Thông tin tài liệu
Các q trình hóa học Hướng dẫn giải/đáp án a 2N+4 + 8e N2 +1 N2H3CH3 6H | +4 + C + N2 + 10e | 5N2O4(l) + 4N2H3CH3(l) 12H2O(k) + 9N2(k) + 4CO2(k) b Nhiệt hình thành tiêu chuẩn nước thể khí: H2(k) + 0,5O2(k) H2O(l) H0f(H2O(l)) = -285,8 kJ/mol H2O(l) H2O(k) H0vaf = +40,7 kJ/mol H2(k) + 0,5O2(k) H2O(k) H0f(H2O(k)) = -285,8 + 40,7 = -245,1 kJ/mol Hiệu ứng nhiệt phản ứng: 5N2O4(l) + 4N2H3CH3(l) 12H2O(k) + 9N2(k) + 4CO2(k) H0r = 12 (-245,1) + (-393) (+53) (+28,9) = - 4869,7 kJ Hướng dẫn giải/đáp án * H o298 = H o298 (CO2) + H o298 (H2O) H o298 (CH3OH) = ( 393,51) + (241,83) 2 (201,17) = 676 kJ C op = 37,129 + 33,5722 29,3721,5 49,371 = 10,844 J.K1 500 * o H 500 = H o298 C + o p dT = 676000 + 10,844 (500 298) = 673809,5 J 298 * S 500 CO2 (k) + 2H2O (h) O2 CH3OH (h) + (500K) S 1o S o2 S o4 S 298 CO2 (k) + 2H2O (h) O2 CH3OH (h) + (298K) S 3o o Theo định luật Hees: S 500 = S o298 + S 1o + S o2 + S 3o + S o4 298 mà S 1o = C op (CH3OH) 500 298 S o2 = 500 o dT = C p (O2 ) T 500 S 3o = dT = T C op (CO2 ) 298 500 HAY: S o298 + 500 298 C op (CH3OH) 298 o dT C p (O2 ) T dT T (ngược chiều) (ngược chiều) 500 dT T S o4 = 298 o S 500 = S o298 + ( 49,371 ln o S 500 = 500 2C op (H O) dT T (xuôi chiều) 500 500 500 500 ) + ( 29,372 ln ) + (37,129 ln ) + (33,572 ln ) 298 298 298 298 C op dT = S o298 + n C p ln T2 298 o S 500 = 93,615 + 10,844 J.K1 ln T1 thay C op vào ta được: 500 = 88,003 J.K1 298 o o o G 500 = H 500 TS 500 = 673809,5 500 ( 88,003) = 629807,9642 J = 629,8079 kJ Hướng dẫn giải/đáp án a Vì có 86% nước ngưng tụ nên hệ X-H2O cân có: số mol nước pha lỏng: n H O(l) = 0,86 mol số mol nước pha hơi: n H O(k) = – 0,86 = 0,14 mol Gọi T (K) nhiệt độ cuối hệ Vì X khơng chuyển pha, q trình ngưng tụ nước diễn 100oC nên biến đổi hệ X-H2O chia thành trình thuận nghịch nhỏ mơ tả sơ đồ sau: Vì trao đổi nhiệt xảy X nước nên: Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = Vì áp suất hệ khơng đổi nên: mX (Cp )X (T 273,15) nH2O(l) (ΔHhh ) nH2O(l) (Cp )H2O(l) (T 373,15) nH2O(k) (Cp )H2O(k) (T 373,15) mX (Cp )X (T 273,15) nH2O(l) (ΔHhh ) (T 373,15)[nH2O(l) (Cp )H2O(l) nH2O(k) (Cp )H2O(k) ] T T mX (Cp )X.273,15 nH2O(l) (ΔHhh ) [nH2O(l) (Cp )H2O(l) nH2O(k) (Cp )H2O(k) ].373,15 mX (Cp )X nH2O(l) (Cp )H2O(l) nH2O(k) (Cp )H2O(k) 2.103.0,385.273,15 0,86.40,656.103 (0,86.75,3 33,6.0,14).373,15 323,08K 2.103.0,385 0,86.75,3 33,6.0,14 Vậy nhiệt độ cuối hệ 323,08 K hay 49,94 oC Nhiệt lượng mà kim loại X trao đổi QX= Q1 = m X (C p ) X (T – 273,15) QX = 2.103.0,385.