Bài tập động học và cân bằng hóa học trong các đề thi cao học

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC - HOÀNG PHƢỢNG ANH BÀI TẬP ĐỘNG HỌC VÀ CÂN BẰNG HÓA HỌC TRONG CÁC ĐỀ THI CAO HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Lí Ngƣời hƣớng dẫn khoa học ThS Đăng Thị Thu Huyền HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để khóa học đƣợc hoàn thành tốt đẹp Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến Th.S Đăng Thị Thu Huyền ngƣời tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ em suốt thời gian thực đề tài Em chân thành cảm ơn thầy, cô giáo khoa Hóa Học truyền đạt cho em nhiều kiến thức quý báu suốt thời gian học tập Cuối xin cảm ơn gia đình, bạn bè chỗ dựa tinh thần vững chắc, tạo điều kiện cho em thực hiên tốt luận văn Do nhiều điều kiện thời gian trình độ hạn chế, nên khóa luận không tránh khỏi thiếu sót Em mong đƣợc góp ý thầy, cô giáo để khóa luận em đƣợc hoàn thiện Hà Nội, tháng 05 năm 2015 Sinh viên thực Hoàng Phƣợng Anh LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp công trình nghiên cứu cá nhân, đƣợc thực sở nghiên cứu thực tiễn dƣới hƣớng dẫn khoa học Th.S Đăng Thị Thu Huyền Các số liệu kết khóa luận trung thực, cá nhân em thực Một lần nữa, em xin khẳng định trung thực lời cam kết Sinh viên thực Hoàng Phƣợng Anh MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý thuyết động hóa học 1.1.1 Khái niệm tốc độ phản ứng hóa học 1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng [8] 1.1.3 Phương trình động học phản ứng 10 1.2 Lý thuyết cân hóa học 12 1.2.1 Các khái niệm 12 1.2.2 Điều kiện cân nhiệt động Định luật tác dụng khối lượng 13 1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển dịch cân Nguyên lí chuyển dịch cân hoá học [8] 15 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 Mục đích nghiên cứu 19 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 19 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 20 3.1 Bài tập phần động hóa học 20 3.2 Bài tập phần cân hóa học 35 PHỤ LỤC 58 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 MỞ ĐẦU Thế kỷ XXI với phát triển nhảy vọt khoa học công nghệ, đặc biệt công nghệ thông tin truyền thông, đƣa nhân loại bƣớc đầu độ sang kinh tế tri thức Xu hội nhập, toàn cầu hóa, dân chủ hóa , tác động mạnh mẽ đến giáo dục tất phƣơng diện Đáp ứng nhu cầu thời đại, triết lý giáo dục cho kỷ XXI có biến đổi to lớn Trong quan niệm “học tập suốt đời: động lực xã hội” đƣợc coi nhƣ chìa khóa mở cửa vào kỷ XXI ; ý tƣởng “đặt học tập suốt đời vào trung tâm xã hội” đƣợc coi nhƣ bƣớc nhảy chất phát triển giáo dục Hằng năm Việt Nam, trƣờng đại học tổ chức kì thi cao học cho sinh viên tốt nghiệp trƣờng, giáo viên dạy học nhằm đáp ứng nhu cầu nâng cao trình độ kiến thức, trau dồi chuyên môn nghiệp vụ để giảng dạy cho học sinh tốt Tuy nhiên không sinh viên giáo viên gặp phải khó khăn việc ôn thi cao học để đạt kết cao Vì cần hệ thống hóa dạng thƣờng gặp đề thi cao học phân loại, tìm phƣơng hƣớng giải dạng để việc ôn thi cao học trở nên dễ dàng đạt kết cao Xuất phát từ lí em lựa chọn đề tài: “Bài tập động hóa học cân hóa học đề thi cao học’’ CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý thuyết động hóa học Trong hóa học, phản ứng có ∆G < đƣợc gọi phản ứng xảy mặt nhiệt động học Trong số phản ứng có ∆G < có nhiều phản ứng xảy nhanh, tức thời, lại có phản ứng