SÁCH CHUYÊN NGÀNH hóa học ONLINE bài tập hóa học đại cương hóa lý cơ sở lâm ngọc thiềm

Các ñại lượng vật lý cần ño thường ñược viết dưối dạng một biểu thức toán học và ñược biểu diễn bằng một phương trình thứ nguyên.-Phương trình thứ nguyên có thể xem như một biểu thức toá

LÂM NG C THIM (Ch biên)

L ờ i N ó i ð Ầ U

Thông thường giữa lý thuyết và bài tâppj của một môn

học bao giờ cũng ñược gắn kết chặt chẽ với nhau ð ể làm ñược

các dạng bài tập người học ph ải hiểu kỹ ỉý thuyết và biết cách

vận dụng nó vào từng trường hợp cụ thể, k ể cả các phép chuyển

ñổi ñơn vị tính lẫn thủ thuật giải toán.

Cuốn B à i tâ p hóa học ñ a i cư ơ n g (H óa hoc lý th u y ế t

cơ sỏ) nhằm ñáp ứng cấc yêu cầu này.

Sách gồm 17 chương gồm hầu hết các vấn ñề lý thuyết cơ

sở của hóa học và ñược trình bày dưới dạng bài tập ơ mỗi

chương chúng tôi ỉại phân làm 3 p h ầ n nhỏ:

c Bài tập chưa có lời giải

Trong chương cuối cùng của sách chủng tôi trích dẫn

một s ố ñề thi tuyển sinh và ñáp án của môn học này nhằm

giúp cho bạn ñọc ñễ hình dung về một ñề thi tổng hợp và cách

giải quyết nó.

3

Nội dung cuốn bài tập ñược biên soạn theo ñúng chương

trình chuẩn ñã ñược hội ñồng chuyên ngành ðại học Quốc gm

H à Nội thông qua.

Các tác giả và N hà xuất bản rất mong nhận ñược những

ý kiến ñóng góp của ñộc giả ñ ể lần xuất bản sau ñược hoàn

thiện hơn.

Các tá c g iả

MỤC LỤC

Trang

Khái niệm về thứ nguyên, ñơn vị 7

Chương I Một sô'khái niệm chung : 13

Chương ỈL ^ Nguyên lý I của nhiệt ñộng lực học Nhiệt hóa học.-Tí 25

Chương ỈII ^ Nguyên lý II của nhiệt ñộng lực họẹX- 45

Chương IV 't Cân bằng hóa học.-v 59

Chương V y Dung dịch 83

Chương VI Jðộng hóa học 119

Chương VII V^ð iện hóa học -y 139

y* Chương VIII Hạt nhân nguyên tử 161

Chương IX Câu tạo nguyên tử theo quan ñiểm cơ học lượng tử 171

Chương X Nguyên tử hidro 179

Chương XI Nguyên tử nhiều electron 193

ChươngXII Hệ thống tuần hoàn các nguyên tô'hóa học 203

'ỵ Chương XZ7JÀ/các khái niệm chung về liên kết thuyết VB 215 Chương X iv ^ y Thuyết MO về liên kết 240

5

Chương XV ì Liên kết giữa các phân tử và trong phức

chất 263

Chương XVI Liên kết hóa học trong tinh th ể 279

Chương XVII Một số ñề thi và hưổng ñẫn giải môn hóa

học lý thuyết 297

KHÁI NIM VÊ TH NGUYÊN, ĐN V

I T hứ n g u y ên Các ñại lượng (vật lý) cần ño thường ñược viết dưối dạng một biểu thức toán học và ñược biểu diễn bằng

một phương trình thứ nguyên.-Phương trình thứ nguyên có thể

xem như một biểu thức toán và ñược biểu diễn bằng các ñại

lượng cơ sỏ dưới dạng một tích sô'

Tất cả các thứ nguyên của những ñại lượng cần ño trong co'

học ñều xuất phát từ 3 ñại lượng cơ sỏ là: Chiểu dài: L; khối

lượng: M; thời gian: T Các ñại lượng này lập thành hệ Li.M.T

J 1 f _ ñoạn ñưòng L !