(323,08 – 273,15) = 38446,1 J ≈ 38,446 kJ Vậy X nhận 38,446 kJ b Biến thiên entropi X: SX S1 m X (Cp ) X ln SX 2.103.0,385.ln T 273,15 323, 08 129, 267 J.K 1 273,15 Biến thiên entropi H2O: H hh T T n H2O(l) (Cp ) H2O(l) ln n H2O(k) (Cp )H2O(k) ln 373,15 373,15 373,15 Biến thiên 40, 656.103 323,08 323, 08 0,86 0,86.75,3ln 0,14.33, 6.ln 103,708 J.K 1 373,15 373,15 373,15 SH2O S2 S3 S4 n H2O(l) SH2O entropi hệ X-H2O: ∆Shệ = SX SH O = 129,267 – 103,708 =25,559 J.K-1 Hướng dẫn giải/đáp án a Ta có: lgK = - H S + 2,303 R.T 2,303.R Đối phản ứng (1): ta có: H = 3378 => H0 = 64 679 J.mol-1 2,303.8,314 S = 3,648 => S0 = 69,85 J/K 2,303.8,314 Đối phản ứng (2) ta có: H = 748 => H0 = 14 332 J.mol-1 2,303.8,314 S = 0,573 => S0 = 10,97 J/K 2,303.8,314 b Tại 1000K, ta có: Kp (1) = 1,862 Kp (2) = 0,668 Nhận xét: Kp (1) Kp (2) có biểu thức số cân => cân nối tiếp Vì Kp (1) > Kp (2) => cân (1) xảy trước cân (2) Khi phản ứng (1) xảy ra: Fe3O4(r) + H2(k) 3FeO(r) Ban đầu: 0,1 mol 0,4 mol Cân bằng: 0,1 - x 0,4 - x + H2O(k) 3x (1) Kp (1) = 1,862 x Kp (1) = p (H2O)/ p (H2) = x/(0,4-x) = 1,862 => x = 0,26 > 0,1 Vậy (1) xảy hoàn toàn Sau phản ứng (1) thành phần hệ gồm: H2 : 0,3 mol H2O: 0,1 mol FeO: 0,3 mol Khi phản ứng (2) xảy ra: FeO(r) + H2(k) Fe(r) Ban đầu: Cân bằng: 0,3 mol 0,3 - y + H2O(k) 0,3 mol 0,3 - y (2) 0,1 mol y 0,1 + y Kp (2) = p (H2O)/ p (H2) = (0,1 + y)/(0,3-y) = 0,668 => y = 0,06 mol < 0,3 mol Vậy cân thiết lập cân (2) Tai thời điểm cân bằng: Kp (2) = 0,668 H2 : 0,24 mol H2O: 0,34 mol FeO: 0,24 mol Fe: 0,06 mol Hướng dẫn giải/đáp án a CO + ½ O2 CO2 H 283 kJ CoP CoP (CO2 ) 2CoP (N2 ) 30,5 2.102 T 2(27, 4, 2.103 T) 84,9 0,0284T T H o298 T CPo dT 283000 298 (84,9 0, 0284T)dT 298 T 2554, 6K T b) H o298 T CoPCO dT 283000 298 T 4098K (30,5 298 2.102 T)dT Hướng dẫn giải/đáp án Phương trình động học phản ứng: v d(CH ) CBr kH O (CH ) CBr dt Do nồng độ chất tan nhỏ, nên coi [H2O] const, phương trình trở thành: v d(CH ) CBr k(CH ) CBr với k = k’[H2O]α’ = const dt Thế kiện thực nghiệm vào biểu thức k phản ứng đơn giản bậc 0, 1, ta kết sau đây: α=0 k A1 o A1 t α=1 A k ln o A1 t α=2 k A o A t A o A 4,80.10-7 1,4.10-5 4,10.10-4 4,20.10-7 1,4.10-5 4,70.10-4 3,70.10-7 1,4.10-5 5,50.10-4 2,95.10-7 1,4.10-5 7,80.10-4 2,27.10-7 1,4.10-5 1,19.10-4 Vậy phản ứng có bậc (CH3)3CBr Hướng dẫn giải/đáp án Xác định áp suất riêng phần p A chất phản ứng