xảy vừa phải, có phản ứng lại xảy chậm, nói cách khác phản ứng xảy với tốc độ khác Do việc nghiên cứu tốc độ phản ứng hóa học giữ vai trò quan trọng Lĩnh vực hóa học nghiên cứu tốc độ phản ứng đƣợc gọi động hóa học Những nghiên cứu động hóa học có ý nghĩa lí thuyết thực tiễn to lớn Chúng cho phép hiểu chất tƣơng tác hóa học, cách thức mà phản ứng xảy điều khiển phản ứng theo hƣớng có lợi 1.1.1 Khái niệm tốc độ phản ứng hóa học Tốc độ phản ứng thƣờng đƣợc đo độ biến thiên nồng độ chất tham gia tạo thành đơn vị thời gian: v C2  C1 ΔC  t  t1 Δt (1) Trong đó: v : tốc độ trung bình khoảng thời gian từ t1 đến t2 ∆C: biến thiên nồng độ mol/lit chất khảo sát từ C1 đến C2 Dấu cộng ứng với việc xác định tốc độ theo biến thiên nồng độ chất tạo thành, dấu trừ ứng với chất tham gia Đơn vị: mol/(l.s) mol/(l.h), … Khi ∆t → tốc độ trung bình trở thành tốc độ tức thời hay v dC dt (2) Xét phản ứng hệ đồng thể: aA + bB + … → cC + dD + … mà ta theo dõi tiến triển theo thời gian Tốc độ phản ứng cho đƣợc xác định nhƣ sau: v A   dCA dt (3) Một cách tổng quát, để tốc độ phản ứng đơn giá phải đƣa thêm vào biểu thức tốc độ hệ số hợp thức: 1 1 dCA dCB dCC dCD a b c d v=== = dt dt dt dt (4) 1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng [8] Trong trƣờng hợp chung, tốc độ phản ứng hóa học phụ thuộc: Bản chất phản ứng, nồng độ chất, nhiệt độ T, áp suất P (nếu có chất khí tham gia), chất xúc tác, yếu tố khác, … a Ảnh hƣởng nồng độ - Định luật tác dụng khối lƣợng Nội dung định luật tác dụng khối lƣợng: Đối với phản ứng cụ thể, xét điều kiện xác định nhiệt độ T, áp suất P tốc độ phản ứng tỉ lệ thuận với tích số nồng độ thời điểm đƣợc xét chất tham gia phản ứng với số mũ hệ số hợp thức chúng phƣơng trình phản ứng Xét phản ứng: Biểu thức: aA + bB + … → cC + dD + … v = k CαA CβB … (5) Trong đó: + CA, CB, … nồng độ chất A, B, … thời điểm đƣợc xét + Số mũ α, β,… số nguyên hay nửa nguyên (phân số), đƣợc gọi bậc riêng phần chất A, B, … phản ứng xét + Tổng bậc riêng phần n = α + β + … bậc toàn phần phản ứng Bậc phản ứng đại lƣợng thực nghiệm *Chú ý: Để xác định bậc phản ứng riêng chất ngƣời ta nghiên cứu phụ thuộc tốc độ phản ứng vào nồng độ chất nồng độ chất lại dƣ lớn, trình phản ứng nồng độ chúng thay đổi không đáng kể không ảnh hƣởng đến tốc độ phản ứng Trong điều kiện đó, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng độ chất khảo sát + Hằng số k hệ số tỉ lệ số tốc độ Từ v = k CAα CBβ… , CA = CB = … 1mol.L-1 ta có v = k hay số tốc độ phản ứng tốc độ phản ứng nồng độ chất phản ứng đơn vị k phụ thuộc: chất chất tham gia phản ứng nhiệt độ b Ảnh hƣởng nhiệt độ * Quy tắc Van – Hốp (Van’t Hoff) Nói chung: Khi nhiệt độ phản ứng tăng tốc độ phản ứng hóa học tăng lên tăng lớn Đối với phần lớn phản ứng xẩy khoảng nhiệt độ không lớn với tốc độ đo đƣợc Van – Hốp tìm quy tắc gần nhƣ sau: γ= k t+100C kt =  (lần) → kt +n.10 = γn.kt Trong đó: γ hệ số nhiệt độ; kt, k t +10 C số tốc độ nhiệt độ o t, t+10oC Nội dung quy tắc Van - Hốp: Đối với phản ứng đồng thể, đa số trƣờng hợp, hệ số nhiệt độ tốc độ phản ứng có giá trị nằm giới hạn từ → *Phương trình Arrehenius Năm 1889, S Arrhenius dựa kết thực nghiệm, đề xuất phƣơng trình liên hệ số tốc độ k nhiệt độ T (Kenvin) – Phƣơng trình Arrhenius k = A.e-Ea /RT (6) Trong đó: k số tốc độ; A số thƣờng đƣợc gọi thừa số tần số Arrhenius (A có đơn vị với k, có trị số riêng