Một số dạng bài tập phần cơ sở lý thuyết các phản ứng hóa học dùng bồi dưỡng học sinh giỏi ở bậc trung học phổ thông

Hệ thống các câu hỏi và bài tập phần cơ sở lý thuyết các phản ứng hóa học ở bậc trung học phổ thông II.1. Hệ thống các câu hỏi và bài tập phần cơ sở lý thuyết các phản ứng hóa học trong tài liệu giáo khoa chuyên Hoá học II.1.1. Chơng IV: Lý thuyết về phản ứng hóa học a. Nội dung cơ bản * Về mặt kiến thức: Giúp học sinh nắm đợc các kiến thức: - Định nghĩa hiệu ứng nhiệt của một phản ứng. - Định nghĩa: Năng lợng liên kết E, nhiệt tạo thành H của hợp chất, nhiệt phân huỷ (H = - H), nhiệt hoà tan chất - Nội dung và hệ quả của định luật Hes (Hess). - Nguyên lý I, II của nhiệt động học; năng lợng tự do Gip. - Tốc độ phản ứng hóa học (định nghĩa, các yếu tố ảnh hởng tới tốc độ phản ứng). Định luật Gunbe vagơ (định luật tác dụng khối lợng trong động hóa học). - Khái niệm về năng lợng hoạt hoá, quy tắc Van hôp. - Khái niệm phản ứng thuận nghịch bất thuận nghịch, trạng thái cân bằng, hằng số cân bằng. Định luật tác dụng khối lợng (đối với phản ứng thuận nghịch). - Các yếu tố ảnh hởng đến cân bằng hóa học, nguyên lý Lơ Satơliê về chuyển dịch cân bằng. * Về mặt kỹ năng: Giúp học sinh có đợc các kỹ năng sau: - Cách xác định nhiệt phản ứng hóa học. + Dựa vào năng lợng liên kết. + Dựa vào nhiệt hình thành (nhiệt sinh, sinh nhiệt) của hợp chất. + Dựa vào định luật Hes (có 2 phơng pháp là chu trình và tổ hợp các phơng trình nhiệt hóa học). 1 - Vận dụng 2 nguyên lý của nhiệt động học. + Tính biến thiên entanpi H, biến thiên entropi S, biến thiên năng lợng tự do Gip G với phản ứng hóa học. Chú ý: Trong thực tế dùng H 0 , S 0 , G 0 : Phản ứng xảy ra ở điều kiện tiêu chuẩn: ứng với t 0 = 25 0 C hay 298K, p = 1atm. (Còn trạng thái chuẩn của chất hay điều kiện chuẩn: khi p = 1atm, trạng thái bền nhất của chất ở điều kiện đó). + Từ G 0 kết luận về khả năng tự diễn biến của phản ứng. + Từ năng lợng tự do tính hằng số cân bằng và ngợc lại, của phản ứng xét ở điều kiện chuẩn. G 0 = - RTlnK (1) hoặc G 0 = - 2,303.RTlgK - Viết đợc phơng trình động học của phản ứng hóa học (nội dung của định luật Gunbe Vagơ) chú ý đến đơn vị tốc độ phản ứng. - Vận dụng quy tắc Van Hôp xét xem tốc độ phản ứng tăng hay giảm ở 2 nhiệt độ T 1 , T 2 . ( ) 10/ 12 12 . TT TTT kvv = (2) k T (: gama): hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng. 21 , TT vv : Tốc độ phản ứng ở nhiệt độ T 1 , T 2 . - Tính HSCB với phản ứng hóa học xảy ra ở điều kiện cụ thể: * K c , K p , K x aA + bB + cC + dung dịch + (5) + Trong pha lỏng: K c (HSCB theo nồng độ). + Trong pha khí: K p (gần đúng ta dùng áp suất riêng phần p i ). + Trong pha khí: K x (HSCB theo phân số mol). * Biểu thức tổng quát và liên hệ giữa các HSCB. 2 [ ] [ ] [ ] [ ] ba dc c BA DC K . . = [ ]: Nồng độ cân bằng của chất đang xét. b B a A d D c C p PP PP K . . = P i : áp suất riêng phần. b B a A d D c C x xx xx K . . = n n x i i = = K p = K c .