Ví dụ thứ nguyên cua tốc ñộ[v] = — v ~ — = — = L I

Thứ nguyên của lực [F] = khối lượng X gia tốc = M.L.T“2

Thứ nguyên của công (năng lượng) [A] = lực X ñoạn ñường

Như vậy thứ nguyên không chỉ rõ các ñại lượng cần ño ở

một ñơn vị cụ thể nào

Một ñại lượng cần xác ñịnh mà ở ñó các thứ nguyên của

chúng ñều bị triệt tiêu sẽ dẫn tối ñại lượng ñó không thứ nguyên

II ð ơn vị Khi ngưòi ta tiến hành ño một; ñại lượng nào ñó

thời gian T

Thứ nguyên của L tốc [a] =

thời gian T

= M.L.T' 2 X L = M.IẴT"2

tức là muôn so sánh ựại lượng ựó vối ựại lượng cùng loại lấy làm

chuẩn ựể so sánh gọi là ựơn vị ựo

Các ựơn vị ựo ựược xác ựịnh bởi mẫu chuẩn lưu giữ tại viện

cân ựo quốc tế Vắ dụ mét là ựơn vị ựo chiều dài

độ lớn của một ựại lượng vật lý cụ thể mà theo qui ước lấy

giá trị bằng số là 1 ựược gọi là ựơn vị của ựại lượng vật lý ựó Vắ

dụ: mét, kilogam Tập hợp các ựơn vị làm thanh một hệ ựơn vị

đã có một sô" hệ ựơn vị thông dụng như: hệ ĨVĨKS (mét, kilogam,

giây); hệ CGS (xăngtimét,'gam, giây) /

Trong thực tế, do thói quen, ổ từng ựịa phương, Ếung vùng

'iãnh thô, ngay cả từng quốc gia người ta sử dụng những ựơn vị

rấ t khác nhau cho cùng một ựại lượng ựo

Vắ dụ ựơn vị chung cho chiều dài là ĩĩiết, song người Anh

lạắ dùng Insơ (Inch), phút (foot), trong khi ựó người Việt lại dùng

trượng, gang tấc

Rõ ràng cách dùng này ựã gây khó khăn trong giao lưu

quôc tế Vì vậy cần có một ựơn vị quốc tế chunặ

III H ệ ựơn vị SI Nhận thấy sự bất lợi về việc sử dụng hệ

ựứn vị tùy tiện nên vào tháng 10-1960 tại Hội nghị lần thứ XI về

cân ựo quốc tế họp ỏ Paris, các nhà khoa học ựã ựi ựến thống

nhất cần xây dựng một hệ thông ựơn vị chung quôc tế đó là ựơn

vị SI (Viết tắ t từ chữ Pháp - Système International)

Dưới ựây chúng tôi lược ghi một sô chỉ dẫn quan trọng nhất

thuộc hệ SI có liên quan ựến việc sử dụng cho các bài tập hóa ựại

cương

III.l H ệ ựơn v ị cơ sở

7 ựơn vị chắnh thuộc hệ SI

Nồ Tên ựại lượng đơn vị Ký hiệu

Tiếng Việt Tiếng Anh

3 Khối lượng kilôgam kilogram kg

6 Cường ựộ dòng ựiện Ampe Ampere A

7 Cường ựộ ánh sáng nến Cándela cd

IỈL2 M ột sô" ựơn vị SI dẩn xuất hay dù n g

Từ 7 ựơn vị cơ sỏ nêu trên ngứòi ta còn có thể ựịnh nghĩa

một sô' ựơn vị dẫn xuất thường dung trong hệ SI Vắ dụ:

- đơn vị lực đó chắnh là lực tác dụng lên một vật có khối

lượng lkg gây ra một gia tốc bằng lm /s2 đơn vị dẫn xuất thu

ựược ỏ ựây gọi là Newton (N)

IN = lkg.m.s"2

- đơn vị áp suất Trong ựơn vị SI, áp suai ỉà Pascal -(Pa)

Áp suất thu ựược là do ỉực tác dụng lên 1 ựơn vị diện tắch

lP a = lực/diện tắch = = kg ms"2 /m2 = kgm-1s- 2

mDưổi ựây là một số ựơn vị dẫn xuất hay dùng

lượng ■ Tiếng

Viêt

TiếngAnh

hiệu ựịnh nghĩa

1 Lực Niutơn Newton N kgm"2

2 Áp suất Patean Pascal Pâ kgm ^s^N /m 2)

9

3 Năng lượng Jun Joule J kgmV"

4 Công suất Oát Watt w kgm"s_1(i /s)

5 ðiện tích Culông Coulomb c ' As

6 ðiện th ế Vôn Volt V _J/As(j /s)

