Đang tải... (xem toàn văn)
1. KhÝ lý tëng: lµ khÝ mµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ph©n tö khÝ xa nhau ®Õn møc ta cã thÓ bá qua sù t¬ng t¸c gi÷a chóng (khÝ cã ¸p suÊt thÊp) Ph¬ng tr×nh tr¹ng th¸i khÝ lý tëng dïng cho n mol khÝ: PV = nRT ) Ph¶n øng táa nhiÖt vµ ph¶n øng thu nhiÖt: Ph¶n øng nhêng nhiÖt lîng cho m«i trêng gäi lµ ph¶n øng táa nhiÖt: H < 0 Ph¶n øng thu nhiÖt lîng cña m«i trêng gäi lµ ph¶n øng táa nhiÖt: H > 0 b) NhiÖt sinh chuÈn cña mét chÊt: lµ nhiÖt cña ph¶n øng t¹o thµnh 1 mol chÊt ®ã tõ c¸c ®¬n chÊt bÒn ë 1atm vµ 298K.
Nhiệt phản ứng Khí lý tởng: khí mà khoảng cách phân tử khí xa đến mức ta bỏ qua tơng tác chúng (khí có áp suất thấp) Phơng trình trạng thái khí lý tởng dùng cho n mol khí: PV = nRT (P áp suất khí - Pa N/m2 ; V thể tích khí - m3 ; T nhiệt độ khí - K ; R số khí lý tởng - R = 8,314 J K mol = 1,987 cal K mol cal = 4,19 J = 0,082 lít atm K mol lít atm = 101,325 J ) Trong đó: P1V1 = n1RT1 ; P2V2 = n2RT2 v.v Nhiệt phản ứng: a) Phản ứng tỏa nhiệt phản ứng thu nhiệt: Phản ứng nhờng nhiệt lợng cho môi trờng gọi phản ứng tỏa nhiệt: H < Phản ứng thu nhiệt lợng môi trờng gọi phản ứng tỏa nhiệt: H > b) Nhiệt sinh chuẩn chất: nhiệt phản ứng tạo thành mol chất từ đơn chất bền 1atm 298K Ví dụ: C(r) + O2 (k) CO2 (k) có H 298,s = 393,51 kJ mol c) Nhiệt cháy chuẩn chất; nhiệt phản ứng đốt cháy hoàn toàn mol chất oxi tạo thành oxit bền với hóa trị cao Ví dụ: CH4 (k) + 2O2 (k) CO2 (k) + 2H2O (l) có H 298,C (CH4) = 890,34 kJ mol d) Định luật Hess: Nhiệt phản ứng đợc thực V=const P=const (không thực công khác công học) phụ thuộc vào trạng thái đầu (của chất phản ứng) trạng thái cuối (của sản phẩm phản ứng) mà không phụ thuộc vào trạng thái trung gian (tức không phụ thuộc vào quãng đờng chuyển trạng thái đầu đến trạng thái cuối) Ví dụ: C(r) + O2 (k) CO2 (k) H H1 H2 CO (k) + O (k) 2 Theo định luật Hess: H = H1 + H2 Sơ đồ gọi Chu trình Born - Haber Hệ định luật Hess: + Hiệu ứng nhiệt phản ứng thuận Hiệu ứng nhiệt phản ứng nghịch nhng ngợc dấu + Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng nhiệt sinh sản phẩm trừ tổng nhiệt sinh chất phản ứng (trong nhiệt sinh đơn chất đợc coi = 0) Ví dụ: CH4 (k) + 2O2 (k) CO2 (k) + 2H2O (l) 0 0 có H 298,C (CH4) = [H 298,s (CO2) + H 298,s (H2O)] H 298,s (CH4 ) + Hiệu ứng nhiệt phản ứng cháy tổng nhiệt cháy chất phản ứng trừ tổng nhiệt cháy sản phẩm(trong nhiệt sinh đơn chất đợc coi = 0) e) Năng lợng liên kết: lợng cần thiết để phá vỡ liên kết hóa học Hai cách tính Nhiệt phản ứng: Cách 1: Dựa vào định luật Hess H = H1 + H2 (xây dựng chu trình động học) tổ hợp cân bằng: C(r) + CO (k) + Phơng trình tổ hợp: C(r) + O (k) CO (k) 2 O (k) CO2 (k) 2 O2 (k) CO2 (k) H1 H2 H Cách 2: Tính tổng lợng liên kết chất phản ứng (kết mang dấu + nhiệt lợng thu vào) Tính tổng lợng liên kết sản phẩm phản ứng (kết mang dấu nhiệt lợng tỏa ra) tổ hợp hai kết tính đợc Hiệu ứng nhiệt phản ứng Ví dụ: Từ thực nghiệm thu đợc trị số H(Kcal.mol-1) phân ly liên kết 250C : Liên kết HH OO OH CH CO CC 104 33 111 99 84 83 H Hãy giải thích cách tính cho biết kết tính H (cũng điều kiện nh trên) đồng phân hóa: CH3CH2OH (hơi) CH3-O-CH3 (hơi) Giải: CH3CH2OH có liên kết C C ; liên kết C O ; liên kết O H liên kết C H Tổng lợng liên kết chất phản ứng là: 83 + 84 + 111 + (5 ì 99) = + 773 Kcal.mol-1 CH3-O-CH3 có liên kết C O ; liên kết C H Tổng lợng liên kết sản phẩm phản ứng là: (2 ì 84) (6 ì 99) = 168 594 = 762 Kcal.mol-1 Vậy, Hiệu ứng nhiệt phản ứng = + 773 762 = + 11 Kcal.mol-1 Phản ứng phản ứng thu nhiệt 2.4 Tớnh nng lng liờn kt trung bỡnh CH v CC t cỏc kt qu thc nghim sau: - Nhit t chỏy CH4 = - 801,7 kJ/mol - Nhit t chỏy C2H6 = - 1412,7 kJ/mol - Nhit t chỏy Hidrro = -241,5 kJ/mol - Nhit t chỏy than chỡ = -393,4 kJ/mol - Nhit húa hi than chỡ = 715 kJ/mol - Nng lng liờn kt HH = 431,5 kJ/mol Cỏc kt qu u o c 298K v 1atm 2.5 250C v 101,325 kPa H to thnh cu axờtonitryl CH3CN trng thỏi khớ = 88,0 kJ/mol Tớnh nng lng liờn kt C N phõn t ny t cỏc nguyờn t? Bit nng lng cu cỏc liờn kt C H v C C ln lt bng 413 kJ/mol v 348 kJ/mol Cho: Cgraphit Chi H 298 thng hoa = 718,4 kJ/mol H(k) H2 (k) H 0298 = 218,0 kJ/mol 2N (k) N2(k) H 298 = 946,0 kJ/mol 2.6 Cho cỏc s liu nhit ng ca mt s phn ng sau 298K S phn ng (1) (2) (3) (4) Phn ng 2NH3 + 3N2O 4N2 + 3H2O N2O + 3H2 N2H4 + H2O 2NH3 + 0,5O2 N2H4 + H2O H2 + 0,5 O2 H2O Ho298 (kJ) 1011 317 143 286 S0298 (N2H4) = 240 J/K.mol ; S0298 (H2O) = 66,6 J/K.mol S0298 (N2) = 191 J/K.mol ; S0298 (O2) = 205 J/K.mol a) Tớnh nhit to thnh Ho298 ca N2H4 ; N2O v NH3 b) Vit phng trỡnh ca phn ng chỏy Hidrazin v tớnh Ho298 , Go298 v hng s cõn bng K ca phn ng ny c) Nu hn hp ban u gm 2mol NH3 v 0,5mol O2 thỡ nhit ca phn ng (3) th tớch khụng i l bao nhiờu? 2.7 t chỏy mol benzen lng 25 0C, 1atm to khớ CO v H2O lng to mt nhit lng bng 3267kJ Xỏc nh nhit to thnh ca benzen lng iu kin trờn; bit nhit to thnh chun ca CO 2(k) v H2O (l) tng ng bng 393,5 v 285,8 kJ/mol (49 kJ/mol) 2.8 Cho thờm mt lng d axit clohiric loóng vo mt dung dch loóng cha 0,00210 mol KOH Trong phn ng xy cú mt lng nhit 117,3 J c gii phúng a) Hóy tớnh nhit phn ng i vi quỏ trỡnh t phõn ly ca nc b) Thớ nghim c lp li vi dung dch amonic Ngi ta cho mt lng d axit clohidric loóng vo 200 ml dung dch amoniac 0,0100 mol/L phn ng gii phúng 83,4 J Hóy tớnh nhit phn ng ca quỏ trỡnh NH3(nc) + H2O(nc) NH +4 (nc) + OH (nc) ú gi thit rng thớ nghim ny ton b mu th amoniac tn ti di dng NH3 c) Hóy tớnh nhit phn ng i vi quỏ trỡnh: NH3(nc) + H2O(nc) NH +4 (nc) + OH (nc) ú lu ý rng thớ nghim trờn mt phn amoniac ó t phõn ly Kb = 1,77 105 mol/L ( Cn chỳ ý lm k nhng bi mu ) Tính lợng liên kết trung bình CH CC từ kết thực nghiệm sau: - Nhiệt đốt cháy CH4 = - 801,7 kJ/mol - Nhiệt đốt cháy C2H6 = - 1412,7 kJ/mol - Nhiệt đốt cháy Hidrro = -241,5 kJ/mol - Nhiệt đốt cháy than chì = -393,4 kJ/mol - Nhiệt hóa than chì = 715 kJ/mol - Năng lợng liên kết HH = 431,5 kJ/mol Các kết đo đợc 298K 1atm Bài giải: Ta xếp phơng trình (kèm theo ký hiệu nhiệt) cho chất vế triệt tiêu bớt để lại phơng trình CH4 C (r)+ 4H CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O H1 2H2O O2 + 2H2 - H2 CO2 O2 + C (r) - H3 C (r) C (k) H4 2H2 4H 2H5 Tổ hợp phơng trình ta đợc CH4 C(r) + 4H 4H C H = H1 - H2 - H3 + H4 + 2H5 = - 801,5 + 483 + 393,4 + 715 + 2(431,5) = 1652,7 kJ/mol Năng lợng liên kết CH = 1652,7 : = 413,715 kJ/mol Bằng cách tơng tự tính đợc Năng lợng liên kết CC = 345,7 kJ/mol Từ thực nghiệm thu đợc trị số H (theo Kcal.mol-1) phân ly liên kết 250C nh sau: Liên kết H HH 104 OO 33 OH 111 CH 99 CO 84 CC 83 Hãy giải thích cách tính cho biết kết tính H (cũng điều liện nh trên) đồng phân hóa: CH3CH2OH (hơi) CH3-O-CH3 (hơi) Nêu liên hệ dấu H với độ bền liên kết phản ứng CH3CH2OH có liên kết C C ; liên kết C H ; liên kết C O liên kết O H Năng lợng cần thiết phá vỡ liên kết = (83) + (99ì 5) + (84) + (111) = 773 Kcal/mol CH3 O CH3 có liên kết C H liên kết C O Năng lợng tỏa hình thành liên kết = (99 ì 6) + (84 ì 2) = 762 Kcal/mol Vậy phản ứng thu nhiệt, H = 773 762 = 11 Kcal/mol H mang dấu + chứng tỏ độ bền liên kết CH3CH2OH > CH3OCH3 Trong công nghệ hoá dầu , ankan đợc loại hiđro để chuyển thành hiđrocacbon không no có nhiều ứng dụng Hãy tính nhiệt phản ứng sau: C4H10 C4H6 + H2 ; Ho1 (1) o CH4 C6H6 + H2 ; H (2) -1 Biết lợng liên kết , E theo kJ.mol , liên kết nh sau : Liên kết H-H C-H C-C C=C E , theo 435,9 416,3 409,1 587,3 kJ.mol-1 ( Với liên kết C-H , C-C , trị số trung bình hợp chất hiđrocacbon khác ) 2) Tính nhiệt phản ứng : * Tìm hệ số cho chất C4H10 C4H6 + H2 ; Ho1 (1) hay H3C - CH2- CH2-CH3 CH2=CH-CH=CH2 + 2H2 CH4 C 6H6 + H2 ; Ho2 (2) m n Trong E i , Ej lợng liên kết * Từ Hophản ứng = i Ei _ j Ej vế đầu cuối (tham gia , tạo thành) i=1 j=1 phản ứng i , j số liên kết thứ i , thứ j Do Ho1 = ( 10 EC-H + 3EC-C ) - (6 EC-H + EC=C + EC-C + EH-H ) Thay số , tính đợc Ho1 = + 437,0 kJ.mol-1 Tơng tự , ta có Ho2 = 24 EC-H - ( 3EC-C + EC=C + EC-H + EH-H ) Thay số , tính đợc Ho2 = + 581,1 kJ.mol-1 (Ho2 > , phản ứng thu nhiệt ) ĐS: H 10 = + 437,0 kJ/mol H 02 = + 581,1 kJ/mol Xác định lợng liên kết trung bình liên kết C H metan Biết nhiệt hình thành chuẩn metan = 74,8 kJ/mol; nhiệt thăng hoa than chì = 716,7 kJ/mol; lợng phân ly phân tử H2 = 436 kJ/mol Theo định nghĩa: lợng liên kết CH4 H 0298 trình: CH4(k) C (k) + 4H (k) Theo giả thiết: C (r) + 2H2 (k) H 0h.t = 74,8 kJ/mol CH4 C (r) C (k) H2 (k) 2H (k) H t h = 716,7 kJ/mol H 0p.l = 436 kJ/mol Tổ hợp trình cho: H 0298 = 74,8 + 716,7 + (2 ì 436) = 1663,5 kJ/mol Vậy lợng liên kết trung bình liên kết C H = 1663,5 : = 416 kJ/mol Tính lợng liên kết O H phân tử nớc, biết: H2O (l) = H2O (k) H = 40,6 kJ/mol (1) 2H (k) = H2 (k) H = 435 kJ/mol (2) O2 (k) = 2O (k) H = 489,6 kJ/mol (3) 2H2 (k) + O2 (k) = 2H2O (l H = 571,6 kJ/mol (4) ( 462,5 kJ/mol) Hãy xác định lợng nguyên tử hóa NaF (ENaF), biết: - Năng lợng phân ly NaF (Ei) = 6,686 eV - Thế ion hóa Na (INa) = 5,139 eV - Aí lực electron F (EF) = -3,447 eV Bài giải: Ta lập trình kèm theo ký hiệu lợng: NaF Na+ + F Ei + Na + e Na - INa F- e F - EF Tổ hợp trình ta đợc: NaF Na + F ENaF = Ei - INa - EF = = 6,686 - 5,139 + 3,447 = 4,994 eV Hãy so sánh H 298 phản ứng khử Fe2O3 chất khử khác nhau: H2,C CO Qua cho biết để khử sắt oxit dùng chất tốt Biết : H 298 (kJ/mol ) Fe2O3 822,20 H2O(h) - 241,8 CO - 110,5 CO2 - 393,5 ĐS: HH2 = + 96,8 kJ ; HC = + 231,95 kJ ; HCO = 26,8 kJ Khử Fe2O3 nhôm đến tạo Fe Tính: a) H 0298 phản ứng biết dới áp suất atm 250C khử đợc 47,87 g Fe2O3 thoát 254,08kJ b) H 0298 sinh Fe2O3 Biết H 0298 sinh(Al2O3) = - 1669,79 kJ/mol ĐS: a) 847,59 kJ/mol b) 822,20 kJ/mol Khi đốt cháy amoniac tạo nitơ H2O (l) Biết 250C 1atm tạo đợc 4,89lít N2 thoát 153,06 kJ H 298 sinh (H2O lỏng) = - 285,84 kJ/mol Tính: a) H 0298 phản ứng? b) H 0298 sinh NH3(k) ĐS: a) 1530,60 kJ/mol b) 46,11 kJ/mol 10 Khi đốt cháy 0,532 g benzen 250C thể tích không đổi với lợng oxi d toả 22475,746 J sản phẩm CO2(k) H2O(l) Tính : a) Nhiệt cháy benzen? b) H 0298 phản ứng đốt cháy mol benzen ĐS: a) 3295,316 kJ/mol b) H = 3301,509 kJ/mol 11 250C 1atm nhiệt cháy xiclopropan khí, graphit, hidro lần lợt 2091,372; 393,513 285,838 kJ/mol Cũng điều kiện nhiệt tạo thành propen khí 20,414 kJ/mol Tính: a)Nhiệt tạo thành xiclopropan khí 250C ? b) Hiệu ứng nhiệt phản ứng đồng phân hoá xiclopropan (k) propen (k)? ĐS: a) 53,319 kJ/mol b) H = 32,905 kJ/mol 12 H 298 phá vỡ liên kết H2(k) N2(k) lần lợt 436 kJ/mol 945kJ/mol Tính: H 298 phản ứng ĐS: 1173 kJ/mol 13 25 C 101,325 kPa H tạo thành cuả axêtonitryl CH3CN trạng thái khí = 88,0 kJ/mol Tính lợng liên kết C N phân tử từ nguyên tử? Biết lợng cuả liên kết C H C C lần lợt 413 kJ/mol 348 kJ/mol H 298 thăng hoa = 718,4 kJ/mol Cho: Cgraphit Chơi H(k) H2 (k) H 298 = 218,0 kJ/mol 2N (k) N2(k) H 298 = 946,0 kJ/mol ĐS: 888,8 kJ/mol 14 Tính lợng mạng lới KBr Biết H 298 sinh tinh thể KBr = 392,0 kJ/mol 0 H 298 bay brom = 30,7 kJ/mol H 298 nguyên tử hoá kali = 90,0 kJ/mol H 298 tạo thành Br Br = 193,0 kJ/mol lực electron Br = 333,0 kJ/mol Năng lợng ion hóa K = 419,0 kJ/mol ĐS: 697,85 kJ/mol 15 Tính lợng mạng lới ion CaCl2 ,biết rằng: - H0298,s tinh thể CaCl2 = - 795 kJ/mol - Nhiệt nguyên tử hóa H 0a Ca(r) Ca(k) = 192 kJ/mol - Năng lợng ion hóa: Ca(k) 2e Ca2+ (k) I + I2 = 1745 kJ/mol - Năng lợng liên kết (Elk) ClCl Cl2 = 243 kJ/mol - lực electron (E) Cl(k) = -364 kJ/mol Có thể thiết lập chu trình Born-Haber để tính toán theo định luật Hess: Ca(r) + Cl2 (k) CaCl2(r) H 298, s H 0a EClCl -U CaCl (I1 + I2) Ca Ca(k) + 2Cl(k) Ca2+(k) + 2Cl-(k) 2ECl Hoặc sử dụng phơng pháp tổ hợp cân ta có: Ca(r) + Cl2(k) CaCl2(r) H 298,s Ca(k) 2Cl (k) 2+ Ca (k) + 2e 2[ Cl-1(k) e Cộng phơng trình Ca(r) - H 0a Cl2(k) - Elk Ca(k) -(I + I2) Cl (k) ] -2E 2+ ta đợc Ca (k) + 2Cl-(k) CaCl2(r) Năng lợng trình lợng mạng lới ion CaCl2 = H 298,s H 0a Elk (I + I2) 2E = (-795) 192 243 1745 2(-364) = -2247 kJ/mol 16 Tính lực electron(E) oxi từ kiện thực nghiệm sau: - Thế ion hóa thứ thứ hai Mg I1= 7,7eV I2= 15eV - Năng lợng liên kết O2 là: H0 = 493 kJ/mol - Nhiệt thăng hoa Mg là: Hth = 150 kJ/mol - Nhiệt hình thành MgO : Hs = - 610 kJ/mol - Năng lợng mạng lới ion MgO là: U0 = -4054,89 kJ/mol Bằng cách tính tơng tự thu đợc E = - 861,926 kJ/mol (Chú ý: tính I1 I2 đơn vị kJ/mol = 22,7.1,6.10-19 6,02.1023.10-3 ) 17 Từ thực nghiệm,biết lợng ion hóa thứ nhất(I1) Li = 5,390 eV Quá trình Li - 2e Li2+ có E = 81,009 eV Hãy tính: Năng lợng ion hóa I2 Năng lợng kèm theo trình Li - 3e Li3+ Bài giải: Do Li - 1e Li+ có I1 = 5,390 eV nên + Li + 1e Li E = - I1 = - 5,390eV Li - 2e Li2+ E2 = 81,009 eV Tổ hợp trình ta đợc lợng ion hóa I2 Li+ - e Li2+ I2= E1 + E2 = 81,009 - 5,390 = 75,619 eV Muốn tính lợng kèm theo trình Li - 3e Li3+ ta cần tổ hợp trình: Li - 2e Li2+ (đã cho) Li 2+ - 1e Li3+ (I3) Li2+ hệ 1e hạt nhân, nên lợng electron đợc tính theo công thức Z =3 Z2 32 E3 (Li3+ ) = - 13,6 E3 (Li3+ ) =-13,6 = -122,4 (eV) n =1 n 2+ 3+ Li - 1e Li I3 = - E3 = 122,4 eV Li - 2e Li2+ E2 = 81,009 eV 3+ Li - 3e Li E = I3 + E2 = 203,41 eV 18 Xác định nhiệt hình thành mol AlCl3 biết: Al2O3 + 3COCl2(k) 3CO2 + AlCl3 H1 = -232,24 kJ CO + Cl2 COCl2 H2 = -112,40 kJ 2Al + 1,5 O2 Al2O3 H3 = -1668,20 kJ Nhiệt hình thành CO = -110,40 kJ/mol Nhiệt hình thành CO2 = -393,13 kJ/mol Nhiệt hình thành mol AlCl3 nhiệt trình Al + 1,5 Cl2 AlCl3 Để có trình ta xếp phơng trình nh sau: Al2O3 + 3COCl2(k) 3CO2 + AlCl3 H1 3CO + 3Cl2 3COCl2 3H2 2Al + 1,5 O2 Al2O3 H3 3C + 1,5 O2 3CO 3H4 CO2 3C + O2 3(-H5 ) Sau tổ hợp có kết là: 2Al + Cl2 2AlCl3 Hx Hx = H1 + 3H2 + H3+ 3H4+ 3(-H5 ) = (-232,24) + 3(-112,40) + (-1668,20) + 3(-110,40) + 3(393,13) = - 1389,45 kJ Vậy, nhiệt hình thành mol AlCl3 = -1389,45 : = - 694,725 kJ/mol 19 Cho số liệu nhiệt động số phản ứng sau 298K Số phản ứng (1) Phản ứng 2NH3 + 3N2O 4N2 + 3H2O (2) (3) N2O + 3H2 N2H4 + H2O 2NH3 + 0,5O2 N2H4 + H2O (4) H2 S0298 (N2H4) = 240 J/K.mol + 0,5 O2 H2O Ho298 (kJ) 1011 317 143 286 ; S0298 (H2O) = 66,6 J/K.mol S0298 (N2) = 191 J/K.mol ; S0298 (O2) = 205 J/K.mol a) Tính nhiệt tạo thành Ho298 N2H4 ; N2O NH3 b) Viết phơng trình phản ứng cháy Hidrazin tính Ho298 , Go298 số cân K phản ứng c) Nếu hỗn hợp ban đầu gồm 2mol NH3 0,5mol O2 nhiệt phản ứng (3) thể tích không đổi bao nhiêu? a) Ta xếp lại phơng trình lúc đầu để cộng triệt tiêu chất đợc N2 + H2 N2H4 Đó là: 4N2 + 3H2O 2NH3 + 3N2O -H1 3N2O + 9H2 3N2H4 + 3H2O 3H2 2NH3 + 0,5 O2 N2H4 + H2O H3 H2O H2 + 0,5 O2 -H4 Sau cộng ta đợc: 4N2 + 8H2 4N2H4 có 4H5 Suy H5 = (-H1 + 3H2 + H3 - H4) : = (1011 - 317 - 143 + 286) : = 50,75 kJ/mol Từ H5 H4 H2 tính đợc H N 2O = H5 + H4 - H2 = 50,75 - 286 + 317 = 81,75 kJ/mol Từ H5 H4 H3 tính đợc H NH = H5 + H4 - H3 = ( 50,75 - 286 + 143 ) : = 46,125 kJ/mol b) N2H4 + O2 N2 + 2H2O H 0298 = ì ( 286) 50,75 = 622,75 kJ/mol S 0298 = 191 + (2 ì 66,6) 205 240 = 120,8 J/K G 0298 = 622,75 ( 120,8 10 ì 298) = 586,75 kJ/mol G 586, 75.103 = = 236,8 ; K = 10103 RT 8,314 ì 298 c) H = U + PV = U + nRT U = H nRT Với n = 2,5 = 1,5 cho U = 143.103 ( 1,5) ì 8,314 ì 298 = 139 kJ ln K = 20 Tính nhiệt phản ứng 250C phản ứng sau: CO(NH2)2(r) + H2O(l) CO2(k) + 2NH3(k) Biết điều kiện có đại lợng nhiệt sau đây: H1 = CO (k) + H2O (h) CO2 (k) + H2 (k) H2 = CO (k) + Cl2 (k) COCl2 (k) COCl2 (k) + 2NH3 (k) CO(NH2)2(r) + H3 = 2HCl(k) Nhiệt tạo thành HCl (k) H4 = Nhiệt hóa H2O(l) H5 = -41,13 kJ/mol -112,5 kJ/mol -201,0 kJ/mol -92,3 kJ/mol 44,01 kJ/mol Để có phơng trình theo giả thiết, ta xếp lại trình cho kèm theo đại lợng nhiệt tơng ứng tiến hành cộng phơng trình nh sau: CO (k) + H2O (h) CO2 (k) + H2 (k) H1 COCl2 (k) CO (k) + Cl2 (k) -H2 CO(NH2)2(r) + 2HCl(k) COCl2 (k) + 2NH3 (k) -H3 H2 (k) + Cl2 (k) 2HCl(k) 2H4 H2O(l) H2O (h) H5 Sau cộng ta đợc phơng trình nh giả thiết ta đợc: Hx = H1 - H2 - H3 + 2H4 + H5 = -41,13 + 112,5 + 201 - 184,6 + 44,01 = 131,78 kJ/mol 21 Cho Xiclopropan Propen có H1 = - 32,9 kJ/mol Nhiệt đốt cháy than chì = -394,1 kJ/mol (H2) Nhiệt đốt cháy Hidrro = -286,3 kJ/mol (H3) Nhiệt đốt cháy Xiclopropan = - 2094,4 kJ/mol (H4) Hãy tính: Nhiệt đốt cháy Propen, Nhiệt tạo thành Xiclopropan nhiệt tạo thành Propen? Có thể thiết lập chu trình Born-Haber để tính toán dùng phơng pháp tổ hợp cân nói dễ hiểu hơn: a/ Ta có: Phơng trình cần tính CH2=CH-CH3 + 4,5O2 3CO2 + 3H2O H5 = ? phơng trình đợc tổ hợp từ trình sau: CH2=CH-CH3 C3H6 xiclo (-H1) C3H6 xiclo + 4,5O2 3CO2 + 3H2O H4 Cộng phơng trình ta đợc phơng trình cần tính H5 =H4-H1 Vậy, nhiệt đốt cháy propen = - 2094,4 -(-32,9) = - 2061,5 kJ/mol b/ Tơng tự: ( C + O2 CO2 H2 ) ( H2 + O2 H2O H3 ) 3CO2 + 3H2O C3H6 xiclo + 4,5O2 (-H4 ) Tổ hợp đợc 3C + 3H2 C3H6 xiclo H6 = 3H2 + 3H3 - H4 H6 = 3(-394,1) + 3(-286,3) - (-2094,4) = 53,2 kJ/mol c/ Tơng tự nhiệt tạo thành propen là: H7 = 3H2 + 3H3 - H5 = 20,3 kJ/mol 21 Đối với trình đồng phân hoá Xiclopropan thành Propen có H = 32,9 kJ/mol Hãy bổ sung vào bảng sau: Chất C (than chì) H2 Xiclopropan Propen Nhiệt cháy Ho298 cháy (kJ/mol) 394,1 286,3 Nhiệt sinh Ho298 (kJ/mol) 2094,4 22 Đốt cháy mol benzen lỏng 250C, 1atm để tạo khí CO2 H2O lỏng toả nhiệt lợng 3267kJ Xác định nhiệt tạo thành benzen lỏng điều kiện trên; biết nhiệt tạo thành chuẩn CO2(k) H2O (l) tơng ứng 393,5 285,8 kJ/mol (49 kJ/mol) 23 Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng sau: 2NH3 + 3/2 O2 N2 + H2O (1) 2NH3 + 5/2 O2 2NO + 3H2O (2) So sánh khả phản ứng, giải thích phản ứng (2) cần có xúc tác Cho lợng liên kết của: NH3 O2 N2 H2O NO kJ/mol 1161 493 942 919 627 Tính hiệu ứng nhiệt: E1 = (2ENH + 3/2EO ) (EN + EH O) = 1161 + 3/2 493 942 919 = 637,5 kJ E2 = 2ENH + 5/2EO 2ENO 3EH O = 1161 + 5/2 493 627 919 =456,5 kJ - Phản ứng (1) có H âm nên p (1) dễ xảy - Nếu có xúc tác lợng hoạt hoá giảm tốc độ phản ứng tăng, để thực phản ứng (2) cần có xúc tác 24 Phản ứng CaO(r) + CO2(k) CaCO3 (r) xảy nh 250C 9270C? Biết: 3 S 298 H (J/mol.K) 298 (kJ/mol ) 2 2 CaO 39,7 CO2 213,77 CaCO3 88,7 - 635,5 - 393,5 - 1027,0 25 Nhôm oxit bị khử thành kim loại khí hidro không (ở 4270C) ? Biết: S 298 H (J/mol.K) 298 (kJ/mol ) Al2O3 50,9 - 1676,0 H2 130,5 Al 6,755 H2O(h) 188,7 - 241,8 26 Nhiệt độ sôi nớc biến thiên nh áp suất khí dao động 