ôn tập môn hóa lý 2

Một số kết quả tương quan về bậc phản ứng –Phương trình động học:I.. Động học các phản ứng đồng thể đơn giản một chiều... Bài tập tự giải:B1: Phản ứng phân hủy H2O2 trong dung dịchnước x

ÔN TẬP HÓA LÝ 2

Ths Nguyễn Quang Thái

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU

KHOA HÓA HỌC & CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Vũng tàu; 05/2014

Chương I:

ĐỘNG HỌC VÀ XÚC TÁC

ĐỘNG HỌC CÁC PHẢN

ỨNG ĐỒNG THỂ

 

I Khái niệm cơ bản

2 Định luật tác dụng khối lƣợng

Khảo sát phản ứng:

aA + bB  cC + dDTốc độ phản ứng theo định luật tác dụng khối

Một số kết quả tương quan về bậc phản ứng –Phương trình động học:

I Khái niệm cơ bản

5 Bậc phản ứng

Khảo sát phản ứng sau:

Gọi:

 k : hằng số tốc độ phản ứng

 a : nồng độ A ban đầu (t = 0)

 a - x: nồng độ tại thời điểm t

 x là nồng độ của A đã chuyển hóa

II Động học các phản ứng đồng thể đơn giản một chiều.

1 Phản ứng một chiều bậc 1

A sản phẩmk

ln( ) ln 1

.ln

a x k t a

a k

Đồ thị biến thiên chất A theo thời gian

Ví dụ 1:

Một đồng vị phóng xạ sau 1 giờ phân hủy mất75% Tính hằng số vận tốc phân hủy, chu kỳ bán hủy,thời gian cần thiết để phân hủy 87,5% và số phần trămphân hủy sau 15 phút

Thời gian bán hủy:

Sau 15 phút số phần trăm phân hủy là:

1 100

15 ln

0.0231 10029.27%

x x

Hướng dẫn:

Vì phản ứng là bậc 1 ta có phương trình động học cho phản ứng bậc 1: Hằng số tốc độ của phản ứng trên là:

(ngày -1 ) Chu kỳ bán hủy là:

(ngày)

0

A A

C

ln kt

C 

0 A

0 A

Bài tập tự giải:

B1: Phản ứng phân hủy H2O2 trong dung dịchnước xẩy ra theo quy luật động học bậc 1 Thời giannửa phản ứng bằng 15,86 phút

Hãy xác định thời gian cần thiết để phân hủy hết99% H2O2

B2: Chu kỳ bán hủy của N2O5 là 5,7 giờ

Tính hằng số tốc độ phản ứng và thời gian cầnthiết để phản ứng hết 75% và 87% lượng chất ban đầunếu phản ứng là bậc 1

Trường hợp này xảy ra hai dạng bài toán:

Dạng 1: 2A → Sản phẩm Dạng 2: A + B → Sản phẩm

II Động học phản ứng đơn giản

2 Phản ứng một chiều bậc 2

Khảo sát phản ứng dạng sau:

Gọi:

 k : hằng số tốc độ phản ứng

 a, b : nồng độ A, B ban đầu (a  b)

 (a-x), (b-x): nồng độ A, B tại thời điểm t.

 x là nồng độ của A và B đã tham gia phản ứng.

A + B sản phẩmk

II Động học phản ứng đơn giản

2 Phản ứng một chiều bậc 2

Lấy tích phân 2 vế ta đuợc:

Nếu truờng hợp nồng độ A và B bằng nhau:

Khi x = a/2: thời điểm đó ứng với chu kỳ bán hủy:

Bài tập áp dụng:

Dung dịch este etylaxetic có nồng độ ban đầu0.01 N xà phòng hóa với dung dịch NaOH có nồng độ0.002N trong thời gian 23 phút đạt được độ chuyểnhóa 10%

Nếu nồng độ ban đầu giảm đi 10 lần thì thời gianphản ứng sẽ là bao nhiêu nếu muốn đạt được độchuyển hóa 10% như trước

CH COOC H  NaOH  CH COONa C H OH 

Gợi ý trả lời:

Ptpư:

Ví dụ.

