Hệ thống và đề xuất bài tập dùng bồi dưỡng đội tuyển dự thi olympic sinh viên hoá học toàn quốc (phần nhiệt động hoá học động hoá học)

TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN - - HỒ NGỌC QUỲNH PHƢƠNG HỆ THỐNG VÀ ĐỀ XUẤT BÀI TẬP DÙNG BỒI DƢỠNG ĐỘI TUYỂN DỰ THI OLYMPIC SINH VIÊN HĨA HỌC TỒN QUỐC (PHẦN NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC – ĐỘNG HÓA HỌC) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH, NĂM 2017 TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN - - HỒ NGỌC QUỲNH PHƢƠNG HỆ THỐNG VÀ ĐỀ XUẤT BÀI TẬP DÙNG BỒI DƢỠNG ĐỘI TUYỂN DỰ THI OLYMPIC SINH VIÊN HĨA HỌC TỒN QUỐC (PHẦN NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC – ĐỘNG HÓA HỌC) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: SƢ PHẠM HÓA HỌC Hệ đào tạo: Chính quy Khóa học: 2013 - 2017 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN ĐỨC VƢỢNG QUẢNG BÌNH, NĂM 2017 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Đức Vƣợng – ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn, tận tình giúp đỡ tạo điều kiện giúp em trình hồn thành khóa luận Bên cạnh đó, cho phép em đƣợc gửi lời cảm ơn tới thầy Bộ mơn Hóa học, khoa Khoa học Tự nhiên, trƣờng Đại học Quảng Bình, bạn sinh viên lớp đại học sƣ phạm Hóa học K55 tạo điều kiện, động viên khích lệ em thời gian vừa qua Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian có hạn, nên kết nghiên cứu nhiều điều chƣa thực đƣợc nhƣ mong muốn Vì vậy, em mong nhận đƣợc góp ý, bảo thầy giáo, bạn sinh viên để báo cáo em đƣợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Đồng Hới, tháng năm 2017 Sinh viên Hồ Ngọc Quỳnh Phƣơng LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Hệ thống đề xuất tập dùng bồi dưỡng đội tuyển dự thi Olympic sinh viên Hóa học tồn quốc (phần nhiệt động hóa học – động hóa học)” kết nghiên cứu riêng em hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Đức Vượng chưa cơng bố tài liệu Sinh viên HỒ NGỌC QUỲNH PHƢƠNG MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHƢ̃ VIẾT TẮT A MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích đề tài Nhiê ̣m vu ̣ của đề tài Đối tƣợng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cƣ́u Đóng góp của đề tài B NỘI DUNG Chƣơng 1: HỆ THỐNG LÝ THUYẾT 1.1 Nhiệt động hóa học 1.1.1 Nguyên lý I nhiê ̣t đô ̣ng ho ̣c 1.1.2.Nguyên lý II nhiệt dộng học 1.1.3.Nguyên lý III nhiệt động học 1.1.4 Thế đắng nhiệt đẳng áp 1.1.5 Cân hoá học 1.2 Động hóa học 1.2.1 Tốc độ phản ứng hóa học 1.2.2 Động học phản ứng đơn giản 10 1.2.3 Động học phản ứng phức tạp 13 Chƣơng 2: HỆ THỐNG BÀI TẬP 16 2.1 Bài tập nhiệt động hóa học 16 2.1.1 Tính giá trị biến thiên ∆H, ∆S 16 2.1.2 Tính biến thiên lƣợng tự Gibbs và xác định chiều hƣớng phản ứng, chuyển dịch cân hóa học .17 2.1.3 Tính số cân KP, KC 20 2.2 Bài tập động hóa học 24 2.2.1 Xác định lƣợng hoạt hóa phản ứng 24 2.2.2.Xác định bậc phản ứng 25 2.2.3 Xác định số tốc độ k, số cân K phản ứng 27 2.2.4 Xác định tốc độ phản ứng hóa học 30 Chƣơng 3: ĐỀ XUẤT CÁC BÀI TẬP 33 3.1 Đề xuất tập nhiệt động hóa học 33 3.2 Đề xuất tập động hóa học 41 C KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53 Kế t luâ ̣n .53 Kiế n nghi 53 ̣ Hƣớng phát triể n của đề tài 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 DANH MỤC CÁC CHƢ̃ VIẾT TẮT Viế t tắ t Tên đầ y đủ BT Bài tập CBHH Cân hóa học TTCB Trạng thái cân BĐ Ban đầu BTKL Bảo toàn khối lƣợng PƢ Phản ứng CĐ Chất đầu SP Sản phẩm PƢHH Phản ứng hóa học TLTK Tài liệu tham khảo TGPƢ Thời gian phản ứng HT Hình thành TB Trung bình HSKHI Hệ số khí A MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Công tác bồi dƣỡng dội tuyển dự thi Olympic sinh viên công tác mũi nhọn việc bồi dƣỡng nhân tài cho nhà trƣờng nói riêng, cho xã hội nói chung Bồi dƣỡng đội tuyển dự thi Olympic sinh viên cơng việc khó khăn, lâu dài, đòi hỏi nhiều cơng sức thầy trò Đảng xác định nhấn mạnh “Giáo dục quốc sách hàng đầu, động lực quan trọng tạo chuyển biến toàn diện phát triển giáo dục và đào tạo” Xuất phát từ quan điểm đạo Đảng giáo dục – đào tạo, thực chiến lƣợt phát triển giáo dục giai đoạn nhằm hoàn thành mục tiêu “Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dƣỡng nhân tài” Bƣớc đầu mục tiêu đƣợc khẳng định số lƣợng sinh viên đ ạt giải quốc gia quốc tế ngày càng tăng nhanh Đặc biệt kết tham dự kì thi Olympic Hóa học quốc gia đội tuyển sinh viên dự thi nƣớc ta nhiều năm gần ghi nhận nhiều thành tích tự hào và đáng khích lệ Thực tế năm qua, việc dạy học đội tuyển dự thi Olympic Hóa học sinh viên trƣờng đại học gặp khó khăn và thuận lợi định Bên cạnh thuận lợi nhƣ sở vật chất đƣợc tăng cƣờng, quy mô giáo dục đƣợc mở rộng, ngân sách đ ầu tƣ cho giáo dục nhiều số khó khăn nhƣ: tài liệu dùng bồi dƣỡng Olympic hóa học hạn chế, chƣa có hệ thống tập chuyên sâu, nội dung giảng dạy so với nội dung đề thi Olympic Hóa học sinh viên có kho ảng cách xa, khơng sát Vì vậy, để bồi dƣỡng đƣợc đội tuyển dự thi olympic Hóa học sinh viên trƣờng Đại Học cấp thành phố, quốc gia đƣợc tốt nhu cầu thiết yếu phải có hệ thống cho tất chuyên đề nhƣ: cấu tạo chất, nhiệt hóa học, điện hóa học, hóa hữu Trong bài t ập phần nhiệt động hóa học và động hóa học thƣờng đƣợc kì thi Olympic Hóa học quốc gia ứng dụng quan trọng nhiệt, động hóa học Mặt khác, tài liệu bồi dƣỡng đội tuyển Olympic Hóa học sinh viên thiếu, chƣa đƣợc đề cập nhiều Xuất phát từ thực tế đó, em định lựa chọn đề tài “ Hệ thống đề xuất tập dùng bồi dưỡng đội tuyển dự thi Olympic sinh viên Hóa học tồn quốc (phần nhiệt động hóa học – động hóa học)”với mong muốn góp phần nâng cao hiệu trình bồi dƣỡng đội tuyển dự thi Olympic sinh viên Hóa học tồn quốc Mục đích của đề tài Xây dƣ̣ng ̣ thố ng và đ ề xuất tập phầ n nhi ệt động hóa học – động hóa học nhằm bồi dƣỡng đội tuyển dự thi Olympic sinh viên Hóa học tồn quốc Nhiê m ̣ vu ̣ của đề tài - Xây dựng hệ thống lý thuyết nhiệt động hóa học – động hóa học - Nghiên cƣ́u chƣơng triǹ h c huyên hóa , cấ u trúc các đề thi Olympic Hóa học sinh viên tồn quốc - Xây dƣ̣ng ̣ thố ng bài t ập phần nhiệt động hóa học – động hóa học - Đề xuất tập dùng bồi dƣỡng đội tuyển Đối tƣợng nghiên cứu - Hệ thống và đề xuất tập dùng bồi dƣỡng đội tuyển dự thi Olympic sinh viên Hóa học tồn quốc (phần nhiệt động hóa học – động hóa học) Phạm vi nghiên cứu - Nơ ̣i dung : Phầ n nhi ệt động hóa học và động hóa học gờ m lý thú t và bài t ập dùng bồi dƣỡng đội tuyển dự thi Olympic sinh viên toàn quốc - Thời gian : Tƣ̀ tháng 12 năm 2016 đến tháng năm 2017 Phƣơng pháp nghiên cƣ́u - Tổ ng hơ ̣p , phân tích, ̣ thố ng và khái quát hóa các nguồ n TLTK của đề tài - Nghiên cƣ́u chƣơng triǹ h chuyên hó a ho ̣c - Sƣu tầ m câu hỏ i và bài tâ ̣p có liên quan các tài liê ̣u , tạp chí , đề thi… - Trao đổ i, học hỏi kinh nghiệm bồ i dƣỡng đô ̣i tuyể n Olympic hóa học sinh viên với các thầ y tở H óa trƣờng Đại học Quảng Bình Tham khảo thêm kinh nghiê ̣m , sáng kiến kinh nghiệm thầy cô qua mạng internet Đó ng góp của đề tài - Đã xây dƣ̣ng đƣơ ̣c ̣ thố ng kiế n thƣ́c lý thuyế t , câu hỏi và bài tâ ̣p phầ n nhi ệt động hóa học và động hóa học - Nơ ̣i dung khóa l ̣n là tài liê ̣u bổ ić h cho giáo viên và đô ̣i tuyể n s ự thi Olympic sinh viên tham khảo , còn là tài liê ̣u tham khảo cho các sinh viên khố i nghành sƣ phạm hóa B NỘI DUNG Chƣơng 1: HỆ THỐNG LÝ THUYẾT 1.1.Nhiệt động hóa học 1.1.1 Nguyên lý I nhiê ṭ đô ̣n g học[2], [5], [6], [8], [10], [12] - Hệ nhiệt động phần vũ trụ có giới hạn xác định đƣợc khảo sát phƣơng diện trao đổi lƣợng vật chất, tập hợp số lớn tiểu phân Thế giới xung quanh hệ là mơi trƣờng Hệ trao đổi lƣợng (nhiệt, công) vật chất với mơi trƣờng ngồi - Hệ lập hệ không trao đổi chất và lƣợng với môi trƣờng, nghĩa là khối lƣợng và lƣợng hệ không biến đổi - Hệ kín (hệ đóng) hệ trao đổi lƣợng với môi trƣờng, nghĩa là lƣợng hệ biến đổi, khối lƣợng khơng thay đổi - Hệ mở (hệ hở)là hệ trao đổi chất và lƣợng với môi trƣờng Trong trƣờng hợp khối lƣợng và lƣợng hệ thay đổi - Hệ đoản nhiệt hệ có trao đổi chất nhƣng khơng có trao đổi nhiệt với môi trƣờng - Năng lượng là “thƣớc đo” chuyển động vật chất Có nhiều hình thức trao đổi lƣợng hệ với môi trƣờng ngoài, có hai hình thức thƣờng gặp là nhiệt (A) cơng (Q) - Ngun lí I trƣờng hợp định luật bảo toàn chuyển hóa lƣợng: Năng lƣợng khơng tự nhiên sinh ra, không tự nhiên mà chuyển từ dạng sang dạng khác theo tỉ lệ tƣơng đƣơng nghiêm ngặt  Q(1) + A(1) = Q(2) + A(2) = Q(3) + A(3) = ∆U = U(Y) – U(X)(U nội hệ) Tổng quát: Q + A = ∆U Với hệ cô lập: Q = 0, A =  ∆U = 0: ngƣời ta nói hệ lập nội đƣợc bảo tồn Nếu hệ nhận nhiệt nhận cơng nhiệt Q cơng A có giá trị dƣơng (Q > 0, A > 0) Nếu hệ nhƣờng nhiệt sinh công cho môi trƣờng nhiệt Q cơng A có giá trị âm (Q < 0, A < 0) - Điều kiện chuẩn phản ứng + Mỗi chất phản ứng (bao gồm chất tham gia sản phẩm) nguyên chất + Có P = 1atm (nếu chất khí) CM = 1M (nếu chất tan dung dịch) 1,50.10 -6 6,00.10 -6 0,03 1,52.10 -8 1,50.10 -6 6,00.10 -6 0.06 7,10.10 -8 (9100C) Xác đinh bậc phản ứng hình thành BP viết biểu thức tốc độ phản ứng Tính số tốc độ 850 oC 910 oC Tính lƣợng hoạt hóa phản ứng Phân tích: Ta có biểu thức tốc độ phản ứng: v = k[BBr 3]x[PBr3 ]y[H2]z Từ số liệu (1,50.10 -6)x(6,00.10 -6)y (0,06)z 1,52.10 -8 1 =  = x=1 x y z (3,00.10 -6) (6,00.10 -6) (0,06) 3,04.10 -8 x (1,50.10 -6)x(6,00.10 -6)y (0,06)z 1,52.10 -8 y z= -6 x -6 y -8 4 =4y=1 (1,50.10 ) (1,50.10 ) (0,06) 0,38.10 (1,50.10 -6)x(6,00.10 -6)y (0,06)z 1,52.10 -8 z z= -6 x -6 y -8 2 =1z=0 (1,50.10 ) (6,00.10 ) (0,03) 1,52.10 Vậy bậc phản ứng Biểu thức tốc độ phản ứng: v = k[BBr ][PBr3] k850 = k910 = v BBr3 [PBr3 ] v BBr3 [PBr3 ] = = 1,52.10 -8 -6 1,50.10 6,00.10 7,10.10 -8 -6 1,50.10 6,00.10 -1 -1 -6 =1688,89 (L s mol ) -1 -1 -6 =7888,89(L s mol ) Phƣơng trình Arrhenius có dạng: lgk=lgA‒ Ea 2,303RT Ta có: lgk1 =lgA‒ lgk2 =lgA‒ Trừ (1) cho (2) ta đƣợc: lgk1 ‒lgk2 =‒ Ea ‒ 2,303R T1 T2 42 Ea 2,303RT1 Ea 2,303RT2 (1) (2) Ea =‒2,303Rlg k1 k2 : ‒ T1 T2 =165237,33 J/mol 2- Bài 2:Phản ứng KI với ion pesunfat (S2 O8 )tạo thành I2 ion sunfat Khảo sát động học phản ứng 25 0C nhận đƣợc kết phụ thuộc tốc độ đầu v0 vào nồng độ đầu chất phản ứng C0 Kết đƣợc trình bày bảng dƣới: Co(I-), mmol/L Co((S2 O8 ), mmol/L vo mol/(L.s) 0,05 0,1 1,15.10 -8 0,1 0,1 2,3.10 -8 0,1 0,3 6,9 10 -8 2- Viết phƣơng trình phản ứng xảy cho ion pesunfat phản ứng với KI (chấp nhận phƣơng trình ion thu gọn) Xác định bậc riêng phần chất, viết biểu thức động học tính số tốc độ phản ứng 25 0C Theo kết tra cứu lƣợng hoạt hóa phản ứng vào khoảng 55kJ/mol Tính nhiệt độ cần thiết để tăng vận tốc phản ứng lên 10 lần (oC) cho nồng độ chất đƣợc giữ khơng đổi Tính thời gian cần thiết (giờ) để giảm nồng độ chất phản ứng 20 lần nồng độ đầu chất 1.0 mmol/L 25 0C Phân tích: 2- 2- v = k.[I- ]x[S2 O8 ]y Ta có: 2,3.10-8 1,15.10 -8 = 0,1 x 0.1 y x 0.05 0,1 y 2=2xx=1 6,9.10-8 0,1x 0.3y y -8 = 0.1 x 0,1 y 3=3 y=1 2,3.10 2- Vậy biểu thức vận tốc: v = k.[I- ][S2 O8 ] Hằng số tốc độ phản ứng: k= 2- 2I- + S2 O8 →2SO4 + I2 v 1,15.10-8 = =2,3 L/mol.s -6 I- [S2 O28 ] 0,05.0,1.10 43 Tốc độ phản ứng tăng thay đổi số tốc độ Áp dụng phƣơng trình Arrhenius thì: ln ln k25 = kT Ea 10.k25 − TT 55000 = 298 - 8,314 TT 298 = 8,314.ln0,1 55000 =-3,48.10 -4 + TT - R TT T25 k25 1 298 =ln0,1 =-3,48.10-4 =3,01.10-3 T = 332,23K ≈ 59,23 oC Với phản ứng bậc có nồng độ chất nhau, áp dụng biểu thức: - C C0 =kt 0,05.10 -3 - 1.10 -3 =2,3tt=8260,8 s Bài 3: Các trình trao đổi chất thể động vật sản sinh chất độc - hại, thí dụ O2 Nhờ tác dụng xúc tác số enzim (E) mà chất bị phân - hủy, thí dụ: O2 + H+ E O2 + H2O2 () Ngƣời ta nghiên cứu phản ứng () 25o C với xúc tác E xúc tác supeoxidemutaza (SOD) Các thí nghiệm đƣợc tiến hành dung dịch đệm có pH 9,1 Nồng độ đầu SOD thí nghiệm 0,200.10 6 mol.L1 Tốc - độ đầu Vo phản ứng nồng độ đầu khác O2 đƣợc ghi bảng dƣới đây: C0(O2 ) mol.L-1 1,34.10 -5 6,7.10 -5 2,01.10 -4 v0 mol.L-1.s-1 6,70.10 -3 3,35.10 -2 10,05.10-2 - Thiết lập phƣơng trình động học phản ứng () điều kiện thí nghiệm cho Tính số tốc độ phản ứng Có thể chấp nhận chế sau cho phản ứng () đƣợc không: - k1 E - + O2 E + O2 E - k2 + O2 2- E + O2 (1) (2) 44 2- O2 + H+ k3 H2O2 (3) E phần tử trung gian ho ạt động Phân tích: 1) v=k[H+ ]α [O2 ]β ; Vì [H+ ] số nên v=k[O2 ]β - - 6,70.10 -3 = k (1,34.10 -5 )β 3,35.10 -2 = k (6,70.10 -5 )β 10,05.10-2 = k (2,01.10 -4)β 6,70.10 -3 3,35.10 -2 1,34.10 -5 = 3,35.10 -2 10,05.10-2 6,70.10 -3 10,05.10-2 6,70.10 β -5 6,70.10-5 = →0,2=(0,2)β → β=1 β = β → = 3 2,01.10-4 1,34.10-5 β 2,01.10-4 → 15 = → β=1 β 15 →β=1 - Vậy v = k[O2 ] 2) k= k= k= 6,70.10-3 1,34.10-5 3,35.10-2 6,70.10-5 =500,00s-1 =500,00s-1 10,05.10 -2 2,01.10 -4 =500,00s-1 ktb = 500,00 s-1 Phản ứng (3) diễn nhanh H2 O2 axit yếu Phản ứng (2) nhanh phản ứng (1) E- tiểu phân trung gian hoạt động - Nhƣ v = k1 [E][O2 ] Mặt khác nồng độ E- cố định nên nồng độ E cố định ta có: - V = k[O2 ] với k = k1 [E] 45 Cơ chế cho phù hợp với phƣơng trình động học tìm đƣợc thực nghiệm chấp nhận đƣợc Bài 4: Sự phân hủy axeton điễn theo phản ứng: CH3COCH3 → C2 H4 + H2 + CO (1) Theo thời gian phản ứng, áp suất chung hệ đo đƣợc là: t (phút) 7,5 14 20,1 P (mmHg) 300 415 497,4 560,3 Hãy chứng tỏ phản ứng phản ứng bậc tính số tốc độ phản ứng Tính thời gian nửa phản ứng phản ứng Phân tích: Hằng số tốc độ phản ứng bậc đƣợc xác định hệ thức: a k= ln (*) t a‒ x Để chứng minh phản ứng (1) phản ứng bậc 1, ta kiện vào phƣơng trình (*) để tính k phản ứng (1), số thu đƣợc định phản ứng bậc Vì áp suất tỉ lệ với nồng độ chất nên phƣơng trình động học biểu diễn theo áp suất riêng phần Gọi P áp suất đầu axeton y áp suất riêng phần C2H4 thời điểm t, ta có P H2 =P CO =PC2H4 = y P axeton = P – y Nhƣ áp suất chung hệ là: P = P ‒ y + 3y= P + 2y → y = P - P0 p0 ‒ y = 3P - P Áp dụng hệ thức (*): k= 2,303 k1 = k2 = k3 = t lg 2,303 7,5 2,303 14 2,303 20,1 Po P0 ‒ y lg lg lg = 2,303 t 2.300 3.300 ‒ 415 lg 2P o 3P o ‒ P ta có: =0,0283 (phút-1 ) 2.300 3.300 ‒ 497,4 2.300 3.300 ‒ 560,3 =0,0285 (phút-1 ) =0,0283 (phút-1 ) k1 ≈ k2 ≈ k3 Vậy phản ứng phân hủy axeton phản ứng bậc Hằng số tốc độ trung bình phản ứng (1) là: 46 k= 0,0283+0,0285+0,0283 =0,0284 (phút-1 ) Thời gian nửa phản ứng phản ứng (2) là: t1/2 = ln2 k = ln2 0,0284 =24,41 phút *Bài tập tự giải Bài 1:Cho phản ứng pha khí sau: A2(k) + 2B(k)→ 2AB(k) Phản ứng đƣợc tăng tốc xúc tác C Tốc độ chung phản ứng tăng tuyến tính tăng nồng độ xúc tác Khảo sát 355K với [C] = 0,015 mol.L-1 cho kết bảng sau: Thí nghiệm [A2 ] (mol.L-1) [B] (mol.L-1) Tốc độ đầu (mol.L-1.s-1 ) 0,05 0,15 4,05.10 -8 0,05 0,05 1,35.10 -8 0,5 0,05 4,27.10 -8 Cho biết biểu thức tốc độ phản ứng? Tính giá trị số tốc độ kphản ứng 355 K Ghi rõ thứ nguyên Một chế đề nghị cho phản ứng nhƣ sau: A2(k)⇌ 2A(k) k1Cân nhanh A(k) + B(k) + C(k) → ABC(k) k2 ABC(k) → AB(k) + C(k) Chậm K3 Cơ chế đề nghị có phù hợp với biểu thức tốc độ phản ứng đƣa hay không? Chứng minh chế đề nghị phù hợp với tốc độ phản ứng phù hợp với biểu thức tốc độ đƣợc xác định từ thực nghiệm Đáp án: v = ktổng[A2]1/2 [B] k = 1,208.10 -6 (L1/2 mol1/2 s-1) 3.Phù hợp 4.Tốc độ tiêu thụ B:v= k2 k1 k-1 C [A]2 [B] Bài 2: Phản ứng sau đƣợc khảo sát 25oC dung dịch benzen có chứa piridin 0,1M: 47 CH3OH + (C6H5 )3CCl → CH3OC(C6H5)3 + HCl A B C Quan sát tập hợp đƣợc số liệu sau: Nồng độ đầu Thí nghiệm ∆t Nồng độ cuối [A]o [B]o [C]o Phút M (1) 0,05 0,10 0,0000 25,0 0,0025 (2) 0,05 0,20 0,0000 10,0 0,0020 (3) 0,10 0,20 0,0000 6,5 0,0052 1.Luật tốc độ phản ứng phù hợp với số liệu Hãy biểu diễn giá trị trung bình số tốc độ theo giây và đơn vị nồng độ mol Đáp án: v = k [A] 2[B] k tb = 6,67.10 -3l2mol-2s-1 Bài 3: Nghiên cứu động học phản ứng dẫn đến thông tin quan trọng chi tiết phản