(RT) n K p = K x .P n P: áp suất chung của phản ứng đang xét ở thời điểm cân bằng hóa học thiết lập. n = (c + d) (a + b) + Cân bằng hóa học bao gồm cả chất rắn: dùng K p , K c . b. Câu hỏi và bài tập Trong khuôn khổ cho phép của đề tài, dới đây chúng tôi chỉ phân tích các ví dụ điển hình. Ví dụ 1: *Đề bài :Tính H của phản ứng sau: CH 4(k) + 4Cl 2(k) CCl 4(k) + 4HCl (k) Biết các giá trị năng lợng liên kết: C Cl H Cl C H Cl Cl 326,30 430,9 414,2 242,6 kJ * Mục đích của đề:Yêu cầu học sinh dựa vào năng lợng liên kết để xác định H phản ứng. * Hớng dẫn giải: Ta có: H = 4E C H + 4E Cl Cl (4E C Cl + 4E H Cl ) = - 401,6 kJ Ví dụ 2: 3 Số mol chất i Tổng số mol của hệ * Học sinh cần dựa vào định luật Hes với phơng pháp tổ hợp các phơng trình nhiệt hóa học để xác định nhiệt phản ứng. Ví dụ 3: [40, tr 198, 200, 202] * Đề bài yêu cầu vận dụng kiến thức, kỹ năng tính H 0 , S 0 , G 0 của phản ứng, kết luận về khả năng tự diễn biến của phản ứng. Ví dụ 4: * Đề bài: Tốc độ của phản ứng tạo thành SO 3 từ SO 2 và O 2 thay đổi nh thế nào (tăng hay giảm bao nhiêu lần) khi giảm thể tích hỗn hợp xuống 3 lần? *Mục đích của đề:Yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức về tốc độ phản ứng; kỹ năng viết phơng trình động học của phản ứng; thể tích hay nồng độ ảnh hởng đến tốc độ phản ứng. * Hớng dẫn giải: Ta có: 2SO 2 + O 2 2SO 3 + Trạng thái 1: v 1 = k. [ ] [ ] 1 2 2 1 2 2 22 OSOkCC OSO = (a) + Trạng thái 2: Khi giảm thể tích hỗn hợp xuống 3 lần nghĩa là nồng độ chất tăng 3 lần [ ] [ ] [ ] [ ] 27 3 3. 1 2 2 1 2 2 2 2 2 22 OSOkOSOkv == (b) + Từ (a) và (b) 27 1 2 = v v lần + Kết luận: Tốc độ của phản ứng tạo SO 3 tăng 27 lần. Ví dụ 5: * Đề bài: Nếu ở 150 0 C, một phản ứng nào đó kết thúc sau 16 phút, thì ở 120 0 C và 200 0 C phản ứng đó kết thúc sau bao nhiêu phút? Giả sử hệ số nhiệt độ của phản ứng trong khoảng nhiệt độ đó là 2,0. * Mục đích của bài: Yêu cầu học sinh vận dụng quy tắc Van Hôp, tính thời gian sau từng nhiệt độ cho trớc. * Hớng dẫn giải: 4 t 0 , p, xt + ở 120 0 C: Ta có: v 150 = 120.2 (150 120)/10 = v 120 .2 3 Phản ứng kết thúc sau thời gian t 1 = 16.2 3 = 128 phút + ở 200 0 C: Ta có: v 200 = v 150 .2 5 Phản ứng kết thúc sau thời gian t 2 = 5,0 2 16 5 = phút *Vậy nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng nhanh còn thời gian kết thúc càng giảm. Ví dụ 6: Ví dụ 7: *Đề bài: Cho phản ứng thuận nghịch A + B C + D (*) Khi cho 1 mol A tác dụng với 1 mol B thì hiệu suất cực đại của phản ứng là 66,67%. a) Tính HSCB của phản ứng (*). b) Nếu lợng