Sơ đồ phản ứng: A B + C t=0 p 0 T p A p -p A p -p A t∞ p p 0 Tổng áp suất trình phản ứng: p = p A + (p -p A ) = 2p0 -p A Do đó, p A = 2p0 – p= p∞ - p a Trong trường hợp phản ứng bậc 1, phụ thuộc lnp A từ t tuyến tính, nghĩa lnp A / t = const T (phút) 10,0 21.0 35,0 p 430,8 369,7 313,6 251,9 2.6343 2.5678 2,4963 2.4012 LogP Một 0,0655 0,00715 0,0951 LNP 2,6 • 10 A đăng nhập Một A /t -4 2,5 • 10 -4 2,6 • 10 -4 Thực tế tỷ lệ khơng đổi chứng tỏ phản ứng bậc Điều tương tự chứng minh từ tỉ số lnp A so với t, đường thẳng b Hằng số tốc độ xác định theo nhiều cách: Sử dụng phương trình cho số tốc độ phản ứng thứ tự : Từ giá trị k : ; k trung bình = 2,54 • 10 -4 s -1 1/2 ; Cũng sử dụng liệu bảng, : c Nếu t ; = 9,5 phút , Hướng dẫn giải/đáp án Lượng thuốc tối thiểu cần trì thể bệnh nhân 50.0,04 = mg Hằng số tốc độ trình đào thải thuốc k ln 0, 011 t1/2 Sau uống viên thuốc đầu tiên, thời gian để thuốc đào thải mg là: ln m0 500 k t ln 0, 011.t mt t 485,9 phút Vậy sau uống viên thuốc đầu tiên, sau 485,9 phút (khoảng 8h) cần uống tiếp viên thứ hai Sau uống viên thứ 2, lượng thuốc thể lúc 502 mg Sau uống viên thuốc thứ 2, thời gian để thuốc đào thải mg là: ln m0 502 k t ln 0, 011.t mt t 486, phút Hướng dẫn giải/đáp án a S2O82- + 3I- → 2SO42- + I3-; x=1, y=3, z=2, t= 1; b v= k[S2O82-]a.[ I-]b Từ thí nghiệm (1) (2): Co(S2O82-)(2) /Co(S2O82-)(1) =1,4 vo(2) / vo(1) =1,40 ; a=1 Từ thí nghiệm (1) (3): Co(S2O82-)(3) /Co(S2O82-)(1) =1,8; vo(3) / vo(1) =2,70 Co(I-)(2) = Co(I-)(1) = 1,8 1,5 Co(I-)(3) /Co(I-)(1) =1,5 b=1 Phương trình tốc độ phản ứng: v= k [S2O82-].[ I-]: phản ứng bậc k= v 1,1.108 0,011L.mol1.s 1 4 2 2 S2 O8 I 10 10 Sử dụng phương trình Arrhenius, ta có: ln k1 E a 1 ( ) k R T2 T1 ln 42.103 1 ( ) 10 R T2 298 T2 = 345K =72oC c i Như chế phù hợp với thực nghiệm ii 2S2O32- + I3- → S4O62- + 3I- iii Nồng độ ion I- không thay đổi I3- nhanh chóng phản ứng với ion S2O32- (dư) tạo thành ion I- Vì phản ứng giả bậc 1, phương trình tốc độ có dạng: v = k’.[ S2O82-] Hướng dẫn giải/đáp án 10 a Do môi trường đệm, nồng độ H3O+ không đổi nên biểu thức tốc độ phản ứng v = k [NO2NH2]: phản ứng bậc theo thời gian b Cơ chế 1: v = k1 [NO2NH2]: loại Cơ chế 2: v = k3 [NO2NH3+] mà [NO2NH3+] = k2 [NO2NH2].[ H3O+ ]/[ H2O] Vậy v = k3k2[NO2NH2].[ H3O+ ]/[ H2O]: loại Cơ chế 3: v = k5 [NO2NH-] mà [NO2NH-] = k4 [NO2NH2].[ H2O ]/[ H3O+] Vậy v = k5k4[NO2NH2].