Trong 10 phút, phản ứng giữa hai chất xảy ra hết25% lượng ban đầu Tính chu kỳ bán hủy của phảnứng nếu nồng độ ban đầu hai chất trong phản ứng bậchai là như nhau

Nồng độ ban đầu hai chất bằng nhau, ta có:

A

1 k

Tính thời gian cần thiết để nồng độ của

CH3COOC2H5 còn lại 50% nếu ta trộn 1 lit dung dịch axetat etyl nồng độ 0,05M với:

a 1 lit dung dịch NaOH 0,05M.

b 1 lit dung dịch NaOH 0,1M.

Bảng tổng kết phuơng trình động học của các phản ứng đơn giãn:

Mở đầu

Phản ứng song song

Phản

ứng

nối tiếp

P.Ƣ dây chuyền

Phản ứng phức tạp

P.Ƣ

thuận

nghịch

II Động học phản ứng phức tạp

k k

A     B

a  x x

t

k a A

Thay: t .

k a A

Chú ý: Nếu ở trạng thái cân bằng thì:

k k

k



Và

k x k

lacton

Mặt khác:

2, 683

t n

k K

t n

và bậc 1.

Tốc độ phản ứng theo hướng 1 tạo thành B:

Phương trình động học có dạng:

1 ln a

k k

t a x



 Phương pháp thế:

Dựa vào số liệu thực nghiệm ta lần lượt thế vào phương trình động học của từng loại phản ứng Từ đó rút ra bậc của phản ứng đang xét:

( a

) x a

(

b ln ) b a

(

1 kt

x a

(

1 1

n

1 kt

Phản ứng bậc 1

Phản ứng bậc n

Phản ứng bậc 2

Ví dụ: Xét phản ứng sau:

Các số liệu được cho như sau:

α

 Nếu là phản ứng ≠ bậc 1 ta có:

1 1

( 1) ( )

Đồ thị có dạng: 1

1 (a  x)n

Thể tích V của xút cần để trung hòa 25 ml hỗnhợp phản ứng sau thời gian t đuợc cho như sau:

Trong đó: a: nồng độ ban đầu của este

a – x: Nồng độ của este tại thời điểm t

Phương trình động học có dạng:

0

1 ln

t

V V k

1/2 3

0.693 0.693

288 3.10 phut

k

Thời gian để este thủy phân hết 50% là:

 Phương pháp chu kỳ bán hủy.

n

n k a



y = -0.985x + 0.290

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

Ta suy ra: tgα = - 0.985

n = -tgα + 1 = 0.985 + 1 = 2

V: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng

k k

 Thiết lập phương trình Arrhenius.

Phuơng trình đẳng áp Van’t Hoff

k k

k

 K1 hằng số tốc độ phản ứng thuận

K2 hằng số tốc độ phản ứng nghịchK: Hằng số cân bằng của phản ứng đang xét

(1)

Phương trình Arrhenius cần thiết lập

Trong đó: E là năng lượng hoạt hóa của phản ứng cần

xét tại nhiệt độ T

 Cách xác định năng lƣợng hoạt hóa.

R

0

E RT

Bài tập áp dụng:

1 Xác định thực nghiệm hằng số vận tốc củaphản ứng phân hủy N2O5 được kết quả cho trong bảngsau:

k.10 15 s -1 0.0787 3.46 13.5 19.8 250 487

Xác định năng luợng hoạt hóa E của phản ứng?