A gấp 3 lần lợng B thì hiệu suất cực đại phản ứng bằng bao nhiêu? c) Cân bằng bị dịch chuyển nh thế nào khi tăng nhiệt độ, biết nhiệt phản ứng H = 0? * Mục đích của đề: Yêu cầu học sinh tính lợng chất sau phản ứng, tính hằng số cân bằng, vận dụng nguyên lý Lơ Satơliê. * Hớng dẫn giải: a) Lúc cân bằng: số mol của A, B là: 0,3333 mol C, D là: 0,6667 mol Tổng số mol chất: 2 mol + ở đây n = 0 K c = K p = K x = 4 b) Gọi x: lợng chất cực đại phản ứng (A) + Lúc cân bằng: số mol của A là (3 x) B là (1 x) 5 C, D là x + Tìm ra x dựa vào K c = 4 x = 0,90 hay 90%. c) Do H = 0. Vậy khi tăng nhiệt độ cân bằng thực tế không bị dịch chuyển, nhng tốc độ phản ứng nhanh hơn, nghĩa là phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng nhanh hơn. Ví dụ 26: * Đề bài: Trong công nghệ hoá dầu, các ankan đợc loại hiđro để chuyển thành hiđrocacbon không no có nhiều ứng dụng hơn. Hãy tính nhiệt của mỗi phản ứng sau đây: C 4 H 10 C 4 H 6 + H 2 H 1 0 (1) CH 4 C 6 H 6 + H 2 H 2 0 (2) Biết năng lợng liên kết E theo kJ. mol -1 của các liên kết nh sau: E 435,9 416,3 409,1 587,3 Liên kết H H C H C C C = C (với các liên kết C H, C C, các trị số ở trên là trung bình trong các hợp chất hữu cơ khác nhau). * Mục đích của đề: Giúp học sinh vận dụng kỹ năng tính nhiệt phản ứng dựa theo năng lợng liên kết, chú ý cân bằng phơng trình phản ứng. * Hớng dẫn giải: với C 4 H 10 C 4 H 6 + 2H 2 (1) tính đợc H 1 0 = 437,6 kJ 6CH 4 C 6 H 6 + 9H 2 (2) tính đợc H 2 0 = 581,1 kJ Ví dụ 27: * Dạng đề giúp học sinh nắm vững lý thuyết về nguyên lý chuyển dịch cân bằng - các yếu tố ảnh hởng, kỹ năng tính HSCB và lợng chất trong hệ (cân bằng). * Hớng dẫn giải: 6 1. Ví dụ phản ứng este hoá: CH 3 COOH + C 2 H 5 OH CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O + Để phản ứng nhanh đạt tới trạng thái cân bằng cần: Dùng xúc tác là axit (HCl, H 2 SO 4 ) Tăng nhiệt độ vừa phải + Biện pháp chuyển dịch cân bằng về phía tạo thành este: Tăng nồng độ của axit hoặc rợu Giảm lợng chất sau phản ứng (lấy bớt sản phẩm ra) 2.Tính HSCB: + ( ) ( ) 6,3 . 2 = = cbca C K + Lợng este tăng lên là 1,44 lần. * Dạng đề thi với mục đích là : giúp học sinh nắm vững lý thuyết về hằng số cân bằng, sự chuyển dịch cân bằng khi các yếu tố thay đổi. Mặt khác, tổng hợp các kỹ năng: tính hằng số cân bằng theo độ điện li , áp suất P và ngợc lại ; tính năng lợng tự do G 0 theo H 0 , S 0 ; áp dụng quan hệ K p và K c để tính lợng chất Ví dụ 28 : * Đề bài : Sunfurylđiclorua SO 2 Cl 2 là hoá chất phổ biến trong phản ứng clo hoá. Tại 350 0 C, 2 atm phản ứng: SO 2 Cl 2(k) SO 2(k) + Cl 2(k) (1) có Kp = 50 1. Hãy cho biết đơn vị của trị số đó và giải thích HSCB K p này phải có đơn vị nh vậy. 2. Tính % theo thể tích SO 2 Cl 2(k) còn lại khi (1) đạt tới trạng thái cân bằng ở điều kiện đã cho. 3. Ban đầu dùng 150 mol SO 2 Cl 2(k) , tính số mol Cl 2(k) thu đợc khi (1) đạt tới cân bằng. Các khí đợc coi là khí lí tởng (k: khí) 7 *Mục đích của đề:Yêu cầu học sinh vận dụng kỹ năng tính HSCB của phản ứng từ đó tính số mol,% theo thể tích của chất. * Hớng dẫn giải: 1. 