cho loại phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ); e số ln (Nepe); R số khí; T nhiệt độ K; Ea lƣợng hoạt (động) hóa phản ứng hay lƣợng hoạt hóa thực nghiệm Năng lƣợng hoạt động hoá lƣợng giới hạn mà phân tử cần phải có để phản ứng xảy Ea có trị số riêng cho phản ứng thƣờng đƣợc coi không phụ thuộc vào nhiệt độ Tại nhiệt độ T1 T2 ta có: ln k T2 k T1 = Ea R 1 1  -   T1 T2  (7) c Ảnh hƣởng xúc tác Xúc tác tƣợng làm thay đổi tốc độ kích thích phản ứng gây tác dụng số chất Những chất gây tƣợng gọi chất xúc tác Những phản ứng nhƣ gọi phản ứng xúc tác Chất xúc tác sau tham gia vào trình phản ứng, không bị thay đổi phƣơng diện hóa học nhƣ lƣợng chúng Xúc tác gồm loại chính: + Xúc tác đồng thể: Các chất phản ứng xúc tác pha Ví dụ: Phản ứng este hóa axit ancol, xúc tác H2SO4… + Xúc tác dị thể: Chất xúc tác khác pha với chất phản ứng Ví dụ: Phản ứng tổng hợp NH3, xúc tác sắt đƣợc trộn thêm Al2O3, K2O… Phản ứng hiđro hóa anken, ankin, …(Xúc tác kim loại Ni) Đặc điểm chất xúc tác - Chất xúc tác tham gia vào phản ứng, tạo sản phẩm trung gian, cuối phản ứng chất xúc tác lại đƣợc tái sinh - Xúc tác có tính chọn lọc: đặc tính chọn lọc chất xúc tác thể chỗ chất xúc tác xúc tác cho phản ứng xác định - Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng nhƣng không làm chuyển dịch trạng thái cân phản ứng - Chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng có khả xẩy - Chất xúc tác làm giảm lƣợng hoạt hóa phản ứng 1.1.3 Phương trình động học phản ứng a Phản ứng bậc Xét phƣơng trình phản ứng tổng quát là: A → sản phẩm Phƣơng trình động học: - dCA = kCA dt Đơn vị số tốc độ: (thời gian)-1 Lấy tích phân ta đƣợc: ln a =k.t a-x (8) ln2 k (9) t1/2 = Chu kì bán hủy không phụ thuộc vào nồng độ ban đầu chất Nếu chất phản ứng chất khí chất phóng xạ, nồng độ chất phản ứng tỉ lệ với áp suất nhƣ tỉ lệ với số nguyên tử hay phân tử hệ phản ứng, phƣơng trình động học tích phân phản ứng bậc đƣợc biểu diễn dƣới dạng: ln Po N = kt ln o = kt P N (10) b Phản ứng bậc hai Xét trƣờng hợp đơn giản *Trường hợp 1: A + B → sản phẩm 10 V nRT 3.0,082.323   133,34 lít P 0,5959 Dạng 4: Bài tập có cân xảy đồng thời Vi dụ: Câu 23 ( Đại học Quốc gia Hà Nội năm 2004) Ở 820oC số cân phản ứng: CaCO3 (r) K1  0, CaO(r) + CO2 (k) C(r) + CO2 (k) K2  2CO(k) Ngƣời ta cho mol CaCO3 mol C vào bình chân không 22,4 lít, đƣợc giữ 820oC Hãy tính thành phần hệ trạng thái cân Ở nhiệt độ 820oC phân hủy CaCO3 hoàn toàn thể tích bình bao nhiêu? Lời giải Xét cân bằng: CaCO3 (r) CaO(r) 0 1–a a a Số mol ban đầu Cân Xét cân bằng: C(r) Số mol ban đầu + CO (k) 2CO(k) a 1–b Cân + CO2 (k) a–b 2b Ta có: K1  PCO  0, 2 K2  PCO   PCO  0, 63 PCO2 Áp dụng phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng với khí CO CO2: Với khí CO: PCO V  n CO RT  n CO  Với khí CO2: n CO  PCO2 V R.T  n CO2  PCO V 0,63.22,   0,16 mol RT 0,082.1093 0, 2.22,  0, 05 mol 0, 082.1093 Vậy a – b = 0,05; 2b = 0,16 → b = 0,08, a = 0,13 52 Do đó: nCaCO   a  0,87 mol; n CaO  0,13 mol; n C  0,92 mol b, Ở nhiệt độ 820oC phân hủy CaCO3 hoàn toàn a = 1, áp suất riêng phần khí không thay đổi PCO V  n CO RT  0,63.V  2bRT PCO2 V  n CO2 RT  0,2.V  (1  b)RT Giải phƣơng trình → b= 0,612 thay vào → V = 174 lít Cách 2: Ban đầu: Sau phản ứng 1mol CaCO3 0,16 mol CO, 0,05 mol CO2 1mol C CaO: x mol; CaCO3: y mol; C: z mol Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có