[ H2O ]/[ H3O+] Trong dung dịch, coi nồng độ H2O const nên chọn chế Hướng dẫn giải/đáp án 11 a A = 4,1.1013 (s-1) Ea = 103,137 kJ.mol-1 Đơn vị k s-1 phản ứng bậc v = k N O5 13 b log k = log (4,1.10 e 103,137 kJ mol 1 RT 13 ) = log (4,1.10 ) + log e = log (4,1.1013) + 103,137.10 log e RT = log (4,1.1013) + 103,137.10 log e T 8,314 Hệ số góc: 103,137 kJ mol 1 RT 103,137.10 log e = 5387,5 K 8,314 v = N O5 (s ) k = 4,1.10 e -1 13 103,137.10 RT =1 T = 395,77 K c v = -1/2 d N O5 d N O5 = k N O5 = -2k N O5 dt dt N O5 = 0,0453/12 = 3,775.10-3 (mol/l) Từ PV = nRT T = 0,1.12/(0,0453.0,082) = 323 K 13 k323 = 4,1.10 e 103,137.10 8, 314.323 = 8,57.10-4 (s-1) d N O5 = -2 8,57.10-4 3,775.10-3 = -6,47.10-6 (mol/l.s) dt d Tốc độ trình tạo thành O2 tốc độ phản ứng tổng quát: d O k NO2 NO3 dt (1) Áp dụng nguyên lí nồng độ dừng cho NO3 ta được: d NO k1 N O5 k 1 NO2 NO3 k NO2 NO3 = dt NO3 N O k1 k 1 k NO2 Thay (3) vào (1) ta được: với k = d O kk N O5 k N O5 dt k 1 k k1 k k 1 k Vậy chế phản ứng cho phù hợp (2) (3) Hướng dẫn giải/đáp án 12 a Vì v2 >> v1 v2 >> v-1 nên nồng độ O luôn nhỏ không đổi theo thời gian dù cân (1) có chuyển dịch theo chiều thuận hay chiều nghịch, áp dụng nguyên lí nồng độ ổn định O b d[O3 ] k1[O3 ][X] k [O3 ][O] + k 1[O ][O][X ] dt d[O] k1[O3 ][X] k [O3 ][O] k 1[O ][O][X ] dt Vì v2 >> v1 v2 >> v-1 nên áp dụng ngun lí nồng độ ổn định O d[O] k1[O3 ][X] k [O3 ][O] k 1[O ][O][X ] = dt [O] = k1[O3 ][X] k [O3 ] k 1[O2 ][X] Do v2 >> v-1 nên k2[O3] >> k-1[O2][X] [O] = Hay: d[O3 ] k [X] = -2k1[O3][X] k1[O3 ][X] k [O3 ] dt k2 d[O3 ] = k1[O3][X] dt Tốc độ phản ứng: v = Vậy: k = k1 d[O3 ] k1[X] k1[O3 ][X] k [O3 ][O] k2 dt Hướng dẫn giải/đáp án 13 a Do đồ thị theo thời gian có dạng tuyến tính với độ dốc dương nên phản ứng bậc [A] theo chất A Từ đồ thị bảng số liệu thu phương trình: = 1993,13 + 80,19t [A] So sánh với phương trình động học phản ứn bậc 2: Ta có: 1 = + kt [A] [A]o = 1993,13 [A]o 5,02.10-4M [A]o k = 80,19 L.mol–1.s–1 b Sau giây, nồng độ A là: [A] = 3,68.10-4M 1993,13 80,19.9 Hướng dẫn giải/đáp án 14 Gọi a % A thời điểm ban đầu x % B thời điểm t (a-x) % A thời điểm t Vì phản ứng thuận nghịch bậc nên tốc độ hình thành chất B tính theo biểu thức: dx k1 (a x) k2 x dt Ở trạng thái cân bằng, tốc độ phản ứng nên k1(a-xc) = k2xc ( xc % B thời điểm cân bằng) K x k1 70 c 2,333 (I) k2 a xc 30 Hằng số tốc độ phản ứng k k1 k2 x 2,303 lg c t xc x Theo đề bài, tính số tốc độ trung bình phản ứng k = k1 + k2 = 3,36.10-3 s-1 (II) Từ (I) (II) ta k1= 2,35.10-3 ; k2 = 1,01.10-3 Hướng dẫn giải/đáp án 15 Xét phản ứng: k k Xăng sản phẩm Dầu thô Thời gian để lượng xăng đạt cực đại là: tmax = ln k2 ln k1 ln 0,102 ln 0, 283 = = 5,638h k2 k1 0,102 0, 283 Khi khối lượng xăng cực đại thu là: mmax = mdầu hỏa = k1 (e k1tmax e k2tmax ) k2 k1 0, 283 (e 0,283.5,638 e 0,102.5,638 ) = 0,56266 0,102 0, 283 Hướng dẫn giải/đáp án 16 a 2NO2 (k) + O3 (k) N2O5 (k) + O2 (k) H0 = -198kJ H0PƯ = H0f(N2O5) + H0f(O2) [ 2H0f(NO2) + H0f(O3) ] -198 = 11 + [2.H0f(NO2) + 143] H0f(NO2) = 33 kJ b S0 < ba mol khí chuyển hố thành hai mol khí nên tính vơ hỗn loạn hệ giảm dẫn tới entropy giảm c G0 = H0 T.S = -198000J 298.(-168) = 147936 J 148kJ d Khả tự diễn phản ứng giảm nhiệt độ tăng S0 < Ta có : G = H T S Bỏ qua thay đổi H, S theo nhiệt độ tức H H0, S S0 mà S < nên TS < G dương T tăng làm giảm khả tự xảy phản ứng e Biểu thức định luật tốc độ phản ứng: v = k[NO]a.[O3]b v1 = k.(0,0015)a.(0,0025)b = 4,8.108 v2 = k.(0,0022)a.(0,0025)b = 7,2.108 v3 = k.(0,0022)a.(0,0050)b = 1,4.107 Ta có : v2 0, 0022 a 7,2 108 ( ) = a = v1 0, 0015 4,8.108 v3 0, 0050 b 1, 4.107 ( ) = b = v2 0, 0025 7, 2.10 8 Phản ứng bậc với NO O3 f Biểu thức định luật tốc độ phản ứng v = k[NO].[O3] v1 = k.(0,0015).(0,0025) = 4,8.108 k = 0,0128 lit.mol1.s1 g Xét hai chế Cơ chế I Cơ chế II NO2 + NO2 NO3 + NO : chậm NO3 + NO2 N2O5 : nhanh NO + O3 NO2 + O2 : nhanh Giai đoạn chậm định tốc độ phản ứng Cơ chế I : v = k.[NO2]2 Cơ chế II: v = k.[NO3][NO2]2 hai chế không phù hợp NO2 + O3 NO3 + NO2 NO3 + O2 : nhanh N2O5 : chậm Hướng dẫn giải/đáp án 17 a C2H6 C2H4 + H2 b K = e-∆G/RT; KP = K.po∆n Với ∆n = P = 1013h Pa ta tính KP = 50,8 hPa c C2H4 + H2 C2H6 ∆Go = -22,39 kJ/mol Đối với phản ứng ∆So = -135 J/mol.K Khi ∆Ho = ∆Go + T∆So = -143,9 kJ/mol d Nếu tính giá trị P Pascal, T Kelvin V phải tính m3 Như ta biết KC = KP(RT)-1 = 6,79.10-1 mol/m3 = 6,79.10-4 M KX = KP/ptp = 2,5.10-2 e Để cho đơn giản, người ta xuất phát từ mol lượng chất ban đầu C2H6 C2H6 C2H4 + H2 Lượng chất ni trước đó: 0 ni trạng thái cân bằng: 1-x x x 1 x Ptp 1 x Áp suất riêng phần: Khi cân bằng: K P x Ptp 1 x x Ptp 1 x x2 Ptp 1 x Đưa đại lượng vào phương trình ta có x = 0,22 %H2 = %C2H4 = 18% %C2H6 = 64% f lnKP(600K) = lnKP(900K) – (∆Ho/R)(600-1 – 900-1) = 3,4.10-3 hPa g Phản ứng khử hydro thu nhiệt, KP giảm hạ nhiệt độ Hoặc ngược lại, nhiệt độ tăng, cân chuyển dịch phía tiêu thụ nhiệt Hướng dẫn giải/đáp án 18 a 2NOCl 2NO + Cl2 b Hằng số cân nhiệt động lực