(Sáng kiến kinh nghiệm) NHIỆT hóa học – cân BẰNG hóa học ôn học SINH OLYMPIC 304

NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HĨA HỌC ƠN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 NHIỆT HÓA HỌC – CÂN BẰNG HÓA HỌC I Phần mở đầu: I.1 Lý chọn đề tài : Với năm gần Sở GD & ĐT ĐăkLăk tạo điều kiện cho số trường THPT khơng chun tham gia kì thi Olympic 30/4 giúp cho phong trào dạy học Thầy Trò sơi hẳn lên Nhờ vậy, tơi có phụ trách ôn học sinh lớp 10 tham gia Olympic 30/4 lần thứ 21 năm 2015 tơi biên soạn phần NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HÓA HỌC để giảng dạy bổ sung, cô đọng tài liệu cho học sinh I.2 Mục tiêu, nhiệm vụ đề tài: Là sở hóa học vơ quan trọng để học sinh tiếp thu kiến thức quan nội dung học sinh cần phải có kiến thức Giúp học sinh hiều biết mơn Hóa Học, thấy Hóa Học khơng phải mơn khó em nghỉ Giúp học sinh cách suy nghỉ để giải vấn đề mơn Hóa Học: dựa phương trình phản ứng, tượng phản ứng, lí thuyết đề giải vấn đề gặp phải Trao đổi với đồng nghiệp, nhằm có thêm hướng phát triển nâng cao lực thân I.3 Đối tượng nghiên cứu: Thuật ngữ hóa học, tượng thí nghiệm Sách olympic 30/4 năm từ 1996 - 2014 Sách tài liệu chuyên hóa tập Sách số phản ứng hóa học vô ( Nguyễn Duy Ái ) I.4 Giới hạn phạm vi nghiên cứu: Học sinh lớp 10A1, A2, A3, A5, A6, B9 trường THPT BUÔN MA THUỘT Học sinh lớp 12A5 trường THPT BUÔN MA THUỘT I.5 Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp phân tích, tổng hợp Phương pháp so sánh Phương pháp kiểm tra, đánh giá VŨ ĐỨC HỒNG THPT BN MA THUỘT NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HĨA HỌC ƠN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 II Phần nội dung: II.1 Cơ sở lý luận: Học sinh lúng túng việc giải tập dạng có nhiều chổ cần suy nghĩ cẩn thận không hiểu sai, đặc biệt ôn thi ở phần này học sinh giải chậm , giải sai vì mắc các thuật ngữ hóa học Vì việ c cung cấp kiến thức hướng dẫn phương pháp giải cần thiết II.2.Thực trạng: a Thuận lợi- khó khăn: Khó khăn: Học sinh khơng hiểu , hiểu khơng chất hóa học việc giải các bài tập này sẽ mất nhiều thời gian , kết tính tốn khơng khó khăn xử lí giá trị nhỏ, âm mà em chưa thực hành nhiều Thuận lợi: Các em ham học, chịu khó nhà đọc tài liệu Nên kiểm tra nội dung phần đa số em làm b Thành công- hạn chế: Thành công: Học sinh đa phần làm tập theo dạng mà giáo viên hướng dẫn Các em có thái độ học tốt hơn, tâm chịu khó làm tập nhà tìm thêm tài liệu dựa hướng dẫn giáo viên Hạn chế: Nếu tập trung vào dạng mà quên phần lí thuyết khiến học sinh học vẹt dạng, không nắm rõ chất lí thuyết khơng phản ứng với dạng tập với lời dẫn lạ c Mặt mạnh- mặt yếu: Mặt mạnh: Mới mẻ với em, tạo tò mò chất, chứng minh nặng lực thân Mặt yếu: Các phép tính tốn mới, khó với em mà cơng cụ tốn học em chưa biết d Các nguyên nhân, yếu tố tác động: Năng lực học sinh mơn hóa Năng lực diễn đạt người hướng dẫn chưa cao e Phân tích, đánh giá vấn đề thực trang mà đề tài đặt ra: Các năm gần đây, đặt biệt từ năm 2014, 2015 sở GD & ĐT tạo điều kiện cho trường THPT tham gia kì thi Olympic giúp cho khơng em học sinh mà Thầy Cơ xem sân chơi vơ bổ ích nhằm giao lưu, học hỏi, trao đổi kiến thức Nhiệt hóa học – Cân hóa học nội dung cấu trúc đề thi Olympic Cũng tảng sở để xây dựng nội dung khác mơn VŨ ĐỨC HỒNG THPT BN MA THUỘT NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HĨA HỌC ƠN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 hóa học học sinh nắm nội dung em tự học, tự nghiên cứu kiến thức Trên sở nhằm giúp em hiểu biết nội dung này, biên soạn phần kiến thức trọng tâm Nhiệt hóa học – Cân hóa học tập vận dụng để giúp em thuận lợi việc tiếp thu Với thực trạng nêu với học sinh có kỹ tốt suy luận để đưa cách giải hợp lý khơng khơng giải Từ ta thấy việc học sinh tự tìm hiểu kiến thức tìm phương pháp giải tập học sinh nhiều hạn chế chưa phù hợp với mức độ kỳ thi Trước tình hình học sinh tơi thấy cần thiết phải hình thành cho học sinh thói quen gặp vấn