SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI TRƯỜNG THPT THANH BÌNH SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC Giáo viên: TRẦN ANH NHẬT TRƯỜNG Lónh vực nghiên cứu: Quản lý giáo dục Phương pháp dạy học môn Phương pháp giáo dục Lónh vực khác: Năm Học : 2012-2013 SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC I THƠNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN Họ tên : TRẦN ANH NHẬT TRƯỜNG Ngày sinh : 06-02-1973 Nam , nữ : nam Địa : Ấp Phú Thạch – Xã Phú trung – Huyện Tân Phú – Tỉnh Đồng Nai Điện thoại CQ: 0613.858.146 ; DĐ: 0918806873 Fax : ; E-mail : Chức vụ : Tổ Trưởng Tổ Hóa Học Đơn vị cơng tác : Trường THPT Thanh Bình Huyện Tân Phú, Tỉnh Đồng Nai II TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO - Học vị cao : Cử Nhân - Năm nhận : năm 1995 - Chun ngành đào tạo : Hố học III KINH NGHIỆM GIÁO DỤC - Lĩnh vực chun mơn có kinh nghiệm : - Số năm có kinh nghiệm :16 - Các sáng kiến kinh nghiệm có năm gần đây: *Các định hướng lấy người học làm trung tâm *Sử dụng cơng thức tính nhanh để giải số tập vơ *Sử dụng phương pháp đồ thị để giải nhanh số tập hóa học *Nhiệt động hóa học I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong q trình giảng dạy trường phổ thơng nhiệm vụ phát triển tư cho học sinh nhiệm vụ quan trọng, đòi hỏi tiến hành đồng mơn, Hóa học mơn khoa học thực nghiệm đề cập đến nhiều vấn đề khoa học, góp phần rèn luyện tư cho học sinh mPọi góc độ đặc biệt qua phần tập hóa học Bài tập hóa học khơng có tác dụng rèn luyện kỹ vận dụng, đào sâu mở rộng kiến thức học cách sinh động, phong phú mà thơng qua để ơn tập, rèn luyện số kỹ cần thiết hóa học, rèn luyện tính tích cực, tự lực, trí thơng minh sáng tạo cho học sinh, giúp học sinh hứng thú học tập Qua tập hóa học giáo viên kiểm tra, đánh giá việc nắm vững kiến thức kỹ hóa học học sinh Để giáo viên bồi dưỡng học sinh khá, giỏi trường chun dự thi học sinh giỏi cấp tốt nhu cầu cấp thiết cần có hệ thống câu hỏi tập cho tất chun đề : cấu tạo chất, nhiệt động hố học, động hố học, cân hố học, momen lưỡng cực, chu kì bán rã, tích số tan Vì , q trình giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi tơi sưu tầm tập hợp lại số câu hỏi tập theo số chun đề , có phần dùng để bồi dưỡng cho học sinh phần “ NHIỆT ĐỘNG HĨA HỌC ” II TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 1.CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI: Phương pháp nghiên cứu SKKN dựa sở:các kiến thức nhiệt hóa học 1.1.Hàm trạng thái: hàm mà giá trị phụ thuộc vào thơng số trạng thái hệ, khơng phụ thuộc vào biến đổi trước Ví dụ: P.V = hàm trạng thái P1.V1 = n.RT1 ; P2.V2 = n.R.T2 1.2 Cơng (W) nhiệt (Q) - Là hình thức trao đổi lượng - W, Q khơng phải hàm trạng thái giá trị chúng phụ thuộc vào cách biến đổi Ví dụ: Cơng giãn nở khí lí tưởng từ thể tích V đến V2 to = const xilanh kín nhờ pittơng tính cơng thức: W = - ∫ Pn dV * Nếu biến đổi BTN Pn = Pkq = const (Pn : áp suất bên ngồi) WBTN = - Pkq ∫ dV = - Pkq ∆V = - Pkq (V2 - V1) * Nếu biến đổi thuận nghịch: Giảm P n lượng vơ bé để thể tích khí tăng lượng vơ bé Khi Pn lúc thực tế = P bên xi lanh = Pk Pn = Pk = n.RT/V ⇒ WTN = - ∫ Pn dV = - nRT ∫ V2 dV = - nRT ln V V ⇒ WBTN ≠ WTN * Các q trình thuận nghịch sinh cơng lớn hệ biến đổi từ trạng thái sang trạng thái Lượng cơng lượng cơng cần thiết đưa hệ trạng thái ban đầu cách thuận nghịch 1.3 Nội U: - U chất hay hệ gồm động phần tử tương tác phần tử hệ - U đại lượng dung độ hàm trạng thái - U n mol khí lí tưởng phụ thuộc vào nhiệt độ 1.4 Ngun lí I nhiệt động học: 1.4 1.Ngun lí I nhiệt động học: (Sự biến đổi nội hệ) ∆U = U2 - U1 = W + Q - Đối với biến đổi vơ nhỏ: dU = δW + δQ (δ: Chỉ hàm khơng phải hàm trạng thái) - Thường gặp cơng thực biến đổi thể tích nên: ⇒ ∫ dU = Q - ∫ P.dV ⇒ dU = δQ = P dV δW = -P.dV ↔ ∆U = Q - ∫ P.dV 1.4.2 Nhiệt đẳng tích, nhiệt đẳng áp: a)Nhiệt đẳng tích: Nếu hệ biến đổi V = const → dV = ⇒ ∆U = QV ⇒ QV hàm trạng thái b)Nhiệt đẳng áp: Nếu hệ biến đổi P = const thì: ∫ P.dV = P ∫ dV = P V2 - P V1 ⇒ ∆U = U2 - U1 = QP - P V2 + P V1 ⇒ QP = (U2 + P.V2) - (U1 + P V1) Đặt U + P.V = H = entanpi = hàm trạng thái ⇒ QP = H2 - H1 = ∆H = biến thiên entanpi hệ 1.4.3 Áp dụng ngun lí I nhiệt động học vào hóa học, nhiệt hóa học: 1.4.3.1 Nhiệt phản ứng: Xét hệ kín có phản ứng: aA + bB → cC + dD Nhiệt phản ứng phản ứng nhiệt lượng trao đổi với mơi trường a mol A phản ứng với b mol B tạo c mol C d mol D T = const - Nếu phản ứng thực P = const nhiệt phản ứng gọi nhiệt phản ứng đẳng áp QP = ∆H - Nếu phản ứng thực V = const nhiệt phản ứng gọi nhiệt phản ứng đẳng tích QV=∆U * Quan hệ QP QV QP = ∆H = ∆(U + PV)P = ∆U + P ∆V QP = QV + ∆n RT ⇒ ∆H = ∆U + P ∆V = ∆U + ∆n RT ( ∆n = ∑ n khí sp - ∑ n khí pư ) Khi ∆n = ⇒ QP = QV hay ∆H = ∆U ∆U = QV = n CV ∆T ∆H = QP = n CP ∆T 1.4.3.2 Định luật Hess: ∆H (∆U) q trình phụ thuộc vào trạng thái đầu trạng thái cuối hệ mà khơng phụ thuộc vào đường ∆Hpư = ∑∆Hs (sản phẩm) - ∑∆Hs (chất đầu) = ∑∆Hc (chất đầu) - ∑∆Hc (sản phẩm) 1.5 Ngun lí II nhiệt động học 1.5.1 Ngun lí II nhiệt động học - Tồn hàm trạng thái gọi entropi, kí hiệu S Vậy dS vi phân tồn phần - Trong biến đổi thuận nghịch vơ nhỏ T = const hệ trao đổi với mơi trường lượng nhiệt δQTN biến thiên entropi q trình là: dS = δQTN T S hàm trạng thái (J/mol.K) - Nếu biến đổi bất thuận nghịch dS > δQTN T - Vì hàm trạng thái nên chun từ trạng thái sang trạng thái biến thiên thuận δQTN T nghịch hay bất thuận nghịch S2 - S1 = ∆S = ∫ (∆STN = ∆SBTN) 1.5 Áp dụng ngun lí II nhiệt động học trường hợp hệ lập: dS ≥ δQ T - Trong hệ lập δQ = nên: + dS = 0: hệ lập entropi hệ khơng đổi xảy q trình thuận nghịch + dS > : hệ lập, q trình tự xảy (BTN) theo chiều tăng entropi hệ tăng đạt giá trị max hệ đạt trạng thái cân * Entropi thước đo độ hỗn độn hệ: Độ hỗn độn hệ hay chất lớn hệ hay chất gồm hạt dao động hạt mạnh (khi liên kết hạt yếu) VD: S H2O(r) < S H O (l) < S S H (k) < S O (k)< SO 2 H2O (h) (k) ⇒ S đại lượng dung độ 1.5.3 Sự biến thiên S q trình biến đổi trạng thái chất: Khi chất ngun chất nóng chảy sơi P = const thì: T = const ⇒ ∆S = δQ ∫T = ∆H T ∆H = nhiệt biến thiên trạng thái = Ln/c Lh 1.5.4 ∆S q trình giãn nở đẳng nhiệt khí lí tưởng: Xét n mol khí lí tưởng giãn nở thể tích từ V → V2 to = const Vì nội khí lí tưởng phụ thuộc nhiệt độ nên biến đổi này: ∆U = QTN + WTN = QBTN + WBTN = ⇒ QTN = - WTN = nRT ln T = const ⇒∆S = V2 V1 ( = -(- P ∆V) = ∫ nRT dV ) V V2 P1 QTN = nRln = n.R.ln V1 P2 T 1.5.5 Sự biến thiên entropi chất ngun chất theo nhiệt độ - Q trình P = const: Đun nóng chất ngun chất từ T1 → T2, khơng có chuyển pha: T2 ∆S = δQTN T T1 ∫ T2 ∆S = ∫ n.C P T1 Với δQ = δQP = dH = n.CP.dT dT T * Trong khoảng nhiệt độ hẹp, coi CP = const ⇒ ∆S = n.CP.ln - Q trình: V = const ⇒ ∆S = n CV.ln T2 T1 T2 T1 1.6 Ngun lí III nhiệt động học: - Entropi tuyệt đối chất ngun chất dạng tinh thể hồn chỉnh 0(K) 0: S (T = 0) =0 - Xuất phát từ tiên đề ta tính entropi tuyệt đối chất nhiệt độ khác VD: Tính S chất nhiệt độ T đó, ta hình dung chất đun nóng từ 0(K) → T(K) xét P=const Nếu q trình đun nóng có chuyển pha thì: ∆S = ∆ST - ∆S(T = 0) = ST = Tnc ∑ ∆S i =1 i T Lnc S LS T dT dT dT +n + ∫ n.C P ( l ) +n + ∫ n.C P ( h ) ⇒ ST = ∫ n.C P ( r ) T Tnc Tnc T TS TS T 01 Giá trị entropi xác định P = atm = const nhiệt độ T gọi giá trị entropi chuẩn, kí hiệu S0T, thường T = 298K → S0298 