Bài tập cơ sở lí thuyết các quá trình hóa học

v ũ ĐÁNG Đ ộ (Chủ biên) TRỊNH NGỌC CHÂU - NGUYỄN VĂN NỘI ĐHQGHN £ NHÀ XUẤT BÀN GIÁO DỤC VIỆT NAM vũ ĐĂNG Đ ộ (Chủ biên) TRỊNH NGỌC CHÂU - NGUYÊN VĂN NỘI • • • BÀI TẬP sở LÍ THUYẾT CÁC Q TRÌNH HĨA HỌC { T i b ả n n t h ứ t m ) NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC VIỆT NAM LỜI NỐI ĐẦU Đ áp ứng yêu cầu sinh viên đỏng đảo bạn dùng s c h Cơ s ỏ lí t h u y ế t c c q u trin h h o h ọ c (xuất năm 1994, tái lần thứ ba năm 2002) viết Bài tậ p c s lí t h u y ế t c c q u trìn h h o h ọ c Trong sá c h có tất c ả cá c tập cho giáo trình lí thuyết, ngồi chúng tơi bổ sung thêm số tập với m ức độ phức tạp khác Cuốn sá c h gốm hai phần : P h ần : Càu hỏi tập ; P hẩn hai : Đ áp số lời giải Trong phần hai cho tất c c giải m ẫu Đối với có cá ch giải tương tự c c Lài giải ch ú n g tỏi cho đáp số l.ời giải cho cá c chương 1, 2, TS Nguyễn Văn Nội viết, lời giải cho cá c chương 4, 5, TS Trịnh Ngọc C hâu viết Việc tá c h riêng hai phần Bài tập Lời giải có chủ đích đ ể sinh viên tự tìm cách giải trước xem lời giải, thúc đẩy sinh viên c h ủ động học tập, không tiếp xúc sớm với lời giải có sẵn C húng tơi mong nhận nhiều ý kiến đóng góp, phê bình c ù a c c đóng nghiệp, sinh viên cá c bạn dùng sách CÁC TÁC G!Ả PHẦN MỘT CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Chương ỉ ị MỘT SÔ VẤN ĐỄ C SỞ CỦA HOẤ HỌC ,2 g hợp chất dốt cháy dòng khí clo, sản phẩm thu gồm: 21,9g HC1; ,8g CC14; 10,3g SC12 Biết hợp chất chi chứa c , H, s X ác định cơng thức đơn giàn hợp chất Khi đun nóng 0,435g M n người ta thấy có oxi tạo thành 0,382g oxit m ới Xác định công thức cùa oxit Viết phương trình cùa phản ứng xảy » 1,00 g oxit uran tác dụ n g với fio tạo thành l,2 g UF giải phóng oxi Xác định cơng thức phân tử cùa oxit viết phương trình cùa phản ứng xảy 0,222g florua nguyên tô' đất X phản ứng với oxi tạo thành 0,189g x 20 Xác định khối lượng nguyên tử X Đó ngun tử ngun tơ' ? 5 Xác định công thức phân tử hiđrocabon khí, biết rãng dể đốt thể tích khí phải dùng dến thể tích khí oxi, đốt thể tích khí bàng clo (sản phẩm cacbon HC1) phải dùng thể tích khí clo Các thể tích đo nhiệt độ áp suất Cho 4,2g sắt vào 60ml dung dịch HC1 9,5M X ác định thể tích khí ° c áp suất lúc 10o 657,9 Pa Một chất khí khơng chứa oxi đốt ơxi Khi tạo thành 2,2g C ; 2,25g H 20 1,26/ N T hể tích khí dược đo ° c 97 992 Pa Xác định cỏng thức đơn giản chất