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5

Chú ý:

Có thể tính năng lượng hoạt hóa E dựa vòa hằng

số tốc độ của phản ứng ở 2 nhiệt độ khác nhau cho bởibiểu thức sau:

Bài 2: Động học phản ứng bậc một hình thành axit được nghiên cứu bằng cách lấy mẫu từ hỗn hợp phản ứng theo từng chu kỳ và định phân bằng dung dịch kiềm Thể tích dung dịch kiềm dùng để định phân ở các thời điểm khác nhau sau khi phản ứng bắt đầu thu được như sau:

Thời gian (phút) 0 27 60 

Thể tích kiềm

(ml) 0 18,1 26 29,7

Chứng minh phản ứng là bậc một và tính hằng số

Tại thời điểm t =  thì thể tích kiềm tiêu tốn chính là lượng ban đầu của A hay

Tại t = 27 phút thì

- Tại t = 60 phút thì



o A

Giả sử phản ứng là bậc 1 Áp dụng phương trình động học cho phản ứng bậc 1 ta có:

- Tại t = 27 phút: 1 0 1 29, 7

ln ln 0, 0348

27 11, 6

A A

C k

C k

Bài 3: Phản ứng trong pha khí giữa NH3 và NO2 tronggiai đoạn đầu là phản ứng bậc 2.

a Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng

b Tính thừa số k0 của phương trình Arrhenius

Biết ở nhiệt độ 600K và 716K, hằng số tốc độphản ứng có giá trị tương ứng bằng 0,385 M-1.s-1 và 16

M-1.s-1

Bài tập:

Nghiên cứu phản ứng:

I2 (k) + H2(k) = 2HI(k).

Cho thấy hằng số tốc độ phản ứng ở 418K là 1,12.10-5 M-2.s-1 và ở 737K là 18,54.10-5 M-2.s-1 Xác định năng lượng hoạt hóa và hằng số tốc độ phản ứng ở 633,2K.

Bài tập:

Nếu phản ứng bậc 1 có năng lượng hoạt hóa là 25.000 cal/mol và trong phương trình Arhenius có hằng số k0 là 5.1013 giây-1, ở nhiệt

độ nào chu kỳ bán hủy của phản ứng là 1 phút

và 30 ngày.

o

Elnk lnk

ÔN TẬP

Bài1 Lượng chất phóng xạ Poloni sau 14 ngày giảm đi 6,85% so với ban đầu Xác định hằng số tốc độ phóng xạ và chu kỳ bán hủy của Poloni

Cho biết phản ứng là bậc 1.

Bài 2: Chu kỳ bán hủy của N2O5 là 5,7 giờ Tính hằng số tốc độ phản

ứng và thời gian cần thiết để phản ứng hết 75% và 87% lượng chất ban đầu nếu phản ứng là bậc 1.

Bài 3 Trong 10 phút hai phản ứng bậc một và hai đều phản ứng hết 40% Tính thời gian để hai phản ứng đều hết 60% khi cho nồng độ ban đầu của phản ứng bậc 2 là như nhau.

Bài 4: Ở 378 0 C, chu kỳ bán hủy của phản ứng bậc nhất là 363 phút Tính thời gian để phản ứng hết 75% lượng ban đầu ở 450 0 C, biết năng lượng hoạt hóa của phản ứng là 52.000 cal.mol -1

2 Hệ số nhiệt độ của tốc độ phản ứng γ = 3.5 Ở

150C hằng số tốc độ phản ứng K15 = 0.2s-1 Tìm hằng số tốc độ k40.

Hướng dẫn: T n.10

T

k k

ĐIỆN CỰC VÀ PIN

ii Phương trình cơ bản của thế điện cực:

II Cỏc loại điện cực:

1 Điện cực loại 1:

Đó là một hệ gồm kim loại hoặc á kim đóng vai trò chất khử được nhúng vào dung dịch chứa ion cuả kim loại hoặc á kim đó.

Mn+ / M hoặc Men- / Me

2 Điện cực loại 2:

Là hệ điện hoá gồm một kim loại được phủ một hợp chất khó tan (muối, oxit hoặc hydroxit) và nhúng vào dung dịch chứa anion của hợp chất khó tan đó.

Điện cực loại hai được biểu diễn như sau:

An- / MA, M.

 

Phương trình Nernst đối với điện cực loại 2:

0 0

III Các loại điện cực so sánh

1 Điện cực Calomen SCE:

§iÖn cùc calomen gåm ®iÖn cùc Hg cã phñ bét calomen

cal cal Cl

RT

a F

2 Điện cực hydro SHE

Là điện cực có cấu tạo kim loại trơ (Pt) tiếp xúc đồng thời

với khí và dung dịch chứa ion

của khí này.