1.7 Sự biến thiên entropi phản ứng hố học: + Khi phản ứng thực P = const, T = const thì: + Nếu điều kiện chuẩn 250C thì: ∆S = ΣS(sp) - ΣS(t/g) ∆S0298= ΣS0298(sp) - ΣS0298(t/g) + Vì S chất khí >> chất rắn, lỏng nên số mol khí sản phẩm (sp) > số mol khí tham gia ∆S > ngược lại Còn trường hợp số mol khí vế phản ứng khơng có chất khí ∆S có giá trị nhỏ 1.8.Thế nhiệt động ∆Scơ lập = ∆S hệ + ∆S mt ≥ 1.9.Thế đẳng áp G: Xét hệ xảy biến đổi P, T khơng đổi q trình mơi trường nhận hệ nhiệt lượng ∆Hmt hệ toả → ∆Hmt = - ∆H hệ = - ∆H → ∆S mt = - ∆H T + Điều kiện tự diễn biến hệ: → ∆S lập = ∆S hệ - ∆H > → ∆H – T ∆S < T + Hệ trạng thái cân ∆H – T ∆S = + Đặt G = H – TS ⇒ nhiệt độ, P khơng đổi q trình xảy theo chiều có ∆G = ∆H – T ∆S < Và đạt tới trạng thái cân ∆G = 1.10 Thế đẳng tích: (Năng lượng Helmholtz) Nếu hệ biến đổi điều kiện T, V khơng đổi ⇒ nhiệt đẳng tích mà mơi trường nhận hệ ∆Umt → ∆Smt = - ∆U mt T → điều kiện tự diến biến hệ q trình đẳng nhiệt, đẳng tích ∆F = ∆U – T ∆S < Và đạt trạng thái cân ∆F = Trong : F = U – TS Vì H = U + PV → G = H – TS = U –TS + PV → G = F + PV + Đối với q trình T,P = const → ∆G = W’max + Đối với q trình T, V = const → ∆S = W’max TĨM LẠI : * Q trình đẳng áp: P = const - Cơng: δWP = - P.dV = -n.R.dT → WP = - P ∆V = - nR∆T T2 → QP = ∆H = n ∫ C P dT - Nhiệt: δQP = dH = n C P dT T1 - Nội năng: dU = δQ + δW - Entropi: → ∆U = ∆H – P ∆V = ∆H – n.R ∆T T2 δQ δQTN dS ≥ → ∆S ≥ ∫ TN T T Nếu C P = const → ∆STN = n C P ln ⇒ ∆STN = dT ∫T n.C P T = T2 T1 * Q trình đẳng tích: - Cơng: δWV = - P.dV = → WV = T2 - Nhiệt: δQV = dUV = n CV dT ⇒ QV = ∆UV = ∫ CV n.dT T1 Nếu CV = const →QV = n CV ∆T - Nội năng: ∆UV = QV + W’ T2 ∫ n.C T1 P d ln T - Entropi: Q ∆S ≥ V = T T2 ∫ n.CV T1 T dT = ∫ n.CV d ln T T T1 ⇒ ∆S ≥ n CV ln dH = dU + P.dV + V.dP = dU + V.dP - Entanpi: H = U + PV ⇒ ∆H = ∆U + V ∆P * Q trình đẳng nhiệt: - Cơng: δWT = - PdV = V2 ⇒ WT = - ∫ n.RT V1 nRT dV V V V P dV = −nRT ln = nRT ln = nRT ln V V1 V2 P1 - Nhiệt: ∆UT = QT + WT = ⇒ QT = - WT = nRT ln V2 V1 - Nội năng: ∆UT = - Entanpi: ∆HT = ∆UT + ∆(PV)T = ∆UT + nR ∆T = Q L L TN nc h - Entropi: ∆S TN = T = T = T nc S * Với q trình dãn nở khí lí tưởng thuận nghịch QTN ∆U − W T2 dT = ∫ n.CV + ∆S = T = T T T1 Nếu CV = const Vì T = const V2 nRT dV V V1 ∫ → ∆S = n CV ln →∆S = nRT ln T2 V2 + nRT ln T1 V1 V2 P1 = nRT.ln V1 P2 * Q trình đoạn nhiệt: - Nhiệt: Q = T2 - Nội cơng: T2 ( CV = const) T1 dU = δQ + δW = δW = -PdV = ∫ n.CV T1 +Q trình bất thuận nghịch: dUBTN = δWBTN = -Png dV = -P2.dV ∆UBTN = WBTN = -Png.(V2 – V1) = n.CV ∆T * PT Poisson: (Dùng cho q trình thuận nghịch) T V γ −1 = const P.Vγ = const dT T (dV = 0) γ = CP CV * WBTN = -P2(V2 – V1) = - P2.( nRT2 nRT1 − ) = nCV (T2 − T1 ) P2 P1 → T2 → ∆U = W = → V2 * Q trình thuận nghịch: W = ∆U = n.CV(T2- T1) T1 V 1γ −1 = T2 V γ2 −1 → T2 = T1.( V1 γ-1 ) V2 - Entanpi: ∆H = n CP(T2 – T1) - Entropi: ∆STN = QTN =0 T * G = H – TS = U + PV – TS ∂∆G ∂∆G = - ∆S ; = - ∆V ∂T P ∂P T Với phản ứng oxi hố khử diễn pin điện: d∆G dE = - nF = - ∆S dT dT ⇒∆H = ∆G + T ∆S = nF( T ⇒ ∆S = nF ∆G = - nEF dE dT dE - E) dT 1.11 ý nghĩa vật lí ∆G: G = H – TS = U + PV – TS ⇒ dG = dU + P.dV + V.dP – T.dS – SdT = (δW + δQ) + PdV + VdP – T.dS – SdT Vì δW = δW’ + (-PdV) δQ ≤ T.dS → dG ≤ δW’ + VdP – SdT Dấu “ =” ứng với q trình thuận nghịch cơng lớn dG = δW’max + VdP – SdT * Đối với q trình đẳng nhiệt, đẳng áp → dP = dT = ⇒ dGT,P = δW’ max → ∆G = W’ max * Đối với q trình BTN: W’ giảm; Q tăng hồn tồn BTN → W’ = 1.12 Một số tính chất hàm G: dG = V.dP – SdT ( coi W’ = 0) 1.12.1 Sự phụ thuộc ∆G vào T: ∂G ∂∆G =-S→ = - ∆S ∂T P ∂T P - Khi P = const → O2 →O3(k) C than chì → C kim cương ; - Lấy (a) – (b): o C than chì → C kim cương ∆H S ( kc ) = 1,89 kJ/mol - Lấy (c) - (d): O2(k) →O3(k) ∆H So( O3 ) = 139,82 kJ/mol 2) Nếu coi O3 có cấu trúc vòng kín: o o ⇒ ∆H S (O ) = ∆H lk (O ) 3 ∆H lko ( O2 ) = 3.