khí Một hỗn hợp gồm lOOg ngun tố X (khối lượng nguyên từ 60) lOOg nguyên tô' Y (khối lượng nguyên tử 90) dun nóng tạo thành hợp chất X Y hai ngun tơ' phản ứng hồn tồn Tính lương X Y tạo thành khối lượng ngun tơ' lại phản ứng Trong trình luyện kim để điều ch ế kẽm , quặng kẽm suníua ZnS nung khơng khí để chuyển thành kẽm oxit ZnO, sau người ta khử ZnO than cốc để thu kẽm kim loại Tính lượng kẽm có độ tinh khiết 99,5% thu từ quặng chứa 75,0 % ZnS 10 Để điều c h ế iot từ natri iodat lưu huỳnh người ta sử dụng phản ứng sau: s + O2 —►SO2 SO + H O —► H SO N a l + H S -> I + H S + N a S + H 20 X ác dinh lượng iot thu dược dùng kg lưu huỳiìh, hiệu suất phàn ứng 90% 11 Điển vào chỏ trống sơ đổ phản ứng sau: 2A1 (Tinh thể) + HBr (Khí) mol + ? 2.27g + ? = Al Br6 (Tinh thể) + 3H (Khí) = ? 54 đơn vị nguyên tử"+ ? 2.6,023.1023 nguyên tử + ? + • ? + ? + + 12 M ột nhà hoá học xác định khối lượng phân từ thành phần hợp chất khí bậc hai cùa ngun tơ' X Ơng ghi kiện phân tích vào tờ giấy riêng, sơ suất không ghi rõ tờ thuộc hợp chất Các khối lượng phân tử xác định 20, 54, 71 Các kiện phân tích 29,6% o , 19,6% N, 16,1% B 5% H Trên sở kiện xác định xem X nguyên tô' ? 13 Nhiêt đốt cháy cùa CH C HỘ tương ứng 890,35 kJ/mol 1559,88 kJ/mol Trong kĩ thuật phẩm chất nhiên liệu đánh giá lượng nhiệt giải phóng bời dơn vị khối lượng hỗn hợp cháy Như vậy, chất nhiên liệu tốt k h i : a) Oxi lấy từ môi trường bên n g o i ; b) Oxi dự trữ chất cháy (ví dụ tên lửa) ? 14 Điền sô' liệu vào chỗ trông : 1,12/ CH cháy I oxi, tạo thành g cacbonđioxit Trong 1,12/ CH chứa mol CH4> từ thu nguyên tử cacbon Các thể tích đo điéu kiện tiêu chuẩn 15 a )‘ở nhiệt độ áp suất 2g hiđro hay 14g nitơ cỏ [hể tích lớn ? b) Ở áp suất thể tích 4g oxi hay 4g C có nhiệt độ cao ? c) Người t a f h o thể tích xác định khí oxi di qua rượu, sau dó đo thể tích nhiệt độ áp suất khơng đổi Thé tích đo lớn hơn, bàng hay bé thể tích oxi ban đầu ? Tại ? 16 Sự thay đổi áp suất khí theo độ cao biểu diễn theo công thức : , p -g M h p0 RT III — = Với P0 - áp suất khí mặt đất (h = 0) p - áp suất dộ cao h g - gia tốc trọng trường M - khối lượng phân tử trung bình khơng khí (M = 29) R - Hằng số khí T - Nhiột độ tuyệt đối Tính áp suất khí 300K, độ cao 6000 m 17 Một hợp chất khí chứa cacbon, hidro clo Người ta đo thay đổi khối lượng riêng theo áp suất 27°c thu kết sau : Áp suất p (atm) Khối lượng riêng d (g//) 1,0 2,1043 0,5 