đề mà chương trình phổ thơng cịn hạn chế giáo viên phải người đưa tình nhằm thúc khả tự học kiến thức đưa phương pháp phù hợp Do q trình giảng dạy tơi có đưa phương pháp giải nhanh tốn hóa học : Nhiệt hóa học – cân hóa học Trong sáng kiến kinh nghiệm muốn đưa phần kiến thức số tập phù hợp với số kỳ thi Nội dung thiết lập sử dụng có hiệu quả, hình thành phát triển mở rộng thơng qua nội dung kiến thức, tích lũy thành kiến thức cho học sinh chuyên đề II.3 Giải pháp, biện pháp: * PHẦN 1: HƢỚNG DẪN LÝ THUYẾT CƠ BẢN CHO HỌC SINH: I Phần 1: Cung cấp lý thuyết cho học sinh nhiệt phản ứng cân hóa học A Một số khái niệm sở nhiệt động học I Hệ: Khái niệm: * Hệ tập hợp đối tượng nghiên cứu giới hạn khu vực không gian xác định * Hệ mở hệ trao đổi chất lượng với mơi trường ngồi * Hệ kín hệ trao đổi lượng mà khơng trao đổi chất với mơi trường ngồi * Hệ lập hệ không trao đổi chất lượng với mơi trường ngồi * Hệ đồng thể hệ mà khơng có phân chia thành khu vực khác với tính chất khác Hệ đồng thể cấu tạo pha * Hệ dị thể hệ tạo thành nhiều pha khác Các đại lƣợng đặc trƣng cho tính chất hệ: * Các đại lượng dung độ (khuếch độ) đại lượng phụ thuộc vào lượng chất khối lượng, thể tích …Các đại lượng có tính chất cộng VŨ ĐỨC HỒNG THPT BN MA THUỘT NHIỆT HÓA HỌC – CÂN BẰNG HÓA HỌC ÔN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 * Các đại lượng cường độ đại lượng không phụ thuộc vào lượng chất nhiệt độ, áp suất, khối lượng riêng… B Hiệu ứng nhiệt phản ứng I Khái niệm: Hiệu ứng nhiệt phản ứng hoá học lượng nhiệt toả hay hấp thụ phản ứng II Một vài tên gọi hiệu ứng nhiệt: Nhiệt tạo thành (sinh nhiệt), nhiệt phân huỷ:  Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn Ho chất hiệu ứng nhiệt phản ứng tạo thành mol chất từ đơn chất trạng thái bền vững điều kiện tiêu chuẩn * Chú ý: Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn Ho đơn chất trạng thái bền vững điều kiện tiêu chuẩn không  Nhiệt phân huỷ chất hiệu ứng nhiệt phản ứng phân huỷ mol chất thành đơn chất trạng thái bền vững điều kiện tiêu chuẩn Như vậy, nhiệt tạo thành nhiệt phân huỷ chất có giá trị trái dấu Nhiệt cháy (thiêu nhiệt) chất: hiệu ứng nhiệt phản ứng đốt cháy mol chất O2 để tạo thành sản phẩm dạng bền vững điều kiện tiêu chuẩn Nhiệt hoà tan chất: hiệu ứng nhiệt q trình hồ tan mol chất III Định luật Hess “Hiệu ứng nhiệt phản ứng hoá học phụ thuộc vào trạng thái đầu chất phản ứng trạng thái cuối sản phẩm phản ứng, không phụ thuộc vào giai đoạn trung gian, nghĩa không phụ thuộc vào đường từ trạng thái đầu tới trạng thái cuối” IV Phương pháp xác định hiệu ứng nhiệt phản ứng Phƣơng pháp thực nghiệm: Trong phịng thí nghiệm hố học, người ta xác định hiệu ứng nhiệt phản ứng hoá học cách dùng dụng cụ gọi nhiệt lượng kế Nhiệt lượng kế bố trí cho khơng có trao đổi nhiệt với mơi trường xung quanh Nó gồm thùng lớn đựng nước, nhúng ngập bom nhiệt lượng kế, nơi thực phản ứng hố học Trong thùng cịn đặt nhiệt kế để đo thay đổi nhiệt độ nước que khuấy để để trì cân nhiệt hệ Phản ứng thực bom nhiệt lượng kế Nhiệt lượng giải phóng (phương pháp thường dùng cho phản ứng toả nhiệt) nước hấp thụ làm tăng nhiệt độ nhiệt lượng kế từ T1 đến T2 Ta xác định nhiệt lượng toả Q sau: Q = C(T2 – T1) (1) (C: nhiệt dung nhiệt lượng kế (J/K)) Từ đó, xác định hiệu ứng nhiệt phản ứng Phƣơng pháp xác định gián tiếp VŨ ĐỨC HỒNG THPT BN MA THUỘT NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HĨA HỌC ƠN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 Dựa vào định luật Hess, ta xác định gián tiếp hiệu ứng nhiệt trình cho cách sau: (1) Dựa vào chu trình nhiệt hố học (2) Cộng đại số q trình (3) Dựa vào sinh nhiệt chất: Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng sinh nhiệt chất sản phẩm trừ tổng sinh nhiệt chất tham gia (có nhân với hệ số tỉ lượng tương ứng) (4) Dựa vào thiêu nhiệt chất: Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng thiêu nhiệt chất tham gia trừ tổng thiêu nhiệt chất sản phẩm (có nhân