7 Tần số Héc Hertz Hz s' 1

IĨI.3 Một số ñơn vị khác hay sử dụng cần chuyển vể hệ SI

Hiện'nay, bên cạnh hệ SI là ñơn vị chính thức, trong hóa

học người ta còn dùng một sô" ñơn vị khác không thuộc hệ Sĩ gọi

là ñơn vị phi SI ðể dễ dàng trong quá trình giải các bài tập hóa

ñại cương chúng tôi ghi lại ỗ bảng dưới ñây một sô" ñơn vị ngoài

hệ thống cùng các hệ sô' chuyển ñổi về hệ SI

1 Chiểu ñài micromét

nạnomét Angstrỏm

micrometre nanometre Angstrom

n m

n m

0 Ả

min h

60s

> 3600s

5 áp suất átmốtphe

bar tor miiimét thủy ngân

Atmosphere bar

torr millimetre Hg

atm bar Torr mmHg

1,Ọ13.10bPa 105Pa * 1atm

133 322Pa 133,322Pa

6 Năng lượng ec

calo oát giờ electron- vôn

erg Calorie Watt hour electron Volt

erg cal w.h eV

4.184J 3600J 1,602.10"19J

10*0-7 ðiện tích ðơn vị

tĩnh ñiện

Unit electrostatical

III.4 Quan hệ giữa th ứ nguyên và m ột số ñơn vị thường dùng

N° ðại lượng Phương

trình

Thứnguyên

IIÍ.5 Các bậc bội, bậc ước so với ñơn vị cơ sở • « •

Khi sử dụng hệ SI người ta thường lấy các bậc giản ưốc là

ñơn vị bậc bội lOn hay ñơn vị bậc ước 1 0"n vối n là số nguyên

Bảng dưới ñây ghi lại cách dùng này

Bậc bội

11

Chng I MT S KHÁI NIM CHUNG

A TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1 Theo Rutherford (1911) thì nguyên tử ựược cấu thành

bởi hạt nhân gồm prỡton p, và nơtron (n); lớp vỏ gồm các electron

quay quanh hạt nhân

Vậy nguỵên tủ gồm:

- H ạt nhân với sô" proton là z, ựiện tắch q=l,6.10'19c và N

là nơtron Hai ựại lượng này ựược liên hệ với nhau bằng sô' khối

A theo hệ thức A = N + z

- Lớp vỏ electron có ựiện tắch ựúng bằng ựiện tắch proton

nhưng ngược dấu và khôi lượng electron chỉ bằng 1/1836 khốỉ

lượng proton, nghĩa là khôi lượng tập trung ỗ hạt nhân

2 đôl với nguyên tử, người ta ắt dùng ựơn vị kg mà dùng

ựơn vị khối lượng nguyên tử (u) đơn vị này ựược ựịnh nghắa như

3 Mol là lượng chất chứa cùng một số’ phần tử cấu trúc

như 1 mol nguyên tử H} 1 mol phân tử H2, 1 mol ion H+ Từ ñó

T T0

p, V, T - áp suất, thể tích, nhiệt ñộ ỏ ñiều kiện thí nghiệm

P0, v 0, T0 - ứng với ñiều kiện tiêu chuẩn: 760mmHg; 22,4ỉ; 273K

7 Phương trình trạng thái của chất khí lý tưởng

PV = nRT = — RT

M

n - sô' mol khí; m- khối lượng khi tính bằng gam (g); M - khối

lượng của một moi khí

hoăc p = — RT = — RT

d - khối lượng riêng của khí

8 Nếu có một hỗn hợp khí lý tưỏng ở nhiệt ñộ T có thể tích

V thì íp suất toàn phần PT của hệ ñược xác ñịnh theo ñịnh luật

Dalton

PT = X p, hay

i

P T = ^ Z n VP; - Áp suất riêng của khí thứ i

ĩiị - Sộ^ mol khí i trong hỗn hợp

B- BÀI TẬP CÓ LỜI GIẲI

1.1 Hãy ñiển các sô" liệu cần thiết ỏ những ô trống trong bảng sau ñâv:

1.2 1) Trong một thí nghiệm ñiện phân ngưòi ta thu ñược

27g nước Hỏi: ,

a) Có bao nhiêu mol H20?

b) Có bao nhiêu nguyên tử hiñro?

2) Biết rằng khối lượng nguyên tử tương ñổi của oxi là

15,99944 Tính khôi lượng nguyên tử tuyệt ñối của nguyên tử này

Cho NA = 6,022.lO ^ m o r1

BÀI GIẢI

1) m = M.n suy ra n = — =— = l.õmol H.;0

M 18Vậy số’ phân tử H20 là: 1,5.6,022.1023 = 9,0345.10~3 phân

tử Trong một phân tử HọO thì nguvên tử H = 2 X số phân tử

1.3 Trong nhiều phép tính người ta thưòng sử dụng hằng

sô" khí R Hãy xác ñịnh hằng số ñó ỏ các hề ñơn vị kháe nhau.

a) Trong hệ ñơn vị SI

b) Theo ñơn vị cal.K^.mol’1

c) Theo ñơn vị a tm i.K '1.m oi'1

16

thể tích của tinh thể, phần còn lại là rỗng Hãy:

a) Xác ñịnh khối lượng riêng trung bình của toàn nguyên

tử rồi suy ra khối lượng moi nguyên tử

b) Biết nguyên tử X có 1 1 8 nơtron và khôi lượng mol

nguyên tử bằng tổng sổ* khối lượng proton và nơtron Tính sô"

tưởng PV = RT ớ ñiều kiện tiêu chuẩn

M = N.m = 6,022.1023.32,704.10’2:í = 196,976g/raol

hay M ~ l97g/mol

b) Theo ñầu bài ta có thể viết:

M = mp + mn = mp + 118 = 197

Từ biểu thức này ta suy ra số hạt/proton cần tìm: mp = 79

1.5 1) Trong sô" các hạt nhân nguyên tử của nguyên tô" thì

chì (^?7Pb) có tỷ sô" N/Z là cực ñại và heli (ỉH e ) có N/Z là cực

tiểu Hãy thiết lập tỷ sô" N/Z cho các nguyên tố vối 2 < z< 82

2) Một nguyên tử X có tổng sô" các h ạ t là 58, sô" khối của nó

nhỏ hdn 40 Hãy xác ñịnh số proton, sô' electron và số nơtron của

nguyên tử ñó

BÀI GIẢITheo hệ thức A = z + N ta có thể suy ra N = A - z Vậy:

1.6 Trong một thí nghiệm quang hợp, khí oxi sinh ra, ñược thu qua nước Thể tích khí thu ñược ở ñiểu kiện 22°c và dưói áp

suất khí quyển 758mmHg là 186ml Tính khối lượng oxi biết

rằng áp suất hơi nước ở 22°c là 19,8mmHg

BÀI GIẢITrước hết hãy tính áp suất riêng của oxi Vì áp suất chung

bằng tổng áp suất riêng của từng chất, nên

p0a =PT - PH , 0 = 758 - 19,8 = 738,2 mmHg = 0,971 atm

Khôl ỉượng oxi ñược tính từ phương trình trạng thái của

khí lý tưỏng:

PV = — RT M _PVM _ 0,971.0,186.32

m = — = ——— —-— = 0,239g

RT 0,082.(273 + 22)1.7 7 kg oxi ñược chứa trong một bình cầu dưói áp su ất

35 atm Sau một thời gian sử dụng;, áp suất ño ñược là 12atm

Hỏi ñã có bao nhiêu kilôgam oxi ñã thoát ra

BÀI GIẢI

Hệ quả của ñịnh lu ật Boyle-Mariotte cho ta mối quan hệ

giữa tỷ trọng của khí và áp suất:

dL=pL d2 p2

rii.v Pị d2.v p3

ở ñây V là thể tích của bình cầu

Vì d V = m ; m là khôi ỉượng khí; nên

nóng tới 100°C Benzen bay hơi kéo theo toàn bộ không khí ra

khỏi bình Người ta ñể bình nguội trỏ' lại ỏ nhiệt ñộ phòng, ở

trong trạng thái mỏ rồi cân Khối lượng lúc này là 25,817g Áp

suất khí-quyển là 742mmHg Tính khối lượng mol của benzen

và viết công thức phân tử benzen biết rằng chất này chỉ gổm

hai nguyên tô' cacbon và hiñro

BÀI GIẢI

Từ các giá trị của p, V và T cộ thể tìm ñược số mol be zen

và từ khối lượng của bình trước và sau khi chứa hơi benzen

có thể tìm ñược khối lượng m của benzen

Khôi lượng be zen = (khôl lượng bình + khối lượng không

khí + khối lượng hơi ngưng tụ) - (khối lượng bình + khôi lượng

Công thức của bezen (CH)X : X = xt 6

12

Vậy benzen có công thức C6H6

c-B À I TẬP Tự GIẢI

1.9 1) Tắnh khôi lượng mol nguyên tử của Mg; p nếu

biết khối lượng tuyệt ựối (KLTđ) của chúng là: mMtĩ =

40,358.x.0"27kg; mp = 51,417.10'-7kg

2) Xác ựịnh-khôi lượng tuyệt ựối của N và AI nếu biết

khối lượng tương ựối (kltự) của chúng là: MN = 14,007u; MA1 =

1.10 Nguyên tử bạc (Ag) có khối lượng moi nguyên tử và

khổi lượng riêng trung bình lần lượt bằng 107,87 g/mol và

10,5 g/cm:i Biết nguyên tử này chỉ chiếm 74% thể tắch của

tinh thể Hãy xác ựịnh bán kắnh nguyên tử của bạc (Ag) theo Aồ

đáp sốỖ: r Ag = 1,444Aồ

1.11 đối với nguyên tử kẽm (Zn) người ta biết bán kắnh

nguyên tử và khối lượng mol nguyên tử lần lượt có các giá trị

là 1,38Aồ; 65g/mol

a) Xác ựịnh khôi ìượng riêng trun g bình của Zn (g/cm8)

b) Biết Zn không phải là khôi ựặc mà có khoảng rỗng

nên trong thực tế nó chỉ chiếm 72,5% thể tắch của tinh thể

Hãy cho biết khôi lượng riêng thực của Zn là bao nhiêu?