hệ phƣơng trình: BTNT Ca: = x + y (1) BTNT C: + = 0,16 + 0,05 + y + z (2) BTNT O: = 0,16 + 0,05.2 +x + 3y (3) Giải hệ phƣơng trình ta đƣợc: x = 0,13 mol; y = 0,87 mol; z = 0,92 mol Hay nCaO = 0,13 mol ; n CaCO  0,87mol ; n C  0,92mol Câu 24 (Đại học Quốc gia Hà Nội năm 2006) Ở 1020K xảy phản ứng: C(r) + CO2 (k) Fe(r)+CO2 (k) 2CO(k) FeO(r)+CO(k) (1) K1  (2) K  1, 25 a/ Tính áp suất riêng phần CO CO2 b/ Ngƣời ta đƣa mol Fe, mol C 1,2 mol CO2 vào bình chân tích 20 lít nhiệt độ 1020K.Tính số mol chất có hệ thời điểm cân 53 Lời giải a, Xét cân (1) có K1  Với cân (2) có K  Ta có tỉ lệ PCO 4 PCO2 PCO  1, 25 PCO2 K1   3,  PCO ; K 1, 25 Vậy áp suất riêng: PCO2  PCO = 3,2atm PCO 3,   2,56 K 1, 25 ; PCO2 =2,56atm b, Cách 1: Xét đồng thời cân bằng: C(r) + CO2 (k) 2CO(k) Ban đầu 1,2 Phản ứng x x 2x Cân 1–x Fe(r) + 1,2 – x 2x CO (k) FeO(r) (1) + CO(k) Ban đầu 1,2-x 2x Phản ứng y y y y Cân 1-y y y+2x 1,2 – y – x (2) Tổng số mol khí hệ thời điểm cân bằng: n  n CO +n CO2  2x  y  1,2  x  y  1,  x Áp suất chung hệ thời điểm cân là: Pchung  PCO +PCO2  3,  2,56  5,76 atm Áp dụng phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng ta có: n he  P.V 5, 76.20  1,  x   1,377  x  0,18 RT 0, 082.1020 Áp dụng phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng khí CO: n CO  PCO V 3, 2.20  2x  y   2x  y  0, 765  y  0, 405 RT 0, 082.1020 54 Vậy số mol chất thời điểm cân là: nC = – x = 0,82 mol; nCO = 0,765mol; n CO2  1,  0,18  0, 405  0,615 mol nFe = 1- y = 0,595mol ; nFeO = y = 0,405mol b, Cách 2: Tại thời điểm cân áp suất riêng phần CO CO2 không thay đổi Áp dụng phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng khí ta tính đƣợc: n CO  PCO V 3, 2.20   0, 765 mol RT 0, 082.1020 ; n CO2  2,56.20  0, 612 mol 0, 082.1020 Ban đầu Cân Fe: mol CO: 0,765 mol C: mol CO2: 0,612 mol CO2: 1,2 mol C, FeO, Fe Theo định luật bảo toàn nguyên tố: BTNT C: +1,2 = 0,765 + 0,612 + nC → nC = 0,823 mol BTNT O: 1,2.2 = 0,765 + 2.0,612 + nFeO → nFeO = 0,411 mol BTNT Fe: = 0,411 + nFe → nFe = 0,59 mol Câu 25 (Đại học Quốc gia Hà Nội năm 2008 – đề 2) Một lƣợng sắt (II) sunfat đƣợc đốt nóng bình kín 929K, xảy phản ứng: 2FeSO4(r) SO3(k) Fe2O3(r) + SO3(k) + SO2(k) SO2(k) + O (k) (1) (2) Sau cân đƣợc thiết lập, áp suất chung bình 0,836 atm áp suất riêng oxi 0,0275 atm Tính Kp phản ứng Lời giải Xét cân bằng: 2FeSO4(r) Fe2O3(r) 55 + SO3(k) + SO2(k) Ban đầu 0 Cân x x SO3(k) Ban đầu x Cân x–y Theo đề PO  SO2(k) + O (k) x x+y y y  0, 0275 atm  y  0,055 atm Pcb  PSO3  PSO2  PO2  0,836  x  y  x  y  y  2x  y 2  0,836  2x  0,0275  x  0, 40425 PSO3  x  y  0, 40425  0,055  0,34925 (atm) PSO2  x  y  0, 40425  0,055  0, 45925 (atm) K p1  PSO3 PSO2  0,34925.0, 45925  0,1604 K p2  PSO2 PO1/22 PSO3 0, 45925.(0, 0275)1/2   0, 2181 0,34925 Câu 26 (Đại học Quốc gia Hà Nội năm 2012) Cho biết: C(gr) + O2(k) C(gr) + O2(k) CO(k) (1) có G1o  110500  89T(J) CO2(k) (2) có Go2  393500  3T(J) 1, Tính ∆Go Kp phản ứng (3) sau, 1000K: 2CO(k) C(gr) + CO2(k) (3) 2, Nhiệt độ áp suất có ảnh hƣởng nhƣ tới cân (3)? 