với hệ số tỉ lượng tương ứng) (5) Dựa vào lượng phân ly liên kết Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng lượng phân ly liên kết tất liên kết chất tham gia trừ tổng lượng phân ly liên kết tất liên kết chất sản phẩm (có nhân với hệ số tỉ lượng tương ứng) B Nguyên lý I nhiệt động học I Nội dung Nội dung nguyên lý I nhiệt động học bảo toàn lượng: “Năng lượng sinh tự biến mà chuyển từ dạng sang dạng khác” II Nội U entanpi H * Nội hệ tổng lượng tồn bên hệ, bao gồm: lượng hạt nhân, lượng chuyển động electron nguyên tử, lượng liên kết, lượng dao động nguyên tử, lượng chuyển động phân tử … * Ta xác định giá trị tuyệt đối nội U hệ mà xác định biến thiên nội hệ chuyển từ trạng thái sang trạng thái khác Giả sử trạng thái đầu 1, hệ nhận nhiệt lượng Q, sinh công W chuyển thành trạng thái biến thiên nội hệ là: U = Q + W (Qui ước hệ nhận nhiệt Q > hệ sinh cơng W < 0) * Nếu phản ứng xảy bình kín, dung tích khơng đổi (q trình đẳng tích) W = 0, đó: QV = U * Nhưng nhiều phản ứng thực áp suất không đổi áp suất khí (q trình đẳng áp), đó: W = - P.V U = QP – P.V QP = U + P.V QP = (U2- U1) + P(V2 – V1) QP = (U2 + PV2) – (U1 + PV1) Người ta gọi (U + PV) entanpi, ký hiệu H Do : QP = H2 – H1 = H Khi áp suất không đổi, lượng nhiệt QP biến thiên entanpi H III Quan hệ QP QV Ta có: QP = U + P.V QP = U + P.(V2 – V1) VŨ ĐỨC HỒNG THPT BN MA THUỘT NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HĨA HỌC ƠN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 QP = U + (n2RT – n1RT) QP = QV + nRT (2) n: Độ biến thiên số mol khí * Chú ý: So với thể tích mol chất khí, thể tích mol chất rắn lỏng nhỏ, khơng đáng kể Do đó, biến thiên thể tích chất rắn lỏng phản ứng hố học coi khơng Vì vậy, xét công học ta ý đến biến thiên thể tích chất khí IV Sự phụ thuộc hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ Định luật Kirchoff T2 HT = HT +  C P dT (3) T1 đó: HT i : Hiệu ứng nhiệt phản ứng Ti K CP: Biến thiên nhiệt dung đẳng áp chất phản ứng Nếu nhiệt dung chất không phụ thuộc vào nhiệt độ CP = Const, đó: HT = HT + CP(T2 – T1) (4) C Nguyên lý II nhiệt động học I Khái niệm entropi * Về ý nghĩa vật lý, entropi đại lượng đặc trưng cho mức độ hỗn độn phân tử hệ cần xét Mức độ hỗn độn hệ cao entropi hệ có giá trị lớn * Đối với trình thay đổi trạng thái vật lý chất nhiệt độ khơng thay đổi áp suất khơng thay đổi biến thiên entropi trình là: S = H T (5) * Đối với phản ứng hoá học, biến thiên entropi là: S =  S (sp) -  S (cpu) (6) * Chú ý: Entropi tiêu chuẩn đơn chất bền điều kiện tiêu chuẩn không II Nội dung nguyên lý II nhiệt động học “Trong trình tự diễn biến nào, tổng biến thiên entropi hệ môi trường xung quanh phải tăng” III Năng lượng tự Gibbs * Các trình hố, lý thường xảy hệ kín, tức có trao đổi nhiệt cơng với mơi trường xung quanh, đó, dùng biến thiên entropi để VŨ ĐỨC HỒNG THPT BN MA THUỘT NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HĨA HỌC ƠN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 đánh giá chiều hướng trình phức tạp phải quan tâm đến mơi trường xung quanh Vì vậy, người ta kết hợp hiệu ứng lượng hiệu ứng entropi hệ để tìm điều kiện xác định chiều diễn biến trình tự phát Năm 1875, nhà vật lý người Mỹ đưa đại lượng lượng tự Gibbs định nghĩa: G = H – TS * Đối với trình đẳng nhiệt, đẳng áp thì: G = H –T.S (7) Trong hệ thức này, G, H S liên quan đến hệ cần xét G gọi biến thiên đẳng nhiệt, đẳng áp (thường nói gọn biến thiên đẳng áp entanpi tự lượng tự Gibbs) tiêu chuẩn để đánh giá trình có xảy hay khơng? Nếu G < trình tự xảy Nếu G = hệ trạng thái cân Nếu G > q trình khơng xảy (nhưng q trình ngược lại tự xảy ra) IV Biến thiên đẳng áp phản ứng hoá học Thế đẳng áp hình thành tiêu chuẩn chất (Go) * Thế đẳng áp hình thành tiêu chuẩn chất biến thiên đẳng áp trình hình thành mol chất từ đơn chất trạng thái bền vững điều kiện tiêu chuẩn * Chú ý: Go đơn chất trạng thái bền vững điều kiện tiêu chuẩn không (Go chất có tài liệu tra cứu) Biến thiên đẳng áp phản ứng hoá học G =  G (sp-  G (cpu) G = H – T.S (8) (9) * Chú ý:  Người ta qui ước nhiệt độ, Ho(H+.aq) = Go(H+.aq) = 0, nghĩa phản ứng: 1/2H2(k) - 1e + H2O  H+(aq) có Ho = Go = Từ xác định Ho Go ion khác dung dịch  Người ta thống qui ước So(H+.aq) = nhiệt độ từ lập bảng So cho ion khác dung dịch D Cân hoá học I Hằng số cân Xét phản ứng thuận nghịch: aA + bB cC + dD Người ta thiết lập biến thiên đẳng nhiệt, đẳng áp phản ứng là: VŨ ĐỨC HOÀNG THPT BN MA THUỘT NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HĨA HỌC ƠN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 G = Go + RTln aC a D c d a b a A a B (10) đó: Go: Biến thiên đẳng nhiệt, đẳng áp phản ứng ai: Hoạt độ cấu tử i - Nếu i chất khí = Pi / Po (Po áp suất tiêu chuẩn atm) - Nếu i chất tan dung dịch a i = Ci / Co (Co nồng độ tiêu chuẩn 1M) - Nếu i dung môi chất rắn = Khi phản ứng đạt đến trạng thái cân G = 0, đó:  aC c a D d G = - RTln  a b  a A a B o   (11)   CB (CB cấu tử trạng thái cân bằng) Đối với phản ứng định, nhiệt độ xác định, Go số nên từ (11) suy đại lượng sau dấu ln số, đại lượng gọi số cân nhiệt động, ký hiệu Ka  c d  a a Ka =  C a D b   a A a B  CB (12) (Khi khơng sợ nhầm lẫn không cần ghi ký hiệu CB chân) Đặt Q = aC a D c d a b a A a B (13) (Q gọi hàm hoạt độ hay thương số phản ứng) Từ (10) đến (13) suy ra: G = RTln Q Ka (14) Do đó: * Nếu Q < Ka, phản ứng xảy theo chiều thuận * Nếu Q > Ka, phản ứng xảy theo chiều nghịch * Nếu Q = Ka, phản ứng trạng thái cân II Các biểu thức tính số cân Hằng số cân theo áp suất (Kp) Xét phản ứng thuận nghịch xảy pha khí: aA(k) + bB(k) cC(k) + dD(k) Kp = PC PD c d a b PA PB (15) (Pi: Giá trị áp suất riêng phần cấu tử i TTCB tính theo atm) Pi = xi.P = niRT/V Hằng số cân theo nồng độ mol (KC) Xét phản ứng đồng thể (xảy dung dịch hay pha khí): aA + bB cC + dD c d  C  D  KC = Aa Bb VŨ ĐỨC HOÀNG (16) ([i]: Giá trị nồng độ mol cấu tử i TTCB) THPT BN MA THUỘT NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HĨA HỌC ÔN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 * Chú ý: Đối với phản ứng xảy pha khí thì: KP = KC.(RT)n (17) (n = (c + d) – (a + b); R = 0,082) Đại lƣợng Kx Xét phản ứng đồng thể: aA + bB Kx = c x C x D d a b x A x B cC + dD (18) (xi = ni n ) Đối với phản ứng xảy pha khí thì: KP = Kx.(P)n (19) (P: Ấp suất chung hệ) KP phụ thuộc vào nhiệt độ nên từ (19) cho thấy K x phụ thuộc vào nhiệt độ mà phụ thuộc vào áp suất chung hệ Chỉ trường hợp n = 0, Kx = Kp, Kx khơng phụ thuộc vào áp suất chung hệ * Chú ý: Khi n = thì: KP = KC = Kx Hằng số cân phản ứng oxi hoá khử: Xét bán phản ứng: aOx + ne bKh Ta có: Go = -RTlnK = -nFEo  lgK = F nEo 2,303.RT Ở 25oC (298K) F = , đó: 0,059(2) 2,303.RT nE o lgK = 0,059 o K = 10 nE /0,059 (20) Xét phản ứng oxi hoá - khử gồm hai bánophản ứng sau: aOx1 + ne bKh1 K1 = 10 nE /0,059 Xm o – mE /0,059 cKh2 - me dOx2 K2 = 10 Xn maOx1 + ncKh2 K = 10 mn(E mbKh1 + ndOx2 o -E o )/0,059 III Sự phụ thuộc số cân vào nhiệt độ Ta có: Go = Ho – T.So = - RTlnK  lnK = - H o S o + RT R Gọi K1, K2 số cân phản ứng T1K T2K Giả sử Ho So phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ thì: VŨ ĐỨC HỒNG THPT BN MA THUỘT NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HĨA HỌC ƠN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 lnK1 = lnK2 =  ln H o S o + RT1 R H o S o + RT2 R K2 H  1 = (  ) R T1 T2 K1 (21) (Công thức Van’t Hoff) IV Sự chuyển dịch cân Khái niệm chuyển dịch cân Cân hoá học cân động, đặc trưng giá trị hoàn toàn xác định thông số nhiệt độ, nồng độ, áp suất cấu tử hệ Nếu người ta thay đổi nhiều thơng số trạng thái hệ bị thay đổi, cân hoá học hệ bị phá vỡ Sau thời gian, hệ chuyển đến trạng thái cân Hiện tượng gọi chuyển dịch cân Ảnh hƣởng thay đổi nồng độ chất Xét phản ứng đồng thể trạng thái cân bằng: aA + bB cC + dD * Nếu tăng nồng độ chất phản ứng A, B giảm nồng độ chất tạo thành C, D Q < K nên cân chuyển dịch theo chiều thuận * Nếu giảm nồng độ chất phản ứng A, B tăng nồng độ chất tạo