đáp SỐỖ: a) 9,81 g/cm3; b) 7,11 g/cm3

1.12 Kim loại M tâc dụng vừa ñủ vối 4,032ỉ khí CL ở

ñiều kiện tiíu chuẩn thu ñược 16,02 g MC13 theo phướng trình:

2M + 3C12 = 2MCỈ3

a) Xâc ñịnh khối lượng nguyín tử của kim loại M

b) Tính khôi lượng riíng của M; suy ra tỷ lệ phần trăm

của thể tích thực với thể tích của tin h thể Biết M có bân kính

r = 1,43A°; khối lượng riíng thực lă: 2,7 g/cm3

- ðâp số: a) M = 27b) d = 3,66 g/cm3; %: 73%

1.13 Một câch gần ñúng giữa bân kính h ạt nhđn rn vă sổ"

khối A của một nguyín tử có hệ thức: r n = 1,8.10"1;\ A!/:icm

Hêy xâc ñịnh khối lượng riíng d(g/cm3) của hạt nhđn nguyín tử

ðâp sô: ñ = 6,80.1013 g/cm3

1.14 Dựa văo ñịnh nghĩa hêy xâc ñịnh khôi lượng

nguyín tử ra kg cho một ñơn VỊ khôi lượng nguyín tử (lu) Từ

kết quả tín h ñược, hêy suy ra khối ỉượng nguyín tử tuyệt ñối

của oxi, biết oxi có khôi lượng nguyín tử lă 15,9974 u

ðâp sô': lu = l ,6 6.1 0‘27kg; moxi = 26,567.10"24g

1.15 Một nguyín tử X có tổng sô" câc loại hạt lă 193,

trong ñó sô" proton lă 56

a) Hêy xâc ñịnh sô" khôi của X

b) Tính khối lượng nguyín tử vă khôi lượng hạt nhđn

của nguyín tử X vừa tìm ñược Cho biết tỷ sô" khôi lượng năy

từ ñó níu nhận xĩt cần thiết Câc giâ trị khôi lượng của p, n, e

xem ỗ bảng phụ lục (cuối sâch).

ðâp sô": a) Ax = 137 b) m„ễ = 229,3579.Ỉ0 '2^kg mh/nhên = 229,3070.10'"7kg

_ E n /tù _ = 1 , 0 0 0 2 2

^ h /n h đ n

Khôi lượng nguyín tử hầu như tập tru n g ố h ạ t nhđn

23

1.16 Hoàn th ành sô liệu ghi trong bảng dưới ựây

1.17 Một quả bóng có ựộ ựàn hồi cao, có thể tắch ban ựầu

1 , 2 lắt ỏ 1 atm và 300ồK Quả bóng này bay lên tầng bình lưu có

nhiệt ựộ và áp suất tương ứng bằng 250K và 3.1CT3 atm Tắnh thể

tắch của quả bóng trên tầng bình lưu Chấp nhận khắ là lý tương

đáp sô": 3,3.10^ lắt

1.18 Khắ than ướt (CO + H;) ựược tạo ra khi ựốt c với hơi

nước theo phương trình phản ứng: c + HoO = c o + H2 Khi ựốt

cháy một tấn than cốc trọng hơi nước có 1 0 0 0ồc thì tạo ra ựược

một thể tắch khắ than ưổt là bao nhêu? Tại 2-0ồC dưới áp suất

lOOatm

đáp sô": 4,02.10104 lắt1.19 Một bình dung tắch 2ỉ chứa 3g C 02 và 0,1 0g H2 ở

17ồc Tắnh áp suất riêng của từng khắ và áp suất toàn phần các

khắ tác dụng vào thành bình (giả thiết khắ là lý tưỏng)

đáp sô": PC0 2 = 0,812 atm; PH = 0,3; p = 1,1 1-atm

1.20 đối với lmol khắ N9 ỏ 0ồc sự phụ thuộc của thể tắch

vào áp suất ựược cho dưới ựây:

L21 Một bong bóng khắ bán kắnh l,5cm ở ựáy hồ có nhiệt

ựộ 8,4ồc và có áp suất 2 , 8 atm, nổi lên mặt nước ỏ áp suất khắ

quyển latm , nhiệt ựộ 25ồc Hỏi khắ tới bề mặt của hồ nước thì

bán kắnh bong bóng là bao nhiêu (thể tắch hình cầu bán kắnh R là

4/3ttR3)

đáp sô": 2,2 cm

Chưong II

NGUYÊN LÝ I CA NHIT ĐNG Lực HC NHIT HO HC

A- TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1, Nội dung cùa nguyên lý I