50 . 22 22 == ClSO ClSO P P PP K atm 2. Cách 1:+ Gọi số mol SO 2 Cl 2(k) ban đầu là 1 mol có độ phân li là + Dựa vào biểu thức 50 1 . 2 2 = = P K P tính đợc = 0,9806 + Số mol SO 2 Cl 2(k) còn lại là 1 - = 0,0194 mol. Do vậy % theo thể tích SO 2 Cl 2(k) còn lại là 0,98%. Cách 2: SO 2 Cl 2(k) SO 2(k) + Cl 2(k) (1) K p = 50 atm + Dựa vào biểu thức tính 50 22 2 = = P P K P tính đợc P = 0,9902 atm + áp suất lúc cân bằng: 0196,0 )(22 = k ClSO P atm Do vậy, số mol SO 2 Cl 2(k) = 0,0098 hay 0,98%. (trong cùng nhiệt độ, áp suất: % theo số mol cũng nh % theo thể tích) 3. Ban đầu dùng 150 mol SO 2 Cl 2(k) , số mol Cl 2(k) lúc cân bằng 09,1479806,0150 2222 =ì=ì== ClSOSOCl nnn mol. Ví dụ 29: [12, đề 2002 2003] * Đề bài: Khi nung nóng đến nhiệt độ cao PCl 5 bị phân li theo phơng trình: PCl 5(k) PCl 3(k) + Cl 2(k) 1. Cho m gam PCl 5 vào một bình dung tích V, đun nóng bình đến nhiệt độ T (K) để xảy ra phản ứng phân li PCl 5 . Sau khi đạt tới cân bằng áp suất khí trong bình bằng P. a) Hãy thiết lập biểu thức của K P theo độ phân li và áp suất P. 8 b) Thiết lập biểu thức của K C theo , m, V. 2. Trong thí nghiệm 1 thực hiện ở nhiệt độ T 1 ngời ta cho 83,300 gam PCl 5 vào bình dung tích V 1 . Sau khi đạt tới cân bằng đo đợc P 1 = 2,700 atm. Hỗn hợp khí trong bình có tỉ khối so với H 2 bằng 68,862. Tính và K p . 3. Trong thí nghiệm 2 giữ nguyên lợng PCl 5 và nhiệt độ nh ở thí nghiệm 1 nh- ng thay dung tích là V 2 thì đo đợc áp suất cân bằng là 0,500 atm. Tính tỉ số 1 2 V V . 4. Trong thí nghiệm 3 giữ nguyên lợng PCl 5 và dung tích bình V 1 nh thí nghiệm 1 nhng hạ nhiệt độ của bình đến T 3 = 0,9T 1 thì đo đợc áp suất cân bằng là 1,944 atm. Tính K p và . Từ đó cho biết phản ứng phân li PCl 5 thu nhiệt hay phát nhiệt. Cho: Cl = 35,453; P = 30,974; H = 1,008. các khí đều là khí lý tởng. *Mục đích của đề:Yêu cầu học sinh thiết lập biểu thức liên hệ hằng số cân bằng theo độ phân li, áp suất, thể tích, khối lợng.Từ đó tính các đại lợng liên quan. * Hớng dẫn giải: 1. Thiết lập biểu thức của K P , K C : Phơng trình: PCl 5(k) PCl 3(k) + Cl 2(k) Ban đầu: a Cân bằng: a x x x mol + Tổng số mol khí lúc cân bằng: n = a + x Trong đó: ; 239,208 m a = a x = * Tính K P + áp suất riêng phần lúc cân bằng của mỗi khí ;. 5 P xa xa P PCl + = P xa x PP ClPCl . 23 + == 9 + HSCB K P = P P PP PCl ClPCl . 1 . 2 2 5 23 = * Tính K C (có 2 cách) Cách 1: + Tính nồng độ cân bằng của mỗi khí [ ] ( ) ; 1 5 V a PCl = [ ] [ ] V a ClPCl . 