thành C, D Q > K nên cân chuyển dịch theo chiều nghịch Kết luận: Cân chuyển dich theo chiều chống lại thay đổi nồng độ chất Ảnh hƣởng thay đổi áp suất (nhiệt độ không thay đổi) Ở ta xét thay đổi áp suất chung hệ đến chuyển dịch cân Ảnh hưởng thay đổi áp suất riêng cấu tử giống ảnh hưởng thay đổi nồng độ Xét phản ứng thuận nghịch xảy pha khí: aA(k) + bB(k) cC(k) + dD(k) Ta có: Kx = Kp(P)-n (P: Áp suất chung hệ trạng thái cân bằng) * n > 0: Vì KP số nhiệt độ xác định nên P tăng Kx giảm, suy cân chuyển dịch theo chiều nghịch chiều có số phân tử khí * n < 0: Khi P tăng Kx tăng, suy cân chuyển dịch theo chiều thuận chiều có số phân tử khí Kết luận: Khi tăng áp suất hệ trạng thái cân bằng, cân chuyển dịch phía có số phân tử khí ngược lại * n = 0: Khi đó, Kx = Kp, Kx không phụ thuộc vào áp suất chung hệ trạng thái cân nên thay đổi áp suất không làm chuyển dịch cân Ảnh hƣởng thay đổi nhiệt độ Ta có: 10 VŨ ĐỨC HỒNG THPT BN MA THUỘT NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HĨA HỌC ƠN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 o o G = H – T.So = - RTlnK  lnK = - H o S o + RT R Ho, So thường phụ thuộc vào nhiệt độ nên: * Ho < (Phản ứng toả nhiệt): Khi T tăng lnK giảm, tức K giảm, suy cân chuyển dịch theo chiều nghịch, tức chiều thu nhiệt * Ho > (Phản ứng thu nhiệt) Khi T tăng lnK tăng, tức K tăng, suy cân chuyển dịch theo chiều thuận, tức chiều thu nhiệt Kết luận: Khi tăng nhiệt độ, cân chuyển dịch theo chiều thu nhiệt ngược lại Nguyên lý chuyển dịch cân Le Chatelier Một phản ứng trạng thái cân tác động yếu tố bên ( Nồng độ, nhiệt độ, áp suất) cân chuyển dịch theo chiều chống lại tác động PHẦN 2: HƢỚNG DẪN HỌC SINH MỘT SỐ BÀI TẬP ÁP DỤNG: * Một số tập nhiệt hóa học: Ví dụ 1: Tính H S , 298 C cđa Cl-(aq) Biết: 1 H2 + Cl2(k)   HCl(k) 2 + (b): HCl(k) + aq   H (aq) + Cl (aq) H S , 2980 C = -92,2(kJ) (a): (c): H S , 2980 C = -75,13(kJ) + H2 + aq   H (aq) + e H So, 298 = Lời giải: Lấy: (a) + (b) – (c) ta : Cl2 + e + aq = Cl-(aq) H S , 2980 C = - 167,33(kJ) Ví dụ 2: Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng :  3Fe(NO3)3(aq) + NO(k) + 2H2O (l) 3Fe(NO3)2(aq) + 4HNO3(aq)  Diễn nước 25 C Cho biết: Fe2+(aq) Fe3+(aq) NO3-(aq) NO(k) H2O(l) H S , 298 C (kJ/mol) -87,86 - 47,7 -206,57 90,25 -285,6 Lời giải: Phương trình ion phản ứng : 3+  3Fe (aq) + NO(k) + 2H2O (l) 3Fe2+(aq) + 4H+(aq) + NO3-(aq)  3+ 2+  H=3 H S , 298 (Fe ,aq)+ H S , 298 (NO)+2 H S , 298 (H2O(l))-3 H S , 298 (Fe ,aq)- H S , 298 (NO3-, aq) = 3.(-47,7) + 90,25 + 2.(-285,6) + 3.87,6 + 206,57 = -153,9(kJ) VŨ ĐỨC HỒNG 11 THPT BN MA THUỘT NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HĨA HỌC ƠN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 Ví dụ 3: Tính Ho phản ứng sau: 1) Fe2O3(r) + 2Al(r)   2Fe(r) + Al2O3(r) ( 1) Cho biết H S , Fe O r = -822,2 kJ/mol; H S , Al2O3 r = -1676 (kJ/mol) O2(k)   SO3(k) Biết: (3) : S(r) + O2(k)   SO2(k) (4): 2SO2(k) + O2(k)   2SO3(k) H 298 = -296,6 kJ H 298 = -195,96 kJ 2) S(r) + (2) Từ kết thu khả diễn biến thực tế phản ứng rút kết luận gì? Lời giải: 1) 2) o H pu (1) = H S , Al O - H S , Fe O r = -1676 + 822,2 = - 853,8(kJ) 3r H o pu ( ) = H o pu ( 3) + H o pu ( ) = -296,6 - 195,96 = -394,58 (kJ) KL: Hai phản ứng (1) , (2) tỏa nhiệt mạnh Song thực tế phản ứng không tự xảy Như dựa vào H không đủ để xác định chiều hướng q trình hóa học Ví dụ 4: Tính hiệu ứng nhiệt đẳng tích tiêu chuẩn phản ứng sau 250C a) Fe2O3(r) + 3CO(k)   2Fe(r) + 3CO2(k) H 298 = 28,17 (kJ) b) Cthan ch× + O2(k)   CO2 (k) H 298 = -393,1(kJ) c) Zn(r) + S(r)   ZnS(r) H 298 = -202,9(kJ)  2SO3(k) H 298 = -195,96 (kJ) d) 2SO2(k) + O2(k)  Lời giải: Ta có biểu thức  H =  U +  n.RT Do phản ứng a), b), c) có  n = nên  Uo =  Ho Phản ứng d):  Uo =  Ho -  n.RT = -195,96+1.8,314 298,15 10-3 = -193,5 (kJ) * Một số tập cân hóa học: Ví dụ : Cho (mol) PCl5 vào bình chân khơng thể tích V đưa lên nhiệt độ 525 0K  PCl3(k) + Cl2(k) : PCl5(k)  (1) Được thiết lập với Kp = 1,86 áp suất