1,0382 0,25 0,5154 Xác định khối lượng phân tử cổng thức phân tử cùa hợp chất khí 1K Từ kiện sau xác định khối lượng nguyên tử cùa nguyên tô' biết khối lượng nguyên tử H bàng Khôi lượng riông đo T = 273K a) b) c) Khí p, atm d ,g /l H xBr ,0 0 3,6444 0,6667 2,4200 0,3333 1,2074 0,2500 0,1893 0,5000 0,35808 0,7500 0,53745 ,0 0 0,71707 p, m m Hg d g /1 253,3 0,41667 506,7 0,83348 760,0 1,25036 C H X: N x: 19 Trung bình ngày người sử dụng 17kg khơng khí để thờ K hơng khí dùng để thờ có chứa \% C Giả sử hệ thống khỏi phục khơng khí m ột tàu vũ trụ người ta dùng phản ứng : C (k) + K (r) = K C (r) + - (k) Tính lượng K phải m ang tàu cho chuyến bay 10 ngày 20 Xác định đương lượng kim loại cùa lưu huỳnh 3,24g kim loại tạo thành 3,48g oxit 3,72g sunfua Biết dương lượng cùa oxi 21 Asen tạo thành hai oxit, oxit chứa 65,2% As, oxit thứ hai chứa 75% As Biết đương lượng oxi bàng Xác dinh đương lượng asen oxit 22 Một loại khí tự nhiẻn chứa: 84% CH4, 10% C H6, 3% C3Hg 3% N (tính theo thể tích) Nếu sử dụng phản ứng chuyển hố có xúc tác chuyển tồn lượng cacbon thành butađien với hiệu suất 100% Hãy xác dịnh lượng butađien thu từ lOOg khí tự nhiên nói 23 Một bình tích 15 lít chứa 5,65g N nối với bình tích lít chứa 5,00g Sau van nối hai bình mờ để khí trộn lẫn vào Hãy xác định áp suất riơng cùa khí áp suất tổng cộng 27°c 24 Sau cho l,2g cacbon phản ứng hết với lượng oxi tích 21,21 18°c 0,987 atm để tạo thành hỗn hợp c o C Người ta dẫn khí tạo thành vào bình chứa lít dung dịch N aO H 2,50M Hãy xác dịnh lượng NaOH khơng chuyển hố thành N a C nồng độ dung dịch NaOH sau phản ứng Chú ý : Khí c o khơng phản ứng với NaOH điểu kiện nêu 25 Người ta đưa 0,750g axit benzoic (rắn) vào bình dung tích 0,500 lít chứa oxi áp suất 10 atm nhiệt độ 25°c Do có dư oxi mà axit benzoic đươc đốt cháy hoàn toàn thành C nước 10 Hãy xác định nồng dộ phần mol cùa C nước hỗn hợp khí tạo thành sau để nguội đến nhiệt độ ban đáu 25°c Cho biết : + Á p suất nước 25°c 3173 Pa + Bỏ qua thể tích chiếm chổ bời chất khổng phải chất khí độ tan cùa C nước 26 Một hệ thống thiết bị phản ứng gồm hai hình ghép nối tiếp Bình tích 2,125 lít chứa S áp suất 0,750 atm, bình tích 1,500 lít chứa áp suất 0,500 atm c ả hai khí đểu nhiệt độ 80°c Tiếp người ta m khố dê thơng bình với a) Xác dịnh nồng độ phần mol cùa S hỗn hợp, áp suất tổng áp suất riêng cùa khí hỗn hợp giả thiết chưa xảy phàn ứng S b) Dẫn hỗn hợp khí