2

1 2

3 Điện cực hỗn hống:

Là hệ gồm một hỗn hống của kim loại đượcnhúng vào dd chứa ion của kim loại đó: Mn+/Mm.Hg.Phản ứng điện cực: mMn+ + nme ↔ Mm(Hg)

IV Nhiệt động về nguyên tố Galvani

(PIN hoá học)

Các qui ước trong pin:

 Trong pin điện cực nào có thế dương hơn thì đóng vai trò điện cực dương (điện cực Catot); Trên điện cực dương xảy ra quá trình khử.

 Điện cực nào có thế âm hơn đóng vai trò điện cực âm (điện cực anot); Trên điện cực âm xảy ra quá trình oxi hoá.

 Điện cực âm (-) được đặt bên trái, điện cực dương (+) đặt bên phải.

 Sức điện động của pin điện hoá được xác định như sau:

 Khi pin hoạt động dòng electron chuyển từ điện cực âm sang điện cực dương và dòng điện chuyển từ điện cực dương sang điện cực âm.

( ) ( )

1 Nguyên tố galvani.

Là một hệ điện hoá cho phép biến đổi nănglượng hoá học trên điện cực thành năng lượng điện

Cấu tạo: Ví dụ nguyên tố Daniel – Jakobi.

(-) Zn/ZnSO4(1M)//CuSO4(1M)/Cu (+)

Quá trình oxi hoá:

2 Ảnh hưởng của nồng độ tới thế của Pin.

Xét nguyên tố galvani:

(-) M1/M1n+//M2n+/M2(+)Anôt: M1 – ne ↔ M1n+

Catôt: M2n+ + ne ↔ M2

M2n+ + M1 ↔ M1n+ + M2Hằng số cân bằng:

1

n n

M k

Ta có: A = - n.F.E

Mặt khác:

1 0

2

1 0

Xét pin Daniel – Jakobi:

ln 2

RT

a F

Zn Cu

3 Pin hoá học đơn giản:

i Pin hyđro – oxi:

Sức điện động của pin là:

Có thể thay H2O bằng dd KOH hoặc NaOH 27%

để tăng tính dẫn điện của pin

ii Pin chuẩn Weston:

BÀI TẬP ÁP DỤNG

Bài 1:

Cho pin Cd / Cd2+ // CuSO4 / Cu có sức điện động là 0,745V Hãy xác định độ phân ly của dung dịch CuSO4 0,1N cho biết điện thế tiêu chuẩn của điện cực Cu là 0,34V, của điện cực

Cd là -0,4V và nồng độ ion Cd2+ trong dung dịch là 0,05N.

Phản ứng xảy ra trong pin:

Cd + Cu2+ = Cd2+ + Cu Sức điện động của pin như sau:

2 0

Thế vào công thức trên ta được:

Bài 3:

Cho pin:

Cu/ CuCl2 (0,7M)// AgNO3 (1M)/ Ag.

Cho biết độ phân ly của dung dịch CuCl2 là 80% và dung dịch AgNO3 là 85%, điện thế tiêu chuẩn của điện cực Cu là 0,34V và điện cực Ag

là 0,8V.

Tính sức điện động của pin và tính lượng AgNO3 cần thêm vào để sức điện động của pin tăng thêm 0,02V, cho thể tích bình là 1lít.

2 0

Bài 3:

Viết cấu trúc pin trong đó cực âm là điện cực Hiđro, cực dương là điện cực Calomen.

Cho biết điện cực Calomen nhúng vào dung dịch KCl 0,1M và pH của dung dịch

là 1,0 Tính sức điện động của pin.

Pt, H2 /H+ //KCl 0,1M /Hg2Cl2/Hg, Pt

cal

E pH

E

1 0,059

Bài 4:

Cho điện thế tiêu chuẩn của điện cực

Cu là 0,34V, của điện cực Ag là 0,799V Chứng minh phản ứng sau không xảy ra:

2Ag + Cu2+ = 2Ag+ + Cu.