23 == + HSCB [ ][ ] [ ] ( ) ( ) = == 1239,2081 22 5 23 V m V a PCl ClPCl K C Cách 2: + Ta biết: K P = K C .(RT) khí = 1 + ( ) ( ) = == 1239,2081 22 V m V a RT K K P C ở đó PV = nRT = (a + x)RT = a (1+ )RT hay RT = ( ) +1a PV 2. Thí nghiệm 1: * Tính 1 + Số mol PCl 5 ban đầu: a = 400,0 239,208 30,83 = mol + Khối lợng trung bình M của hỗn hợp lúc cân bằng 62,826 x 2,016 = 138,753 g/mol + Tổng số mol khí lúc cân bằng ( ) M molan 30,83 600,01 11 ==+= tính đợc 1 = 0,500. * Tìm K P tại nhiệt độ T 1 ( ) ( ) 900,070,2. 5,01 5,0 . 1 2 2 1 2 1 2 1 1 = = = PK T P 3. Thí nghiệm 2 : - giữ nguyên nhiệt độ : K P không đổi - Giữ nguyên số mol PCl 5 a = 0,400 mol 10 [...]... thuộc phần Cơ sở lý thuyết các phản ứng hóa học trong tài liệu giáo khoa chuyên Hoá học 3 Đã phân tích câu hỏi và bài tập phần Cơ sở lý thuyết các phản ứng hoá học dựa vào tài liệu giáo khoa chuyên Hoá học và các đề thi HSG cấp Tỉnh, cấp Quốc gia 4.Đã xây dựng hệ thống câu hỏi (gồm đề bài, mục đích của bài, hớng dẫn giải) từ cơ bản đến nâng cao phần Cơ sở lý thuyết các phản ứng hóa học dùng cho học sinh. .. Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài bao gồm: cơ sở lý luận, thực tiễn bồi dỡng học sinh giỏi Hóa học ở bậc THPT; đặc trng cơ bản của dạy học hóa học hiện nay ở các bậc học nói chung và bậc phổ thông nói riêng; vai trò, mục đích, cách phân loại và tác dụng của bài tập hóa học đối với việc dạy học nói chung và bồi dỡng học sinh giỏi hóa học nói riêng 2 Đã xác định nội dung cơ bản của các chơng... tuyển học sinh giỏi Quốc gia và kết hợp với việc trao đổi với các thầy cô giáo giảng dạy và bồi dỡng học sinh chuyên Hoá, cũng nh lấy ý kiến của các em học sinh trờng thực nghiệm Chúng tôi rút ra một số nhận xét sau: - Chất lợng nắm kiến thức cơ bản và khả năng vận dụng kiến thức cơ bản vào việc giải bài tập của học sinh lớp thực nghiệm tốt hơn hẳn lớp đối chứng, thể hiện ở các bảng 1, 2, 3, 4 - Học sinh. .. Bớc đầu bồi dỡng học sinh khá, giỏi dự thi học sinh giỏi các cấp +Ra đề kiểm tra, chấm bài, phân tích kết quả IV.2.2 Xử lý số liệu thực nghiệm s phạm [8] Chúng tôi đã tiến hành đánh giá chất lợng, phát hiện học sinh có tính sáng tạo, có năng khiếu về hóa học thông qua 2 bài kiểm tra cho khối 11, 12 của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng, đồng thời kiểm tra 2 bài tổng hợp với đội dự tuyển học sinh giỏi Quốc... quả thực nghiệm Kết quả điểm kiểm tra tính theo số học sinh đạt điểm X i, % học sinh đạt điểm Xi, % học sinh đạt điểm Xi trở xuống đợc chỉ ra ở các bảng từ bảng 1 đến bảng 10 và 15 Kết quả xếp loại số % học sinh đạt điểm khá giỏi, trung bình, yếu kém đợc chỉ ra ở các bảng từ bảng 11 đến bảng 14 và 16 Mặt khác từ số liệu ở các bảng