Một hệ nhiệt ựộng khi trao ựổi năng lượng vối môi trường

xung quanh dưối dạng nhiệt Q và công A thì tổng ựại sô" Q + A

luôn luôn là một hằng - SốỖ chỉ phụ thuộc vào trạng thái ựầu và

cuối của hệ, hoàn toàn không phụ thuộc vào ựường ựi:

\ 2 ' ■

-(Trạng thái ựầu) 1 (Trạng thái cuối)

Q(l) + Al) = Q<2) ■*" A2) = + As) = AU = U,'B) - Ư(ắ\)

Với u là nội năng của hệ

Một cách tổng quát:

đây là biểu thức toán của nguyên lý I ỏỖ dạng hữu hạn đôi

với những quá trình vô cùng nhỏ, biểu thức hữu hạn ở trên trỏ

thành:

ỖQ + 8A = d u , (2)

25

Trong 3 ñại lượng nhiệt ñộng Ư, A, Q chỉ có ñại lượng u là

hàm trạng thái; 2 ñại lượng còn lại là những ñại ỉượng ñặc trưng

cho quá trình, tức là chúng phụ thuộc vào ñường ñi

Quy ước về dấu của nhiệt và công:

- Nhiệt Q và công A ñược tính là dương (Q > 0; A > 0) nếu

hệ nhận nhiệt và nhận công từ bên'ngoài

- Nhiệt Q và công A ñược tính là âm (Q < 0; A < 0) nếu hệ

nhưòng nhiệt và sinh công cho bên ngoài

Từ biểu thức (1) ta thấy rằng ñối với hệ cô lập (không trao

ñổi gì vói bên ngoài) Q = 0, A = 0, do ñó AU = 0 Vậy trong hệ cô

lập nội nảng ñược bảo toàn

2 Các biểu thức về công và nh >ng một số quá trình

- Công do hệ thực hiện cho bêĩì ngoài ñược xác ñịnh bằng phương trình:

Vối Pc là áp suất ngoài, 'dv là biến thiên thể tích ðối với

những biến ñổi vô cùng chậm, có thể xem Pe = p với p là áp suất

đỐI vói hệ ựồng thể của khắ lý tưỏng, sự biến thiên thể tắch

ở 2 trạng thái 1 và 2 là do sự biến thiên sô" mol ở 2 trạng thái ựó,

b) N hiệt và nhiệt dung

Nhiệt dung c ựược xác ựịnh như sau:

Vận dụng nguyên lý I cho khắ lý tưỏng ta có:

dư = ÔQ + 5A = ÔQ - P.dV.

Với ựiều kiện ựẳng tắch dV = 0; dư = ÔQv - Cv.ựT.

đôl vối 1 mol khắ lý tưỏng:

67

Qv = AU = J c vñT = CVỢ2 - T ,)

1

nếu Cv không ñổi trong khọảng nhiệt ñộ từ ñến T2

Với ñiều kiện ñẳng áp:

dư + PñV = ÔQ hay d(U + PV) = 5QP;

Với ñiều kiện ñẳng nhiệt T = const

Nội năng u và entanpi H của khí tưỏng chỉ phụ thuộc

nhiệt ñộ, không phụ thuộc vào thể tích cũng như áp suất, do ñó:

a u t — a h t — 0

- Quan hệ giữa Qt) và Qv cùa phản ứng hoá học diễn ra trong pha khí:

Qp = Qv + AnRT (5)Với An là hiệu giữa sô" mol khí ộ vế phải phương trình phản

ứng và số mol khí ở vế trái của phương trình phản ứng

3 N hiệt của phản ứng hóa học

Từ ñịnh luật Hess về nhiệt của phản ứng hoá học có thể

rút ra một hệ quả của sự tính nhiệt của phản ứng dựa vào nhiệt

hình thành và nhiệt ñốt cháy như sau:

>

AHPU = E(AHht) cuối - I(AHkt) ñầu (6)AHpự = Z(AHáe) ñầu - L(AHdc) cuối (7)Nhiệt của phản ứng xác ñịnh theo (6) và (7) là nhiệt ở nhiệt

ñộ không ñổi

Khi nhiệt ñộ thay ñổi thì nhiệt của phản ứng cũng thay ñoi

theo Sự phụ thuộc này ñược biểu thị bằng ñịnh luật Kirchhoff

Vối ACp là hằng sô" trong khoảng Tị h> T2

Từ nhiệt của phản ứng hóa học có thể tính ñược năng lượng

liên kết của các chất có mặt trong phản ứng

AH = z năng lượng liên kết các chất ñầu - ỵ năng lượng

liên kết các sản phẩm (9)

Năng lượng ỉiên kết ở ñây ñược ñịnh nghĩa là năng lượng

cần thiết ñể phá vỡ liên kết hóa học ñể tạo ra các nguyên tử tự ño

ỏ thể khí

B- BÀI TẬP CÓ LỜI GIẢI

y II l Giãn nỏ ñẳng nhiệt 0,850 moi khí lý tưởng từ áp suất

15 atm và nhiệt ñộ 300ƠK tối áp suất latm Tính công giãn nỏ:

29

a) Trong chân không;

b) Khi áp suất ngoài không ñổi là 1 atm;

c) Khi quá trình là thuận nghịch

IL2 Tính Q, A, Aư trong quá trình nén ñẳng nhiệt, thuận

nghịch 3 mol khí He từ 1 atm ñến õ atm ở 400K

Sự nén ñẳng nhiệt 3 mol He là một quá trình tỏa nhiệt.