(-137,94) - (- 493,24) = 326,04 (kJ/mol) > 139,82(kJ/mol) ⇒ O3 có cấu trúc vòng kín khơng bền ⇒ cấu trúc khơng chấp nhận Câu Entanpi sinh tiêu chuẩn CH4(k) C2H6(k) -74,80 -84,60 kJ/mol Tính entanpi tiêu chuẩn C 4H10 (k) Biện luận kết thu Cho biết entanpi thăng hoa than chì lượng liên kết H- H bằng: 710,6 431,65 kJ/mol Giải: * (1) C than chì + 2H2 (k) → CH4(k) (2) C than chì → C (k) (3) H2 (k) → 2H (k) ∆H So,CH =-74,8kJ ∆H tho = 710,6 kJ ∆H lk = 431,65 kJ Lấy (1) – [(2) + 2.(3)] ta được: o C(k) + 4H(k) → CH4(k) ∆H S ,ng / tu ,CH = -1648,7(kJ/mol) (-1648,7) = - 412,175 (J/mol) ⇒ Năng lượng liên kết trung bình liên kết C – H là: o * (4) 2C than chì + 3H2 → C2H6(k) ∆H S (C H ,K ) = -84,6 (kJ/mol) Lấy (4) – [2 (2) + 3.(3)] ta được: o 2C(k) + 6H (k) → C2H6 (k) ∆H S ,ng / tu ,C H = -2800,75 (kJ/mol) Coi EC –H CH4 C2H6 thì: E C- C = =1800,75 – 6(- 412,175) = -327,7(kJ/mol) * Coi EC-H; EC- C chất CH4, C2H6, C4H10 thì: ∆H So,ng / tu ,C4 H 10 = EC- C + 10.EC- H = 3.(- 327,7) + 10( -412,75) = -5110,6 (kJ/mol) o * (5) 4C(k) + 10 H(k) → C4H10 (k) ∆H S ,ng / tu ,C H = -5110,6 (kJ/mol) 10 Lấy (2) + (3).5 + (5) ta được: 4Cthan chì o + 5H2(k) → C4H10(k) ∆H S ,C H = -109,95(kJ/mol) 10 * Kết thu gần coi E lk(C – C), Elk(C- H) trường hợp o Và khơng tính rõ ∆H S đồng phân khác Câu Tính ∆Ho phản ứng sau: 1) Fe2O3(r) + 2Al(r) → 2Fe(r) + Al2O3(r) ( 1) o Cho biết ∆H S , Fe O 2) S(r) + ∆H So, Al2O3 ( r ) = -1676 (kJ/mol) = -822,2 kJ/mol; 3( r ) O2(k) → SO3(k) (2) o ∆H 298 = -296,6 kJ Biết (3) : S(r) + O2(k) → SO2(k) o (4): 2SO2(k) + O2(k) → 2SO3(k) ∆H 298 = -195,96 kJ Từ kết thu khả diễn biến thực tế phản ứng rút kết luận gì? Giải: o o 1) ∆H pu (1) = ∆H S , Al O 3( r ) o o 2) ∆H pu ( ) = ∆H pu (3) + o - ∆H S , Fe O 3( r ) = -1676 + 822,2 = - 853,8(kJ) 1 o ∆H pu 195,96 = -394,58 (kJ) ( ) = -296,6 2 KL: Hai phản ứng (1), (2) toả nhiệt mạnh Song thực tế phản ứng khơng tự xảy Như vậy, dựa vào ∆H khơng đủ để khẳng định chiều q trình hố học (tuy nhiên nhiều trường hợp, dự đốn theo tiêu chuẩn đúng) Câu 1) Tính hiệu ứng nhiệt đẳng tích tiêu chuẩn phản ứng sau 25oC o a) Fe2O3(r) + 3CO(k) → 2Fe(r) + 3CO2(k) ∆H 298 = 28,17 (kJ) b) Cthan chì + O2(k) → CO2 (k) o ∆H 298 = -393,1(kJ) o c) Zn(r) + S(r) → ZnS(r) ∆H 298 = -202,9(kJ) o d) 2SO2(k) + O2(k) → 2SO3(k) ∆H 298 = -195,96 (kJ) 2) Khi cho 32,69g Zn tác dụng với dung dịch H 2SO4 lỗng dư bom nhiệt lượng kế 25oC, người ta thấy có nhiệt lượng 71,48 kJ Tính hiệu ứng nhiệt nhiệt độ Cho Zn = 65,38 Giải: 1) ∆H = ∆U + ∆n.RT Do phản ứng a), b), c) có ∆n = nên ∆Uo = ∆Ho Phản ứng d): ∆Uo = ∆Ho - ∆n.RT = -195,96 + 1.8,314 298,15 10-3 = -193,5 (kJ) 2) Zn(r) + H2SO4 (dd) → H2(k) + ZnSO4(dd) Trong bom nhiệt lượng kế có V = const ⇒ ∆U = - 71,48 = -142,96 (kJ/mol) 32,69 / 65,38 ⇒ ∆H = ∆U + ∆n.RT = - 142,96 + 8,314 298,15 10-3 = - 140,5 (kJ/mol) Câu Tính ∆Ho phản ứng tổng hợp mol adenine C5H5N5(r) từ mol HCN(k) o Cho biết ∆H S ,CH ,k ) o = - 74,8 (kJ/mol); ∆H S , NH Và CH4(k) + NH3(k) →HCN(k) + 3H2(k) ,k o = -46,1kJ/mol; ∆H S ,adenin ( r ) = 91,1 kJ/mol ∆Ho = 251,2 kJ.mol-1 Giải: (a) : Cgr + 2H2(k) → CH4 ∆H So,CH ,k ) = -74,8 (kJ/mol) o N2(k) + H2(k) → NH3(k) ∆H S , NH ,k = - 46,1kJ/mol 2 (b) : (c) : 5Cgr + 5 o H2(k) + N2(k) → C5H5N5(r) ∆H S ,adenin ( r ) = 91,1 kJ.mol-1 2 (d) : CH4(k) + NH3(k) →HCN(k) + 3H2(k) ∆Ho = 251,2 kJ.mol-1 Ta lấy: -5 (a) + [-5 (b)] + (c) + [-5.