MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ HIỆU ỨNG NHIỆT PHẢN ỨNG DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MÔN HOÁ HỌC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

Kiến thức là vô bờ bến, chúng ta khó lòng nào mà nắm bắt, hiểu biết được tất cả mọi kiến thức trong cuộc sống, và trong môn hoá học cũng vậy, việc tìm hiểu nghiên cứu , chuyên sâu mọi vấn đề sẽ rất khó khăn. Vì vậy, để tìm hiểu cặn kẽ một vấn đề nào trong các môn khoa học nói chung và môn hoá học nói riêng thì việc làm chuyên đề sẽ rất bổ ích. Các kì thi học sinh giỏi các cấp đang thu hút nhiều người quan tâm. Sở dĩ như vậy vì chúng kích thích việc cải tiến nội dung và phương pháp dạy và học bộ môn Hoá học ở trường phổ thông tại các trường theo hướng tiếp cận với phương pháp dạy học hoá học hiện đại.

z     S¸ng KiÕn Kinh NghiÖm ĐỀ TÀI: MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ HIỆU ỨNG NHIỆT PHẢN ỨNG DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MÔN HOÁ HỌC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Ngêi thùc hiÖn: NguyÔn ThÞ Thu Tæ: Hãa- Sinh- C«ng nghÖ S¸ng kiÕn kinh nghiÖm Năm học 2012 – 2013 NguyÔn ThÞ Thu Tæ Ho¸ - Sinh –C«ng nghÖ 2  A. Mở đầu I. Đặt vấn đề II. Phạm vi nghiên cứu III. Phương pháp nghiên cứu B. Nội dung và tổ chức thực hiện C. Kết luận D. Tài liệu tham khảo S¸ng kiÕn kinh nghiÖm   !" Kiến thức là vô bờ bến, chúng ta khó lòng nào mà nắm bắt, hiểu biết được tất cả mọi kiến thức trong cuộc sống, và trong môn hoá học cũng vậy, việc tìm hiểu nghiên cứu , chuyên sâu mọi vấn đề sẽ rất khó khăn. Vì vậy, để tìm hiểu cặn kẽ một vấn đề nào trong các môn khoa học nói chung và môn hoá học nói riêng thì việc làm chuyên đề sẽ rất bổ ích. Các kì thi học sinh giỏi các cấp đang thu hút nhiều người quan tâm. Sở dĩ như vậy vì chúng kích thích việc cải tiến nội dung và phương pháp dạy và học bộ môn Hoá học ở trường phổ thông tại các trường theo hướng tiếp cận với phương pháp dạy học hoá học hiện đại. Để có thêm tài liệu tham khảo cần thiết và sát với chương trình bồi dưỡng học sinh giỏi ở các trường THPT. Tôi đã tìm hiểu và đưa ra một chuyên đề: #$% &'()*%+, /*012343/*0%,/532346734(8*69:34/;<&*3/4*=*>?3/@A /;<B. Chuyên đề nhằm bồi dưỡng, rèn luyện nâng cao kiến thức để đạt kết quả trong các kì thi học kì, thi học sinh giỏi các cấp … ; giúp các bạn học sinh ôn luyện, tổng kết và kiểm tra kiến thức của mình, nâng cao khả năng tự suy nghĩ, kĩ năng giải toán. II. C Tại trường THPT Sông Công Áp dụng chủ yếu cho học sinh lớp 10 khi học nhiệt phản ứng. Bồi dưỡng học sinh giỏi. III. PHDC Trong đề tài này