HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN MIỀN DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC, LẦN THỨ III MƠN HĨA HỌC (TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ) HÀ NAM, THÁNG 11 NĂM 2010 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ MỤC LỤC STT NỘI DUNG TRANG Lời nói đầu Nhiệt hoá học Cân hố học 35 Xác định cơng thức cấu tạo hợp chât hữu dựa vào pp hoá học 48 Trao đổi số vấn đề đề thi chọn HSG QG năm 2010 66 Một số tập tổng hợp hữu 73 Phản ứng tạo mạch cacbon nhờ phản ứng ankyl hoá 82 Trao đổi số vấn đề cấu tạo cộng hưởng giải toả 89 Vận dụng lý thuyết phân tích giảng dạy nội dung chuẩn độ axít-bazơ trường chun 97 10 Động hố học hình thức số tổng kết áp dụng 105 11 Nguyên lý thứ nhiệt động lực học 116 12 Xây dựng hệ thống câu hỏi tập phần “Nhiệt hố học” 124 Hội thảo khoa học mơn Hố học lần thứ III – THPT chun Biên Hồ, tháng 11/2010 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ LỜI NÓI ĐẦU Chương trình mơn Hố học THPT chuẩn nâng cao khác nhiều so với chương trình thi học sinh giỏi Quốc gia, quốc tế Trong sách giáo khoa dành cho học sinh chuyên chưa phát hành Điều gây nhiều khó khăn cho thày cô em học sinh học tập tham gia kỳ thi Quốc gia, quốc tế Với sáng kiến tốt đẹp ban lãnh đạo khối trường chuyên khu vực Duyên hải đồng Bắc Bộ, tạo điều kiện thuận lợi cho thày, cô giáo dạy môn chuyên giao lưu học tập kinh nghiệm chia sẻ tài liệu giảng dạy Từ năm học 2008-2009 đến hội trường THPT chuyên khu vực Duyên hải đồng Bắc Bộ liên tục tổ chức hội thảo khoa học môn chuyên Trong lần hội thảo nhiều thày giáo tiêu biểu giảng dạy mơn Hố học khu vực thầy cô trường quan sát viên trao đổi, thống nhất, chuẩn hoá nâng cao nhiều phần kiến thức mơn Hố học nhằm giảm bớt khó khăn dạy học DI TRUYỀN HỌC Với tham gia nhiệt tình trường, năm học trường THPT chuyên Biên Hoà nhận 10 chuyên đề Các chuyên đề trình bày rõ ràng từ dễ đến khó điều thể bạn đồng nghiệp nhiệt tình tham gia hội thảo lần Các chuyên đề năm tập trung chủ yếu là: Nhiệt hố học (Bắc Giang, Thái Bình, Vĩnh Phúc), động hố học (Hải Phịng), cân hố học (Hà Nam), chuẩn độ (Ninh Bình), cấu tạo chất (Nam Định), tổng hợp hữu (Hưng Yên, Hải Dương), xác định chất (ĐHSP Hà Nội) Ban biên tập mong muốn hội nghị lần sau tiếp tục bổ sung chun đề cịn thiếu, cịn để vài năm sau có tài liệu quý hỗ trợ việc giảng dạy học tập tốt Hà Nam, ngày 10 tháng 11năm 2010 NHĨM HỐ HỌC TRƯỜNG THPT CHUN BIÊN HỒ, HÀ NAM Hội thảo khoa học mơn Hố học lần thứ III – THPT chuyên Biên Hoà, tháng 11/2010 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ CHUYÊN ĐỀ: NHIỆT HOÁ HỌC Trường THPT chuyên Bắc Giang PHẦN A: LÝ THUYẾT CƠ BẢN I Các khái niệm Nhiệt hóa học nghiên cứu hiệu ứng nhiệt trình khác Cơ sở lí thuyết ngun lý I nhiệt động học Khí lí tưởng - Là chất khí mà khoảng cách phân tử khí xa ta bỏ qua tương tác chúng (khí có áp suất thấp) - Phương trình trạng thái khí lí tưởng 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 lí tưởng, R = 8,314 J.K-1.mol-1 - Nếu bình có hỗn hợp khí khí gây nên áp suất gọi áp suất riêng phần áp suất