học tính theo phương trình: K = e-∆G/RT Với ∆G = ∆H - T∆S = 42214 (J/mol) Thay vào phương trình ta được: K= KP = 3,98.10-8atm = 4,04.10-3Pa c Đối với trường hợp gần Phương trình Van’t Hoff có dạng: ln K P T1 H K P T2 R 1 T1 T2 Đưa số liệu vào ta được: KP = 4,32.10-3 atm = 437Pa Sự tính tốn gần có ý nghĩa, nhiệt độ xem xét, ∆H ∆S gần (Điều có nghĩa nhiệt độ xét ∆CP chất tham gia phản ứng gần 0) d CP nhiệt dung mol Một cách trực quan giá trị CP.1K cho biết lượng nhiệt cần phải cung cấp cho 1mol chất nghiên cứu nhiệt độ tăng thêm 1K Nhiệt độ cao chuyển động phân tử gây Nhưng phân tử nhiều nguyên tử nhiệt lượng cung cấp khơng chuyển hóa thành lượng chuyển động phân tử mà thành lượng quay lượng dao động Hai dạng lượng khơng góp phần vào việc làm tăng nhiệt độ khác với chất khí hai nguyên tử, chất khí gấp khúc ba ngunh tử cịn có thêm chuyển động dao động Chuyển động dao động hấp thụ thêm lượng mà khơng thể góp phần làm tăng lượng chuyển động Vì nhiệt dung NOCl lớn NO (Khơng nghĩ tới việc giải thích bậc tự dao động) e Kiểm tra điều kiện biên phần c) ∆CP = 4,1 J/mol.K ∆H(475) = ∆H(298) +∆CP(475 – 298) => ∆H(475) - ∆H(298) = 726 J/mol Ít 1% so với ∆H(298) =77080 J/mol Tính tương tụ cho ∆S ta thu ∆S(475) - ∆S(298) = 1,91 J/mol.K, nhỏ 1,7% so với ∆S(298) = 117 J/mol.K Tính xác kết qủa ta thu được: ∆H(475) = 77806 J/mol ∆S(475) = 118,9 J/mol.K ∆G(475) = 21329 J/mol KP = 4,51.10-3 atm Chỉ khác biệt chút so với c) f (i) Áp suất tính theo phương trình khí lý tưởng pV = nRT Khối lượng mol nitrosyl clorua lag 65,46g/mol, lượng nitrosyl clorua mẫu 2,00/65,46 mol => p = 37,8.103Pa = 0,374 atm (ii) Tương tự câu ta tính được: p = 76,2.103Pa = 0,752 atm (iii) Ở cần phải lưu ý đến qúa trình phân hủy: 2NOCl 2NO + Cl2 Ban đầu: 2/65,46 mol mol Cân bằng: (2/65,46-2x) mol 2x mol mol x mol Áp suất chung cân bằng tổng áp suất riêng phần: p chung p ( NOCl ) p ( NO ) p (Cl2 ) n NOCl n NO n Cl2 R.600 0,00200 Lúc cân ta có: x.R.600 0,00200 x.R.600 p Cl 0,00200 (2 x).R.600 65,46 p NOCl 0,00200 p NO Đưa tất vào phương trình KP: KP PNO PCl 2 PNOCl 0,281.10 0,00200 65,46 x x 8,314.600 Giải phương trình ta thu nghiệm gần x = 0,00824 Từ suy ra: n(NO) = 0,01648 mol n(Cl2) = 0,00824 mol n(NOCl) = 0,01407 mol nchung = 0,03879 mol pchung = 96,8.103 Pa = 0,955 atm Hướng dẫn giải/đáp án 19 2SO3 (k) a Xét cân bằng: 2SO2(k) + O2(k) (1) Khi giảm nhiệt độ, hiệu suất phản ứng tăng lên nghĩa cân chuyển dịch phía thuận, phản ứng