sẽ đưa ra những tài liệu lý thuyết liên quan cơ sở của phản ứng toả nhiệt, phản ứng thu nhiệt. Ngoài ra, chuyên đề còn đưa ra cách tính hiệu ứng nhiệt của một số phản ứng. Bài tập chiếm một phần lớn bao gồm những dạng bài tập liên quan đến cách xác định phản ứng toả nhiệt, phản ứng thu nhiệt, cách tính hiệu ứng nhiệt. Tất cả sẽ được giới thiệu rõ kèm theo rõ kèm theo bài giải để ta dễ hình dung và tìm ra phương pháp giải hay và phù hợp cho những dạng bài này. Ngoài ra còn bổ sung một số bài tập để có thể tự tham khảo. NguyÔn ThÞ Thu Tæ Ho¸ - Sinh –C«ng nghÖ 3 S¸ng kiÕn kinh nghiÖm EFGCHI J /*0%,/53234 Quá trình hoá học cũng như quá trình biến đổi hoá vật lý của chất như bay hơi,nóng chảy…luôn kèm theo hiện tượng phát ra hay thu vào một năng lượng ở dạng này hoặc dạng khác thường là dạng nhiệt. Để so sánh những biến đổi năng lượng dưới dạng nhiệt trong phản ứng hoá học người ta dùng đại lượng nhiệt phản ứng tức là lượng nhiệt thoát ra hay thu vào trong một phản ứng hoá học. Ngành hoá học nghiên cứu về nhiệt cuả phản ứng hoá học và nhiệt của các quá trình biến hoá chất từ trạng thái tập hợp này sang trạng thái tập hợp khác được gọi là ngành nhiệt hoá học. Đầu tiên các em phải nắm được các kiến thức sau: KL/MNO%9P34" là khí mà khoảng cách giữa các phân tử khí xa nhau đến mức ta có thể bỏ qua sự tương tác giữa chúng (khí có áp suất thấp) −Phương trình trạng thái khí lý tưởng dùng cho n mol khí: PV = nRT (P là áp suất khí - Pa hoặc N/m 2 ; V là thể tích khí - m 3 ; T là nhiệt độ khí - K ; R là hằng số khí lý tưởng - R = 8,314 J. K − 1 . mol − 1 = 1,987 cal. K − 1 . mol − 1 do 1 cal = 4,19 J = 0,082 lít. atm. K − 1 . mol − 1 do 1 lít. atm = 101,325 J ) − Trong đó: P 1 V 1 = n 1 RT 1 ; P 2 V 2 = n 2 RT 2 và v.v Q/*0%,/53234" a) Phản ứng tỏa nhiệt và phản ứng thu nhiệt: − Phản ứng nhường nhiệt lượng cho môi trường gọi là phản ứng tỏa nhiệt: ∆H < 0 − Phản ứng thu nhiệt lượng của môi trường gọi là phản ứng thu nhiệt: ∆H > 0 b) Nhiệt sinh chuẩn của một chất: là nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất bền ở 1atm và 298K. Ví dụ: C(r) + O 2 (k) → CO 2 (k) có ∆H 0 298,s = − 393,51 kJ. mol − 1 . NguyÔn ThÞ Thu Tæ Ho¸ - Sinh –C«ng nghÖ 4 S¸ng kiÕn kinh nghiÖm c) Nhiệt cháy chuẩn của một chất; là nhiệt của phản ứng đốt cháy hoàn toàn 1 mol chất đó bằng oxi tạo thành các oxit bền với hóa trị cao nhất. Ví dụ: CH 4 (k) + 2O 2 (k) → CO 2 (k) + 2H 2 O (l) có ∆H 0 298,C (CH 4 ) = − 890,34 kJ. mol − 1 . d) Định luật Hess: Nhiệt phản ứng được thực hiện ở V=const hoặc P=const (không thực hiện công nào khác ngoài công cơ học) chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu (của các chất phản ứng) và trạng thái cuối (của các sản phẩm phản ứng) mà không phụ thuộc vào các trạng thái trung gian (tức là không phụ thuộc vào quãng đường chuyển trạng thái đầu đến trạng thái cuối) Ví dụ: C(r) + O 2 (k) CO 2 (k) ∆H ∆H 1 ∆H 2 CO (k) + 1 2 O 2 (k) Theo định luật Hess: ∆H = ∆H 1 + ∆H 2 . Sơ đồ trên gọi là Chu trình Born - Haber − Hệ quả của định luật Hess: + Hiệu ứng nhiệt của phản ứng thuận bằng Hiệu ứng nhiệt của phản ứng nghịch nhưng ngược dấu. + Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng nhiệt sinh của các sản phẩm trừ đi tổng nhiệt sinh của các chất phản ứng (trong đó nhiệt sinh của các đơn chất được coi= 0) Ví dụ: CH 4 (k) + 2O 2 (k) → CO 2 (k) + 2H 2 O (l) có ∆H 0 298,C (CH 4 ) = [∆H 0 298,s (CO 2 ) + ∆H 0 298,s (H 2 O)] − ∆H 0 298,s (CH 4 ) + Hiệu ứng nhiệt của phản ứng cháy bằng tổng nhiệt cháy của các chất phản ứng trừ đi tổng nhiệt cháy của các sản phẩm (trong đó nhiệt sinh của các đơn chất được coi = 0) e) Năng lượng liên kết: là năng lượng cần thiết để phá vỡ một liên kết hóa học. RS*<A</%M3//*0%,/53234" − Cách 1: Dựa vào định luật Hess. ∆H = ∆H 1 + ∆H 2 . (xây dựng chu trình động học) NguyÔn ThÞ Thu Tæ Ho¸ - Sinh –C«ng nghÖ 5 S¸ng kiÕn kinh nghiÖm hoặc tổ hợp các cân bằng: C(r) + 1 2 O 2 (k) → CO (k) ∆H 1 CO (k) + 1 2 O 2 (k) → CO 2 (k) ∆H 2 Phương trình tổ hợp: C(r) + O 2 (k) → CO 2 (k) ∆H − Cách 2: Tính tổng năng lượng liên kết của các chất phản ứng (kết quả mang dấu + vì đó là nhiệt lượng thu vào) Tính tổng năng lượng liên kết của các sản phẩm phản ứng (kết quả mang dấu − vì đó là nhiệt lượng tỏa ra) tổ hợp hai kết quả tính được chính là Hiệu ứng nhiệt của phản ứng. FTUV M6WK. Tính hiệu ứng nhiệt ∆H của các phản ứng sau, mỗi phản ứng tính theo 2 cách: theo năng lượng liên kết và theo nhiệt tạo thành a) CH 4 (k) + 4Cl 2 (k) → CCl 4 (k) + 4HCl(k) b) 2Cl 2 (k) + 2H 2 O (k) → 4HCl(k) + O 2 (k) Biết: Năng lượng liên kết (kJ/mol) Nhiệt tạo thành (kJ/mol) C-Cl: 326,3 CH 4 : -74,9 H-Cl: 431,0 HCl: -92,3 C-H: 414,0 CCl 4 : -108,8 Cl-Cl: 242,6 H 2 O (k) : -241,8 O 2 : 498,7 H 2 O: 925,95 Tính ∆H của phản ứng: a) CH 4 (k) + 4Cl 2 (k) → CCl 4 (k) + 4HCl(k) • Dựa vào năng lượng liên kết Tổng năng lượng của các chất phản ứng là ∆H=(4 x 414 + 4 x 242,6 ) – (4 x 326,3 + 4 x 431) = - 402,8 kJ/mol • Dựa vào nhiệt tạo thành: ∆H=(-108,5+4(-92,3) ) – (-74,9) = - 402,8 kJ/mol NguyÔn ThÞ Thu Tæ Ho¸ - Sinh –C«ng nghÖ 6 S¸ng kiÕn kinh nghiÖm b) 2Cl 2 (k) + 2H 2 O (k) → 4HCl(k) + O 2 (k) • Dựa vào năng lượng liên kết ∆H=(2 x 242,6 + 2 x 925,95 ) – (4 x 