Cực âm: 2Ag – 2e = 2Ag+

Cực dương: Cu2+ + 2e = 2Cu

Vậy pin được hình thành từ phản ứng trên là:

Ag/ Ag+// Cu2+/ Cu

Sức điện động tiêu chuẩn của pin tính được:

E0 = 0,34 – 0,799 = - 0,459 (V)

 E0 < 0 nên phản ứng không tự xảy ra.

Bài 5:

Viết các phương trình phản ứng ở điện cực và phản ứng tổng quát xảy ra trong các pin sau:

a Zn / ZnSO4 // CuSO4 / Cu

b Cu / CuCl2 / AgCl / Ag

c (Pt) H2 / H2SO4 / Hg2SO4 / Hg (Pt)

d Cd/ CdSO / Hg SO / Hg (Pt)

(Pt) H2 / H2SO4 / Hg2SO4 / Hg (Pt)

Cực âm: H2 - 2e = 2H+

Cực dương: Hg2SO4 + 2e =

2Hg + SO4

H2 + Cl2 = 2HCl

Cực dương: Cl2 + 2e = 2Cl

- Pt, H 2 / HCl/ Cl 2 , Pt

Zn + 2Fe3+ = Zn2+ + 2Fe2+

Cực dương: 2Fe3+ + 2e = 2Fe2+

Bài 7:

Cho pin: Zn / ZnCl2 (0,5M) / AgCl / Ag.

a Viết phản ứng điện cực và phản ứng trong pin.

b Tính sức điện động tiêu chuẩn, biến thiên thế đẳng áp tiêu chuẩn của pin.

c Tính sức điện động và biến thiên thế đẳng áp của pin.

Cho biết điện thế tiêu chuẩn của điện cực

Zn là -0,76V, của điện cực Ag/AgCl/Cl- là

a Phản ứng điện cực và phản ứng trong pin Cực âm: Zn - 2e = Zn2+

Cực dương: 2AgCl + 2e = 2Ag + 2Cl

-Phản ứng trong pin:

Zn + 2AgCl = 2Ag + ZnCl2

CHƯƠNG 3:

CÁC HIỆN TƯỢNG BỀ MẶT VÀ

HẤP PHỤ

Độ hấp phụ a (x) phụ thuộc vào P và T.

Giản đồ hấp phụ được biểu diễn theo các đường:

1 Đẳng nhiệt a = f(P) với T = const;

2 Đẳng áp a = f(T) với P = const.

1.1 Hấp phụ khí – hơi lên chất rắn

1.1.5 Độ hấp phụ

Một số phương trình hấp phụ đẳng nhiệt

bP 1

bP V

f P k

V 

kP log k

V  T

0 m

m

P C V

1 C C V

1 )

P P ( V

Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học (n > 1)

Freundlich

Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Henry

Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Langmuir

Lĩnh vực ứng dụng Phương trình

Tên

 Vm: thể tích chất hấp phụ cần thiết để tạo ra một lớp đơn

phân tử chất bị hấp phụ trên bề mặt của một gam chất rắn ở áp suất cân bằng

 P, Po: áp suất hơi bão hòa của chất bị hấp phụ

 : phần bề mặt bị hấp phụ

 Tất cả các ký hiệu khác là hằng số.

Khi thiết lập phương trình này, người ta xuất phát từ các giả thiết sau đây:

Đây là Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

Như vậy:

m

a V

V

θ  

Thay

bP V

1 bP





P θ

1 P

b b



 

P θ

bP V

b, Vm

Trong đó:

 N: số Avogadro

 Vm: Bề mặt chiếm bởi chất bị hấp phụ ở lớp đơn phân tử.

 V0: Thể tích của 1 mol khí ở điều kiện chuẩn (22.400 cm 3 /mol).

: tiết diện ngang một phân tử hấp phụ

Bề mặt riêng

0

0 0

.

.