chúng tôi xây dựng các đồ thị và biểu đồ: 6 đồ thị (hình 1 đến hình... giảng dạy; thúc đẩy quá trình học tập, tìm tòi sáng tạo của học sinh - So sánh kết của của lớp thực nghiệm với kết quả của lớp đối chứng Từ đó xử lý, phân tích kết quả để đánh giá khả năng áp dụng hệ thống các câu hỏi và bài tập trên do chúng tôi đề xuất cũng nh cách sử dụng nó trong việc giảng dạy ở các lớp chuyên Hoá và bồi dỡng học sinh chuẩn bị dự thi học sinh giỏi Hoá ở các cấp hiện nay IV.1.2 Phơng... b) Tính chu kỳ bán huỷ t1/2 của phản ứng (1) 2 Chứng minh rằng đối với phản ứng một chiều bậc 2 2A sản phẩm có t1/2 = 1 k.a Trong đó: a là nồng độ ban đầu của A (ở t = 0) Mục đích của bài: Yêu cầu học sinh viết đợc phơng trình động học của phản ứng, tính nồng độ và thời gian của chất bị chuyển hoá, tính thời gian nửa phản ứng; chứng minh biểu thức tính t1/2 của phản ứng Hớng dẫn giải: 1 a) Gọi thời... sang trái Bài 13: 1 Thực hiện tổng hợp NH3 theo phản ứng: N2(k) + 3H2(k) 2NH3(k) (1) a) Chứng minh rằng ở nhiệt độ, áp suất xác định, hiệu suất phản ứng sẽ cực đại nếu thành phần mol của hỗn hợp các chất tác dụng lấy đúng theo hệ số tỷ lợng của chúng 4 b) ở 723 K phản ứng (1) có K P = 2.10 1 4 ở 850 K phản ứng (1) có K P = 0,2.10 2 Tìm nhiệt độ của sự chuyển hoá (ở khoảng nhiệt độ) trên 2 Phản ứng (1)... 3 Nếu phản ứng trên có phơng trình 2N2O5(k) 2NO2(k) + 1/2 O2(k) thì trị số tốc độ phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng có thay đổi không? Giải thích? * Mục đích của đề: Giúp học sinh củng cố kiến thức về tốc độ phản ứng; kỹ năng: viết phơng trình động học của phản ứng, biểu thị và tính tốc độ hình thành, tốc độ tiêu thụ, tính số phân tử bị phân tích, mặt khác tại nhiệt độ T xác định: tốc độ phản ứng vp... NH3 cao, cần tiến hành phản ứng ở áp suất nh thế nào ? Vì sao ? 4 Tính xem cần phải tiến hành phản ứng ở áp suất là bao nhiêu để hiệu suất chuyển hoá hỗn hợp ban đầu (N2 + 3H2) là 90%, nếu phản ứng đợc thực hiện ở 4500C và tỉ lệ mol của N2 : H2 là 1 : 3 ? Mục đích của bài : Yêu cầu học sinh chứng minh giả thiết, tính G0 của phản ứng, tìm nhiệt độ phản ứng đổi chiều, tính áp suất ở điều kiện bất kỳ Hớng . Hệ thống các câu hỏi và bài tập phần cơ sở lý thuyết các phản ứng hóa học ở bậc trung học phổ thông II.1. Hệ thống các câu hỏi và bài tập phần cơ sở lý thuyết các phản ứng hóa học trong tài. chuyên Hoá học II.1.1. Chơng IV: Lý thuyết về phản ứng hóa học a. Nội dung cơ bản * Về mặt kiến thức: Giúp học sinh nắm đợc các kiến thức: - Định nghĩa hiệu ứng nhiệt của một phản ứng. - Định. (đối với phản ứng thuận nghịch). - Các yếu tố ảnh hởng đến cân bằng hóa học, nguyên lý Lơ Satơliê về chuyển dịch cân bằng. * Về mặt kỹ năng: Giúp học sinh có đợc các kỹ năng sau: - Cách xác