431 + 498,7) = 114,4 kJ /mol • Dựa vào năng lượng tạo thành: ∆H= (4 x (-92,3) ) – (2 x (-241,8)) = 114,4 kJ/mol a) ∆H<0 phản ứng toả nhiệt b) ∆H>0 phản ứng thu nhiệt M6WQ. Từ thực nghiệm thu được trị số ∆H(Kcal.mol -1 ) phân ly từng liên kết ở 25 0 C : Liên kết H – H O – O O – H C – H C – O C – C ∆ H 104 33 111 99 84 83 Hãy giải thích cách tính và cho biết kết quả tính ∆H (cũng ở điều kiện như trên) của sự đồng phân hóa: CH 3 CH 2 OH (hơi) → CH 3 -O-CH 3 (hơi) Giải: CH 3 CH 2 OH có 1 liên kết C − C ; 1 liên kết C − O ; 1 liên kết O − H và 5 liên kết C − H Tổng năng lượng liên kết của các chất phản ứng là: 83 + 84 + 111 + (5 × 99) = + 773 Kcal.mol -1 CH 3 -O-CH 3 có 2 liên kết C − O ; 6 liên kết C − H Tổng năng lượng liên kết của các sản phẩm phản ứng là: − (2 × 84) − (6 × 99) = − 168 − 594 = − 762 Kcal.mol -1 Vậy, Hiệu ứng nhiệt của phản ứng = + 773 − 762 = + 11 Kcal.mol -1 Phản ứng trên là phản ứng thu nhiệt. M6WR Xác định nhiệt hình thành 1 mol AlCl 3 khi biết: Al 2 O 3 + 3COCl 2 (k) → 3CO 2 + 2 AlCl 3 ∆H 1 = −232,24 kJ CO + Cl 2 → COCl 2 ∆H 2 = −112,40 kJ 2Al + 1,5 O 2 → Al 2 O 3 ∆H 3 = −1668,20 kJ Nhiệt hình thành của CO = -110,40 kJ/mol Nhiệt hình thành của CO 2 = -393,13 kJ/mol. NguyÔn ThÞ Thu Tæ Ho¸ - Sinh –C«ng nghÖ 7 S¸ng kiÕn kinh nghiÖm Nhiệt hình thành 1 mol AlCl 3 là nhiệt của quá trình Al + 1,5 Cl 2 → AlCl 3 Để có quá trình này ta sắp xếp các phương trình như sau: Al 2 O 3 + 3COCl 2 (k) → 3CO 2 + 2 AlCl 3 ∆H 1 3CO + 3Cl 2 → 3COCl 2 3∆H 2 2Al + 1,5 O 2 → Al 2 O 3 ∆H 3 3C + 1,5 O 2 → 3CO 3∆H 4 và 3 CO 2 → 3C + 3 O 2 3(-∆H 5 ) Sau khi tổ hợp có kết quả là: 2Al + 3 Cl 2 → 2AlCl 3 ∆H x và ∆H x = ∆H 1 + 3∆H 2 + ∆H 3 + 3∆H 4 + 3(-∆H 5 ) = (-232,24) + 3(-112,40) + (-1668,20) + 3(-110,40) + 3(393,13) = − 1389,45 kJ Vậy, nhiệt hình thành 1 mol AlCl 3 = −1389,45 : 2 =− 694,725 kJ/mol M6WX Tính nhiệt phản ứng ở 25 0 C của phản ứng sau: CO(NH 2 ) 2 (r) + H 2 O(l) → CO 2 (k) + 2NH 3 (k) Biết trong cùng điều kiện có các đại lượng nhiệt sau đây: CO (k) + H 2 O (h) → CO 2 (k) + H 2 (k) ∆H 1 = -41,13 kJ/mol CO (k) + Cl 2 (k) → COCl 2 (k) ∆H 2 = -112,5 kJ/mol COCl 2 (k) + 2NH 3 (k) → CO(NH 2 ) 2 (r) + 2HCl(k) ∆H 3 = -201,0 kJ/mol Nhiệt tạo thành HCl (k) ∆H 4 = -92,3 kJ/mol Nhiệt hóa hơi của H 2 O(l) ∆H 5 = 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) + H 2 O (h) → CO 2 (k) + H 2 (k) ∆H 1 NguyÔn ThÞ Thu Tæ Ho¸ - Sinh –C«ng nghÖ 8 S¸ng kiÕn kinh nghiÖm COCl 2 (k) → CO (k) + Cl 2 (k) -∆H 2 CO(NH 2 ) 2 (r) + 2HCl(k) → COCl 2 (k) + 2NH 3 (k) -∆H 3 H 2 (k) + Cl 2 (k) → 2HCl(k) 2∆H 4 H 2 O(l) → H 2 O (h) ∆H 5 Sau khi cộng ta