3, Cho lƣợng dƣ C(gr) O2 vào bình chân không giữ 1000K phản ứng (3) đạt tới cân Áp suất chung lúc cân 1atm Tính áp suất riêng lúc cân CO CO2 56 Lời giải Lấy (2)  (1)   (3)  ΔG3o  ΔG o2  2ΔG1o  172500 175T (*) Thay T = 1000K vào biểu thức: ΔG3o  172500  175.1000  2500J ΔG 3o 2500 ΔG  RTlnK p  ln K p     0,3 →Kp = 0,74 RT 8,314.1000 o 2, ΔH3o  172500J < → phản ứng (3) phản ứng tỏa nhiệt Khi tăng nhiệt độ cân chuyển dịch theo chiều nghịch ∆n = - → phản ứng có giảm số phân tử khí → tăng áp suất cân chuyển dịch theo chiều thuận 3, Gọi áp suất PCO = x→ PCO2   x Pchung = atm Kp  PCO2 CO P  1 x  0, 74  x  0,669 x2 Vậy PCO = 0,669 atm; PCO = – 0,669 = 0,331 atm 57 PHỤ LỤC Câu (Đại học Quốc gia Hà Nội năm 2008) N2O5 dễ phân hủy theo phản ứng sau: 2N2O5(k)→4NO2(k) +O2(k) Phản ứng bậc với số tốc độ phản ứng k = 4,8.10-4s-1 a, Tính thời gian để 90% lƣợng N2O5 bị phân hủy b, Nếu áp suất ban đầu N2O5 500mmHg, tính áp suất hệ sau 1h Đáp số: a, t = 4797s b, 1116,77mmHg Câu (Đại học Sƣ Phạm Hà Nội năm 2000) Sự phân hủy etan nhiệt độ cao xảy theo phƣơng trình: C2H6 → C2H4 + H2 Và tuân theo phƣơng trình động học chiều bậc 1, Tại 507oC thời gian nửa phản ứng 3000 giây Khi etan phân hủy hết, áp suất toàn phần hệ 1000mmHg Hãy tính số tốc độ phản ứng nhiệt độ áp suất đầu etan 2, Khi tăng nhiệt độ hệ phản ứng lên 20o, tốc độ phản ứng tăng gấp đôi Hãy tính thời gian nửa phản ứng nhiệt độ lƣợng hoạt động hóa phản ứng Đáp số: a, Po = 500mmHg.k = 2,31.10-4s-1 b, t1/2 = 1500s E a = 179800,2 J Câu (Đại học Sƣ Phạm Hà Nội năm 2002) Phản ứng: 2N2O5(k) → 4NO2(k) + O2(k) có số tốc độ k = 1,8.10-5 s-1 Tại thời điểm khảo sát áp suất riêng phần N2O5 đo đƣợc 0,5 atm 58 1, Tính tốc độ phản ứng 2, Tính tốc độ tiêu thụ N2O5, hình thành NO2, O2 3, Nếu phản ứng đƣợc viết N2O5(k) → 2NO2(k)  O2 (k) Hằng số tốc độ k, tốc độ phản ứng v có thay đổi so với trƣờng hợp không? Tại sao? Giả thiết phản ứng xảy 25oC không đổi Đáp số 1,v = 3,6831 vN O  7,3662.107 (mol / lit.s) 2, vO = 3,6831.10-7 mol/l.s vNO2 = 14,7324.10-7 mol/l.s 3, k2 =2k1, v2 = 2v1 Câu (Đại học Sƣ Phạm Hà Nội năm 2001) Phản ứng: HCHO +H2O2 → HCOOH +H2O có bậc động học 1, Nếu trộn thể tích dung dịch H2O2 HCHO nồng độ 1M 333,2K sau 2h nồng độ axit fomic 0,215 mol/lít Tính số tốc độ phản ứng 2, Nếu trộn thể tích dung dịch HCHO với thể tích dung dịch H2O2 có nồng độ 1M nhiệt độ sau HCHO phản ứng hết 90%? 3, Để xác định lƣợng hoạt hóa phản ứng cho, ngƣời ta tiến hành thí nghiệm nhƣ 1, 343,2K sau 1,33h nồng độ HCHO giảm nửa Hãy tính lƣợng hoạt hóa phản ứng theo kJ/mol Đáp số 1, k  0,7544 (mol / l )1.h-1 2, t  6,78h 3, Ea = 65,5848 kJ 59 Câu (Đại học Sƣ phạm Hà Nội năm 2002) Khi có mặt axit HCl làm xúc tác, phản ứng iot hóa axeton H CH3COCH3  I2   CH3COCH2 I  HI + có phƣơng trình tốc độ: v   dCA  k.CA CH+ dt (*) (1) ; CA, CH+ nồng độ axeton axit thời điểm t a, Ở 25oC số tốc độ phản ứng 2,01.10-3M-1ph-1 Tính nồng độ axeton thời điểm t = 60 phút, biết nồng độ đầu axeton CoA  0,1034M; nồng độ axit iot CoH+  CoI2  0,1M Biểu thức số tốc độ: CoA (CoH+ + x) k ln t(CoA + CoH+ ) CoH+ (CoA  x) (2), x nồng độ axeton chuyển hóa sau thời gian t b, Hệ số nhiệt độ phản ứng iot hóa axeton 2,5 Tính lƣợng hoạt hóa phản ứng (tính theo đơn vị SI) Đáp số a, CCH3COCH3 = 0,1022M b, E  69921, J c,   2,5 Câu (Đại học Sƣ phạm Hà Nội năm 2006) Sự trung hòa – nitropropan xút dung dịch nƣớc có số tốc độ k (M-1ph-1) đƣợc biểu thị phƣơng trình: lg k   3163  11,899 (*) T a, Hãy tính lƣợng hoạt hóa phản ứng cho b, Hãy tính thời gian nửa phản ứng 10oC, nồng độ chất 0,008M c, Hãy tính tốc độ đầu vo phản ứng 60 Đáp số a, E = 60562,4J b, t = 23,69 phút c, vo  3,3767.104 M phut -1 Câu (Đại học Sƣ phạm Hà Nội năm 2009) Đối với phản ứng: I-  OCl-  Cl-  OI- xảy môi trƣờng kiềm Kết đo tốc độ đầu nồng độ đầu chất nhƣ sau: vo (mol/lit.s) Co (I-) (mol/lit) Co (OCl-) (mol/lit) 1,75.10-4 0,002 0,002 8,75.10-5 0,001 0,002 4,37.10-5 0,001 0,001 a, Xác định bậc riêng phần bậc toàn phần phản ứng b, Viết phƣơng trình định luật tác dụng khối lƣợng Đáp số v  43, 75.CI - COCl - Câu (Đại học Sƣ phạm Hà Nội năm 2005) Cho mol N2O4 vào bình dung tích 10l đƣa nhiệt độ lên 45oC, xảy cân N2O4 (k) 2NO2 (k) ứng với áp suất P = atm a, Xác định độ phân tích α N2O4(k) lƣợng chất lúc cân b, Xác định số cân Kp, Kc, Kx 45oC c, Khi giảm áp suất hệ xuống nửa thì độ phân tích α bao nhiêu? Tính lƣợng chất Kết có phù hợp với nguyên lý chuyển dịch cân không? d, Phản ứng cho có ΔHoT  72,8kJ đƣợc chấp nhận không đổi theo nhiệt độ Xác định Kp 35oC Kết có phù hợp với nguyên lý chuyển dịch cân không? Vì sao? 61 Đáp số a,   0,15 ; nNO2  2.0,15  0,3 mol b, K p  0, 276 ; Kc  0,011 c,   0, 210 nNO2  2  0, 420 mol ; ; nN2O4   0,15  0,85mol ; K x  0,092 ; nN2O4   0, 210  0,790 mol d, K p,308K  0,113 Câu (Đại học Sƣ phạm Hà Nội năm 2006) Phản ứng tạo photgen pha khí: CO +Cl2 COCl2 xảy 394,8oC, áp suất đầu Cl2 351,4mmHg, CO 342 mmHg Tại cân áp suất hệ 439,5mmHg 1, Hãy tính áp suất COCl2 cân 2, Hãy tính số cân Kc, Kp (có đơn vị kèm theo) 394,8oC 3, Xét phân tích COCl2 thành CO Cl2 nhiệt độ Hãy tính độ phân tích α COCl2 thành sản phẩm áp suất chung P = atm 4, Hãy cho biết cân phân tích COCl2 thành sản phẩm thay đổi nhƣ thêm khí Ar vào hệ P = const = atm Đáp số 1, PCOCl = 253,9 mmHg = 0,334 atm 2, K p  22,5atm-1 Kc  1232,091L.mol 1 3,   0, 206 4, Cân chuyển dịch theo chiều nghịch Câu 10 (Đại học Sƣ phạm Hà Nội năm 2006) Xét cân pha 27oC: N2O4(h) 2NO2(h) Hằng số cân Kp nhiệt độ 0,17 bar a, Cho biết ảnh hƣởng tăng áp suất P lên cân b, Hãy biểu thị dƣới dạng phƣơng trình phụ thuộc độ phân tích α N2O4 vào số cân Kp áp suất toàn phần P hệ cân 62 c, Tính α áp suất P1 = 1bar P2 = 0,075 bar Bình luận so sánh kết tính với kết luận từ (a) d, Tại 25oC nhiệt hình thành N2O4 NO2 lần lƣợt 9,37kJ/mol 33,89 kJ/mol Chấp nhận nhiệt phản ứng cho không phụ thuộc vào nhiệt độ, xác định số cân Kp 25oC Tính ∆Go phản ứng 25oC Bình luận phản ứng tự xảy 25oC Đáp số b, K p  4 P 1 c 1  0, 202   0,601 o o  58, 41kJ G298 d, H pu  4784, 245J Câu 11 ( Đại học Quốc gia Hà Nội năm 2006) Trong đioxan, urê tự ion hóa thành amoni izoxianat OC(NH2 )2 NH 4OCN Ở 61oC: kt =1,62.10-5 ph-1; kng = 0,157.10-5ph-1 Ở 71oC: kt = 6,35.10-5 phút-1; kng = 0,445.10-5 phút-1 a Tính lƣợng hoạt động hóa phản ứng thuận ( E*th ) phản ứng nghịch ( E*ngh ) b Tính số cân phản ứng nhiệt độ c Tính ∆Ho phản ứng So sánh ∆Ho so với hiệu số E*th với E*ngh Đáp số *  99520 J  99,52 kJ a Eth*  130489 J  130, 49 kJ Engh b K1 = 10,32 K2 = 14,27 c, ∆Ho = 30957 Nhận xét: 63 * H o  Eth*  Engh Câu 12 (Đại học Quốc gia Hà Nội năm 2009 – đề 1) Phản ứng khí CO2 C(r) để tạo thành khí CO có số cân Kp phụ thuộc vào nhiệt độ (K) theo phƣơng trình: ln K p   20740  21,16 (1) T Tìm nhiệt độ T1 để Kp = Cho lƣợng CO2 C vào bình kín đun nóng tới nhiệt độ T1 Sau đạt tới cân bằng, áp suất khí bình atm Tính thành phần phần trăm mol khí lúc cân Tìm nhiệt độ T2 để hiệu suất chuyển hóa CO2 thành CO 83,33%, áp suất cân hệ 0,44 atm Đáp số: 1, T1  980,15K 2, %CO  61,8%; %CO2  38, 2% 3, T2  1048,86K 64 KẾT LUẬN Sau trình thực khóa luận với đề tài: “Bài