1mmHg? Biết 1000C áp suất khí = 1atm nhiệt hoá nớc 539,7 cal/g; thể tích nớc lỏng 18,78ml/mol nớc 30,199 lít/mol H bh dP.TS V dP 1, 013.105 Giải: = dT = với dP = = 133,2 N/m2 TS V H bh dT 760 T = 3730K ; Hbh = 40477,5 J/mol; V= (30,199 0,01878) 10 3m3/mol 30,18 10 m3/mol 133, 2.373.30,18.103 dTS = = 0,037 độ/ mmHg 40477,5 27 Tính dao động áp suất để nhiệt độ đông đặc H2O biến thiên độ Biết 00C nhiệt nóng chảy nớc 79,7 cal/g ; khối lợng riêng nớc lỏng 0,998 g/cm3, nớc rắn 0,9168 g/cm3 H bh dP = với 1cal/g = 41,3 cm3.at/g Hnc = 79,7 cal/g = 79,7 41,3 cm3.at/g TS V dT 1 Tnc = 2730K nên V = Vl Vr = = 0,088 cm3/g 0,998 0,9168 79, 7.41,3 dP = = 137 at/độ 273( 0, 088) dT 28 Tại nhiệt độ chuyển mol nớc lỏng thành nớc áp suất khí 1atm trình tự xảy Biết nhiệt hoá mol nớc lỏng 40587,80 J biến thiên entropi chuyển trạng thái 108,68 J/K G = H TS = 40587,80 T 108,68 Tại cân H2O (l) H2O (h) G = nên 40587,80 = 108,68.T T = 373,46 K Vậy muốn trình tự xảy T > 373,46 K 30 Nitrosyl clorua chất độc, đun nóng phân huỷ thành nitơ monoxit clo a) Hãy viết phơng trình cho phản ứng b) Tính Kp phản ứng 298K(theo atm theo Pa) Cho: H o 298 (kJ/mol) S 298 (J/K.mol) Nitrosyl clorua Nitơ monoxit Cl2 51,71 264 90,25 211 ? 223 c) Tính gần Kp phản ứng 475K a) 2NOCl 2NO + Cl2 b) Hằng số cân nhiệt động lực học đợc tính theo phơng trình G = RTlnK Trong G = H T S H = [(2 ì 90,25 103) + (2 ì 51,71 103 ) = 77080 J/mol S = [(2 ì 211) + 233 (2 ì 264) = 117 J/mol G = 77080 298 ì 117 = 42214 J/mol 42214 ln K = = 17 Kp = 3,98 10 atm Kp = 4,04 10 8,314 ì 298 Pa c) Tính gần đúng: Kp(T2 ) H 1 77080 1 ữ ln = lnKp(475K) = ữ+ lnKp(298) Kp (T1 ) R T1 T2 8,314 298 475 ln Kp (475) = 5,545 Kp = 4,32 10 atm hay Kp = 437Pa 31 Cho thêm lợng d axit clohiđric loãng vào dung dịch loãng chứa 0,00210 mol KOH Trong phản ứng xảy có lợng nhiệt 117,3 J đợc giải phóng a) Hãy tính nhiệt phản ứng trình tự phân ly nớc b) Thí nghiệm đợc lặp lại với dung dịch amoniăc Ngời ta cho lợng d axit clohidric loãng vào 200 ml dung dịch amoniac 0,0100 mol/L phản ứng giải phóng 83,4 J Hãy tính nhiệt phản ứng trình NH3(nớc) + H2O(nớc) NH +4 (nớc) + OH (nớc) giả thiết thí nghiệm toàn mẫu thử amoniac tồn dới dạng NH3 c) Hãy tính nhiệt phản ứng trình: NH3(nớc) + H2O(nớc) NH +4 (nớc) + OH (nớc) lu ý thí nghiệm phần amoniac tự phân ly Kb = 1,77 105 mol/L 117,3.103 a) Đối với phản ứng OH + H3O 2H2O có H = = 55,9 kJ/mol 0, 00210 Vậy Nhiệt phản ứng trình tự phân ly H2O = 55,9 kJ/mol b) Ta có NH3 + H2O NH +4 + OH H = x (1) + OH + H3O+ 2H2O H = 55,9 kJ/mol (2) 83, 4.10 = 41,7 kJ/mol 0, ì 0, 01 Vậy : x + ( 55,9) = 41,7 H = x = 14,2 kJ/mol + c ( NH ) + c) Theo (1): Kb = = 1,77 105 c(NH ) = 4,12 10 mol/L + 0, 01 c( NH ) + Tổ hợp đợc: NH3 + H3O+ NH + H2O H = 4,12.104 Vậy phần tự phân ly = = 0,0412 mol tồn dới dạng NH +4 0,9588 mol 0, 01 tồn dới dạng NH3 Tơng tự phần (b) tính đợc 0,9588y + ( 55,9) = 41,7 y = 14,8 kJ/mol 32 Hằng số cân (Kc ) phản ứng kết hợp A (k) + B (k) AB (k) 250C 1,8 103 L/mol 400C 3,45.103 L/mol a) Giả sử Ho không phụ thuộc nhiệt độ, tính Ho So b) Hãy tính số cân Kp Kx 298,15 K; áp suất toàn phần atm Kp(T2 ) H 1 H 1 3, 45.103 a) Với ln = ln = ữ Kp (T1 ) R T1 T2 8,314 298,15 313,15 ữ 1,8.10 Tính đợc H = 33,67 kJ/mol 3 Với G = H T S = RTlnK (33,67 ì 10 ) T2 S = 8,314 T2 ln 3,45 10 (33, 67.103 ) + 8,314 ì 313,15 ì ln 3, 45.103 = 175,25 J/K.mol 313,15 1,8.103 n b) Vì Kp = Kc.