II.3 So sánh sự khác nhau giữa AH và AƯ ñối với các biến

ñổi vật lý sau ñây:

a) 1 mol nước ñá — 1 mol nưcỊc ỏ 273K và latm

b) 1 mol nước ñá -> 1 mol hơi nước ở 373K và latm Cho\

biết ỏ 273K, thể tích mol của nưốc ñá và nước lỏng bằng 0,0196 \l/mol và 0,0180 1/mol và ở 373K thể tích mol của nước lỏng và

hơi nưóc tương ứng bằng 0,0188 1/mol và 30,611/mol

BÀI GIẢI

Trong cả hai trưòng hợp quá trình là ñẳng áp nên:

AH = AU + A(PV)

= AƯ + P.AV AH - AU = P AVa) AV = V L-V R

b) AV = VH - VL = 30,61 - 0,0188 = 30,59 1/mol

AH - Aư = P.AV = 1 30,59 l.atm hoặc 3100 J/mol

So sánh (AH - Aư) ở (a) và (b) cho thấy sự khác biệt giữa

AH và Aư là quá nhỏ, có thể bỏ qua ñối với các pha ngưng kết, song sự khác biệt giữa hai ñại lượng này là ñárrg kể nếu là pha khí Từ (a) thấy rằng AU > AH do sự giảm thể tích khi nước ñá nóng chảy, kết quả của việc hệ nhận công từ bên ngoài

X II.4 ðốt cháy một mol Benzen lỏng ỏ 25ÍJC, latm ñể tậo ra

khí C 02 và nước (H20) (Z), tỏa ra một nhiệt lượng bằng 3267kJ Xác ñịnh nhiệt hình thành của Benzen lỏng ở ñiểu kiện ñã cho về nhiệt ñộ và áp suất, biết rằng nhiệt hình thành chuẩn của co*, H20 (Z) tương ứng bằng - 393,5 và -235,8 kJ/mol

• Vậy AHjJtc H = 49kJ / mol

II.5 Trộn 50ml dung dịch HC1 0,20M vối dung ñịch NaOH 0,20M trong một nhiệt lượng kế, nhiệt ñộ tăng từ 22,2°c lên

23,5°c.

Xác ñịnh nhiệt trung hòa (tính ra kJ/moì) theo phản ứng:

H30 + + OH' = 2H20

Cho biết tỷ trọng của hỗn hợp dung dịch loãng là Ig/mì và

nhiật dung riềng của nước là 4,18J/g.K

BÀI GIẢIThể tích của hỗn hợp khi pha trộn bằng 50 + 50 = 100ml,

do ñó có khối lượng bằng l.OOg Biến thiên nhiệt ñộ gắn liền vối

phản ứng trung hòa là: 23,5 - 22,2 = l,3°c = 1,3K

Lượng nhiệt Q = m.e.At = 100 X 4,18 X 1,3 =

540J-Sô' mol HCỈ có trong 50ml dung dịch 0,20M

^0

0,2 0.-—-— =0 , 0 1 moi

1000

Tương tự số moi NaOH bằng 0,01 moi

Vậy 0.01 moi H;30 + phản ứng với 0,01 moi 0 H ‘ giải phóng

ra 540J Nhiệt trung hòa ứng vói 1 moi sẽ là: 54000J hay

54kJ/mol

Vậy ñốĩ với phản ứng: HCỈ + NaOH = NaCl + KgO AH = -

54

KJ/moI-IĨ.6 ðỐI với phản ứng: — Ní, + —09 = NO ở 25°c và latm

AH° = 90,37 kJ Xác ñịnh nhiệt của phản ứng ỏ 558K, biết rằng

nhiệt dung ñẳng áp ñõì vổi lmol của N2, 0 2, NO lần lượt bằng

29,12; 29,36 và 29,86 J/K.mol

BÀI GIẢI

Áp dụng ñịnh luật Kirchhoff ta có:

33

Vì Cp của các chát không phụ thuộc T nên:

AH°58 = AH£98 + ACp(558 - 298)

khi tính, ACp không ñược ñưa ra ngoài dấu tích phân và có dạng,

chẳng hạn ACp = Aa + AbT + ACT‘2 +

II.7 Xác ñịnh năng lượng liên kết trung bình của một liên

kết CH trong metan biết nhiệt hình thành chuẩn AHjỉCH =

-74,8kJ/mol; nhiệt thăng hoa của than chì bằng 716,7 kJ/moì và

năng lượng phân ly phân tử H2 bằng 436 kJ/mol

BÀI GIẢINăng lựợng liên kết trưng bình của một liên kết C-H trong

phân tử CH4 bằng 1/4 năng lượng Theo ñịnh nghĩa, năng lượng

liên kết trong CH4 là AH(298 của quá trinh:

CH4(k) C(k) + 4H(k)

Vận dụng ñịnh luật Hess, AHoy* của quá trình phân ly

phân tử thành các nguyên tử tự do ỏ thể khí ñước xác ñịnh nhờ

Bài toán trên ñể cập tói việc tính năng lượng ỉiên kết khi

biết nhiệt hình thành Ngược lại, biết năng lượng liên kết có thể

tính ñược nhiệt của phản ứng, chẳng hạn ñối với phản ứng:

AH&U = z năng lượng liên k a CỈ9 và HI - £ năng

lượng liên kết của I2 và HC1

Năng lượng liên kết của Cl2> HI, I2 và HC1 tương ứng bằng

239, 297, 149 và 431 kJ/moì

AHp Ư = 239 + 2.297 - 149 - 2.431 = -178kJ

ÏL8^)l mol nưóc ñá nóng chảy ỏ 0 °c, 1 atm, hấp thụ một

nhiệt ìượng bằng 6019,2J Thể tích mol của nước ñá và của nước

lỏng bằng 0,0196 và 0,0180 lít Tính AH và AƯ ñối với quá trình

này

BÀI GIẢI

Vì Qp = a h nên AH = 6019,2J

ðể tính Aư ta vận dụng công thức AH = Aư + A(P.V)

;ðối với quá trình ñẳng áp

Sự biến thiên số moi khí là An = ĩ - — = —

2 2

Mặt khác biến thiên thể tích của hệ (AV) do sự hình thành

khí là AV = 1/2 24,4/ = 12,2Z, ỉón hơn rất nhiều so vối sự giảm

thể tk h của graphìt do ñó có thể bỏ qua thể tích graphit

Năng lượng liên kết là Tiăng'lượng trung bình cần ñể phá

vỡ một liên kết xác ñịnh trong phân tử và tạo ra các nguyên tử

hay các gốc Phân tử H2Ọ có 2 liên kết o - H Năng lượng trang

bình của một liên kết 0 - H sẽ bằng 1/2 hiệu ứng nhiệt của phản

ứng H20(k) = 2H(k) + 0(k)

ðể tính hiệu ứng nhiệt này ta vận dụng ñịnh luật Hess

Lấy phương trình (4) nhân vói 1 / 2 rồi cộng vào các phương

trình (1) và (2) ta ñược:

37

là 925 kJ suy ra năng lượng tạo ra 2 liên kết 0 - H là -925 KJ,và

năng lượng trung bình của 1 liên kết o - H là -925/2 = “462,5

kJ/mol

Chủ ý: các tính toán ỏ trên ñểu dựa vào sơ ñồ chuyển hóa

ñược thiết lập trên cơ sỏ ñịnh luật Hess:

1 1.1 1 Tính Hft|3 ñôi với phản ứng c o + ỉ (>2 = COọ biết ỏ

298°K nhiệt hình thành chuẩn của c o và C 02 là 110,5 và

-393,5 kJ/mol ;

Cp (CỌ) = 26,53 + 7,7.10":iT J/K.moi

Cp (C02) = 26,78 + 42,26.10':iT J/K.mol

c p (0 2) = 25,52 + 13,60.10'3T J/K.mol

11.13 Tắnh công thực hiện bỏi phản ứng giữa kẽm và axit

sunfuric loãng khi thu ựược một mol khắ hydro ỏ ựiều kiện 0ồc

và 1 atm

đáp số: -2.27 kJ

39

11.14 Tắnh AU và AH trong quá trình ựun nóng 55,4g Xe từ

300 ựến 400K, biết rằng ựối với 1 mol khắ Xe Cv= l2.47J/K.mol

11.16 Tắnh nhiệt của phản ứng quy về kg nhôm ựôi vói

phản ứng: 2AI + FesOfl = 2Fe + AI9O3

Cho biết AI = 27; AHj[tAỊ o = -1667-,82 kJ/moỉ và

11.18 Chiếc bật lửa gas chứa butan lỏng (AHịJtbutan =

127kJ/mol) Xác ựịnh lượng nhiệt tỏa ra khi Ig bưtan lỏng trong

bật lửa bị ựốt cháy; giả thiết rằng sản phẩm của sự ựốt cháy là

C 02 và hdi H20

đáp số: -4õ.7kJ