Tổng hợp bài tập hóa lý 1 ( Nhiệt động hóa học ).................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
Trang 1BÀI TẬP NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC
Câu 1: Một hệ kín chứa 50g khí Argon (MAr = 39,94 g/mol; giả sử cho khí là lý tưởng) được dãn nở đẳng nhiệt thuận nghịch từ thể tích 5 lít tới thể tích 10 lít ở nhiệt độ 298K Tính:
1/ Công hệ tiến hành
2/
∫
=
∆
c dP P
của quá trình trên
Câu 2: Một vật bị đẩy đi một khoảng cách z theo phương tác dụng của lực được cho bởi
công thức Fz = az + b (với a=300N.m-1; b=500N) Tính công cần thiết để di chuyển vật từ z=0 đến z=10m
Câu 3: Cho 1mol khí lý tưởng ban đầu được chứa trong xylanh có thể tích 22,4l ở nhiệt
độ 273K Áp suất bên ngoài tăng lên 1,5×105Pa và khí bị nén đẳng nhiệt bất thuận nghịch tới áp suất trên Tìm giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của công có thể có
Câu 4: Tính khối lượng nước lỏng khi nâng nhiệt độ của nó từ 250C đến 1000C bằng cách
∆Hvap = 539,55cal/g và nhiệt dung của nước lỏng là Cp=4,184J/g.K
Câu 5: Tính ∆U của quá trình khi cho 1mol khí Ar từ nhiệt độ T=298K, V=2lit đến T=373K và V=20lit
Câu 6: Một hệ chứa 1mol khí Ar (xem như lý tưởng) dãn nở đoạn nhiệt bất thuận nghịch
từ thể tích 5lit, nhiệt đô 373K tới thể tích 20lit ở áp suất bên ngoài Pext=1atm Tìm nhiệt
độ cuối của hệ Cho biết nhiệt dung đẳng tích của Ar là Cv=3nR/2
Câu 7: Tính ∆H khi thay đổi trạng thái 1mol heli từ thể tích 5lit, nhiệt độ 298K tới thể tích 10lit ở nhiệt độ 373K Cho Cp=5R/2 và khí xem như lý tưởng
Câu 8: Tính ∆H và nhiệt q khi cho 2mol nước lỏng quá lạnh (supercooled liquid water) ở nhiệt độ -150C chuyển bất thuận nghịch sang pha rắn ở cùng một nhiệt độ -150C Cho biết
thái rắn Cp,r=37,15J/mol.K Nhiệt nóng chảy ∆Hfus=120,2kJ
Câu 9: Người ta thực hiện phản ứng nhiệt nhôm để khử Fe2O3 với tỷ lệ mol của các chất phản ứng trong nguyên liệu tương ứng với tỷ lệ của các hệ số tỷ lượng trong phương trình phản ứng
Trang 2a/ Hãy viết phương trình cân bằng của phản ứng nhiệt nhôm nói trên
b/ Tính Enthalpy tiêu chuẩn của phản ứng ở 298K (
0 ,
298 r H
∆
) c/ Xác định khối lượng nhôm cần thiết cho phản ứng để sinh ra một lượng nhiệt là 1000kJ
d/ Xác định khối lượng nhôm cần thiết để nhiệt phản ứng sinh ra đủ để cung cấp cho quá trình chuyển hóa 40g nước đá ở -100C đến trạng thái hơi ở nhiệt độ 1200C
Các số liệu nhiệt động liên quan được cho ở bảng sau:
)
0
298
)
(J K− 1g− 1
)
)
Câu 10: Tính nhiệt tạo thành của amoniac ở điều kiện áp suất chuẩn và nhiệt độ 298K (
0
298
),
(NH3
f
H
∆
) từ nhiệt của các phản ứng sau:
0 1 2
2
0 2 2
2 2
với:
kJ H
kJ
H 571,68 ; 0 1530,28
2
0
∆
Câu 11: Tính sự thay đổi enthalpy khi AgCl được đốt nóng từ nhiệt độ 298K đến 1000K
ở áp suất chuẩn (
0 298
0
1000 H
H −
) và tính tổng enthalpy của AgCl ở 1000K Cho biết ở 728K AgCl bị nóng chảy và ∆Hnc = 13,21kJ/mol, và:
- Nhiệt dung của AgCl ở thể rắn cho bởi phương trình sau:
2
5 3
0 )
10 30 , 11 10
18 , 4 26 , 62
T T
C p r = + × − − ×
(J/mol.K)
Trang 3- Nhiệt dung của AgCl ở thể lỏng từ khoảng nhiệt độ 728K đến 1000K xem như
không đổi và bằng 66,99 J/mol.K.