vào xúc tác để xảy phản ứng tạo thành S 3, sau đ ó hổn hợp phản ứng dẫn quay trờ lại hộ thống hai bình nói Hãy xác định nồng độ phần mol cùa khí tro n g hỗn hợp áp suất tổng phản ứng S xem hoàn toàn 11 7- a > h) E pb/pb^= - ° - 89v pH bát đầu kết tủa Pb(OH)-) pHị = 7,35 F b (O H )2 tan hồn tồn [Pb(O H ) ] = 10 M, [OH~] = [ P b ( O H £ ] — = 10" ° - hay pH = 13,3 K Khi < pH < ,3 , E pb 2+ không phụ thuộc vào pH bàng - , 89V Khi 7,35 < pH < 13,3 vùng dị thể [Pb2* ] = Tpb(OH>2 = [OH ] nên [H + ]2 = 12J [H + ]2 10 ( 10->4 )2 Epb/pb2+ = - , i + ^ ( l g l 12-7 + 21gtH+]) E o /d, 2+ = - , pH (*) Khi pH > 13,3, khơng P b 2+ dung dịch nên cùa điên cực th ế cặp Pb(OH) Pb(OH) nên E° Pb Pb(OH)} /Pb /Pb + 3H+ + 2e = Pb + 3H20 E Ph( OH >3 / pb 2- = E° + lg[Pb(OH )3 ][H ~ ] 3(**) khử chuẩn cùa q trình khử P b(O H )đ nồng độ cua ion Pb(OH) 12 BATÀPCƠSỎ 3 H+ đéu bàng đơn vị 157 Có thể tính E dựa vào phương trình (*) dựa vào nguyên tắc liên tục Tại thời điểm pH = 13,3 [Pb(O H ) ] = c^ả cực tính theo (*) : E Pb/Pb2* = , - , , = - , V Thay E pb/pb + [P b (O H ) ] vào (**) : -0,54 = E° + 0059 Pb(OH)3 /Pb 10- 2.(lO~13’3)3 V / E° = 0,696 V Pb(OH)*/Pb Thay E ° = 0,696 V [ P b ( O H ) ' ] = 1(T2M vào (**) Pb(OH)3 /P b : E Pb/Pb2+ = , + ^ l g l O - E Pb/Pb2+ = - , 8 pH E(V) 158 +^ l g [ H + ]3 ( - ) Ag / Ag S 32' + H ' - ,9 n o 3- no2 N 3' + ẽ + H20 - ,8 Zn Zn Zn2+ + ẽ - > Zn - ,7 Cr3+ Cr Cr3+ + ẽ - ,7 As 43" As0 Fe(OH ) [Fe(OH)2] Fe(OH ) + ẽ - » Fe(OH ) + OH~ -0 ,5 Fe2+ Fe Fe^+ + ẽ —» Fe -0 ,4 Cd2+ Cd Cd2+ + ẽ Cd - ,4 Co2+ Co Co2+ + ẽ - > Co - ,2 n ,2+ Ni Ni2+ + ẽ - ,2 168 - * K + e —> Ca ẽ 2 -> Mg E° V - ,6 ẽ->M n - 1,05 ơ) O ro Dạng oxi hoá -> N + H ' -> Cr AsO,,3- + ẽ + 2H20 -> - > Ni A s0 2' + H ' - ,7 Dạng oxi hoá Dạng khử Phản ứng diện cực £° y N NO + 40H - ,1 Sn2+ Sn Sn2 + ẽ —> Sn - ,1 Pb2+ Pb Pb2+ + ẽ C r042" Cr(OH ) Cr042' + ẽ + 4H20 ->Cr(OH ) + 50H~ - ,1 2H+ h2 2H+ + ẽ - > H ± ,0 NO - n o 2~ N 3" + ẽ + H20 -► N 2" + H ' + ,0 s h 2s s + + 0,14 Sn4+ Sn2+ Sn4+ + ẽ Co(OH ) Co(OH ) Co(OH ) + ẽ -> Co(OH ) + OH” + ,2 SO4 2' h2 s o S 42- + ẽ + 4H+ - > H S + H20 + ,2 Cu2+ Cu Cu2+ + ẽ -> Gu + 0,34 Co3+ Co Co3+ + ẽ -> Co + 0,43 h2so3 S(TB ) H SO + e + 4H Nì(OH) Ni(OH ) Ni(OH ) + ẽ -► Ni(OH ) + OH" + 0,49 c io 4" cr C I0 4_ + + 0,51 f l2 + ẽ •2 -0,13 -> Pb ẽ + H+ -> H2S -> Sn2+ + 0,15 —» s + H O ẽ + 4H20 -> c f + 80H " -> f + 0,45 + 0,53 Mn0 4" Mn0 42_ Mn0 4_ + ẽ -> Mn0 42_ + 0,54 Mn0 4" Mn0 Mn04" + ẽ + 2H20 - * M n0 + H ' + 0,57 Mn0 42' Mn Mn042' + ẽ + 2H20 - > M n0 + 40H " + 0,58 Br03" Br B r03~ + + 0,60 h2 H S6 O Se 2 ẽ + 3H20 -► Br" + 60H~ + ẽ + 2H+ -> H 2 H S e + ẽ + 4H+ -> Se + 3H20 + , + 0,74 169 Dạng oxỉ hoả Dạng khử c 3+ Fe Fe2+ Fe NO - no2 N 3" + ẽ + 2H + - > N + H20 + 0,81 n o 3" n h 4+ N 3" + + 0,87 n o 3' NO N 3~ + ẽ + 4H + - > NO + 2H20 + 0,96 hno2 NO H N + ẽ + H + - > N + H2O + 0,99 Br2 2Br' Br2 + ẽ - > 2Br” + 1,08 I0 3- r I0 3_ + ♦ 1,09 Mn2+ M n0 + ẽ + H + -► Mn2+ + 2H20 CIO - + Mn 3+ _ _ 2+ + e - > Fe + 0,77 ẽ + 10H+ - > NH4+ + 3H20 ẽ + E°, V H+ - > r + 3H20 ♦ 1,28 cr Cl2 C I' Cr2 72” ẽ + H+ -► c f + 4H20 ♦ 1,34 Cl2 + ẽ - > C f + 1,36 - - 3+ 2Cr Cr2 72" + ẽ + 14H+ - > 2Cr3+ + 7H20 ♦ 1,36 0 01 0 Phản ứng điện cực cr CIO - + Pb02 Pb2+ Pb0 + ẽ + 4H + HCIO HCIO Mn 4' cr li 2+ Mn h2 h2 H2 + ẽ Co2+ _ 3+ Co 00 LO • f2 170 2 F" ẽ + +2ẽ M n04" + ẽ + H+ -> c f + 3H20 + 1,45 Pb2+ + 2H20 + 1,46 +H+- > C f + H+ + 2H + -+ Mn2+ + 4H20 - > H 20 — ^ 2+ e -> Co F2 + ẽ ->2F~ + H20 + 1,50 + 1,52 + 1,77 + 1,84 + 2,85 I MỤC LỤC • m T rang ^ừi nói đẩu PHẦN C Â U H Ỏ I V À BÀI TẬP Chương Một số vấn đé sờ cùa hoá học Chương Chiéu hướng mức độ diễn hiến q trình hố học Cơ sở nhiệt động học hoá học 12 Chương Cân hoá học 22 Chương Tốc độ c h ế phản ứng hoá học 31 Chương Dung dịch 41 Chương Phản ứng oxi hoá - khử Hoá học dòng điện 50 P H Ầ N Đ Á P SỐ V À LÒI G I Ả I Chương Một số vấn đé sờ hoá học 61 Chương Chiêu hướng mức độ diẻn biến q trình hố học Cơ sở nhiệt động học hoá học 73 Chương Cân hoá học 87 Chương Tốc độ c h ế phản ứng hoá học 103 Chương Dung dịch 120 Chương Phản ứng 0X1 hoá - khử Hố học d òng điện 142 PHỤ LỤC 160 17 % ... VĂN NỘI • • • BÀI TẬP sở LÍ THUYẾT CÁC Q TRÌNH HĨA HỌC { T i b ả n n t h ứ t m ) NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC VIỆT NAM LỜI NỐI ĐẦU Đ áp ứng yêu cầu sinh viên đỏng đảo bạn dùng s c h Cơ s ỏ lí t h u y ế... lần thứ ba năm 2002) viết Bài tậ p c s lí t h u y ế t c c q u trìn h h o h ọ c Trong sá c h có tất c ả cá c tập cho giáo trình lí thuyết, ngồi chúng tơi bổ sung thêm số tập với m ức độ phức tạp... ứng S xem hoàn toàn 11 C h n g CHIỂU HƯỞNG VÀ m ứ c Độ DIỄN BIÊN CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HOÁ HỌC c a SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC HOÁ HỌC ■ ■ ■ • g cacbon dược đốt cháy thành C nhiệt lượng kế bàn g đồng Khối