(d)] ta được: 5HCN(k) → C5H5N5(r) ∆Ho(4) = 251,2 kJ/mol o Câu 10 Tính nhiệt tổng hợp 17kg NH3 1000K Biết ∆H S , 298( NH kJ.mol-1 C P ( NH ,k ) = 24,7 + 37,48.10-3 T C P ( N ,k ) = 27,8 + 4,184.10-3 T C P ( H ,k ) = 286 + 1,17.10-3 T Jmol-1K-1 Jmol-1K-1 Jmol-1K-1 Giải: o N2(k) + H2(k) → NH3(k) ∆H S , NH ,k = - 46,2kJ/mol 2 ∆CP = C P ( NH ,k ) - C P ( N ,k ) - C P ( H , k ) 2 = - 24,7 + 37,48.10-3T = - 32,1 + 31,541.10-3 T [27,8 + 4,184.10-3] - [28,6 + 1,17 10-3T] 2 ,k ) = -46,2 o o ∆H 1000 = ∆H 298 + 1000 ∫ ∆C P , dT 1000 ∫ (− 32,1 +31,541.10 o = ∆H 298 + 298 o = ∆H 298 + −3 T )dT 298 1000 T2 ∫ (− 32,1T +31,541.10 ) 298 −3 = - 46,2.103 +31,541 10-3 (10002 -1982) – 32,1(1000 – 298)= - 54364,183 (J/mol) ⇒ Khi tổng hợp 17 kg NH3 nhiệt lượng toả là: Q= 17000 (-54364,183 10-3) = -54364,183 (kJ) 17 Câu 11 Tính lượng mạng lưới tinh thể BaCl2 từ tổ hợp kiện sau: 1) Entanpi sinh BaCl2 tinh thể: - 859,41 kJ/mol Entanpi phân li Cl2: 238,26 kJ/mol Entanpi thăng hoa Ba: 192,28 kJ/mol Năng lượng ion hố thứ Ba: 500,76 kJ/mol Năng lượng ion hố thứ hai Ba: 961,40 kJ/mol lực electron Cl : - 363,66 kJ/mol 2) Hiệu ứng nhiệt q trình hồ tan mol BaCl2 vào ∞ mol H2O là: -10,16kJ/mol Nhiệt hiđrat hố ion Ba2+ : - 1344 kJ/mol Nhiệt hiđrat hố ion Cl- : - 363 kJ/mol Trong kết thu được, kết đáng tin cậy Giải: o Ba(r) + Cl2(k) ∆Hth(Ba) ∆HS(BaCl , tt) BaCl2 (tt) ∆ Hpl(Cl2) Ba(k) + 2Cl (k) Uml I1(Ba) + I2(Ba) ACl o Uml = ∆H Ba2+ + 2Cl- - ∆Hth (Ba) - ∆Hpl(Cl ) - I1(Ba) - I2(Ba) - 2ACl S(BaCl2, tt) = - 859,41 - 192,28 - 238,26 - 500,76 - 961,40 + 363,66 = - 2024,79 (kJ/mol) 2) BaCl2 (tt) - Uml ∆ Hht(BaCl2) O + H 2∆ H Ba2+ + 2Cl- - Ba2+ (aq) + 2Cl(aq) ∆H2 Uml = ∆ H1 + ∆ H2 - ∆ Hht(BaCl2) = -1344 - 2.363 + 10,16 = -2059,84 (kJ/mol) Kết 1) đáng tin cậy hơn, kết tính theo mơ hình 2) gần mơ hình khơng mơ tả hết q trình diễn dung dịch, ion cation nhiều có tương tác lẫn tương tác với H2O Câu 12 Phản ứng sau: Ag + Cl2 = AgCl Xảy áp suất atm 25oC toả nhiệt lượng 126,566 kJ Nếu cho phản ứng xảy ngun tố ganvani P, T = const hố chuyển thành điện sản cơng W’ = 109,622 kJ Hãy chứng tỏ trường hợp trên, biến thiên nội hệ một, nhiệt khác tính giá trị biến thiên nội Giải: - Do U hàm trạng thái nên ∆U = U2 – U1 = const, cho dù biến đổi thực cách Vì ∆U trường hợp - Vì ∆U = Q + W = Q + W’ - P∆V = Q + W’ - ∆n.RT Do ∆nRT = const; ∆U = const Nên W’ (cơng có ích) thay đổi Q thay đổi - ∆U = ∆H - ∆nRT = -126,566 + Câu 13 Phản ứng: C6H6 + 8,314 298,15.10-3 = - 125,327 (kJ) 15 O2(k) → 6CO2(k) + 3H2O 300K có QP – QV = 1245(J) Hỏi C6H6 H2O phản ứng trạng thái lỏng hay hơi? Giải: QP – QV =∆nRT = 1245(J) →∆n = 1245 = 0,5 8,314.300 ⇒ H2O C6H6 phải thể ∆n = 0,5 Câu 14 Tính nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ 0,5 mol H2O từ -50oC đến 500oC P = 1atm Biết nhiệt nóng chảy nước 273K L nc = 6004J/mol,nhiệt bay nước 373K Lh = 40660 J/mol C Po ( H 2O ,h ) = 30,2 + 10-2T(J/molK) ; C Po ( H 2O ,r ) = 35,56(J/molK); C Po ( H 2O ,l ) = 75,3(J/molK) Giải: H2O(r) -50oC ∆H1 ∆H ∆H3 ∆ H4 H2O(r) ∆H2 H2O(l) H2O(l) H2O(h) H2O(h)(500oC) 100oC 100oC 0oC 0oC 273 223 ∆H = ∑ ∆H = o 373 o o ∫ n.C P ( r ) dT +n.Lnc + ∫ n.C P(l ) dT +n.Lh + 273 773 ∫ n.C o P(h) dT 373 = 0,5 35,56(273 – 223) + 0,5 6004 + 0,5 75,3 (373 – 273) + 0,5 40660 + + 0,5.30,2 (773 – 373) + 10 −2 0,5 (7732 – 3732) = 35172(J) Câu 15 Tính biến thiên entropi q trình đun nóng 0,5 mol H2O từ – 50oC đến 500oC P = 1atm Biết nhiệt nóng chảy nước 273K = 6004J/mol; nhiệt bay nước 273K = 40660J/mol Nhiệt dung mol đẳng áp C Po nước đá nước lỏng 35,56 75,3J/molK; C Po nước (30,2 + 10-2T) J/molK Giải: o H2O(r) 223K ∆ S1 o o ∆S ∆ So3 ∆ So4 H2O(r) ∆ S2 H2O(l) H2O(l) H2O(h) H2O(h) 773K 373K 373K 273K 273K o o o o ∆ S = ∆ S1 + ∆ S2 + ∆ So3 + ∆ S4 + ∆ So5 373 773 