hệ atm a Tính số mol chất cân b Cho mol PCl5 mol He vào bình kín 5250K Tính số mol chất cân cho nhận xét? Lời giải:   PCl5(k) PCl3(k) + Cl2(k) (1) Ban đầu mol 0 Phản ứng: x mol x mol x mol Cân 1-x mol x mol x mol Vậy nhh sau phản ứng = (1-x) + x + x = 1+x (mol) 12 VŨ ĐỨC HOÀNG THPT BN MA THUỘT NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HĨA HỌC ƠN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 1 x 1 x x x PCl = 1 x 1 x PPCl3 PCl2 2x Áp dụng biểu thức : Kp = Ta có = 1,86 PPCl5 1 x2 Ta có PPCl = ; pPCl = Giải phương trình ta có x = 0,694(mol) Vậy cân số mol PCl5(k) ;PCl3(k) Cl2(k) là: 0,306 ; 0,694 0,694 mol b, Tại cân câu a ta có nhh sau = 1+ x nên V(bình) = (1  x).0,082.525 = 36,44 (lít) Phê theo câu b, có thêm mol He nhh sau = 2+x Phệ = (2  x).0,082.525 Tương tự tính PPCl ; PPCl PCl cân 36,44 bằng, thay vào Kp hệ ta có biểu thức: x 0,082.525 = 1,85 36,44 1 x Giải phương trình ta x = 0,692 mol( t/mãn) Vậy cân số mol PCl5(k) ;PCl3(k) Cl2 0,308; 0,692 0,692 mol KL: Bài toán với nguyên lý chuyển dịch cân hóa học Ví dụ 2: Có cân : CO(K) + H2O(Hơi)   H2(K) + CO2(K) (1) Cho vào bình phản ứng (mol) H2O mol CO 4600C thấy có 95%CO phản ứng a Tính Kp cân 4600C b Cho H phản ứng nhiệt độ – 41,0 (KJ/mol) Tìm nhiệt độ mà có 99% CO bị phản ứng? Lời giải: a ban đầu Phản ứng: Cân Ta có Kp = CO(K) + H2O(Hơi)  H2(K) + CO2(K) (1) mol mol 0 0,95 0,95 0,95 0,95 mol 0,05 5,05 0,95 0,95 mol PCO PH n n = CO H PCO PH 2O nCO nH 2O Do n =0 Thế giá trị vào ta có : Kp = 3,574 b Ta có nhiệt độ 4600C có Kp1 = 3,574 Tương tự t20C ta có với 99% CO bị phản ứng : Kp2 = Áp dụng biểu thức (21) ta có : ln 0,99.0,99 = 19,56 0,01.5,01 K2 H  1 = (  ) R T1 T2 K1 Với K2 = 19,56 t20C K1 = 3,574 4600C ta có VŨ ĐỨC HỒNG 13 THPT BN MA THUỘT NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HĨA HỌC ƠN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 ln 19,56  41,0 1 = ( 3,574 8,134 460  273 t  273) Giải phương trình ta thu t2 = 5850C Ví dụ 3(Đề thi casio khu vực năm 2011-2012): Cho cân : N2(k) + 3H2(k)   2NH3(k)  H = -92KJ/mol Nếu xuất phát từ hỗn hợp ban đầu N2 H2 theo tỉ lệ mol 1: đạt đến trạng thái cân 4500C 300atm, NH3 chiếm 36% thể tích hỗn hợp a Tính số Kp cân trên? b Tiến hành vẫn nhiệt độ 4500C, cần phải tiến hành áp suất để đạt cân NH3 chiếm 50% thể tích hỗn hợp? c Giữ áp suất khơng đổi 300atm cần phải tiến hành nhiệt độ để cân NH3 chiếm 50% thể tích hỗn hợp? Lời giải: a Giả sử số mol sau phản ứng mol Vậy số mol NH3, N2 H2 : 0,36 ; 0,48 0,16 mol tương ứng với x3 , x2 , x1 (mol) 0,36 x 23 Thay vào biểu thức Kp = = = 8,138.10-5 3 0,16.0,48 300 x1 x2 p b Theo điều kiện cân NH3 chiếm 50% thể tích (hay số mol) hỗn hợp : Vậy số mol NH3, N2 H2 : x3 = 0,50 ; x1 = 0,125 x2 = 0,375 - Vì nhiệt độ khơng đổi nên Kp không đổi, thay vào biểu thức Kp ta có: Kp = 0,50 = 8,138.10-5 0,125.0,375 p Giải phương trình ta thu p = 680atm c Áp dụng biểu thức tương tự câu b ví dụ ta có t = 3800C * Một số tập đề thi: Bài tập 1:( Đề thi casio khu vực 2008): Tại 4000C, P = 10atm phản ứng:   2NH3 (k) có Kp = 1,64 104 N2(k) + 3H2(k)   Tìm % thể tích NH3 trạng thái cân bằng, giả thiết lúc đầu N2(k) H2(k) có tỉ lệ số mol theo hệ số phương trình Bài tập 2:(Đề thi casio khu vực 2008): Nitrosyl clorua chất độc, đun nóng phân huỷ thành nitơ monoxit clo a) Hãy viết phương trình cho phản ứng b) Tính Kp phản ứng 298K(theo atm theo Pa) H 0298 (kJ/mol) Nitrosyl clorua 51,71 Nitơ monoxit 90,25 Cl2 ? S 0298 (J/K.mol) 264 211 223 c) Tính gần Kp phản ứng 475K 14 VŨ ĐỨC HỒNG THPT BN MA THUỘT NHIỆT HÓA HỌC – CÂN BẰNG HÓA HỌC ÔN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 Bài tập 3:(Đề thi casio khu vực 2008 dự bị): 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 2NH3 + 0,5O2  N2H4 + H2O  317 (3) (4) H2 + 0,5 O2  H2O  143  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 Bài tập 4:(Đề thi casio khu vực 2008 dự bị): Tại 250C, phản ứng:   CH3COOC2H5 + H2O có số cân K = CH3COOH + C2H5OH   