(RT) với n = nên Kp = = 0,726 atm 8,314 ì 298,15 S = n Kp = Kx (P) với n = nên Kx = 0,726 ì = 0,726 33 Mặc dù iod không dễ tan nớc nguyên chất, hoà tan nớc có chứa ion I (dd): I2 (dd) + I (dd) I (dd) Hằng số cân phản ứng đợc đo nh hàm nhiệt độ với kết sau: Nhiệt độ (0C ) Hằng số cân 15,2 840 25,0 690 34,9 530 Hãy ớc lợng Ho phản ứng Với ln Kp(T2 ) H 1 = ữ; chọn giá trị K nhiệt độ khác Kp (T1 ) R T1 T2 Ví dụ: 15,20C (288,4 K) 34,90C (308,1 K) Với ln H 1 530 = H = 1,72 104 J = 17,2 kJ ữ 8,314 288, 308,1 840 34 Diliti chất thiết yếu cho hệ thống đẩy tàu không gian Enterprise Diliti đợc tạo thành kết nối nguyên tử Liti pha khí: Li (k) + Li (k) Li2 (k) (1) Cho biết: Ho298 hóa (Li(k)) = 159,4 kJ/mol ; Năng lợng liên kết (Li 2+ (k)) = 129,8 kJ/mol Năng lợng ion hóa (Li(k)) = 5,392 eV; Năng lợng ion hoá (Li2 (k)) = 5,113 eV ( 1eV = 96,486 kJ/mol ) a) Hãy tính Ho298 hóa (Li2 (k)) Năng lợng liên kết (Li2 (k)) b) Nhà hóa học huy lò plasma xoắn tàu Enterprise thử nghiệm hoạt động hệ thống ông ta nạp 122,045 g Liti nguyên chất vào buồng phản ứng trống Buồng phản ứng tích 5,9474 x 105 m3, đợc trì nhiệt độ hoạt động 610,25 K Một thiết bị đo áp suất nhạy cho thấy áp suất buồng ổn định 9,462 x 104 Toor (1Toor = 0,133322 kPa); phân tích phơng pháp quang phổ mặt buồng phản ứng cho thấy toàn Liti hoá (Buồng phản ứng làm hợp kim durani có áp suất không 610,25 K.) Tính áp suất riêng Liti diLiti buồng phản ứng Tính số cân bằng, Kc phản ứng (1) nhiệt độ này? NTK Li = 6,941 g/mol * Nạp 122,045 gam Li vào buồng (có áp suất 0) tích 5,9474 105 m3 610,25 K; toàn Li buồng hóa cho thấy áp suất buồng 1,26 104 kPa a) Theo giả thiết: Li (r) Hhh (Li) = 159,4 Li (k) + Li+ (k) + Li (k) E (Li +2 ) = 129,8 Li (k) Li (k) e I = 5,932 ì 96,486 Li+ (k) + Li2 (k) e I = 5,113 ì 96,486 Li (k) Để tìm lợng trình 2Li (r) Hhh (Li2 ) Li2 (k) ta tổ hợp: 2Li (r) 2Li (k) + + Li (k) + Li (k) Li (k) Li (k) e Li+ (k) Li +2 (k) + e Li2 (k) Khi : Hhh (Li2) = 2Hhh (Li) E + I I = (2 ì 159,4) 129,8 + (5,392 5,113) ì 96,486 = 216,0 kJ/mol Để tìm lợng trình Li2 (k) E (Li2 ) 2Li (k) ta tổ hợp Li2 (k) 2Li (r) 2Li (r) 2Li (k) Khi : E (Li2 ) = Hhh (Li2 ) + 2Hhh (Li) = (2 ì 159,4) 216,0 = 102,8 kJ/mol 122, 045 b) Số mol Li = = 17,583 mol 6,941 17,583 ì 8,314 ì 610, 25 Theo PV = nRT ta có P dự đoán = = 0,15 Pa 5,9474.105 Theo cân Li (k) + Li (k) Li2 (k) P riêng phần Li2 = P dự đoán P đo đợc P riêng phần Li2 = 0,15 0,126 = 0,024 Pa P riêng phần Li = 0,126 0,024 = 0,102 Pa 0, 024 n P * Do nồng độ = = nên [Li2] = = 4,73 109 mol/L 8,314 ì 610, 25 ì 103 V RT 0,102 [Li] = = 2,01 108 mol/L 8,314 ì 610, 25 ì 103 [ Li2 ] 4, 73.109 Kc = = = 1,156 10 (2, 01.10 ) [ Li ] 35 Amoni hidrosunfua chất không bền, dễ phân huỷ thành NH3 (k) H2S (k) Cho biết: Hợp chất NH4HS (r) NH3(k) H2S (k) H0 (kJ/mol) 156,9 45.9 20,4 S0 (J/K.mol) 113,4 192,6 205,6 a) Hãy tính Ho298 ,So298 Go298 phản ứng b) Hãy tính số cân Kp 250C phản ứng c) Hãy tính số cân Kp 350C phản ứng trên, giả thiết H0 S0 không phụ thuộc nhiệt độ d) Giả sử cho 1,00 mol NH4HS (r) vào bình trống 25,00 L Hãy tính áp suất toàn phần bình chứa phản ứng phân huỷ đạt cân 250C Bỏ qua thể tích NH4HS (r) Nếu dung tích bình chứa 100,00L, tính lại áp suất toàn phần thí nghiệm a) H0 = 45,9 20,4 ( 156,9 ) = 90,6 kJ/mol S0 = 192,6 + 205,6 113,4 = 284,8 J/K.mol G0 = H0 T S0 = 90600 298,15 ì 284,8 = 5687 J/mol hay 5,687 kJ/mol b) G0 = RT.ln Ka 5687 = 8,314 ì 298,15 ì ln Ka Ka = 0,1008 Kp = Ka = 0,1008 atm2 c) Tơng tự 350C, G0 = H0 T S0 = 2839 J/mol nên Ka = 0,3302 Kp = 0,3302 atm2 d) Do P (toàn phần) = P (NH3) + P (H2S) P (NH3) = P (H2S) = 0,5P (toàn phần) Kp = [0,5P (toàn phần)]2 = 0,1008 P (toàn phần) = 0,635 atm 0, 635 ì 25 PV số mol khí = = = 0,64 mol số mol NH4HS = 0,5ì 0,64= 0, 08314 ì 298,15 RT 0,68 0, 635 ì100 * Nếu dung tích bình 100 L số mol khí = = 2,56 