273 dT Lnc dT Lh dT + + ∫ C P (l ) + + ∫ C P(h) = n ∫ C P ( r ) T 273 273 T 373 373 T 223 =0,5 35,56 ln 273 6004 373 40660 773 + + 75,3 ln + +30,2 ln +10 −2 (773 − 373) = 93,85(J/K) 223 273 273 373 373 Câu 16 Tính biến thiên entropi trộn lẫn 200g nước 15oC với 400g nước 60oC Biết hệ lập nhiệt dung mol nước lỏng 75,3 J/mol.K Giải: Gọi T nhiệt độ hệ sau pha trộn Do Q thu = Q toả nên: 200 400 C P (T – 288) = C P (333 – T) 18 18 T – 288 = 2.333 – 2T 318 ⇒T= 200 dT 75,3 ∆S hệ = ∆S1 + ∆S2 = ∫ + 18 T 288 = 2.333 +288 = 318(K) 318 400 dT 75,3 18 T 333 ∫ 200 318 400 318 75,3 ln + 75,3 ln = 5,78 (J/K) > 18 288 18 333 ⇒ Q trình san nhiệt độ tự xảy Câu 17 Tính biến thiên entropi ∆G hình thành mol hỗn hợp khí lí tưởng gồm 20% N2; 50%H2 30%NH3 theo thể tích Biết hỗn hợp khí tạo thành khuếch tán khí vào cách nối bình đựng khí thơng với Nhiệt độ áp suất khí lúc đầu đkc (273K, 1atm) Giải: Vì khí lí tưởng khuếch tán vào nên q trình đẳng nhiệt Gọi thể tích mol hỗn hợp khí V ⇒ thể tích khí ban đầu (ở điều kiện) V N = 0,2V; V NH = 0,3V; V H = 0,5V Do %V = %n ⇒ n N = 0,2 mol; n H = 0,5 mol; n NH = 0,3mol 2 - Sự biến thiên entropi tính theo CT: ∆S = nRln ∆S N = 0,2 8,314.ln V = 2,676J/K 0,2V ∆S H = 0,5.8,314.ln V = 2,881J/K 0,5V ∆S NH = 0,3.8,314.ln V2 V1 V = 3,003J/K 0,3V ⇒ ∆S = ∆S N + ∆S H + ∆S NH = 8,56(J/K) 2 * Q trình khuếch tán khí lí tưởng đẳng nhiệt nên ∆H = ⇒ ∆G 273 = ∆H – T ∆S = -273.8,56 = -2336,88(J) Câu 18 Trong phản ứng sau, phản ứng có ∆S > 0; ∆S < ∆S ≠ O2(k) → CO2(k) C(r) + CO2(k) → 2CO(k) (1) CO(k) + H2(k) + Cl2(k) → 2HCl(k) (3) S(r) + O2(k) → SO2(k) Giải: Phản ứng (1) có ∆n khí = -1 = > → ∆S > Phản ứng (2) có ∆n khí = -1- < → ∆S ∆H 206,1.10 = = 959,71(K) 214,752 ∆S Câu 21 Entanpi tự chuẩn phản ứng tạo thành H 2O từ đơn chất phụ thuộc vào T theo phương trình sau: ∆G S0,T = -240000 + 6,95T + 12,9TlgT (J/mol) Tính ∆G0, ∆S0 ∆H0 phản ứng tạo thành H2O 2000K Giải: ∆G S0, 2000 = -240000 + 6,95.2000 + 129.2000lg2000= -140933,426(J/mol) ∂G = -S ∂T P dG = VdP - SdT ⇒ ∂∆G 0 ∆ S ⇒ 2000 = - ∂T 12,9 = 6,95 + 12,5.lgT + 12,9T = 6,95 + 12,9lgT + T ln 10 ln 10 P = 6,95 + 12,9lg2000 + 12,9 = 55,1357(J/molK) ln 10 0 ⇒ ∆H 2000 = ⇒ ∆G2000 + T ∆S 2000 = -140933,426 + 2000 55,1357 = -30662,054 (J/mol) Câu 22 Tính chất nhiệt động số phân tử ion trạng thái tiêu chuẩn 25 oC sau: C3H8(k) ∆H S0 (kJ/mol) -101,85 S0(J/molK) 269,91 O2(k) 205,138 CO2(k) H2O(l) CO32 − (aq) OH-(aq) - 393,51 - 285,83 - 677,14 - 229,99 213,74 69,91 - 10,75 - 56,9 Xét q trình oxi hố hồn tồn mol C3H8(k) với O2(k) tạo thành theo cách : a) Bất thuận nghịch b) Thuận nghịch (trong tế bào điện hố) 1) Tính ∆H0, ∆U0, ∆S0, ∆G0 phản ứng cách nói trên? 2) Tính nhiệt, cơng thể tích, cơng phi thể tích (tức cơng hữu ích) mà hệ trao đổi với mơi trường cách? 3) Tính ∆S mơi trường ∆S tổng cộng vũ trụ tiến hành q trình theo cách 4) Một mơ hình tế bào điện hố khác làm việc dựa phản ứng oxi hố C 3H8(k) O2(k) có mặt dung dịch KOH 5M với điện cực Pt Các loại phân tử ion (trừ KOH) trạng thái tiêu chuẩn Hãy viết nửa phản ứng catot anot phản ứng tổng cộng tế bào điện hố Nếu từ tế bào điện hố đó, 25 oC, ta thu dòng điện 100mA Hãy tính cơng suất cực đại đạt Giải: C3H8(k) + 5O2(k) → 3CO2(k) + 4H2O(l) 1) Do hàm H, U, S, G hàm trạng thái nên dù tiến hành theo cách giá trị ∆U, ∆H, ∆S, ∆G với trạng thái đầu cuối Vậy: 0 0 ∆H pu = ∆H S ,CO2 ( k ) + ∆H S , H 2O (l ) - ∆H S ,C3 H ( k ) - ∆H S ,O2 ( k ) = -3 393,51 - 285,83 + 103,85 = -2220 (kJ) ∆H pu = 213,74 + 4.69,91 - 269,91 - 205,138 = -374,74 (J/K) ∆G 0pu = ∆H0 - T ∆S0 = -2220 + 298,15 374,74.10-3 = -2108,27 (kJ) ∆U0 = ∆H0 - ∆(PV) = ∆H0 - ∆nRT = -2220 - (-3).8,314.298,15.10-3 2) a) Q trình