tập động học cân hóa học đề thi cao học” em thu đƣợc số kết nhƣ sau: Về mặt lí thuyết em tìm hiểu tóm tắt lí thuyết chƣơng: Cân hóa học động hóa học Em tìm hiểu đề thi cao học đầu vào trƣờng Đại học Quốc gia Hà Nội Đại học sƣ phạm Hà Nội từ năm 1999 đến Về mặt thực hành em giải đƣợc phần lớn tập đề thi dạng này: gồm 24 phần động hóa học 35 cân hóa học Trong 24 phần động học gồm dạng Dạng 1: Đã biết bậc phản ứng, tìm đại lƣợng khác nhƣ số tốc độ phản ứng, thời gian bán phản ứng… Trong dạng gồm phản ứng xảy pha nhƣ pha khí, pha lỏng Dạng 2: Xác định bậc phản ứng đại lƣợng liên quan khác Trong 35 phần cân hóa học đƣợc chia làm dạng: Dạng 1: Bài tập xác định số cân bằng, độ phân hủy… Dạng 2: Bài tập xác định ∆H, ∆S, ∆G, dự đoán chiều hƣớng diễn biến phản ứng Dạng 3: Bài tập xác định thành phần hệ lúc cân bằng, ban đầu Dạng 4: Bài tập có cân xảy đồng thời Với đề tài em mong muốn hoàn thiện kiến thức chuyên ngành hóa lí, đồng thời giúp cho học viên cao học hệ thống hóa đƣợc kiến thức chƣơng: Động hóa học cân hóa học nhằm nâng cao kết thi cao học Mặc dù cố gắng , nhƣng thời gian có hạn trình độ hạn chế nên em không tránh khỏi sai sót, mong nhận đƣợc bảo đóng góp ý kiến thầy cô 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Duệ, Trần Hiệp Hải, Lâm Ngọc Thiềm, Nguyễn Thị Thu Bài tập Hóa lí NXB Giáo dục, 2007 Vũ Đăng Độ Cơ sở lí thuyết trình hóa học NXB Giáo dục, 2006 Vũ Đăng Độ, Trịnh Ngọc Châu, Nguyễn Văn Nội Bài tập sở lí thuyết trình hóa học NXB Giáo dục, 2009 4.Trần Hiệp Hải, Vũ Ngọc Ban, Trần Thành Huế Cơ sở lí thuyết trình hoá học NB Đại học sƣ phạm, 2004 Lê Mậu Quyền Bài tập hóa học Đại cƣơng NXB Giáo dục, 2006 Lâm Ngọc Thiềm Cơ sở lí thuyết hóa học NXB Giáo dục, 2008 Lâm Ngọc Thiềm (chủ biên), Trần Hiệp Hải Bài tập hóa học Đại cƣơng Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội, 2004 Tập giảng Hóa học đại cƣơng cô giáo Nguyễn Thị Thu Lan Đăng Thị Thu Huyền 66 [...]... thái cân bằng vì áp suất riêng của các khí trong phản ứng không thay đổi - Sự thêm khí trơ ở P = const có thể làm thay đổi trạng thái cân bằng do sự giảm áp suất riêng của các chất khí trong hệ phản ứng 18 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục đích nghiên cứu Phân loại các dạng bài về động hóa học và cân bằng hóa học Tìm ra các phƣơng pháp giải cho các dạng bài đó Giải các bài tập cụ... nghiên cứu Các đề thi cao học vào trƣờng Đại học Quốc gia Hà Nội và Đại học Sƣ phạm Hà Nội từ năm 1999 cho tới các năm gần đây Tìm hiểu, tóm tắt lí thuyết và các công thức liên quan 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp lí luận Phƣơng pháp thu thập, thống kê và xử lí thông tin Nghiên cứu tổng quan lí thuyết và các vấn đề liên quan 2.4 Ý nghĩa khoa học Hệ thống hóa một số kiến thức trong đề thi cao học giúp... dụ: 2KClO3  o 12 b Trạng thái cân bằng hóa học Trong một phản ứng thuận nghịch, khi lƣợng chất tham gia phản ứng mất đi theo chiều thuận bằng lƣợng các chất tạo thành của sản phẩm theo chiều nghịch thì ngƣời ta nói phản ứng đã đạt tới cân bằng hóa học hay khi tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch Cân bằng hóa học là một cân bằng động vì tại thời điểm cân bằng phản ứng không dừng lại mà... học giúp cho các học viên nâng cao kết quả thi cao học 19 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Bài tập phần động hóa học Dạng 1: Đã biết bậc phản ứng, tìm