ứng hóa học Sau xem xét hình thành NO phản ứng với oxy Sự hình thành NO xảy theo phản ứng sau: 2NOCl(k) → 2NO(k) + Cl2(k) Hằng số tốc độ phản ứng cho bảng: T(K) k (l.mol-1.s-1) 350 3,5.10 -8 500 8,5.10 -3 Hằng số khí R = 8,314 J.mol -1.K-1 Áp dụng phƣơng trình Arrhenius tính lƣợng hoạt hóa phản ứng Phản ứng NO H xảy theo phƣơng trình: 2NO (k) + 2H2(k) →N2(k) + H2 O (k) Đối với phản ứng này ngƣời ta đề nghị chế nhƣ sau: 2NO ⇌ N2 O2 N2O2 + H2 k1 N2O + H2 O Kcb (chậm) 48 (nhanh) (2) (1) N2O + H2 k2 N2 + H2O (nhanh) (3) Dựa vào chế viết biểu thức tốc độ phản ứng Thực nghiệm chứng minh rằng: v = k[N2O2 ][H2 ] Đáp án: Ea = 120,3 kJ.mol-1 v = Kcb.k1 [NO]2 [H2 ] Bài 4:Ion peroxodisunfat oxy hóa tất ion halogenua (trừ ion florua) để tạo thành halogen phân tử Tốc độ đầu (vo) phản ứng tọa thành iot phụ thuộc vào nồng độ đầu phản ứng sau 25o C: 2- 2- S2 O8 + 2I- → 2SO4 + I2 (1) Ta có bảng sau: Co(S2 O8 )(mol.l-1) Co(I- ) (mol.l-1) vo (10 -8.mol.l-1 s-1) 0,0025 0,025 2,4 0,005 0,025 4,8 0,005 0,0125 2,4 2- Xác định bậc chung bậc riêng phần ion phản ứng (1).Viết biểu thức tốc độ phản ứng (1) Tính số tốc độ phản ứng (1) Năng lƣợng hoạt hóa phản ứng cho là Ea = 50 kJ.mol-1 Xác định nhiệt độ (oC) mà số tốc độ phản ứng tăng 20 lần Đáp án: v = k[S 2O82-][I- ] k = 3,84.10 -4 T = 77 oC Bài 5: - Cho phản ứng: BrO3 (aq) + Br- aq) + 6H+(aq) → 3Br2(aq) + H2O(l) Tốc độ phản ứng đo đƣợc dựa vào phụ thuộc nồng độ đầu chất phản ứng Kết thí nghiệm đƣợc cho bảng sau: 49 Nồng độ chất đầu (mol/l) Thí vo nghiệm BrO-3 Br- H+ (mol/l.s) 0,05 0,05 0,05 6,2.10 -4 0,10 0,05 0,05 1,24.10 -3 0,05 0,15 0,05 1,86.10 -3 0,1 0,05 0,075 2,79.10 -3 Viết biểu thức tốc độ phản ứng Hằng số tốc độ phản ứng: C2H5 Br (g) → C2H4 (g) + HBr (g) có giá trị k = 6.10 -6s-1 550K Năng lƣợng hoạt hóa phản ứng Ea = 205,5 kJ/mol Tính nhiệt độ mà tốc độ phản ứng tăng gấp năm lần Đáp án: - v = k[BrO3 ][Br- ][H+]2 2.T = 570,4K Bài 6:Sự phân hủy H2O2 dung dịch nƣớc phản ứng bậc Để tìm giá trị trung bình số tốc độ phản ứng, ngƣời ta đem chuẩn độ thể tích dung dịch H2O2 thời điểm khác dung dịch KMnO4 thu đƣợc kết sau: t (phút) 12 24 36 Thể tích KMnO4 (ml) 18,7 9,63 4,94 2,55 Xác định số tốc độ k phản ứng phân hủy H2O2 Đáp án: k=0,0554 phút -1 Bài 7:Một phản ứng xảy theo phƣơng trình: X(k) → Y(k) (1) Khi nồng độ đầu [X]0 = 0,15 mol.L-1 tốc độ đầu phản ứng v0 25 0C 6,15.10 -4 mol.L-1.ph-1 ; Định luật tốc độ phản ứng có dạng v = k[X], k là số tốc độ phản ứng Tìm biểu thức liên hệ lgv (logarit tốc độ phản ứng) với thời gian phản ứng t tính hệ số biểu thức này cho trƣờng hợp phản ứng (1) Tính thời gian phản ứng nửa điều kiện nói Đáp án: 1.lgv = -3,21-1,78t t = 169,06 phút 50 Bài 8: Hiđroasenua AsH3 chất khí, nóng bị phân hủy theo phản ứng bậc thành đihiđro và asen Để nghiên cứu phản ứng này ngƣời ta cho khí hiđroasenua vào bình chân khơng, thể tích khơng đổi, nhiệt độ thích hợp xác định Khi áp suất áp kế P = 500 mmHg Sau 180 phút, áp kế 650 mmHg 1) Tính số tốc độ phản ứng thời gian biểu thị phút 2) Sau nửa lƣợng ban đầu AsH3 bị phân hủy? Khi áp suất chung hỗn hợp khí bình bao nhiêu? 