chung P hỗn hợp Nếu gọi V thể tích chung hỗn hợp khí thì: n i RT P Pi V Pi N i P; N i n i ni Trong ni số mol khí I hỗn hợp; ni tổng số mol tất khí hỗn hợp Hệ môi trường - Hệ vật hay nhóm vật lấy để nghiên cứu Thế giới xung quanh hệ gọi môi trường - Hệ cô lập hệ không trao đổi cahast lượng với môi trường - Hệ nở (mở) hệ trao đổi chất lượng với môi trường - Hệ kín hệ trao đổi lượng với môi trường - Hệ không trao đổi nhiệt với môi trường gọi hệ đoạn nhiệt - Qui ước dấu hệ trao đổi lượng với môi trường Hệ nhận lượng môi trường: dấu + Hệ nhường lượng cho môi trường: dấu - Thông số trạng thái Chúng đại lượng xác định trạng thái vĩ mơ hệ Ví dụ: trạng thái khí lí Hội thảo khoa học mơn Hố học lần thứ III – THPT chuyên Biên Hoà, tháng 11/2010 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ tưởng hệ kín xác định thông số trạng thái P, V, R, T, n Tuy nhiên thơng số liên hệ với công thức PV = nRT, nên cần ba thơng số đủ để xác định trạng thái hệ Thông số trạng thái dung độ tỉ lệ với lượng chất, ví dụ, thể tích, khối lượng Thơng số trạng thái cường độ khơng tỉ lệ với lượng chất, ví dụ, nhiệt độ, áp suất, nồng độ, độ nhớt Trạng thái cân Một hệ trạng thái cân trạng thái khơng biến đổi theo thời gian Biến đổi thuận nghịch bất thuận nghịch Khi hệ trạng thái cân ta biến đổi giá trị thơng số trạng thái hệ hệ bị biến đổi chuyển sang trạng thái đặc trưng giá trị thông số trạng thái Biến đổi thuận nghịch: hệ chuyển từ trạng thái cân sang trạng thái cân khác cách vô chậm qua liên tiếp trạng thái cân biến đổi gọi thuận nghịch Đây biến đổi lí tưởng khơng có thực tế Khác với biển đổi thuận nghịch biến đổi bất thuận nghịch Đó biến đổi tiến hành với vận tốc đáng kể Những biến đổi xảy thực tế bất thuận nghịch Hàm trạng thái Là giá trị phụ thuộc vào thơng số trạng thái hệ, nghĩa khơng phụ thuộc vào biến đổi trước hệ Ví dụ: n mol khí lí tưởng: - Ở trạng thái đặc trung P1V1 = nRT1; - Ở trạng thái đặc trung P2V2 = nRT2; PV hàm trạng thái, khơng phụ thuộc vào cách biến đổi từ trạng thái sang trạng thái Cơng W nhiệt Q - Là hai hình thức trao đổi lượng Đơn vị thường dùng công nhiệt Jun (J) - Công nhiệt khơng phải hàm trạng thái giá trị chúng phụ thuộc vào biến đổi Ví dụ: cơng giãn nở khí lí tưởng từ thể tích V đến V2 nhiệt độ khơng đổi xilanh kín nhờ pittong tính công thức: W = P dV n Pn áp suất bên ngồi tác dụng lên phía pittong - Nếu biến đổi thuận nghịch P n P khí khơng đổi Từ cơng biến đổi bất thuận nghịch là: Wbtn Pkq dV Pkq V2 V1 Hội thảo khoa học môn Hố học lần thứ III – THPT chun Biên Hồ, tháng 11/2010 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ - Vì V1 < V2 nên W < 0, nghĩa hệ sinh công - Nếu biến đổi thuận nghịch, nghĩa giảm P n lượng vô nhỏ để thể tích khí tăng với lượng vơ bé, P n lúc thực tế áp suất khí bên xilanh Pk: Pn = Pk = nRT V Thay vào công thức (4.3) ta tính cơng q trình biến đổi thuận nghịch này: Wtn nRT V dV nRT ln V V1 (4.5) Vậy Wtn Wbtn Các q trình thuận nghịch có ý nghĩa lớn, chúng sinh cơng lớn hệ biến đổi từ trạng thái đến trạng thái Lượng công lượng công cần thiết để đưa hệ trạng