các đại lƣợng khác nhƣ hằng số tốc độ phản ứng, năng lƣợng hoạt hóa, thời gian bán phản ứng, hệ số nhiệt độ Dạng 1.1 Phản ứng bậc 1 Hướng giải: Khi biết bậc phản ứng, ta có thể áp dụng phương trình động học cho phản ứng tùy thuộc vào bậc và nồng độ đầu... tới khi Q = KP thì cân bằng đƣợc thi t lập * Q > KP do ∆G > 0: Phản ứng diễn ra theo chiều nghịch là chiều có tác dụng làm Q giảm xuống để tiến tới bằng KP, lúc này đạt tới sự cân bằng (*)Sự thêm một khí trơ vào hệ cân bằng trong pha khí Sự thêm một khí trơ vào hệ cân bằng làm tăng áp suất chung của hệ song vị trí cân bằng có thể thay đổi hoặc không còn tùy thuộc vào điều kiện áp suất và thể tích của... nồng độ chất C và D) và ngƣợc lại d Sự chuyển dịch cân bằng hóa học – Nguyên lí Le Chatelier [6] Theo nguyên lí Le Chatelier, khi làm thay đổi một yếu tố nào đó nhƣ nhiệt độ, áp suất, nồng độ… thì cân bằng hóa học sẽ bị ảnh hƣởng Nguyên lí này phát biểu nhƣ sau: Nếu một hệ đang ở trạng thái cân bằng mà ta thay đổi một trong các tham số trạng thái của hệ (áp suất, nhiệt độ, nồng độ) thì cân bằng sẽ dịch... xảy ra, tuy nhiên tốc độ phản ứng thuận và nghịch bằng nhau nên không có sự biến đổi thành phần của các chất trong hỗn hợp phản ứng 1.2.2 Điều kiện cân bằng nhiệt động Định luật tác dụng khối lượng Điều kiện tổng quát về cân bằng của một hệ nhiệt động là hàm: G = Gmin hay ΔG  0 ở T, P = const Nếu hệ nhiệt động là phản ứng hóa học diễn ra ở T, P = const, giữa các chất khí lí tƣởng thì đối với phản ứng... lúc cân bằng so với lúc ban đầu Độ phân hủy α: α = lượng chất phản ứng/ lượng chất ban đầu Ví dụ: Câu 12 (Đại học Sƣ phạm Hà Nội năm 2005) Xét cân bằng: N2 + 3H 2 2NH3 ΔHo  92,4kJ/mol trong khoảng nhiệt độ xét Nếu nitơ và hidro đƣợc lấy theo đúng tỉ lệ hợp thức thì lúc cân bằng, hỗn hợp khí dƣới áp suất P = 300atm, chứa 36% amoniac T = 450oC a, Tính hằng số cân bằng Kp ở 450oC b, Muốn hỗn hợp cân bằng. .. (16) các giá trị pi là áp suất riêng phần ứng với trạng thái cân bằng Biểu thức (16) biểu thị thực chất của định luật tác dụng khối lƣợng do Guldberg và Waaage thi t lập Nếu phản ứng diễn ra ở thể tích không đổi thì sử dụng phƣơng trình: Pi  ni RT  Ci RT , thay vào biểu thức (16) ta đƣợc biểu thức cân bằng sau: V  D   C KC  a b  A  B d c (17) Các đại lƣợng [ ] ứng với nồng độ cân bằng của các. .. PCOCl  3,5 là thời gian t7/8 mà t7/8 = 3t1/2 ,thay số: 2 Ở thí nghiệm 1: t7/8 = 3.40 = 120 phút Ở thí nghiệm 2: t7/8 = 3.2,5 = 7,5 phút 34 3.2 Bài tập phần cân bằng hóa học Dạng 1: Bài tập xác định hằng số cân bằng, độ phân hủy, … Hướng giải: Hằng số cân bằng có thể biểu diễn qua 3 công thức: K , K , K Đối với một phản ứng thuận nghịch: p c x aA + bB PCc PDd Kp  a b PA PB cC +dD [C]c [D]d Kc  [A]a ... tài: Bài tập động hóa học cân hóa học đề thi cao học ’ CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý thuyết động hóa học Trong hóa học, phản ứng có ∆G < đƣợc gọi phản ứng xảy mặt nhiệt động học Trong số phản ứng... thuyết vấn đề liên quan 2.4 Ý nghĩa khoa học Hệ thống hóa số kiến thức đề thi cao học giúp cho học viên nâng cao kết thi cao học 19 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Bài tập phần động hóa học Dạng... kết cao Vì cần hệ thống hóa dạng thƣờng gặp đề thi cao học phân loại, tìm phƣơng hƣớng giải dạng để việc ôn thi cao học trở nên dễ dàng đạt kết cao Xuất phát từ lí em lựa chọn đề tài: Bài tập động