được phương trình như giả thiết ta được: ∆H x = ∆H 1 - ∆H 2 - ∆H 3 + 2∆H 4 + ∆H 5 = -41,13 + 112,5 + 201 - 184,6 + 44,01 = 131,78 kJ/mol M6WY Cho Xiclopropan → Propen có ∆H 1 = - 32,9 kJ/mol Nhiệt đốt cháy than chì = -394,1 kJ/mol (∆H 2 ) Nhiệt đốt cháy Hidrro = -286,3 kJ/mol (∆H 3 ) Nhiệt đốt cháy Xiclopropan = - 2094,4 kJ/mol. (∆H 4 ) 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 CH 2 =CH-CH 3 + 4,5O 2 → 3CO 2 + 3H 2 O ∆H 5 = ? phương trình này được tổ hợp từ các quá trình sau: CH 2 =CH-CH 3 → C 3 H 6 xiclo (-∆H 1 ) C 3 H 6 xiclo + 4,5O 2 → 3CO 2 + 3H 2 O ∆H 4 Cộng 2 phương trình này ta được phương trình cần tính ∆H 5 =∆H 4 -∆H 1 Vậy, nhiệt đốt cháy propen = - 2094,4 -(-32,9) = Z2061,5 kJ/mol b/ Tương tự: 3 ( C + O 2 → CO 2 ∆H 2 ) 3 ( H 2 + 2 1 O 2 → H 2 O ∆H 3 ) 3CO 2 + 3H 2 O → C 3 H 6 xiclo + 4,5O 2 (-∆H 4 ) NguyÔn ThÞ Thu Tæ Ho¸ - Sinh –C«ng nghÖ 9 S¸ng kiÕn kinh nghiÖm Tổ hợp được 3C + 3H 2 → C 3 H 6 xiclo ∆H 6 = 3∆H 2 + 3∆H 3 - ∆H 4 ∆H 6 = 3(-394,1) + 3(-286,3) - (-2094,4) = 53,2 kJ/mol c/ Tương tự nhiệt tạo thành propen là: ∆H 7 = 3∆H 2 + 3∆H 3 - ∆H 5 = 20,3 kJ/mol E[" Bài 1: Tính nhiệt phản ứng: 8 Al (r) + 3 Fe 3 O 4 (r) → 9 Fe (r) + 4Al 2 O 3 ( r ) Biết nhiệt tạo thành của Fe 3 O 4 và Al 2 O 3 tương ứng là 1117 kJ/mol và 1670 kJ/mol Bài 2: Tính ∆ H của phản ứng : C 2 H 2 (k) + 2 H 2 (k) → C 2 H 6 (k) Theo 2 cách sau: a) Dựa vào năng lượng liên kết b) Dựa vào nhiệt tạo thành L\][L\^ NguyÔn ThÞ Thu Tæ Ho¸ - Sinh –C«ng nghÖ 10 [...]... giỳp hc sinh rốn luyn k nng trong quỏ trỡnh luyn tp giỏo viờn cn chỳ ý hng dn hc sinh phõn loi bi tp, nm chc kin thc v rốn luyn thng xuyờn khc sõu, vi tng loi bi tp rỳt kinh nghim cho bn thõn Hng dn hc sinh nm vng h thng kin thc, sau mi gi hc cú th thut giỳp hc sinh nh bi Trang b cho hc sinh cỏc kin thc v phng phỏp gii toỏn c bn hc sinh cú th t mỡnh lm cỏc dng toỏn khú Qua quỏ trỡnh luyn hc sinh gii... sinh bng phng phỏp trờn tụi thy hc sinh hiu bi v vn dng tt Trờn õy l mt s bi tp v nhit phn ng Hy vng sỏng kin kinh nghim ca tụi s phn no giỳp c cỏc em hc sinh cú nhng kin thc b ớch khi ụn luyn hc sinh gii Rt mong cỏc ng nghip gúp ý, b sung cho ti c hon thin hn Tụi xin chõn thnh cm n Sông Công, tháng 5 năm 2013 Duyệt của hội đồng khoa học cơ sở Ngời viết Nguyễn Thị Thu Nguyễn Thị Thu 11 Tổ Hoá - Sinh. .. Húa hc 10 Nõng cao, ti liu chun kin thc k nng húa hc.- Nh xut bn giỏo dc 2 Húa hc vụ c Hong Nhõm - Nh xut bn giỏo dc 2000 3 thi hc sinh gii 10 4 Sỏch bi dng hc sinh gii hoỏ hc 10 o Hu Vinh 5.Tuyn tp thi olympic 30-4- Nh xut bn i hc S Phm Nguyễn Thị Thu 12 Tổ Hoá - Sinh Công nghệ