bất thuận nghịch: - Nhiệt mà hệ trao đổi với mơi trường QBTN = ∆H0 = -2220 (kJ) - Wtt = - ∫ P.dV = -P ∆V = -∆n(k) RT = 8,3145.298,15 = 7436,9(J) - W’ = b) Q trình thuận nghịch: - QTN = T ∆S = 298,15 (-374,74) = - 111728,731(J) - W’max = ∆G = -2108,27(kJ) < : Hệ sinh cơng - Wtt = - ∆n(k) RT = 7436,9(J) > 0: hệ nhận cơng 3) a) Q trình bất thuận nghịch: 2220.10 Qmt QBTN ∆H ∆Smt = ==== 7445, 916 (J/K) 298,15 T T T ⇒ ∆S vũ trụ = ∆Smt + ∆S hệ = 7445,916 - 374,74 = 7071,176(J/K) b) Q trình thuận nghịch: ∆Smt = 111728,731 Qmt Q = 374,74( J / K ) = - TN = 298,15 T T ⇒ ∆S vũ trụ = ∆Smt + ∆S hệ = 4) Các nửa phản ứng: 2− Anot: C3H8 + 26OH- → CO3 + 17H2O + 20e Catot: O2 + 2H2O + 4e → 4OHPhản ứng tổng cộng: 2− C3H8(k) + 5O2(k) + 6OH-(aq) → CO3( aq ) + 7H2O(l) ⇒ Sơ đồ pin: (-) Pt, C3H8(1atm)/KOH(5M), K2CO3(1M)/ O2(1atm), Pt (+) = -2212,56(kJ) ∆H pu = 3(-677,14) + 7.(-285,83) + 103,85 - 5.0 - 6(-229,99) = -2548,44(KJ) ∆S pu = 3.(-56,9) + 7.69,91 - 269,91 - 5.205,138- 6(-10,74) = -912,43(KJ) 0 ∆G 0pu = ∆H pu = T ∆S pu = -2548,44 + 298,15.912,43.10-3 ⇒ E pu = - = - 2276,399(KJ) 2276399 ∆G = = 1,18(V) 20.96485 nF [CO32 − ]3 0,0592 0,0592 lg → E = E - 20 lg(5)-6 = 1,19(V) − = 1,18 [OH ] PC3 H PO2 20 → P = E I = 1,19 0,1 = 0,119(W) Câu 23 Biết -15oC, Phơi(H2O, l) = 1,428 (torr) -15oC, Phơi (H2O,r) = 1,215(torr) Hãy tính ∆G q trình đơng đặc mol H2O(l) thành nước đá -15oC 1atm Giải: o 15 C, mol H2O l (1) ∆GBTN = ? -15oC, 1mol H2O(r) (Qu¸ tr×nh TN H2O h¬i, b·o hoµ n»m c©n b»ng víi H2O(l)) - 15oC, 1mol H2O 1,428 Torr (2) (3) -15oC, 1mol H2O (h) 1,215 Torr (1), (3) q trình chuyển pha thuận nghịch → ∆G1 = ∆G3 = → ∆G = ∆G2 = nRTln P2 1,215 = 1.8,314 258,15 ln P1 1,428 = -346,687(J) Câu 24 Nhiệt hồ tan (∆Hht) 0,672g phenol 135,9g clorofom -88J 1,56g phenol 148,69g clorofom -172J Tính nhiệt pha lỗng dung dịch có nồng độ dung dịch thứ chứa mol phenol pha lỗng đến nồng độ dung dịch thứ clorofom Giải: 94g phenol + CHCl3 ∆Hht (2) ∆ Hht(1) dd + CHCl3 ∆H pha lo·ng dd ∆H pha lo·ng = ∆Hht(1) - ∆Hht(2) = - 94 (-172) + 94 (-88) = - 2004,87(J) 0,672 1,569 III HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI: Qua việc giới thiệu chun đề sử dụng việc bồi dưỡng học sinh giỏi , chúng tơi đạt số kết sau: * Năm học 2010-2011: Đạt giải HSG cấp tỉnh( nhất+ 1ba+3KK) *Năm học 2011-2012: Đạt 10 giải HSG cấp tỉnh( nhì+ ba+7 KK) *Năm học 2011-2013: Đạt 10 giải HSG cấp tỉnh( ba + kk) IV PHẦN KẾT LUẬN Trên hệ thống câu hỏi tập phần “Nhiệt động hố học” mà tơi áp dụng giảng dạy thực tế trường THPT Thanh Bình đạt hiệu đơn vị;đề tài có khả áp dụng phạm vi rộng đạt hiệu Nó tương đối phù hợp với u cầu mục đích giảng dạy, bồi dưỡng học sinh khá, giỏi trường chun chuẩn bị dự thi học sinh giỏi cấp Nó dùng làm tài liệu học tập cho học sinh lớp chun Hố học tài liệu tham khảo cho thầy giáo giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi Hố học bậc THPT góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy học tập mơn Hố học Tuy nhiên, phần nhỏ chương trình ơn luyện cho học sinh chuẩn bị tham gia vào kỳ thi học sinh giỏi cấp Vì vậy, tơi mong Thầy , Cơ đồng nghiệp góp ý kiến cho tơi chun đề phát triển sang chun đề khác để học sinh chun Hố hiểu sâu vấn đề Từ học sinh tìm tòi tài liệu, viết chun đề đồng thời giúp học sinh bước đầu làm quen với việc nghiên cứu khoa học V.TÀI LIỆU THAM KHẢO STT Tên tài liêu Tên tác giả Vũ Đăng Độ Cơ sở lý thuyết q trình hóa học Cơ sở lý thuyết hóa học Bài tập hố lý sở Hướng dẫn thực hành TốnLý-Hóa-Sinh máy tính cầm tay Tuyển tập đề Thi Olympic 30/4 Một số đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh, cấp QG Nguyễn Hạnh Lâm Ngọc Thiểm, Trần Hiệp Hải,Nguyễn Thị