- Nhiệt tạo thành AgCl ở điều kiện chuẩn:
mol kJ
H0f AgCl 126,8 /
298 ),
∆
Câu 12: Xác định sự thay đổi enthalpy C), nội năng (∆U), và entropy (∆S), khi cho 2,7
kg nước ở áp suất p1 = 1,0133×10 5 Pa và nhiệt độ T1 = 293K hoá hơi ở p2= 0,5066×10 5
Pa và T2 = 373K Cho biết
K kg J C
C long
V
long
p ≈ =4,187×103 /
, ẩn nhiệt hoá hơi bằng
∆Hvap = 2260,98×10 3 J/kg Giả sử rằng hơi nước nhận được ở trạng thái khí lý tưởng (
K mol J R
mol g
M H O 18 / ; 8,314 /
)
Câu 13: Tính lượng nhiệt Q, biến thiên nội năng ∆U, biến thiên entropy ∆S và công W của 100g nitơ ở 00C và 1atm khi:
1/ Dãn đẳng nhiệt đến thể tích 200 lit
2/ Tăng áp suất tới 1,5atm khi thể tích không đổi
3/ Dãn đẳng áp tới thể tích gấp đôi
Ở điều kiện chuẩn hằng số khí lý tưởng R = 0,082 lit.atm/mol.K Trong hệ SI: R = 8,314J/mol.K = 1,987 cal/mol.K
Câu 14: Trong công nghiệp metanol được tổng hợp theo phản ứng sau:
Các số liệu nhiệt động của các chất như sau:
mol
kJ
H0f , /
298
,
mol
K
J
S0 , /
mol
K
J
1/ Tính
0 ,
298 r G
∆
của phản ứng ở nhiệt độ 298K
2/ Thiết lập phương trình
) (
0 f T
H T =
∆
Trang 4
Câu 15: Cho 100g khí CO2 (xem như lý tưởng) ở 00C và 1atm Tính nhiệt Q, công W, biến thiên nội năng ∆U, biến thiên enthalpy ∆H, và biến thiên entropy ∆S trong các quá trình sau:
1/ Dãn đẳng nhiệt tới thể tích 0,2m3
2/ Dãn đẳng áp tới thể tích 0,2m3
3/ Đun nóng đẳng tích tới áp suất bằng 2atm
Cho biết :
K mol cal
C P CO 8,875 /
2 , =
;
mol g
M CO 44 /
2 =
Ở điều kiện chuẩn hằng số khí lý tưởng R = 0,082 lit.atm/mol.K
Trong hệ SI: R = 8,314J/mol.K = 1,987 cal/mol.K
Câu 16: Tính ∆H0 , ∆U0 , ∆A0 , ∆G0 , và ∆S0 ở điều kiện chuẩn và nhiệt độ 298K đối với phản ứng sau: C2H2(k) + 2H2O(l) = CH3COOH(l) + H2(k)
Các số liệu nhiệt động của các chất như sau:
mol
kJ
H0f , /
298
,
mol
K
J
S0 , /
mol
kJ
G f0 , /
298
,
Câu 17: Phát biểu nguyên lý thứ II của nhiệt động học Viết các biểu thức toán học của
nguên lý II của nhiệt động học
Tính ∆S, ∆Ssurr, q, W và ∆U đối với quá trình dãn nở đẳng nhiệt thuận nghịch 3mol khí Argon (cho lý tưởng) từ thể tích 100 lit tới thể tích 500 lít ở nhiệt độ 298K
Câu 18: (2,5 điểm)
Tính q, W, ∆U, ∆S, ∆H, ∆A, và ∆G trong quá trình bay hơi 1mol nước ở áp suất
P = 0,15atm, nhiệt độ T = 326,6K Cho biết:
- Thể tích pha hơi và pha lỏng tương ứng là 10,21 m3/kg và 0,0010137 m3/kg
- Nhiệt hoá hơi ∆Hvap = 2370 J/g (
Pa 101325
1atm =
)
Câu 19: Lưu huỳnh (Sα) và lưu huỳnh (Sβ) đều cấu tạo từ các phân tử S 8 Ở 368,3K tồn
Trang 5a/ Tính
0 298
H
∆
của quá trình (1) Cho biết nhiệt tạo thành SO2(k) từ Sα bằng
kJ/mol -296,8
0
)
(
,
298 2 =
∆H f SO α
và từ Sβ bằng
kJ/mol -299,7
0 ) ( ,
298 2 =
∆H f SO β
b/ Tính
0 298
S
∆
của quá trình (1) Giả sử
0
H
∆
và
0
S
∆
là hằng số đối với nhiệt độ
Câu 20:
a/ Dựa vào biểu thức thống nhất của hai nguyên lý của nhiệt động học:
dU = TdS-PdV và hệ thức của hàm Helmholtz: dA = -PdV-SdT
Hãy chứng minh đối với chất bất kỳ:
P T
P T V
U
V T
−
∂
∂
=
∂
∂
b/ Tính biến thiên entropy trong quá trình khuếch tán vào nhau của 28g N2 và 32g
O2, khi bỏ vách ngăn ngăn cách 2 buồng chứa khí có thể tích như nhau bằng 30 lít và có cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất
Câu 21:
1
Cl2 = AgCl ở áp suất P = 1atm và nhiệt độ T = 298K
Tính
0 298 ,
r G
∆
và cho biết phản ứng trên có tự xảy ra hay không?
Cho biết nhiệt tạo thành của AgCl,
mol kJ
H0f AgCl 127,068 /
298 ),
∆
và
; / 0 , 223
; / 69 , 42
; / 07 ,
298 ,
0 298 ,
0
298
Câu 22: Cho 2 mol khí O2 và 1mol khí N2 trộn với nhau ở 298K Áp suất của oxy và của
nitơ ban đầu bằng nhau và bằng
=
= i N
i
P2 2
1,013×105 Pa Áp suất riêng phần của của
oxy và của nitơ trong hỗn hợp khí, lần lượt
Pa P
Pa
P O2 =0,668×105 ; N2 =0,334×105
Tính
H và S
G ∆ ∆
∆ , ,
đối với quá trình trộn lẫn hai khí
Trang 6Câu 23:
Trong công nghiệp metanol được tổng hợp theo phản ứng sau:
Các số liệu nhiệt động của các chất như sau:
mol
kJ
H0f , /
298
,
mol
K
J
S0 , /
mol
K
J
a/ Tính
0 ,
298 r G
∆
và
p
K
của phản ứng ở nhiệt độ 298K
b/ Thiết lập phương trình
) (
0 f T
H T =
∆
Câu 24:
Cho phản ứng sau:
) ( 2
3 ) ( 2
1 )
a/ Tính độ phân ly của amôniac thành nitơ và hydrô ở nhiệt độ 473K, áp suất chung của hệ lúc cân bằng là 1atm và 0,8atm
0,8atm Rút ra kết luận chung
Cho biết sự biến đổi enthalpy tự do chuẩn của phản ứng trên như sau:
) / ( 86 , 15 lg 706 , 29 6 , 43513
0
∆
Câu 25:
Cho SO2 phản ứng với O2 không khí ở 973oC có mặt chất xúc tác tạo thành SO3
O2; 12.30 mol SO3 và 81.28 mol N2 Tính:
a/ Hằng số cân bằng Kp ở 973oC
b/ Thành phần ban đầu của hỗn hợp khí
c/ Tỉ lệ chuyển hóa SO2 thành SO3
d/ Nếu trong hỗn hợp ban đầu không có N2, còn số mol SO2 và O2 vẫn giữ như cũ thì tỉ lệ chuyền hóa là bao nhiêu? Ap suất của hệ khi cân bằng vẫn giữ là 1 atm
Câu 26:
Trong công nghiệp metanol được tổng hợp theo phản ứng sau:
Các số liệu nhiệt động của các chất như sau:
mol
kJ
H0f , /
298
,
Trang 7K
J
S0 , /
mol
K
J
a/ Tính
0 ,
298 r G
∆
và
p
K
của phản ứng ở nhiệt độ 298K
b/ Thiết lập phương trình
) (
0 f T
H T =
∆
Câu 27:
Cho phản ứng sau:
) ( 2
3 ) ( 2
1 )
a/ Tính độ phân ly của amôniac thành nitơ và hydrô ở nhiệt độ 473K, áp suất chung của hệ lúc cân bằng là 1atm và 0,8atm
0,8atm Rút ra kết luận chung
Cho biết sự biến đổi enthalpy tự do chuẩn của phản ứng trên như sau:
) / ( 86 , 15 lg 706 , 29 6 , 43513
0
∆
Câu 28: Một hỗn hợp gồm 70% benzen (C6H6) và 30% toluen (C6H5CH3) (tính theo phần
120,2 mmHg và của toluen bằng 36,7 mmHg Hãy xác định:
1/ Áp suất hơi riêng phần của từng cấu tử và áp suất hơi chung của dung dịch ở 300C 2/ Thành phần (theo phần mol) của các cấu tử trong pha hơi khi cân bằng với pha lỏng 3/ Vẽ đồ thị cân bằng lỏng hơi y - x của hệ đã cho (x, y nồng độ phần mol)
Câu 29:
Một phương pháp điều chế HCl trong công nghiệp theo phản ứng sau:
kJ
H0 184,42
298 =−
∆
1/ Tính số bậc tự do của cân bằng trong trường hợp tổng quát và trong trường hợp phản ứng bắt đầu với số mol H2 bằng số mol Cl2
2/ Thiết lập phương trình
) (
0 f T
G T =
∆
dựa vào bảng số liệu sau:
)
/
(
0
298 J K mol
Trang 8
/
(
0 J K mol
1000K và P = 1atm Tính số mol HCl được tạo thành khi cân bằng
Câu 30: Các chất A và B tạo thành một dung dịch lý tưởng Có một dung dịch gồm 1
mol chất A và 2 mol chất B cân bằng với áp suất hơi của nó ở 500C dưới áp suất chung là 250mmHg Nếu người ta thêm 1mol chất A vào dung dịch ở trên thì áp suất chung tăng lên tới 300mmHg Hãy xác định:
1/ Áp suất hơi bão hòa của A và B nguyên chất ở 500C
2/ Thành phần (theo phần mol) của các cấu tử trong pha hơi khi cân bằng với pha lỏng 3/ Vẽ đồ thị cân bằng lỏng hơi y - x của hệ đã cho (x, y nồng độ phần mol)
Câu 31:
Cho phản ứng:COCl2(k) CO(k)+ Cl2(k)
1/ Tính số bậc tự do của hệ cân bằng
2/ Thiết lập phương trình
) (
0 f T
G T =
∆
dựa vào bảng số liệu sau Thừa nhận rằng ∆H0 và
∆S0 là hằng số đối với nhiệt độ:
) /
(
0
,
298 kJ mol
H f
-)
/
(
0
298 J K mol
3/ Nhiệt độ và áp suất ảnh hưởng đến cân bằng như thế nào?
4/ Tính độ phân ly α của COCl2 ở 8000C và áp suất 1atm khi cân bằng được thiết lập
Câu 32:
Cho phản ứng:CO(k) + H2O(k) = CO2(k) + H2(k)
1 Tính thành phần (%) của các chất ở trạng thái cân bằng khi cho 2mol CO tác dụng với 3 mol H2O
2 Thành phần hỗn hợp ở trạng thái ban đầu (%) phải bằng bao nhiêu để nhận được 20% CO2 và 20% H2 ở trạng thái cân bằng
3 Thành phần hỗn hợp ở trạng thái cân bằng có thay đổi không khi thay đổi áp suất? Giải thích?
Câu 33:
Điều chế HCl trong công nghiệp theo phản ứng sau:
H2(k) + Cl2(k) = 2HCl(k)
kJ
H0 r 184,42
,
298 =−
∆
Trang 91 Tính số bậc tự do của hệ trong trường hợp tổng quát và trong trường hợp phản ứng bắt đầu với số mol H2 bằng số mol Cl2
2 Thiết lập phương trình
) (
0 f T
G T =
∆
dựa vào bảng số liệu sau:
)
0
298 J K− mol−
)
0 J K− mol−
1000K và P = 1atm Tính số mol HCl được tạo thành khi cân bằng
Câu 34: Cho một lượng khí hydro vào bình chân không dung tích 4 lít sao cho áp suất
khí trong bình là 0,82atm ở 800K Sau đó cho thêm 0,2 mol khí HI, xảy ra cân bằng sau:
H2(k) + I2(k) ⇔ 2HI(k)
Ở 800K hằng số cân bằng K = 37,2 Tính:
1 Áp suất chung của hệ khi cân bằng
2 Độ phân ly α của HI
3 Áp suất riêng phần của mỗi khí trong hệ cân bằng
Cho biết hằng số khí R = 0,082 lit.atm.mol-1.K-1; hệ SI: R = 8,314 J.mol-1.K-1
Câu 35: Benzen (C6H6) và toluen (C6H5CH3) tạo với nhau một dung dịch lý tưởng Ở
định:
1 Áp suất hơi riêng phần của từng cấu tử và áp suất hơi của dung dịch ở 300C
2 Thành phần của các cấu tử trong pha hơi khi cân bằng với pha lỏng
Nếu dung dịch được hình thành từ sự trộn 100g benzen với 100g toluen
3 Vẽ đồ thị cân bằng lỏng hơi y - x của hệ (x, y nồng độ phần mol)
Câu 36:
Cho SO2 phản ứng với O2 không khí ở 973oC có mặt chất xúc tác tạo thành SO3
O2; 12.30 mol SO3 và 81.28 mol N2 Tính:
1 Hằng số cân bằng Kp ở 973oC
2 Thành phần ban đầu của hỗn hợp khí
3 Tỉ lệ chuyển hóa SO2 thành SO3
Câu 37: Ở 1atm nước sôi ở 1000C, nhiệt hóa hơi là 2249,25 (J/g), thể tích riêng của lỏng
là Vl = 1 (ml/g), của hơi là Vh = 1656 (ml/g) Xác định nhiệt độ sôi của nước ở 3 atm
Câu 38: Từ đồ thị cân bằng lỏng – hơi ở dưới cho biết:
1/ Ý nghĩa của điểm K (nhiệt độ, thành phần của hỗn hợp)
2/ Trạng thái của hệ ở vùng trong đường cong A, B; vùng ngoài đường cong C, D?
Trang 10x K
A
B
C
D 1
2
3/ Ý nghĩa của các đường cong 1, 2
Câu 39: Xác định nhiệt độ bay hơi của nước ở 2atm nếu ở 1000C và 1atm nhiệt bay hơi của nước bằng ∆Hvap=2254,757 J/g Cho biết thể tích của nước ở pha lỏng và pha hơi lần lượt bằng V(l)=0,018 lít và V(g)=36,6 lít; khối lượng mol của nước bằng MH2O = 18g/mol
Câu 40: Một hỗn hợp 40% phenol trong nước phân thành hai lớp Lớp thứ nhất chứa
70% phenol và 30% nước; lớp thứ hai chứa 8% phenol và 92% nước Xác định số mol của các chất trong mỗi lớp, nếu lượng hỗn hợp tổng cộng là 1kg
Cho biết: MH2O = 18g/mol, Mphenol = 94g/mol
Câu 41: Áp suất hơi của axit xyanhydric HCN phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình:
lgP(mmHg) = 7,04 – 1237/T Tính:
a/ Nhiệt độ sôi ở điều kiện thường
b/ Nhiệt hóa hơi
Câu 42: Một dung dịch lý tưởng ở 900C gồm toluen và xylen trong đó toluen chiếm 55,1% khối lượng; áp suất chung của hệ bằng 760mmHg
Tính:
a/ Áp suất riêng phần của toluen và xylen
b/ Nồng độ phần mol của toluen và xylen trong pha hơi cân bằng với với pha lỏng
Trang 11BÀI TẬP ĐIỆN HÓA-ĂN MÒN
Câu 1: Có một chiếc pin như sau:
Hg Cl Hg KCl ddHCl P
H
Pt, 2( H 1) bh 2 2,
2 =
1/ Viết các phản ứng xảy ra trong pin (gồm phản ứng trên các cực và phản ứng tổng quát)
2/ Xác định pH Cho biết sức điện động của pin ở 180C bằng 0.332 V và ở nhiệt
độ này thế của điện cực calomel bão hòa bằng 0.250 V (R = 8.314 J/K.mol; F = 96500
C)
Câu 2: Trong số các kim loại sau đây, kim loại nào bị ăn mòn trong không khí ẩm có
pH=7 và nhiệt độ 250C : Fe, Cu, Pb, Ag? Cho biết thế điện cực chuẩn của kim loại tương ứng bằng - 0.44; + 0.34; - 0.126; + 0.799 V Cho biết áp suất riêng phần của oxy trong không khí ẩm bằng 0.21 atm và
V
E O0 H O 1.23
/ 2
Để kim loại bị ăn mòn, nồng độ của
nó không nhỏ hơn 10-6 mol/l
Câu 3: Tính tốc độ ăn mòn của kẽm trong nước biển ở 250C Cho biết thế ăn mòn bằng -0.85 V, nồng độ Zn2+ bằng 10-6mol/l, thế điện cực chuẩn của kẽm bằng -0.76 V, hệ số Tafel bằng 0.045 V và io,Zn = 10-2A/cm2
Câu 4: Hai tấm sắt và thiếc tiếp xúc trực tiếp với nhau trong dung dịch có pH = 4, và đã
đuổi hết oxy hòa tan (PH2 = 1atm) Sắt và thiếc có bị ăn mòn trong dung dịch này không?
-6mol/l Cho biết thế chuẩn của sắt và thiếc là - 0.44 và - 0.14 V
của pin ăn mòn bằng bao nhiêu? Biết rằng
V
E O0 H O 1.23
/ 2
Câu 5: Thiết lập pin rồi tính sức điện động của nó (ở 250C), viết phản ứng xảy ra trong pin và phản ứng tổng quát từ các điện cực sau:
) 34 0 (
Br
C Br AgBr
Ag E0 =+0.07V
Pt C
Fe C
Fe ( Fe3 0.1), ( Fe2 0.02)
2
3 + + = + + = E0 =+0.77V
Câu 6: Dựa vào sự đo ăn mòn sắt trong môi trường có pH = 3 ở 250C, không có sự hòa tan oxy song lại bão hòa khí hydrô, ta thấy thế ăn mòn bằng -0.398 V
1/ Hay tính tốc độ hòa tan sắt
2/ Tính mật độ dòng trao đổi đối với phản ứng thoát hydrô trên sắt
Cho biết thế điện cực chuẩn của sắt bằng -0.44 V; nồng độ Fe2+ bằng 0.02 mol/l; mật độ dòng trao đổi của sắt bằng 9.10-7 A/cm2; R = 8.314 J/K.mol; F = 96500 C; hệ số chuyển điện tích α = 0.5
Câu 7: Tính tốc độ ăn mòn đối với phản ứng xảy ra giữa một kim loại và một chất khử cực biết rằng hiệu giữa hai điện thế Nernst tương ứng bằng 0.45 V, hệ số Tafel