Ban đầu người ta trộn 1,0 mol C2H5OH với 0,6 mol CH3COOH Tính số mol este thu phản ứng đạt tới trạng thái cân Bài tập 5:( Đề thi casio Thanh hóa năm 2011-2012): Thực phản ứng: N2O4  2NO2 áp suất 1atm, với độ phân li 11% a) Tính số cân Kp theo atm pa b) Độ phân li thay đổi áp suất hệ giảm từ atm xuống 0,8 atm Từ rút nhận xét ảnh hưởng áp suất đến phản ứng Bài tập :(Đề thi casio tỉnh Đồng Tháp năm học 2011-2012):   2NO2(k) Ở 100 0C số cân phản ứng: N2O4(k)   Tính thành phần phần trăm số mol hỗn hợp áp suất chung hệ 2atm 20 atm Từ rút kết luận ảnh hưởng áp suất đến chuyển dịch cân Bài tập 7: ( Đề thi casio tỉnh Quảng Ngãi năm học 2009-2010): Xác định nhiệt hình thành AlCl3 Biết: (1) Al2O3 (r) + 3COCl2 (k)  3CO2 (k) + 2AlCl3 (r), H1 =  232,24 kJ (2) CO (k) + Cl2 (k)  COCl2 (k) , H2 =  112,40 kJ (3) 2Al (r) + 1,5O2 (k)  Al2O3 (r), H3 =  1668,20 kJ (4) Nhiệt hình thành CO 110,40 kJ/mol (5) Nhiệt hình thành CO2 393,13 kJ/mol Bài tập 8:( Đề thi casio khu vực 2010):: Tính nhiệt tạo thành chuẩn phản ứng ( 250C): (NH2)2 CO (r) + H2O(l) CO2(k) + 2NH3(k) Biết điều kiện thì: CO(k) + H2O(k)  CO2(k) + H2O(k) -41,13 KJ VŨ ĐỨC HỒNG 15 THPT BN MA THUỘT NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HĨA HỌC ƠN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 CO(k) + Cl2(k)  COCl2(k) -112,5KJ COCl2(k) + 2NH3(k)  (NH2)2 CO (r) + 2HCl(k) -201KJ Nhiệt tạo thành HCl(k) = -92,3 KJ/mol Nhiệt hóa H2O (2980K) 40,01KJ/mol Bài tập 9:Đối với phản ứng PCl3(k) + Cl2(k)  PCl5(k) Ở 250C có G = -37,2 kJ/mol H0 = -87,9 kJ/mol S0298 PCl3 Cl2 tương ứng 311,7 222 J/mol.K Tính entropi tiêu chuẩn tuyệt đối PCl5 ĐS: S0PCl5 = 363,57 (J/mol.K) Bài tập 10:Cho Chất CO2(k) H2O(k) CO(k) -93,4 -54,63 -32,78  G 298 kcal/mol 1) Tính  G0 phản ứng : H2(k) + CO2 (k) ⇋ CO (k) + H2O(k) 250C 2) Nếu 250C áp suất riêng phần H2, CO2, H2O, Co tương ứng 10; 20; 0,02 0,01 atm  G phản ứng bao nhiêu? Trong điều kiện phản ứng xảy theo chiều nào? ĐS: 1)  G0 = 5,99 kcal/mol 2)  G = -2,19 kcal/mol  phản ứng xảy theo chiều thuận Bài tập 11:Xác định nhiệt độ áp suất phân li NH4Cl atm biết 250C có kiện: NH4Cl ( r ) HCl(k) NH3 (k) -315,4 -92,3 -46,2  H ht (kJ/mol) -203.9 -95,3 -16,6  G ht (kJ/mol) ĐS: T = 597K Bài tập 12:Tính  S0298, H0298 G0298 phản ứng phân huỷ nhiệt CaCO3, biết: CaCO3 CaO CO2 -1 -1 S 298 (J.K mol ) +92,9 +38,1 +213,7 -1206,9 -635,1 -393,5  H ht (kJ/mol) Nhận xét khả xảy phản ứng phân huỷ CaCO3 25 C Ở nhiệt độ phản ứng xảy được? Coi  S0298, H0298 phản ứng không thay đổi theo nhịêt độ ĐS:  S0298 = 158,9 J/K; H0298 = 178,3 kJ; G0298 = 130,9 kJ Bài tập 13:Tính  G0373 phản ứng: CH4 + H2O (k) = CO + H2O(k) Biết nhiệt hình thành chuẩn H0ht 298 CH4, H2O (k) CO – 74,8; -241,8 -110,5 kJ/mol Entropi chuẩn CH4, H2O (k) CO 186,2; 188,7 197,6 J/K.mol (Trong tính tốn giả thiết  H0  S0 không phụ thuộc T) a) Từ giá trị  G0 tìm kết luận khả tự diễn biến phản ứng 373K VŨ ĐỨC HỒNG 16 THPT BN MA THUỘT NHIỆT HÓA HỌC – CÂN BẰNG HÓA HỌC ÔN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 b) Tại nhiệt độ phản ứng cho tự xảy ? Đs:  G0 = 1,26.105 J/mol; T > 961K NGƯỜI VIẾT: Học sinh cần nắm vững lí thuyết, cơng thức tính tốn Tính tốn cần ý đơn vị Cẩn thận trường hợp không học sinh dễ tính sai II.4 Kết thu qua khảo nghiệm, giá trị khoa học vấn đề nghiên cứu Năm học 2014-2015 đã soạn tài liệu đưa cho học sinh nghiên cứu, làm giáo án để dạy kết đạt với em học sinh lớp 10 ôn đội tuyển sau: Kết Số lượng Phần trăm Điểm từ 20% Điểm từ 60% Điểm từ 20% III Phần kết luận, kiến nghị III.1 Kết luận: * Nội dung: Giáo viên biên soạn tài liệu riêng giúp học sinh có thêm tư liệu học tập, đồng thời giáo án giảng dạy giúp Thầy Trò tham gia vào hoạt động dạy học hiệu nhiều * Ý nghĩa: Giải các dạng tập rèn kĩ phán đoán, phân tí ch, tổng hợp mà giúp học sinh củng cố khắc sâu kiến thức lí thuy ết đó cũng chí nh là phương châm học đôi với hành Luyện giải bài tập giúp các em có niền tin , hứng thú việc học bộ môn , đặc biệt với