thái ban đầu Nội U Sự biến thiên nội hệ - Nội chất hày hệ gồm động phần tử tương tác phần tử chất hay hệ - U đại lượng dung độ hàm trạng thái - Nội n mol khí lí tưởng phụ thuộc vào nhiệt độ Giả sử có hệ kín chuyển từ trạng thái với nội U sang trạng thái với nội U2 Trong q trình chuyển hệ trao đổi với mơi trường nhiệt lượng Q cơng W Ngun lí nhiệt động học khẳng định rằng: U = U2 – U1 = W + Q = const (4.6) U biến thiên nội hệ chuyển từ trạng thái sang trạng thái Nó số biến đổi thực cách (U hàm trạng thái) Đối với biến đổi vơ nhỏ ta có: dU = W + Q (4.7) Kí hiệu W Q nhữngg hàm trạng thái (4.7) biểu thức tốn học ngun lí I nhiệt động học Thường gặp công thực biến đổi thể tích nên: W = -PdV (4.3)’ Từ đó: dU = Q – PdV U Q PdV (4.8) - Nhiệt đẳng tích Qv Hội thảo khoa học mơn Hố học lần thứ III – THPT chuyên Biên Hoà, tháng 11/2010 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ Nếu hệ biến đổi V = const dV = từ cơng thức (4.8) ta có U = Qv (4.9) Vậy nhiệt đẳng tích hàm trạng thái, nghĩa phụ thuộc vào trạng thái đầu cuối hệ - Nhiệt đẳng áp Qp Nếu hệ biến đổi P = const thì: 2 PdV P dV P V V1 PV2 PV1 Thay kết vào công thức (4.8) đồng thời thay U = U2 – U1 ta có: U2 – U1 = Qp – PV2 + PV1 Qp = (U2 + PV2) - (U1 + PV1) Đặt H = U + PV (4.10) Ta có: Qp = H2 – H1 = H (4.11) H gọi entanpi, hàm trạng thái U PV hàm trạng thái H biến thiên entanpi hệ Vậy nhiệt đẳng áp phụ thuộc vào trạng thái đầu trạng thái cuối hệ Nhiệt phản ứng Phương trình nhiệt hóa học - Xét hệ kín xảy phản ứng: �� � cC + dD aA + bB �� � Nhiệt phản ứng phản ứng nhiệt lượng trao đổi với môi trường a mol chất A phản ứng với b mol chất B tạo thành c mol chất C d mol chất D T = const - Nếu phản ứng thực P = const nhiệt phản ứng gọi nhiệt phản ứng đẳng áp Qp = H - Nếu phản ứng thực V = const nhiệt phản ứng gọi nhiệt phản ứng đẳng tẳng Qp = U - Phản ứng nhường nhiệt lượng cho môi trường gọi phản ứng tỏa nhiệt, H = Qp < U = Qv < - Phản ứng nhận nhiệt lượng cho môi trường gọi phản ứng thu nhiệt, H = Qp > U = Qv < - Quan hệ Qp Qv: Qp = H = (U + PV)p = U + PV H = U + nRT Qp = Qv + nRT (4.12) Trong n số mol khí vế phản ứng trừ số mol vế phản ứng (các khí coi khí lí tưởng) Hội thảo khoa học mơn Hố học lần thứ III – THPT chuyên Biên Hoà, tháng 11/2010 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ Khi n = H = U Nếu Qp Qv tính J R = 8,314 J.K-1.mol-1 Ví dụ: C6H6(l) + 15 �� � 6CO(k) + 3H2O(l) O2 �� � �� � CO2(k) C(r) + O2(k) �� � n = – 7,5 = -1,5 n = – = - Phương trình nhiệt hóa học: Phản ứng tỏa nhiệt chất phản ứng phải bớt lượng, ∆H có giá trị âm (∆H < 0) Ngược lại, phản ứng thu nhiệt, chất phản ứng phải lấy thêm lượng để biến thành sản phẩm, ∆H > Hình vẽ: phản ứng tỏa nhiệt có ∆H < Năng lượng H2(k) + ½ O2(k) ∆H = -285,832 kJ H2 O(l) chất ứng phản sản phẩm Năng lượng H2(k) + ½ O2(k) ∆H = +285,832 kJ H2O(l) chất phản ứng sản phẩm phản ứng thu nhiệt có ∆H > Hội thảo khoa học mơn Hố học lần thứ III – THPT chuyên Biên Hoà, tháng 11/2010 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ Phương trình phản ứng có ghi thêm giá trị ∆H trạng thái chất gọi phương trình nhiệt hóa học VD: 2Na (r) + Cl2 (k) → 2NaCl (r); ∆H = -822,2 kJ Giá trị ∆H = -822,2 kJ có nghĩa tạo nên mol NaCl từ kim loại Na khí Cl phản ứng 822,2 kJ II Phương pháp xác định hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học Phương pháp thực nghiệm - Trong phịng thí nghiệm hóa học người ta xác định hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học cánh dùng dụng cụ gọi nhiệt lượng kế - Nhiệt lượng kế bố trí cho khơng có trao đối nhiệt với mơi trường xung quanh Nó gồm thùng lớn đựng nước, nhúng ngập bom nhiệt lượng kế, nơi thực phản ứng hóa học Trong thùng cịn đặt nhiệt kế để đo thay đổi nhiệt độ nước que khuấy để trì cân nhiệt độ hệ - Phản ứng thực bom nhiệt lượng kế Lượng nhiệt giải phóng nước hấp thụ làm tăng nhiệt độ nhiệt lượng kế từ T1 đến T2 Gọi m khối lượng chất phản ứng M khối lượng mol phân tử C nhiệt dung nhiệt lượng kế ∆H hiệu ứng nhiệt phản ứng Theo định luật bảo toàn lượng ta có: ∆H m C (T2 T1 ) C T M Do ∆H = -C ∆T M m Ví dụ 1: 1,250 gam axit benzoic đốt bom nhiệt lượng kế chứa oxi dư Nhiệt dung nhiệt lượng kế 2422 cal/K Việc đốt khơi mào thực tia lửa điện Sau đốt xong nhiệt độ nhiệt lượng kế tăng thêm 3,256 so với nhiệt độ ban đầu Bỏ qua lượng nhiệt q trình khơi mào Tính ∆H phản ứng đốt cháy axit benzoic Giải: pthh: C7H6O2 + 15/2 O2 → 7CO2 + 3H2O ∆H = -C ∆T 122 M = -2422 3,256 = -771 kcal/mol 1, 25.10 3 m Ví dụ 2: Cho 0,78 gam benzen vào bom nhiệt lượng kế với lượng dư oxi lớn(áp suất cao) lượng nước bình chứa 1000 gam, nhiệt độ ban đầu 25 0C Sau đốt cháy benzen, nhiệt độ nước lên tới 32,80C Tính nhiệt lượng tỏa đốt cháy mol benzen (giả sử lượng nhiệt bị hấp thụ vật xung quanh bom nhiệt lượng kế, thành binh… Hội thảo khoa học mơn Hố học lần thứ III – THPT chuyên Biên Hoà, tháng 11/2010 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ không đáng kể) Biết nhiệt dung nước khoảng nhiệt độ thí nghiệm 1cal/(gam.K) nghĩa để đun nóng gam nước lên 10 cần calo nhiệt Giải: Lượng nhiệt nước hấp thụ: q = 1000 (32,8 - 25) = 7,8 10-3 cal Số mol benzen 0, 78 0, 01 mol 78 Như lượng nhiệt tỏa đốt cháy mol benzen 7,8.103 7,8.105 Kcal / mol ∆H = 0, 01 Phương pháp xác định gián tiếp Định luật Hess - Việc xác định trực tiếp hiệu ứng nhiệt phản ứng thực số trường hợp, phản ứng xảy nhanh, phản ứng hồn tồn khơng địi hỏi điều kiện thí nghiệm phức tạp Trong phần lớn trường hợp việc xác định gặp nhiều khó khăn Chẳng hạn, khơng thể xác định trực tiếp hiệu ứng nhiệt phản ứng: C(r) + ½ O2(k) →CO(k) Vì phản ứng C O2 ln kèm theo tạo thành CO Trong trường hợp việc xác định hiệu ứng nhiệt thực phương pháp gián tiếp - Việc xác định gián tiếp hiệu ứng phản ứng dựa định luật Hess: “ Hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học phụ thuộc vào chất trạng thái chất phản ứng, không phụ thuộc vào cách tiến triển trình, nghĩa số lượng đặc trưng giai đoạn trung gian” - Điều có nghĩa q trình phản ứng cho, từ chất phản ứng (trạng thái đầu) đến sản phẩm phản ứng (trạng thái cuối) theo đường khác Nhưng dù theo đường hiệu ứng nhiệt ∆H1 ∆H2 Chất phản ứng ∆H3 Sản phẩm ∆H4 ∆H1 = ∆H2 = ∆H3 = ∆H4 = ∆H Hiệu ứng nhiệt phụ thuộc vào trạng thái đầu trạng thái cuối Hệ định luật hess: Hội thảo khoa học mơn Hố học lần thứ III – THPT chuyên Biên Hoà, tháng 11/2010 10 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ Gop = Go S,298(C2H5OHh) - GoS,298(C H 4k) - Go S,298(H2Oh) =168,6 - 68,12 +228,59 = - 8,13 (kJ ) đkc T = 373K Phản ứng tự diễn biến Hội thảo khoa học mơn Hố học lần thứ III – THPT chuyên Biên Hoà, tháng 11/2010 154 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ b) Để phản ứng tự diễn biến nhiệt độ T(K) thì: GT0 < H0 - T S0 < H 206,1.10 T> = = 959,71(K) 214,752 S Bài 24: Entanpi tự chuẩn phản ứng tạo thành H 2O từ đơn chất phụ thuộc vào T theo phương trình sau: G S0,T = -240000 + 6,95T + 12,9TlgT (J/mol) Tính G0, S0 H0 phản ứng tạo thành H2O 2000K Giải: G S0, 2000 = -240000 + 6,95.2000 + 129.2000lg2000= -140933,426(J/mol) G = -S dG = VdP - SdT T P G 0 S 2000 = - T 12,9 = 6,95 + 12,5.lgT + 12,9T = 6,95 + 12,9lgT + T ln 10 ln 10 P = 6,95 + 12,9lg2000 + 12,9 = 55,1357(J/molK) ln 10 0 H 2000 = G2000 + T S 2000 = -140933,426 + 2000 55,1357 = -30662,054 (J/mol) Bài 25: Một Học sinh làm tường trình thí nghiệm đo nhiệt độ đốt cháy hợp chất hữu cho rằng: H = U + P V Sự đốt cháy bom nhiệt lượng kế làm cho V = 0, H = U Kết luận sai đâu? Giải: H = U + P.V H = U + (PV) = U + P V + V P Hay H = U + (nRT) Trong bom nhiệt lượng kế thì: V = nên: H = U + V P = U + (nRT) Bài 26: Hãy mệnh đề sai: a) Đối với hệ kín, trình giãn nở khí đoạn nhiệt hệ cô lập Q = 0; S = b) Một hệ tự diễn biến tới trạng thái có entanpi thấp (H < 0) entropi lớn (S > 0) Hay hệ diễn biến theo chiều giảm entanpi tự (G < 0) c) GT0 = H T0 - T S T0 Với phản ứng hoá học T = const Nếu G > Phản ứng tự diễn biến theo chiều nghịch G = : Phản ứng trạng thái cân Hội thảo khoa học mơn Hố học lần thứ III – THPT chun Biên Hoà, tháng 11/2010 155 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ G < : Phản ứng tự xảy theo chiều thuận Giải: a) Sai Do S = q trình biến đổi thuận nghịch Cịn với q trình biến đổi bất thuận nghịch S > Q S > T b) Sai Do mệnh đề điều kiện T, P = const Cịn với q trình biến đổi mà V, T = const phải xét F c) Sai Do với q trình hố học phải xét giá trị: G = G0 + RTlnQ dựa vào G0 (Tuy nhiên, coi GT0 G0 - Gọi G2 hàm Gibb 1mol O2 25oC khơng khí (0,21 atm) 1mol O2, 25oC, 1atm mol O2, 25oC, 0,21atm (G0) (G2) Hội thảo khoa học mơn Hố học lần thứ III – THPT chuyên Biên Hoà, tháng 11/2010 159 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ G2 = G2 - G0 = 8,3145 298,15.ln 0,21 = -3868,8(J) G2 < G0 Vậy: G2(1mol O2, 25oC, 0,21atm) < G0(1 mol O2, 25oC, 1atm) < G1(1 mol H2O, 25oC, 2atm) - chất có hàm G cao bền mol O2 25oC, 2atm có khả phản ứng cao cịn mol O2 nằm khơng khí bề có khả phản ứng Bài 32: Nhiệt hoà tan (Hht) 0,672g phenol 135,9g clorofom -88J 1,56g phenol 148,69g clorofom -172J Tính nhiệt pha lỗng dung dịch có nồng độ dung dịch thứ chứa mol phenol pha loãng đến nồng độ dung dịch thứ clorofom Giải: 94g phenol +CHCl3 Hht (2) Hht(1) dd +CHCl3 dd H pha lo· ng H pha lo· ng = Hht(1) - Hht(2) =- 94 (-172) + 94 (-88) =- 2004,87(J ) 0,672 1,569 Bài 33: Nhiệt hoà tan mol KCl 200 ml nước áp suất P = 1amt là: tC 21 23 H 18,154 17,824 (kJ) Xác định H298 so sánh với giá trị thực nghiệm 17,578 (kJ) Giải: Theo định luật Kirchhoff: H294 = H298 + CP.