cho tỏa nhiệt độ b Xét cân bằng: 2SO3(k) 2SO2(k) + O2(k) Ban đầu: 2a Cân bằng: 2a(1-) (1) a a(1-) 2a Trong đó: 2a(1-) + a(1-) + 2a = → a(3-) = 1atm * Tính số cân bằng: PSO (2a)2 2 2 (3) Kp P PSO [2a(1-)]2[a (1)] a (1)3 (1)3 O2 Tại nhiệt độ 5500C hay 823K, = 0,80 → Kp(823K) = 176; Tại nhiệt độ 4200C hay 693K, = 0,97 → Kp(693K) = 7,074.104 * Tính ΔpưH0 ΔpưS0 Từ công thức định luật Van't Hoff, ta có: pu H K p (T2 ) RT1T2 1 ln H0 ln pu T K p (T1) R T2 T1 K p (T1) T1 K p (T2 ) Thay số vào ta có: ΔpưH0 = -218,7 kJ/mol Ta có: ΔpưG0 = - RTlnKp(T) = ΔpưH0 - T.ΔpưS0 Với giá trị T 823K, ta có: -8,314.823.ln176 = - 218,7.103 - 823 ΔpưS0 ΔpưS0 = -222,75 J.K-1.mol-1 c Tại nhiệt độ 6500C hay 923K => - 8,314.923 lnKp(923K) = -218,7.103 - 923.(-222,75) → Kp(923K) = 5,51 Hướng dẫn giải/đáp án 20 a Phản ứng tổng hợp NH3 công nghiệp: N2(k) + 3H2(k) 2NH3(k) ÄH < (1) Các điều kiện cần thiết phản ứng (1) là: t0 ≃ 5000C; P ≃ 300 atm; có bột Fe làm xúc tác, tỉ lệ mol N2 : H2 = 1:3 - P cao phù hợp với nguyên lí Lơ Satơliê làm cân chuyển dịch theo chiều thuận, chiều thuận chiều làm giảm số mol khí - Nhiệt độ cao cân chuyển dịch theo chiều nghịch (chiều làm giảm hiệu suất) ÄH < 0, theo ngun lí Lơ Satơliê không thuận lợi cho việc tổng hợp NH3, tốc độ phản ứng chậm (hoặc khơng phản ứng) nhiệt độ thấp, nên cần tăng nhiệt độ dùng chất xúc tác Tỉ lệ mol N2:H2 = 1:3 để chuyển hoá N2 H2 thành NH3 lớn b i Theo cho ta có: PNH3 = a.P ; PH2 = 3PN2 ; mà PH2 + PN2 + PNH3 = P 4PN2 + aP = P PN2 = P(1 a) ; PH2 = 3.P(1 a ) 4 Theo (1) kết ta có cơng thức liên hệ a, P KP là: KP = P P P NH 3 N2 H2 = (a.P) P(1a) [3P(1a)] Hay = 2 256a 27P (1a ) a 0,325 K P P(1a) (I) ii Theo cho kết ta có: + Nếu P = 300 atm a = 0,226 + Nếu P = 600 atm a = 0,334 Xét cân sau, gọi số mol N2, H2 tương ứng mol, mol (vì cân lượng chất theo tỉ lượng): N2(k) Cân bằng: 1-ỏ + 3H2(k) 3(1-ỏ) 2NH3(k) ÄH < (2) 2ỏ Từ (2), ta có: Tổng số mol khí lúc cân n = (4-2ỏ)mol Theo biểu thức Pi = xi.P (áp suất riêng phần phần mol chất nhân với áp suất hệ) PNH3 = 2 P P aP 4 2 (2 ) ỏ= 2a (1 a) Nếu a = 0,226 ỏ% = 36,87% Nếu a = 0,334 ỏ% = 50,07% Vậy qua kết tính cho thấy P tăng ỏ tăng, điều phù hợp với nguyên lí Lơ Satơliê Nhưng áp suất mà cao khơng đảm bảo sản xuất an tồn Mặt khác trình sản xuất NH3 ngưng tụ tách khỏi môi trường phản ứng Hướng dẫn giải/đáp án 21 a Phương trình phản ứng xảy trình điều chế hiđro từ metan nước CH4(k) + H2O(k) → CO(k) + 3H2(k) COk) + H2O(k) → CO2(k) + H2(k) b