AH, = - AH nạ
* Trong pin: W’ max = AG < 0 nén AH, # AH pe
Bai 41: Xét phán tmg: Zn + Cu” ¿q¿ —> Zn ¿¿ + Cuạ; diễn ra trong đktc ở 25°C
a) Tính W, Q, AU, AH, AG, AS của phản ứng ở điều kiện trên
Biết: Zn (aq) ZG) Cu) Cu (ag)
AHS 29 (kJ/mol) -1 52,4 0 0 64,39
S0 (QJ/moLK) -1065 41,6 333 -98.7
b) Xét khá năng tự diễn biến của phản ứng theo 2 cách khác nhau
c) Néu thực hiện phản ứng trên I cách thuận nghịch trong pin điện thì các kết quả trên có gì
thay đổi? Tính Epi„?
Giải:
a) AHY,= AH? + AHS ¢,- AHS, + AH? = -152,4 - 64,39 = -216,79 (kJ) pu
AS° = S° pu Zn** (aq) + Sbvuny7 Stun Se cu?* (aq) = -106,5 + 33,3 - 41,6 + 98,7 = -16,1 (J/K)
AG?,= AH®-T AS" = -216,79 + 298,15 16,1.10°= -211,99(kJ) pu
Trang 39W = 0; qua trinh BTN; W’ =0 b) *AG°, = -211,99 (kJ) <<0 (<-40kJ) pu Do AG?, rất âm nên phản ứng tự xáy ra không những ở đkc mà còn cả ở các điều kiện khác nữa Ở„ _ —AH,, _ 216,79.10) + AS = TH T 298,15 = 727,12 (WK) => AS vate = AS ne + AS = -16,1 + 727,12 = 711,02 (J/K) Vi AS eco tap = AS va tr = 711,02 (J/K) > 0
= Quá trình là bất thuận nghịch <> phản ứng tự xảy ra
c) Khi thực hiện phản ứng trên TN trong pin điện thì các giá trị AH”, AS”, AG°, AU” không
thay đổi đo H, S, G, U là các hàm trạng thái nên không phụ thuộc quá trình biến đổi là
thuận nghịch hay bất thuận nghịch nhưng các giá trị Q, W thì thay đồi Cu thé: Wi = 0; W’ max = AGO = -211,99(kJ) Q=T AS = 298,15 (-16,1) = - 4800,215 (J) = AS, = Qu == = = 16,1 (/K) => AS vary = AS + ASpg = 0 T 0 E„„—- AC“ 211990 1 yy nF — 2.96485 Bai 42:
Đối với nguyên tố Đanien ở 15°C người ta xác định được sức điện động E = 1,09337V và hệ số nhiệt độ của sức điện động = = 0,000429 V/K Hãy tính hiệu ứng nhiệt của phan ứng hoá học? Giải: AG=-nEF => 22 =-np ar @ =-as + AS=nF, ar CC ar OE = AH=AG+T AS =aF(T & - 6) => AH = 2 96485 (298,15.0,000429 - 1,09337) - - 187162,5(J)
Bai 43: — Cho phản ứng hoá học:Zn+ Cu” ->Zn” +Cu
xảy ra một cách thuận nghịch đẳng nhiệt, dang ap ở 25°C trong nguyên tố Ganvani
Sức điện động của nguyên tố đo được là 1,1V và hệ số nhiệt độ của sức điện động là
Trang 40a) Tính hiệu ứng nhiệt Q, biến thiên Gipxơ AG và biến thiên entropi AS của phản ứng hoá
học đã cho
b) Tính Q„ của quá trình?
c) Nếu cũng phản ứng hoá học trên thực hiện ở cùng nhiệt độ và cùng áp suất nhưng trong một bình cầu thường thì các giá trị của AG, AS sẽ là bao nhiêu? Giải: a) AG = - nEF = - 21,1 96485 = - 212267(J) as=- SAG Lar = =2 96485 3,3 10° = 6,368 (J/K) oT AH = AG + T AS = 212267 + 298,15 6,368 = -210368,4(J) b) Qin = T AS = 298,15 6,368 = 1898,62 (J)
c) Néu phan tng hod hoc thuc hiện ở cùng nhiệt độ, áp suất nhưng trong 1 bình cầu thường
tức là thực hiện quá trình một cách bất thuận nghịch thì AG, AS của phản ứng vẫn như ở
câu (a) Do G, S là các hàm trạng thái — giá trị của AG, AS không phụ thuộc vào quá trình
biến thiên
iv- KếT LUẬN - kiến nghị :
Trên đây là hệ thống câu hỏi và bài tập phần “Nhiệt hoá học” mà tôi đã áp dụng trong giảng dạy Nó tương đối phù hợp với yêu cầu và mục đích giảng dạy, bồi đưỡng học
sinh khá, giỏi ở trường chuyên chuẩn bị dự thi học sinh giỏi các cấp Nó có thể dùng làm tài liệu học tập cho học sinh các lớp chuyên Hoá học và tài liệu tham khảo cho các thầy cô
giáo trong giáng dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học ở bậc THPT góp phần nâng cao
chất lượng giảng dạy và học tập môn Hoá học
Tuy nhiên, đây chỉ là một phần rất nhỏ trong chương trình ôn luyện cho học sinh chuẩn bị tham gia vào các kỳ thi học sinh giỏi các cấp Vì vậy, tôi rất mong các Thầy , Cô đồng nghiệp góp ý kiến cho tôi về chuyên đề này và cùng nhau phát triển sang các chuyên đề khác đề học trò chuyên Hoá ngày càng có nhiều tài liệu học tập một cách hệ thống hơn