(294 - 298) = 18,454 (kJ) H286 = H298 + CP.(296 - 298) = 17,824(kJ) H298 = 17,494 (kJ) CP = -0,165 (kJ/K) H298(LT) - H298(TN) ~~ 0,48% H298(TN) Vậy H298 tính theo lí thuyết sai khác với giá trị TN 0,48% Bài 34: Tính S q trình hố mol H2O (l) 25oC, 1atm Cho: Hhh, H2O(l) = 40,656 kJ/mol; C P , H 2O (l ) = 75,291 (J/K.mol); C P , H 2O ( h ) = 33,58 (J/molK) Giải: Xét chu trình: Hội thảo khoa học mơn Hố học lần thứ III – THPT chuyên Biên Hoà, tháng 11/2010 160 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ 25oC, mol H2O (l), 1atm S 25oC, mol H2O(r), 1atm S1 100oC, 3mol H2O(l),1atm Q S1 = = T T2 n.C P (l ) T1 S3 S2 100oC, 3mol H2O (h), 1atm T2 dT 373,15 = nCP(l)ln = 75,291.ln = 50,6822(J/K) T T1 298,15 40,656,10 Q2 n.H hh.l S2 = = = = 326,8605(J/K) 373,15 T T Q S3 = = T T1 n.C T2 P(h) T2 dT 298,15 = nCP(h)ln = 33,58.ln = - 22,6044(J/K) T T1 373,15 S = S1 + S2 + S3 = 354,9383 (J/K) Bài 35: a) Tính cơng q trình đốt cháy mol rượu etylic đkc 25oC b) Nếu H2O dạng cơng kèm theo q trình bao nhiêu? Giải: a) C2H5OH(l) + 3O2 (k) 2CO2 (k) + 3H2O (l) n = -1 n.RT W = -Png V = -Png = R.T = 8,314.29815 = 2478,82 (J) Png b) Nếu H2O dạng thì: n = W = - n RT = -2 8,314 298,15 = - 4957,64(J) Bài 36: Tính S, G q trình giãn khơng thuận nghịch mol khí lí tưởng từ 4lít đến 20 lít 54oC Giải: Vì S, G hàm trạng thái nên S, G khơng phụ thuộc vào q trình biến thiên thuận nghịch hay bất thuận nghịch mà phụ thuộc vào trạng thái đầu trạng thái cuối Vì vậy: V2 20 S = nRln = 8,314.ln = 26,76 (J/K) V1 T = const H = 0; U = G = H - T S = -(273,15 + 54) 26,76 = - 8755,1 (J) Bài 37: Một bình tích V = 5(l) ngăn làm phần Phần chứa N 298K áp suất 2atm, phần 298K áp suất 1atm Tính G, H, S q trình trộn lẫn khí người ta bỏ vách ngăn Giải: T = 298K ; Vbđ (N2) = Vbđ(O2) = (l) V2 V2 PN V N PO VO S = S(N2) + S(O2) = n N Rln + nO2 Rln = 2 Rln + 2 Rln V1 V1 2,5 2,5 RT RT Hội thảo khoa học môn Hố học lần thứ III – THPT chun Biên Hồ, tháng 11/2010 161 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ = PN V N PO2 VO2 ln = 0,0174(l.at/K) = 0,0174 101,325 = 1,763 (J/K) T - Quá trình đẳng nhiệt H = G = H - T S = - 298 1,763 = - 525,374 (J) Bài 38: Cho liệu sau 298K H S0 (kJ/molK) Chất S0(J/molK) V(m3/mol) Cthan chì 0,00 5,696 5,31.106 Ckim cương 1,90 2,427 3,416.10-6 1) 298K có phần nhỏ kim cương tồn với than chì khơng? 2) Tính áp suất tối thiểu phải dùng để điều chế kim cương 298K? Giải 1) Ckim c Cthan chì ơng G0298 =? Ho = Ho than chỡ - Ho kim cương = - 1,9 = -1,9 (kJ) So = So than chì - Sokim cương = 5,696 - 2,427 = 3,269 (J/K) G298, pu = Ho - T So = -1900 - 298.3,269 = -2874,162(J) Go < (Tuy nhiên Go không âm) Phản ứng tự xảy theo chiều thuận không tồn lượng nhỏ kim cương với than chỡ 2) Ckim c Cthan chì ơng G0298 =+2874,162 (J ) V = VKC - VTC = 3,416.10-6 - 5,31.10-6 = 1,894.10-6 (m3/mol) Ta có: dG = VdP - SdT G G =V = V P T P T G P2 - G P1 = V(P2 - P1) Để điều chế kim cương từ than chì thì: G P2 ≤ G P1 + V(P2 - P1) ≤ P2 - P1 ≥ - G P1 P2 ≥ P - (Do V < 0) V G P1 V =1+ 2874,162 1,894.10 3.101,325 P2 ≥ 14977,65 (atm) Hội thảo khoa học mơn Hố học lần thứ III – THPT chuyên Biên Hoà, tháng 11/2010 162 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ Vậy áp suất tối thiểu phải dùng để điều chế kim cương từ than chì 14977,65atm Nh vËy ë 25oC, c© n than chì kim c ơng tồn áp suÊt kho¶ng 15000 atm áp suất cao trình chuyển than chì thành kim cương tự diễn biến, với tốc độ chậm Muốn tăng tốc độ phải tăng nhiệt độ áp suất, thực tế trình chuyển than chì thành kim cương tiến hành có xúc tác (Ni + Cr + …) nhiệt độ 1500oC P 50000atm Bài 39: Phản ứng Zn dd CuSO xảy ống nghiệm toả lượng nhiệt 230,736kJ Cũng phản ứng cho xảy pin điện phần hố chuyển thành điện Công điện pin 210,672kJ Chứng minh rằng: U q trình khơng đổi, nhiệt toả thay đổi Tính S phản ứng, Smt Stp? Cho T = 300K Giải: Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu - Khi thực ống nghiệm: (Tiến hành bất thuận nghịch) VZn VCu Wtt = ; W’ = UBTN = QBTN = H = -230,736kJ - Khi thực phản ứng pin điện (quá trình thuận nghịch) W’max = - 210,672 (kJ) G = W’max = -210,672(kJ) HTN = HBTN = - 230,736(kJ) QTN = T S = H - G = -230,736 + 210,672 = -20,064(kJ) UTN = Q + W’ + P V = -20,064 = 210,672 + = -230,736 (kJ) = UBTN QTN 20,064.10 - Shệ = == 66,88(J/K) T 300 SmtBTN = - QBTN 230,736.10 = = 769,12(J/K) T 300 Stp(BTN) = 702,24(J/K) Smt(TN) = - QTN = -Shệ Stp(TN) = T Bài 40: - Gp = W’max Xét phản ứng thuận nghịch pin điện Gp = W’max < - Nhưng học sinh viết rằng: Trong q trình ln có: S vũ trụ = Smt + S hệ (1) Hội thảo khoa học mơn Hố học lần thứ III – THPT chun Biên Hoà, tháng 11/2010 163 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ Hmt = - H hệ Smt = (2) H mt H he H he = S vũ trụ = + S hệ T T T T S vũ trụ = - H hệ + T S hệ = -G hệ Với trình thuận nghịch S vũ trụ = G hệ = Gp = Hãy giải thích mâu thuẫn Giải: (2) ngồi cơng giãn nở hệ khơng thực công khác: H = U + P V U = H - P V Q = U - W = (H - P V) - (-P V + W’) Q hệ = H hệ - W’ = - H mt Chỉ W’ = Hmt = - H hệ * Trong pin: W’max = G < nên Hmt H hệ Xét phản ứng: Zn(r) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(r) Bài 41: diễn đktc 25oC a) Tính W, Q, U, H, G, S phản ứng điều kiện Zn2+(aq) Biết: Cu(r) 0 64,39 41,6 33,3 - 98,7 H S0, 298 (kJ/mol) -152,4 S 298 (J/mol.K) - 106,5 Cu2+(aq) Zn(r) b) Xét khả tự diễn biến phản ứng theo cách khác c) Nếu thực phản ứng cách thuận nghịch pin điện kết có thay đổi? Tính Epin? Giải: 0 0 a) H pu = H S , Zn 2 + H S ,Cu - H S ,Zn H S ,Cu 2 = -152,4 - 64,39 = -216,79 (kJ) 0 0 S pu = S Zn ( aq ) + S Cu (r ) - S Zn (r ) - S Cu ( aq ) = -106,5 + 33,3 - 41,6 + 98,7 = -16,1 (J/K) G 0pu = H - T S = -216,79 + 298,15 16,1.10-3= -211,99(kJ) Uo = QP = H pu = -216,79 (kJ) W = 0; trình BTN; W’ = 0 b) * G pu = -211,99 (kJ) Quá trình bất thuận nghịch phản ứng tự xảy c) Khi thực phản ứng TN pin điện giá trị H0, S0, G0, U0 khơng thay đổi H, S, G, U hàm trạng thái nên khơng phụ thuộc q trình biến đổi thuận nghịch hay bất thuận nghịch giá trị Q, W thay đổi Cụ thể: Wtt = 0; W’max = G0 = -211,99(kJ) Q = T S = 298,15 (-16,1) = - 4800,215 (J) Smt = Qmt Qhe = = 16,1 (J/K) S vũ trụ = Smt + Shệ = T T Epin = - 211990 G = 1,1(V) 2.96485 nF Bài 42: Đối với nguyên tố Đanien 15 oC người ta xác định sức điện động E = 1,09337V hệ số nhiệt độ sức điện động E = 0,000429 V/K Hãy tính hiệu ứng nhiệt phản ứng T hoá học? Giải: G = - nEF G E = - nF = - S T T H = G + T S = nF.(T S = nF E T E - E) T H = 96485 (298,15.0,000429 - 1,09337) - - 187162,5(J) Bài 43: Cho phản ứng hoá học: Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu xảy cách thuận nghịch đẳng nhiệt, đẳng áp 25oC nguyên tố Ganvani Sức điện động nguyên tố đo 1,1V hệ số nhiệt độ sức điện động E = 3,3.10-5 (V/K) T P a) Tính hiệu ứng nhiệt Q, biến thiên Gipxơ G biến thiên entropi S phản ứng hố học cho b) Tính Qtn q trình? Hội thảo khoa học mơn Hố học lần thứ III – THPT chuyên Biên Hoà, tháng 11/2010 165 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ c) Nếu phản ứng hoá học thực nhiệt độ áp suất bình cầu thường giá trị G, S bao nhiêu? Giải: a) G = - nEF = - 1,1 96485 = - 212267(J) S = - G E = n.F = 96485 3,3 10-5 = 6,368 (J/K) T T H = G + T S = 212267 + 298,15 6,368 = -210368,4(J) b) Qtn = T S = 298,15 6,368 = 1898,62 (J) c) Nếu phản ứng hoá học thực nhiệt độ, áp suất bình cầu thường tức thực trình cách bất thuận nghịch G, S phản ứng câu (a) Do G, S hàm trạng thái giá trị G, S khơng phụ thuộc vào q trình biến thiên IV- KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ : Trên hệ thống câu hỏi tập phần “Nhiệt hoá học” mà tơi áp dụng giảng dạy Nó tương đối phù hợp với yêu cầu mục đích giảng dạy, bồi dưỡng học sinh khá, giỏi trường chuyên chuẩn bị dự thi học sinh giỏi cấp Nó dùng làm tài liệu học tập cho học sinh lớp chuyên Hoá học tài liệu tham khảo cho thầy cô giáo giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học bậc THPT góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy học tập mơn Hố học Tuy nhiên, phần nhỏ chương trình ơn luyện cho học sinh chuẩn bị tham gia vào kỳ thi học sinh giỏi cấp Vì vậy, tơi mong Thầy , Cơ đồng nghiệp góp ý kiến cho chuyên đề phát triển sang chun đề khác để học trị chun Hố ngày có nhiều tài liệu học tập cách hệ thống ************************************************** Hội thảo khoa học mơn Hố học lần thứ III – THPT chuyên Biên Hoà, tháng 11/2010 166 ... tập tốt Hà Nam, ngày 10 tháng 11năm 2010 NHĨM HỐ HỌC TRƯỜNG THPT CHUN BIÊN HỒ, HÀ NAM Hội thảo khoa học mơn Hố học lần thứ III – THPT chuyên Biên Hoà, tháng 11 /2010 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU... phần “Nhiệt hoá học” 124 Hội thảo khoa học mơn Hố học lần thứ III – THPT chuyên Biên Hoà, tháng 11 /2010 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ LỜI NĨI ĐẦU Chương trình mơn... cơng thức cấu tạo hợp chât hữu dựa vào pp hoá học 48 Trao đổi số vấn đề đề thi chọn HSG QG năm 2010 66 Một số tập tổng hợp hữu 73 Phản ứng tạo mạch cacbon nhờ phản ứng ankyl hoá 82 Trao đổi số