mol 0, 08314 ì 298,15 số mol NH4HS = 0,5 ì 2,56 = 0,28 không chất rắn Khi mol chất rắn chuyển hết thành mol chất khí nên nRT ì 0, 08314 ì 298,15 P (toàn phần) = = = 0,5 atm V 100 36 Cho số liệu sau: H3PO4(d H2PO (dd HPO 24 (dd PO 34 (dd) H2O d) (lỏng) ) ) H 1288 1296 1292 1277 56 (kJ/mol) S0 158 90 33 220 81 (J/K.mol) a) Tính H0 G0 phản ứng trung hoà nấc H3PO4 kiềm HnPO n43 + OH Hn1PO n4 + H2O b) Tính số điện ly H3PO4 250C theo số liệu c) Tính thể tích dung dịch 0,1 mol/L axit kiềm mà trộn chúng với thu đợc 25 ml dung dịch phát lợng nhiệt 90 J 0 a) H0 S0 H+ 0: H H 2O H OH = 56 kJ/mol H 0n = H 30n H 30n +1 56 ; S 30 = S 30n S 04 n + 81 Theo G0 = H0 T S0 có * H 10 = 1296 + ( 56) ( 1288) = 64 kJ/mol ; S 10 = 90 + 81 158 = 13 J/mol.K G 10 = 64 298,15 ì 13 10 = 67,9 kJ/mol * H 02 = 1292 + ( 56) ( 1296) = 52 kJ/mol ; S 02 = 33 + 81 90 = 42 J/mol.K G 02 = 52 298,15 ì ( 42 10 ) = 39,5 kJ/mol * H 30 = 1277 + ( 56) ( 1292) = 41 kJ/mol ; S 30 = 220 + 81 ( 33) = 106 J/mol.K G 02 = 41 298,15 ì ( 106 10 ) = 9,4 kJ/mol b) G H 2O = 56 298,15 ì (81.10 3) = 80,15 kJ/mol G RT H3PO4 + OH H2PO + H2O Theo G0 = RT.ln K ln K = Tổ hợp H2O OH + H+ Cho H3PO4 H+ + H2PO G 10 H 0H 2O G 0a1 = G 10 H 0H 2O = 67,9 ( 80,15)= 12,25 kJ/mol 12, 25.103 = 4,944 8,314 ì 298 Tơng tự H2PO H+ + HPO 24 G 0a = 40,5 kJ/mol ; ln Ka1 = Ka1 = 7,9 10 Ka2 = 8,0 10 HPO H+ + PO G = 70,5 kJ/mol ; Ka3 = 4,4 10 13 c) Số mol H3PO4 = 0,1V1 ; OH = 0,1V2 * Nếu tạo hỗn hợp muối axit : 64 ì 0,1V1+ (0,1V2 0,1V1) ì 52 = 0,09 V1 + V2 = 0,025 Giải pt cho V2 = 0,015 L ; V1 = 0,01 L * Nếu tạo hỗn hợp muối axit muối trung hòa: 52 ì 0,1V1 + (0,1V2 0,1V1) ì 41 = 0,09 V2 = 0,0175 L ; V1 = 0,0071 L 37 Cho số liệu sau: C2H5OH (h) C2H4 (k) H2O (h) 168,6 68,12 228,59 G 298,s (kJ/mol) 4 a3 282,0 219,45 188,72 S 298 (J/mol K) Với phản ứng : C2H4 (k) + H2O (h) C2H5OH (h) a) Hỏi điều kiện chuẩn 250C phản ứng xảy theo chiều nào? b) Phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt? a) G 0298 = 168,6 [68,2 + ( 228,9)] = 8,13 kJ < nên phản ứng theo chiều thuận b) H 0298 = G 0298 + T S 0298 S 0298 = 282,0 (188,72 + 219,45) = 126,17 J/ K H 0298 = 8,13 103 + (126,17 ì 298) = 45728,66 J < phản ứng tỏa nhiệt 38 Cho số liệu sau 270C: NH4COONH2 (r) 645,2 H 300,s (kJ/mol) CO2 (k) 393,5 NH3 (k) 46,20 458,0 394,4 16,64 G 300 (kJ/mol) Với phản ứng : NH4COONH2 (r) CO2 (k) + NH3 (k) a) Hỏi điều kiện chuẩn 270C phản ứng xảy theo chiều nào? b) Nếu coi H0 S0 không đổi T bắt đầu nhiệt độ phản ứng điều kiện chuẩn xảy theo chiều ngợc với chiều phản ứng 270C ? a) G 300 = ( 394,4) + ( 16,64 ì 2) ( 458,0) = 30,32 kJ > Theo G = A + PV hay G = A + PV = A + n.RT với n = A 300 = 30,32 103 ì 8,314 ì 300 = 22837,4 J > nên phản ứng xảy theo chiều nghịch b) H 300 = ( 393,5) + ( 46,2 ì 2) ( 645,2) = 159,3 kJ 159300 30320 H G = = 429,93 J/K mà U0 = H0 nRT 300 300 U 300 = 159300 ì 8,314 ì 300 = 151817,4 J Để phản ứng xảy theo chiều ngợc với chiều 270C A0 = U0 TS0 phải < 0 S 300 = A0 = 151817,4 T ì 429,93 < T > 353,12 K tức 800C phản ứng đổi chiều ... trình cần tính CH2=CH-CH3 + 4,5O2 3CO2 + 3H2O H5 = ? phơng trình đợc tổ hợp từ trình sau: CH2=CH-CH3 C3H6 xiclo (-H1) C3H6 xiclo + 4,5O2 3CO2 + 3H2O H4 Cộng phơng trình ta đợc phơng trình cần. .. lng cu cỏc liờn kt C H v C C ln lt bng 413 kJ/mol v 348 kJ/mol Cho: Cgraphit Chi H 298 thng hoa = 718,4 kJ/mol H(k) H2 (k) H 0298 = 218,0 kJ/mol 2N (k) N2(k) H 298 = 946,0 kJ/mol 2.6... kết phản ứng CH3CH2OH có liên kết C C ; liên kết C H ; liên kết C O liên kết O H Năng lợng cần thiết phá vỡ liên kết = (83) + (99ì 5) + (84) + (111) = 773 Kcal/mol CH3 O CH3 có liên kết