học sinh khá giỏi kĩ đã trở thành kĩ xảo vận dụng nhanh làm Phân dạng bài tập và xác đị nh phương pháp giải , giáo viên tự bồi dưỡng cho kiến thức, kĩ chun mơn sâu, tích lũy kinh nghiện giảng dạy * Hiệu quả: VŨ ĐỨC HOÀNG 17 THPT BN MA THUỘT NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HĨA HỌC ÔN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 Với tài liệu biên soạn công phu, phân dạng rõ ràng, kiến thức lí thuyết trọng tâm giúp học sinh dễ nắm bắt thực tốt đơn vị kiến thức kĩ tạo khơng khí học tập thoải mái, kích thích động cơ, hứng thú học tập học sinh môn học Học sinh phát huy tính tự lực, tinh thần trách nhiệm, phát triển khả sáng tạo, rèn luyện tính bền bỉ, kiên nhẫn, kĩ hợp tác, lực đánh giá, lực thực tiễn Giáo viên thấy rõ điểm mạnh điểm yếu của từng học sị n h để giúp các em điều chỉ nh Việc biên soạn lí thuyết sở, trọng tâm, làm tài liệu giảng dạy lấy ví dụ thực tế để vận dụng đem lại hiệu cao giảng dạy III.2.Kiến nghị: * Đề xuất Trong giảng dạy ta cần cho học sinh tảng, em bước một, kiên nhẫn với em, kiên nhẫn với thân mình, cho em biết mơn hóa môn thực nghiệm công thức hay phương pháp giải dựa tượng phản ứng tập nhằm khắc sâu thêm lí thuyết Để học sinh nắm vững kiến thức và kĩ đảm bảo học đôi với hành việc phân dạng bài , đị nh hướng phương pháp giải là việc cần thiết đối với mọi giáo viên Mỗi dạng tập cần chọn tiêu biểu để làm mẫu , hướng dẫn ngắn gọn bước để học sinh dễ nhớ, dễ thực Mỗi dạng tập phải thực nhuần nhuyễn, thường xuyên luyện lại để học sinh nhớ kĩ không quên * Kiến nghị : Tôi khơng biết đề tài đưa có trùng với đề tài khác không ? Những vấn đề đưa viết đến chưa đề nghị Sở GD &ĐT phổ biến rộng rãi các sáng kiến kinh nghiệm đạt giải chưa để giáo viên tỉ nh tham khảo học tập VŨ ĐỨC HOÀNG 18 THPT BN MA THUỘT NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HĨA HỌC ƠN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 Trên số ý kiến cá nhân về nội dung “ Nhiệt hóa học – Cân hóa học ” có đề thi Olympic 30/4, HSG Tỉnh HSGQG Do hạn chế thời gian nên đề tài tơi khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận nhiều ý kiến đóng góp đồng nghiệp để kết quả môn hóa học đạt kết cao Đánh giá HĐTĐSKKN BMT, ngày 17-03-2015 Trường THPT Bn Ma Thuột Người viết VŨ ĐỨC HỒNG IV TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tài liệu chuyên hóa 10 tập Sách hóa đại cương trường đại học sư phạm, đại học bách khoa TPHCM Sách Olympic 30/4 năm Sách: Một số phản ứng hóa học vơ ( Tác giả: Nguyễn Duy Ái ) Kỷ yếu trại hè Hùng Vương năm 2010 Thái Nguyên VŨ ĐỨC HOÀNG 19 THPT BN MA THUỘT NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HĨA HỌC ƠN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 V MỤC LỤC Tiêu đề Trang I Phần mở đầu I.1 Lý chọn đề tài I.2 Mục tiêu, nhiệm vụ đề tài I.3 Đối tượng nghiên cứu I.4 Giới hạn phạm vi nghiên cứu I.5 Phương pháp nghiên cứu II Phần nội dung II.1 Cơ sở lý luận II.2.Thực trạng a Thuận lợi - khó khăn 2 b Thành cơng - hạn chế c Mặt mạnh - mặt yếu d Các nguyên nhân, yếu tố tác động e Phân tích, đánh giá vấn đề thực trang mà đề tài đặt II.3 Giải pháp, biện pháp II.4 Kết thu qua khảo nghiệm, giá trị khoa học vấn đề nghiên cứu III Phần kết luận, kiến nghị 17 III.1 Kết luận 17 III.2.Kiến nghị IV TÀI LIỆU THAM KHẢO 18 V MỤC LỤC 20 VŨ ĐỨC HOÀNG 17 19 20 THPT BUÔN MA THUỘT ... THUỘT NHIỆT HĨA HỌC – CÂN BẰNG HĨA HỌC ƠN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 hóa học học sinh nắm nội dung em tự học, tự nghiên cứu kiến thức Trên sở nhằm giúp em hiểu biết nội dung này, biên soạn phần kiến. .. thúc khả tự học kiến thức đưa phương pháp phù hợp Do trình giảng dạy tơi có đưa phương pháp giải nhanh tốn hóa học : Nhiệt hóa học – cân hóa học Trong sáng kiến kinh nghiệm muốn đưa phần kiến thức... QV Ta có: QP = U + P.V QP = U + P.(V2 – V1) VŨ ĐỨC HỒNG THPT BN MA THUỘT NHIỆT HÓA HỌC – CÂN BẰNG HÓA HỌC ÔN HỌC SINH OLYMPIC 30/4 QP = U + (n2RT – n1RT) QP = QV + nRT (2) n: Độ biến thiên