Thu Nguyễn Hải Châu Trường chun Lê Hồng Phong TPHCM Nhà xuất năm xuất NXB Giáo dục Năm 1993 NXB Giáo dục Năm 1997 NXB Hà Nội NXB Hà Nội 2006 NXB Giáo dục Tân phú, ngày 22/5/2013 Người viết Trần Anh Nhật Trường MỤC LỤC I Lý chọn đề tài II Tổ chức thực đề tài 1.Cơ sở lý luận 1.1.Hàm trạng thái 1.2 Cơng (W) nhiệt (Q) Trang 3 3 1.3 Nội U 1.4 Ngun lí I nhiệt động học 1.4 1.Ngun lí I nhiệt động học: (Sự biến đổi nội hệ) 1.4.2 Nhiệt đẳng tích, nhiệt đẳng áp 1.4.3 Áp dụng ngun lí I nhiệt động học vào hóa học, nhiệt hóa học: 1.4.3.1 Nhiệt phản ứng 1.4.3.2 Định luật Hess 1.5 Ngun lí II nhiệt động học 1.5.1 Ngun lí II nhiệt động học 1.5 Áp dụng ngun lí II nhiệt động học trường hợp hệ lập 1.5.3 Sự biến thiên S q trình biến đổi trạng thái chất 1.5.4 ∆S q trình giãn nở đẳng nhiệt khí lí tưởng 1.5.5 Sự biến thiên entropi chất ngun chất theo nhiệt độ 1.6 Ngun lí III nhiệt động học 1.7 Sự biến thiên entropi phản ứng hố học 1.8.Thế nhiệt động 1.9.Thế đẳng áp G 1.10 Thế đẳng tích: (Năng lượng Helmholtz) 1.11 ý nghĩa vật lí ∆G 10 1.12 Một số tính chất hàm G 10 1.12.1 Sự phụ thuộc ∆G vào T 10 1.12.2 Sự phụ thuộc vào P 10 1.13 Tính ∆G số q trình 11 1.13.1 Giãn nén đẳng nhiệt khí lí tưởng 11 1.13.2 Trộn lẫn đẳng nhiệt, đẳng áp khí lí tưởng 11 1.13.3 Q trình chuyển pha thuận nghịch (tại nhiệt độ chuyển pha): ∆Gcf = 1.13.4 Q trình chuyển pha thuận nghịch T ≠ Tcf 1.13.5 ∆G phản ứng hố học 2.Bài tập vận dụng III Hiệu đề tài IV Kết luận V Tài liệu tham khảo 11 11 11 11 → 24 25 25 25 SỞ GD-ĐT ĐỒNG NAI Trường THPT Thanh Bình CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tân Phú, ngày 22 tháng 05 năm 2013 PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Năm học : 2012 – 2013 Tên sáng kiến kinh nghiệm : ‘‘ NHIỆT ĐỘNG HĨA HỌC’’ Họ tên tác giả : TRẦN ANH NHẬT TRƯỜNG Đơn vị : Tổ HĨA HỌC Lĩnh vực : Quản lý giáo dục Phương pháp dạy học mơn Phương pháp giáo dục Lĩnh vực khác Tính - Có giải pháp hồn tồn - Có giải pháp cải tiến, đổi từ giải pháp có Hiệu Hồn tồn triển khai áp dụng tồn ngành có hiệu cao Có tính cải tiến đổi từ giải pháp có triển khai áp dụng tồn ngành có hiệu qủa - Hồn tồn triển khai áp dụng đơn vị có hiệu qủa cao - Có tính cải tiến đổi từ giải pháp có triển khai áp dụng đơn vị có hiệu qủa Khả áp dụng - Cung cấp luận khoa học cho việc hoạch định đường lối, sách: Tốt Khá Đạt - Đưa giải pháp khuyến nghị có khả ứng dụng thực tiễn, dễ thực dễ vào sống Tốt Khá Đạt - Đã áp dụng thực tế đạt hiệu có khả áp dụng đạt hiệu phạm vi rộng Tốt Khá Đạt XÁC NHẬN CỦA TỔ CHUN MƠN THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ [...]... tham kho 11 11 11 11 24 25 25 25 S GD-T NG NAI Trng THPT Thanh Bỡnh CNG HềA X HI CH NGHA VIT NAM c lp T do Hnh phỳc Tõn Phỳ, ngy 22 thỏng 05 nm 2013 PHIU NHN XẫT, NH GI SNG KIN KINH NGHIM Nm hc : 2012 2013 Tờn sỏng kin kinh nghim : NHIT NG HểA HC H v tờn tỏc gi : TRN ANH NHT TRNG n v : T HểA HC Lnh vc : Qun lý giỏo dc Phng phỏp dy hc b mụn Phng phỏp giỏo dc Lnh vc khỏc 1 Tớnh mi - Cú gii phỏp... S298(C H OH) - S 2 5 298(C2H4) o - S298(H O) 2 = 282 - 219,45 - 188,72 = - 126,17(J/K) G = H - T S o o H298,p = Go298,p + T S298,p o H298,p = -8,13 + 298(- 126,17 10-3) = - 45,72866(kJ) ... nhn bng : nm 1995 - Chuyờn ngnh o to : Hoỏ hc III KINH NGHIM GIO DC - Lnh vc chuyờn mụn cú kinh nghim : - S nm cú kinh nghim :16 - Cỏc sỏng kin kinh nghim ó cú nm gn õy: *Cỏc nh hng ly ngi hc lm... T Hnh phỳc Tõn Phỳ, ngy 22 thỏng 05 nm 2013 PHIU NHN XẫT, NH GI SNG KIN KINH NGHIM Nm hc : 2012 2013 Tờn sỏng kin kinh nghim : NHIT NG HểA HC H v tờn tỏc gi : TRN ANH NHT TRNG n v : T HểA... H298,p = Go298,p + T S298,p o H298,p = -8,13 + 298(- 126,17 10-3) = - 45,72866(kJ)