V

A N

P 100 120 140 160 180 200 220

V 10,5 19,3 25,9 32 37,1 42,5 45,9

Ví dụ 1

Sự hấp phụ NO2/zeolite ở T = 298K theo dữ liệu sau:

Chứng tỏ phù hợp Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Tính b và Vm?

1.1 Hấp phụ khí – hơi lên chất rắn

1.1.6 Phương trình hấp phụ Langmuir

P 1 P

V  bV. m V m

Hướng dẫn giải

Xuất phát phương trình Langmuir sau:

Dùng số liệu trên bảng vẽ phương trình hồi quy tuyến tính của hai đại lượng P-P/V.

1 Nếu tuyến tính  phù hợp Langmuir.

2 Từ PTTT suy ra Vm và b.

1.1 Hấp phụ khí – hơi lên chất rắn

1.1.6 Phương trình hấp phụ Langmuir

P 1 P

V  bV. m V m

Hướng dẫn giải

Xuất phát phương trình Langmuir sau:

Dùng số liệu trên bảng vẽ phương trình hồi quy tuyến tính của hai đại lượng P-P/V.

1 Nếu tuyến tính  phù hợp Langmuir; ngược lại không phù hợp.

2 Từ PTTT suy ra Vm và b.

1.1 Hấp phụ khí – hơi lên chất rắn

1.1.6 Phương trình hấp phụ Langmuir

b

b =

Đường hấp phụ đẳng nhiệt gần với dạng parapol, Freunlich đề nghị phương trình thực nghiệm:

P.b

x 

n 1

P.b

x 

P

lg n

1 b

lg x

Khi nghiên cứu sự hấp phụ hơi trên bề mặt rắn trong nhiều trường hợp người ta thấy đường đẳng nhiệt hấp phụ có dạng hình chữ S.

Brunauer - Emmett - Teller (BET) dựa trên các quan điểm sau:

 Hấp phụ vật lý tạo thành nhiều lớp phân tử.

 Lớp đầu tiên của chất bị hấp phụ hình thành do kết quả tương tác lực Van Der Waals, các lớp tiếp theo được hình thành do sự ngưng tụ khí

 Nhiệt hấp phụ ở lớp thứ hai và tất cả các lớp tiếp theo thì bằng nhau

và bằng nhiệt hóa lỏng của khí, trong khi nhiệt hấp phụ của lớp thứ nhất thì lại khác.

 Các phân tử chất bị hấp phụ chỉ tương tác với phân tử lớp trước và

1.1 Hấp phụ khí – hơi lên chất rắn

1.1.8 Phương trình hấp phụ BET (Brunauer-Emmett-Teller)

Phương trình BET được tìm ra có dạng như sau:

P C

V

1 C C

V

1 P

P V

 0  m m P0

P C V

1 C C

V

1 P

P V

Xác định diện tích bề mặt riêng của chất hấp phụ:

Nếu Vm được biểu diễn bằng đơn vị cm2.g-1 và

bề mặt SBET là m2.g-1

4,35.

Hằng số C gọi là hằng số BET được xác định bởi công thức sau:

Bài tập 1

Sự hấp phụ N2/TiO2 ở T = 75K theo dữ liệu sau:

P(mmHg) 1,20 14 45,8 87,5 127,7 164,4 204,7 V(ml) 601 720 822 935 1046 1146 1254

Ở 75K, áp suất hơi bão hòa N2 là 570mmHg Mẫu TiO2 1g Chứng tỏ phù hợp Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt BET

1.1 Hấp phụ khí – hơi lên chất rắn

1.1.8 Phương trình hấp phụ BET (Brunauer-Emmett-Teller)

 0  m m P0

P C

V

1 C C

V

1 P

P V

Xuất phát phương trình BET sau:

Dùng số liệu trên bảng vẽ phương trình hồi quy tuyến tính của hai đại lượng “x = P/Po”- ”y = vế trái”.

1 Nếu tuyến tính  phù hợp BET; ngược lại không phù hợp.

2 Từ PTTT suy ra V và C.

1.1 Hấp phụ khí – hơi lên chất rắn

1.1.7 Phương trình hấp phụ BET (Brunauer-Emmett-Teller)