3) Thực tế sau giờ, áp kế 875 mmHg Giả thiết nhiệt độ này, H2 chƣa bị phân li thành hidro nguyên tử mà có As rắn bị hóa thành dạng phân tử Asn Xác định n Đáp án: 5,091.10 -3 phút-1 2 15 phút giây; P1/2 = 625 mmHg n = Bài 9:Có hai phản ứng bậc nối tiếp nhau: A k1 B k2 C; nồng độ B có giá trị cực đại thời điểm τ tính theo phƣơng trình ln tmax = k2 k1 k2 -k1 Tỉ số k2/k1 phải nhƣ nào để τ nửa chu kì chuyển hóa chất A Nồng độ chất B đạt giá trị cực đại sau 90 giây, nồng độ chất A giảm lần sau 150 giây Xác định k1 k2 Đáp án: k 2/k1=2 k 1=4,62.10 -3 s-1; k2=0,022 s -1 Bài 10:Để phân hủy phân tử H2 O2 với tốc độ phản ứng đáng kể, ngƣời ta cần nhiệt độ cao chất xúc tác, ví dụ nhƣ ion iodua dung dịch trung tính Bảng dƣới ghi lại số liệu thu đƣợc qua thực nghiệm tốc độ thoát oxy từ dung dịch H2O2 Để đạt mục đích đó, ngƣời ta trộn lẫn dung dịch H2 O2 3% (30 gam H2O2 /1L dung dịch), dung dịch KI (C= 0,1 mol.L-1) với nƣớc 51 Thí nghiệm dd H2 O2 (ml) dd KI (ml) H2 O (ml) v(O2)* ml/phút 25 50 75 6,5 50 50 50 13 100 50 26 50 25 75 6.5 50 100 26 *: Tại 298K 1,013.10 5Pa Xác định bậc phản ứng H2O2 và chất xúc tác Hãy viết phƣơng trình tỉ lƣợng phản ứng Và viết biểu thức tốc độ phản ứng Tính nồng độ H2 O2 (mol.L-1 ) bắt đầu thí nghiệm Đáp án: Phản ứng bậc H2O2; Phản ứng bậc đối vối chất xúc tác v=k[H2O2][I-] Co = 0,294 mol/L 52 C.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kế t luâ ̣n Trên là hệ thống và đề xuất tập dùng bồi dƣỡng đội tuyển dự thi Olympic sinh viên Hóa học tồn quốc (phần nhiệt động hóa học – động hóa học) Tƣ̀ nhƣ̃ng mu ̣c đích và nhiê ̣m vu ̣ ban đầ u đă ̣t , đề tài hoàn thành đƣợc : - Đã ̣ thố ng đƣơ ̣c kiế n thƣ́c phầ n sở lý thuyế t phầ n : Lý thuyết v ề nhiệt động hóa học, động hóa học làm tài liê ̣u bổ ić h cho viê ̣c b ồi dƣỡng đội tuyển dự thi Olympic sinh viên Hóa học tồn quốc - Biên soa ̣n đƣơ ̣c ̣ thố ng câu hỏi gắ n sát với nô ̣i dung lý thuyế t tâ ̣p phong phú , đa da ̣ng và thƣờng gă ̣p các kỳ thi , ̣ thố ng bài Các câu hỏi và bài tậ p đƣơ ̣c sắ p xế p theo mƣ́c đô ̣ khó tăng dầ n , mỗi da ̣ng đề u có bài tâ ̣p mẫu ở phầ n bài tâ ̣p , bài tập đề xuất Kiế n nghi ̣ Qua quá trình nghiên cƣ́u đề tài , em có số kiến nghị sau : - Cầ n ta ̣o điề u kiê ̣n để phát huy đƣơ ̣c tí nh tić h cƣ̣c , tƣ̣ giác ho ̣c tâ ̣p của sinh viên, giáo viên giữ vai trò là ngƣời đ ịnh hƣớng cho sinh viên - Viê ̣c biên soa ̣n các kiế n thƣ́c hóa ho ̣c theo hƣớng chuyên đề se ̃ ta ̣o điề u kiê ̣n tố t cho giáo viên và sinh viên hoạt động dạy học Ngƣời da ̣y se ̃ có cái nhìn toàn diê ̣n và bao quát kiến thức , nhƣ̃ng nô ̣i dung mới và khó đƣơ ̣c truyề n thu ̣ nhe ̣ nhàng - Giáo viên cần thƣờng xuyên bồi dƣỡng kiến thức chuyên môn , kỹ giảng dạy và tra o đổ i kinh nghiê ̣m với đồ ng nghiê ̣p - Trong trƣờng đa ̣i ho ̣c nên có nhiề u sách v ề tập chuyên đề để giảng viên và sinh viên tiện nghiên cứu Hƣớng phát triể n của đề tài Tƣ̀ các kế t quả thu đƣơ ̣c đề tài chún g se ̃ phát triể n đề tài theo hƣớng sau: - Bổ sung kiế n thƣ́c lý thuyế t , câu hỏi và bài tâ ̣p phầ n nhiệt đô ̣ng hóa ho ̣c - Tiế p tu ̣c biên soa ̣n và sƣu tầ m thêm các câu hỏ i , làm phong phú hệ thống bài tập - Trao đổ i và xin ý kiến đánh giá thầy trực tiếp giảng dạy mơn hóa trƣờng Đ ại học Quảng Bình để hoàn thiê ̣n đề tài 53 - Tiế n hành thƣ̣c nghiê ̣m sƣ pha ̣m và sƣ̉ du ̣ng số liê ̣u thố ng kê toán ho ̣c để đánh giá kết thực nghiê ̣m ban đầ u của đề tài Do thời gian không nhiề u cũng nhƣ triǹ h đô ̣ ̣n chế của bản thân và các điề u kiê ̣n thƣ̣c tế không cho phé p , sƣ̣ thiế u sót là không thể tránh khỏi Kính mong nhận đƣơ ̣c sƣ̣ đóng gó p của quý thầ y cô đ ể khóa luận đƣợc hoàn thiệ n Em hi vo ̣ng rằ ng kế t quả thu đƣơ ̣c tƣ̀ khóa luâ ̣n se ̃ là tài liê ̣u bổ ić h cho công tá c giảng da ̣y môn hó a dùng chobồi dƣỡng đội tuyển dự thi Olympic sinh viên Hóa học tồn quốc (phần nhiệt động hóa học – động hóa học) 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] RB BUCAT, Cơ sở hóa học, ngƣời dịch Hồng Minh Châu,NXB giáo dục [2] Nguyễn Đình Chi, Cơ sở lí thuyết hóa học, NXB giáo dục [3] Nguyễn Đình Chi, Hóa học đại cương, NXB giáo dục Việt Nam [4] Nguyễn Văn Duệ - Trần Hiệp Hải – Lâm Ngọc Thiềm – Nguyễn Thị Thu, Bài tập hóa lí, NXB giáo dục Việt Nam [5] Trầ n Thi Đa ̣ ̀ - Đặng Trần Phách , Cơ sở lý thuyế t các phản ứng hóa học, NXB Giáo dục 2007 [6] Vũ Đăng Độ, Cơ sở lí thuyết q trình hóa học, NXB giáo dục [7] Vũ Đăng Độ (chủ biên), Bài tập sở lí thuyết q trình hóa học, NXB giáo dục Việt Nam [8] Nguyễn Hạnh, Cơ sở lí thuyết hóa học – Phần II – Nhiệt động hóa học – Động hóa học – Điện hóa học [9] Nguyễn Đình Huệ, Giáo trình hóa lí – tập 1- Cơ sở nhiệt động lực học, NXB giáo dục Việt Nam [10] Trần Văn Nhân (chủ biên), Hóa lí tập – Nhiệt động học, NXB giáo dục Việt Nam [11] Trần Văn Nhân (chủ biên), Hóa lí tập – Động hóa học, NXB giáo dục Việt Nam [12] Dƣơng Đình Quân, xây dựng hệ thống câu hỏi tập phần “Cơ sở lý thuyết phản ứng hóa học” dùng cho học sinh lớp chuyên bậc trung học phổ thông, Khóa luận tốt nghiệp Đại học sƣ phạm Hóa học, Đại học Quảng Bình, Đồng Hới, Việt Nam [13] PGS TS Lê Mậu Quyền, Cơ sở lí thuyết hóa học – Phần tập, NXB Khoa học kỹ thuật [14] Trầ n Thi Thanh , Biên soạn chuyên đề đánh giá chiề u diễn biế n của hó a học vơ ̣ dùng bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học trường trung học phổ thông, Luâ ̣n văn tha ̣c sỹ KHGD – ĐH Vinh 2012 [15] Lâm Ngọc Thiềm – Trần Hiệp Hải – Nguyễn Thị Thu, Bài tập hóa lý sở, NXB Khoa học kỹ thuật [16] Bùi Trọng Tuân, Nhiệt học, NXB ĐHSP 2005 55 Giáo viên hƣớng dẫn Nguyễn Đức Vƣợng Phản biện Phản biện Trần Đức Sỹ Nguyễn Đức Minh 56 ... đƣợc đề cập nhiều Xuất phát từ thực tế đó, em định lựa chọn đề tài “ Hệ thống đề xuất tập dùng bồi dưỡng đội tuyển dự thi Olympic sinh viên Hóa học tồn quốc (phần nhiệt động hóa học – động hóa học) ”với... ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN - - HỒ NGỌC QUỲNH PHƢƠNG HỆ THỐNG VÀ ĐỀ XUẤT BÀI TẬP DÙNG BỒI DƢỠNG ĐỘI TUYỂN DỰ THI OLYMPIC SINH VIÊN HĨA HỌC TỒN QUỐC (PHẦN NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC... và đề xuất tập dùng bồi dƣỡng đội tuyển dự thi Olympic sinh viên Hóa học tồn quốc (phần nhiệt động hóa học – động hóa học) Phạm vi nghiên cứu - Nô ̣i dung : Phầ n nhi ệt động hóa học và động