Kp 1000C ΔH 0298 =ΔH373 =-111+242+75=206(kJ) ΔS0298 =ΔS373 =3.0,131+0,198-0,186-0,189=0,216(kJ/K) ΔG 0298 =206 373.0, 216 125, 432(kJ) K p =e -125432/8,314.373 =2,716.10 -8 (p:bar) c Chiều dịch chuyển cân phản ứng Phần mol khí: n(H2) = 1200 mol n(H2O) = n(CO) = n(CO2) = 400 mol x(H2) = 0,5 x(H2O) = x(CO) = x(CO2) = 0,167 Áp suất chung hệ: P= nRT 2400.8,314.373 = =2,48.10 hay P=24,8 bar V p(H2) = 12,4 bar Q= n = 2400 mol p(H2O) = p(CO) = p(CO2) = 4,133 bar 12,43 4,133 =461,317>K p(373) =2,74.10-8 4,1332 Hay ΔG=ΔG +RTlnQ=RTln Q 461,317 =8,314.373.ln =1,44.105 (J) K 2,74.10-18 Cân chuyển dịch sang trái d Kp 9000C Cp = 3.0,029 + 0.029 – 0,036 – 0,034 = 0,046 (kJ/mol) ΔH1173 =206+(1173-298).0,046=246.25(kJ) ΔS1173 =0,216+0,046ln ΔG1173 =246,25-1173.0,279 81, 017(kJ) K p =e -81017/8,314.1173 =4054(bar) e Tính phần trăm CH4 phản ứng 9000C CH4 + H 2O → H2 + CO n0 1 0 CB 1-x 1-x 3x x pi 1-x 20 2+2x 1-x 20 2+2x 3x 20 2+2x x 20 2+2x Kp = PCO PH3 PCH4 PH2O =4054 1173 =0,279(kJ/K) 298 x = 0,7419 Phần trăm CH4 phản ứng 9000C 74,2% Hướng dẫn giải/đáp án 22 a G0 = -RTlnKD b G0, kJ/mol 298,15 K 333,15 K Sunfametazin -1,515 +0,655 Sunfametoxazol -4,996 +1,748 Sunfaclopyrazin -1,447 +3,225 c G0, kJ/mol H0, S0, 298,15 K 333,15 K kJ/mol J/mol/K Sunfametazin -1,515 +0,655 -20,0 -62 Sunfametoxazol -4,996 +1,748 -62,4 -193 Sunfaclopyrazin -1,447 +3,225 -41,2 -133 d H0 động lực trình chiết, H0 < 0, q trình toả nhiệt Giải thích dựa theo ngun lý Lơ Sa tơ li ê e G0, kJ/mol H0, S0, KD [Dược 298,15 K 333,15 K kJ/mol J/mol/K (310,15K) phẩm]oct Sunfametazin -1,515 +0,655 -20,0 -62 1,348 6,74.10-5 M Sunfametoxazol -4,996 +1,748 -62,4 -193 2,697 13,4.10-5 M Sunfaclopyrazin -1,447 +3,225 -41,2 -133 0,981 4,91.10-5 M Tốt nhất: Sunfametoxazol ... 10 3 ,13 7 .10 log e RT = log (4 ,1. 1 013 ) + 10 3 ,13 7 .10 log e T 8, 314 Hệ số góc: ? ?10 3 ,13 7 kJ mol ? ?1 RT 10 3 ,13 7 .10 log e = 5387,5 K 8, 314 v = N O5 (s ) k = 4 ,1. 10 e -1 13 ? ?10 3 ,13 7 .10 RT =1. .. giải /đáp án 11 a A = 4 ,1. 1 013 (s -1) Ea = 10 3 ,13 7 kJ.mol -1 Đơn vị k s -1 phản ứng bậc v = k N O5 13 b log k = log (4 ,1. 10 e ? ?10 3 ,13 7 kJ mol ? ?1 RT 13 ) = log (4 ,1. 10 ) + log e = log (4 ,1. 1 013 )... 0, 1, ta kết sau đây: α=0 k A1 o A1 t α =1 A k ln o A1 t α=2 k A o A t A o A 4,80 .10 -7 1, 4 .10 -5 4 ,10 .10 -4 4,20 .10 -7 1, 4 .10 -5 4,70 .10 -4 3,70 .10 -7 1, 4 .10 -5 5,50 .10 -4
Ngày đăng: 11/08/2021, 08:38
Xem thêm:
