BÀI TẬP VỀ NHIỆT ĐỘNG HỌC Tính lượng 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 lượng liên kết HH = 431,5 kJ/mol Các kết đo 298K 1atm Bài giải: Ta xếp phương trình (kèm theo ký hiệu nhiệt) cho chất vế triệt tiêu bớt để cịn lại phương 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 phương trình ta 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 lượng liên kết CH = 1652,7 : = 413,715 kJ/mol Bằng cách tương tự tính Năng lượng liên kết CC = 345,7 kJ/mol Từ thực nghiệm thu trị số H (theo Kcal.mol-1) phân ly liên kết 250C sau: Liên kết H H–H 104 O–O 33 O–H 111 C–H 99 C–O 84 C–C 83 Hãy giải thích cách tính cho biết kết tính H (cũng điều liện 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 lượng cần thiết phá vỡ liên kết = (83) + (995) + (84) + (111) = 773 Kcal/mol CH3 O CH3 có liên kết C H liên kết C O Năng lượng tỏa hình thành liên kết = (99 6) + (84 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 cơng nghệ hố dầu , ankan loại hiđro để chuyển thành hiđrocacbon không no có nhiều ứng dụng Hãy tính nhiệt phản ứng sau: C4H10 C4H6 + H2 ; Ho1 (1) CH4 C6H6 + H2 ; Ho2 (2) -1 Biết lượng liên kết , E theo kJ.mol , liên kết sau : Liên kết H-H C-H C-C C=C E , theo kJ.mol-1 435,9 416,3 409,1 587,3 ( 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 C4H6 + H2 ; Ho1 (1) CH2=CH-CH=CH2 + 2H2 C6H6 + H2 ; Ho2 (2) Trong Ei , Ej lượng liên kết vế đầu cuối (tham gia , tạo thành) 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 Ho1 = + 437,0 kJ.mol-1 Tương tự , ta có Ho2 = 24 EC-H - ( 3EC-C + EC=C + EC-H + EH-H ) Thay số , tính 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 lượng 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; lượng phân ly phân tử H2 = 436 kJ/mol Theo định nghĩa: lượng liên kết CH4 H 0298 trình: C4H10 hay H3C - CH2- CH2-CH3 CH4 m n * Từ Hophản ứng = i Ei _ j Ej i=1 j=1 CH4(k) C (k) + 4H (k) Theo giả thiết: C (r) + 2H2 (k) CH4 H 0h.t = 74,8 kJ/mol C (r) C (k) H 0t h = 716,7 kJ/mol H2 (k) 2H (k) H 0p l = 436 kJ/mol Tổ hợp trình cho: H 0298 = 74,8 + 716,7 + (2 436) = 1663,5 kJ/mol Vậy lượng liên kết trung bình liên kết C H = 1663,5 : = 416 kJ/mol Tính lượng liên kết O – H phân tử nước, 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 lượng nguyên tử hóa NaF (ENaF), biết: - Năng lượng 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 lượng: NaF Na+ + F Ei Na+ + e Na - INa F- e F - EF Tổ hợp trình ta được: NaF Na + F ENaF = Ei - INa - EF = = 6,686 - 5,139 + 3,447 = 4,994 eV Hãy so sánh H 0298 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 - 822,200 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 nhơm đến tạo Fe Tính: a) H 0298 phản ứng biết áp suất atm 250C khử 47,87 g Fe2O3 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 4,89lít N2 153,06 kJ H 0298 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 khơng đổi với lượng oxi dư 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 25 C 1atm nhiệt cháy xiclopropan khí, graphit, hidro – 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) 436 kJ/mol 945kJ/mol Tính: H 0298 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 lượng liên kết C N phân tử từ nguyên tử? Biết lượng cuả liên kết C – H C – C – 413 kJ/mol – 348 kJ/mol Cho: Cgraphit Chơi H(k) H2 (k) 2N (k) N2(k) H 0298 thăng hoa = 718,4 kJ/mol H 0298 = – 218,0 kJ/mol H 0298 = – 946,0 kJ/mol ĐS: – 888,8 kJ/mol 14 Tính lượng mạng lưới KBr Biết H sinh tinh thể KBr = – 392,0 kJ/mol 298 H 0298 bay brom = 30,7 kJ/mol H 0298 nguyên tử hoá kali = 90,0 kJ/mol H 0298 tạo thành Br – Br = – 193,0 kJ/mol lực electron Br = – 333,0 kJ/mol Năng lượng ion hóa K = 419,0 kJ/mol ĐS: – 697,85 kJ/mol 15 Tính lượng mạng lưới 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 lượng ion hóa: Ca(k) 2e Ca2+ (k) I + I2 = 1745 kJ/mol - Năng lượng 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 tốn 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 phương pháp tổ hợp cân ta có: Ca(r) + Cl2(k) CaCl2(r) H 0298, s Ca(k) Ca(r) - H 0a 2Cl (k) Cl2(k) - Elk 2+ Ca (k) + 2e Ca(k) -(I + I2) -1 2 Cl (k) e Cl (k) -2E 2+ Cộng phương trình ta Ca (k) + 2Cl-(k) CaCl2(r) Năng lượng trình lượng mạng lưới ion CaCl2 = H 0298, 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 lượng 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 lượng mạng lưới ion MgO là: U0 = -4054,89 kJ/mol Bằng cách tính tương tự thu 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 lượng ion hóa thứ nhất(I1) Li = 5,390 eV Quá trình Li - 2e Li2+ có E = 81,009 eV Hãy tính: Năng lượng ion hóa I2 Năng lượng kèm theo trình Li - 3e Li3+ Bài giải: Do Li - 1e Li+ có I1 = 5,390 eV nên Li+ + 1e Li E01 = - I1 = - 5,390eV Li - 2e Li2+ E2 = 81,009 eV Tổ hợp trình ta lượng ion hóa I2 Li+ - e Li2+ I2= E1 + E2 = 81,009 - 5,390 = 75,619 eV Muốn tính lượng kèm theo trình Li - 3e Li3+ ta cần tổ hợp trình: Li - 2e Li2+ (đã cho) Li 2+ - 1e Li3+ (I3) 2+ Li hệ 1e hạt nhân, nên lượng electron tính theo cơng thức Z2 32 Z 3 3+ 3+ E3 (Li ) = - 13,6 E3 (Li ) =-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 Li - 3e Li3+ 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 q trình ta xếp phương trình 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 Ho298 (kJ) 1011 (2) N2O + 3H2 N2H4 + H2O 317 (3) 2NH3 + 0,5O2 N2H4 + H2O 143 (4) H2 + 0,5 O2 H2O 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) Tính nhiệt tạo thành Ho298 N2H4 ; N2O NH3 b) Viết phương 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 khơng đổi bao nhiêu? a) Ta xếp lại phương trình lúc đầu để cộng triệt tiêu chất 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 được: 4N2 + 8H2 4N2H4 có 4H5 Suy H5 = (-H1 + 3H2 + H3 - H4) : = (1011 - 317 - 143 + 286) : = 50,75 kJ/mol Từ H5 H4 H2 tính H N 2O = H5 + H4 - H2 = 50,75 - 286 + 317 = 81,75 kJ/mol Từ H5 H4 H3 tính H NH = H5 + H4 - H3 = ( 50,75 - 286 + 143 ) : = 46,125 kJ/mol b) N2H4 + O2 N2 + 2H2O H 0298 = ( 286) 50,75 = 622,75 kJ/mol S 0298 = 191 + (2 66,6) 205 240 = 120,8 J/K G 0298 = 622,75 ( 120,8 10 3 298) = 586,75 kJ/mol 586, 75.103 G = = 236,8 ; K = 10103 RT 8, 314 298 c) H = U + PV = U + nRT U = H nRT Với n = 2,5 = 1,5 cho U = 143.103 ( 1,5) 8,314 298 = 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 lượng nhiệt sau đây: CO (k) + H2O (h) CO2 (k) + H2 (k) CO (k) + Cl2 (k) COCl2 (k) COCl2 (k) + 2NH3 (k) CO(NH2)2(r) + 2HCl(k) Nhiệt tạo thành HCl (k) Nhiệt hóa H2O(l) H1 = -41,13 kJ/mol H2 = -112,5 kJ/mol H3 = -201,0 kJ/mol H4 = -92,3 kJ/mol H5 = 44,01 kJ/mol Để có phương trình theo giả thiết, ta xếp lại trình cho kèm theo đại lượng nhiệt tương ứng tiến hành cộng phương trình 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 phương trình giả thiết ta được: 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 tốn dùng phương pháp tổ hợp cân nói dễ hiểu hơn: a/ Ta có: Phương trình cần tính CH2=CH-CH3 + 4,5O2 3CO2 + 3H2O H5 = ? phương trình tổ hợp từ trình sau: CH2=CH-CH3 C3H6 xiclo (-H1) C3H6 xiclo + 4,5O2 3CO2 + 3H2O H4 Cộng phương trình ta phương trình cần tính H5 =H4-H1 Vậy, nhiệt đốt cháy propen = - 2094,4 -(-32,9) = - 2061,5 kJ/mol b/ Tương tự: ( C + O2 CO2 H2 ) ( H2 + O2 H2O H3 ) 3CO2 + 3H2O C3H6 xiclo + 4,5O2 (-H4 ) Tổ hợp 3C + 3H2 C3H6 xiclo H6 = 3H2 + 3H3 - H4 H6 = 3(-394,1) + 3(-286,3) - (-2094,4) = 53,2 kJ/mol c/ Tương tự nhiệt tạo thành propen là: H7 = 3H2 + 3H3 - H5 = 20,3 kJ/mol 21 Đối với trình đồng phân hố 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 2094,4 Nhiệt sinh Ho298 (kJ/mol) 22 Đốt cháy mol benzen lỏng 250C, 1atm để tạo khí CO2 H2O lỏng toả nhiệt lượng 3267kJ Xác định nhiệt tạo thành benzen lỏng điều kiện trên; biết nhiệt tạo thành chuẩn CO2(k) H2O (l) tương 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 lượng liên kết của: O2 NH3 N2 H2O NO kJ/mol 1161 493 942 919 627 Tính hiệu ứng nhiệt: E1 = (2ENH3 + 3/2EO2) – (EN2 + EH2O) = 1161 + 3/2 493 – 942 – 919 = - 637,5 kJ E2 = 2ENH3 + 5/2EO2 – 2ENO – 3EH2O = 1161 + 5/2 493 – 627 – 919 = - 456,5 kJ - Phản ứng (1) có H âm nên pư (1) dễ xảy - Nếu có xúc tác lượng 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 250C 9270C? Biết: S 298 (J/mol.K) H 0298 (kJ/mol) CaO 39,7 CO2 213,77 CaCO3 88,7 - 635,5 - 393,5 - 1027,0 25 Nhơm oxit bị khử thành kim loại khí hidro khơng (ở 4270C) ? Biết: S 298 (J/mol.K) H 0298 (kJ/mol) Al2O3 50,9 - 1676,0 H2 130,5 Al 6,755 H2O(h) 188,7 - 241,8 ... 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... Propen Nhiệt cháy Ho298 cháy (kJ/mol) 394,1 286,3 2094,4 Nhiệt sinh Ho298 (kJ/mol) 22 Đốt cháy mol benzen lỏng 250C, 1atm để tạo khí CO2 H2O lỏng toả nhiệt lượng 3267kJ Xác định nhiệt. .. 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 q trình ta xếp phương trình