BÀI TẬP TỰ LUẬN 1Câu 1. Phân biệt Hấp phụ và Hấp thụ. Lấy ba ví dụ thực tế về hiện tượng hấp phụ và 3 ví dụ về hiện tượng hấp thụ.Trả lời: Hấp phụ trong hóa học là quá trình xảy ra khi một chất khí hay chất lỏng bị hút trên bề mặt một chất rắn xốp hoặc là sự gia tăng nồng độ của chất này trên bề mặt chất khác................................................BÀI TẬP TỰ LUẬN SỐ 2Câu 1. Sự khác nhau giữa cơ học cổ điển và cơ học lượng tửTrả lời: Cơ học cổ điểnCơ học là ngành khoa học nghiên cứu chuyển động của vật chất trong không gian và tương tác giữa chúng.
[HỌC HIÊN: NGUYỄN TRNG QN] CH27 LL&PP Bộ mơn Hố Học BÀI TẬP TỰ LUẬN Câu Phân biệt Hấp phụ Hấp thụ Lấy ba ví dụ thực tế tượng hấp phụ ví dụ tượng hấp thụ Trả lời: - Hấp phụ hóa học q trình xảy chất khí hay chất lỏng bị hút bề mặt chất rắn xốp gia tăng nồng độ chất bề mặt chất khác - Hấp thụ hóa học tượng vật lý hay hóa học mà phân tử, nguyên tử hay ion bị hút khuếch tán qua mặt phân cách vào toàn vật lỏng rắn ⇒ Như vậy, trình hấp phụ phân tử bám bề mặt phân cách pha, cịn q trình hấp thụ phân tử vào tồn vật hấp thụ bị chuyển hóa thành chất khác Ví dụ: - Hiện tượng hấp phụ: + mùi đồ ăn quần áo + làm khơ: hút ẩm khỏi hỗn hơp khí + khử mùi, khử chất độc: tránh ô nhiễm môi trường + tẩy màu dung dịch + Trong trình nhuộm, sợi thực vật hấp phụ chất màu (hấp phụ cation) từ môi trường dung dịch thuốc nhuộm - Hiện tượng hấp thụ: + hấp thụ thức ăn rình ăn uống + Hấp thụ SO3, SO2, CO2, H2S … nước lạnh + Hấp thụ SO3 H2SO4 để điều chế oleum + Hấp thụ CO2 NaOH + Hấp thụ ánh sáng, hấp thụ âm thanh, hấp thụ sóng Câu Vì người ta thường nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ mà không nghiên cứu đẳng áp hấp phụ? Trả lời: Người ta thường nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ mà khơng nghiên cứu đẳng áp hấp phụ số tốc độ hấp phụ phụ thuộc vào nhiệt độ chất chất hấp phụ, không phụ thuộc vào áp suất Trường Đại Học Vinh Trang [HỌC HIÊN: NGUYỄN TRNG QN] CH27 LL&PP Bộ mơn Hố Học Câu Khi tiến hành hấp phụ Pb (II) loại vật liệu Bentonit, người ta thu bảng kết quả: TT C0Pb ( II ) C∞Pb ( II ) (trước hấp phụ) (mg/l) 50 128,5 167,5 226 (lúc cân bằng) (mg/l) 35,34 109,46 147,1 208,2 Lượng (g) bentonit 0,12 0,115 0,118 0,1 a.Thể tích mẫu sử dụng 200ml Quá trình hấp phụ tuân theo phương trình Langmuir, tính dung lượng hấp phụ cực đại Pb(II) vật liệu b Người ta dùng cột lọc chứa 2kg vật liệu hấp phụ để hấp phụ Pb(II) mẫu nước thải có hàm lượng Pb 0,5 mg/l Hỏi cột lọc xử lý tối đa m3 nước? Giải: a Do hấp phụ tuân theo đẳng nhiệt Langmuir nên phương trình sử dụng a = amax Với a dung lượng hấp phụ amax dung lượng hấp phụ cực đại Lấy nghịch đảo vế phương trình ta phương trình: amax + 1 amax K C = Đặt 1/a = Y 1/C = X Ta phương trình Y = a.X + b Ta có bảng xử lý số liệu sau: TT Co (trước hấp phụ) (mg/l) (mg/l) m (Lượng bentonit ) g 50 128.5 167.5 226 35.34 109.46 147.1 208.2 0.12 0.115 0.118 0.1 C (lúc cân bằng) Trường Đại Học Vinh a = (C0C)xV/m X = 1/C Y = 1/a mg/g l/mg g/mg 24.43333 0.028297 0.040928 33.11304 0.009136 0.0302 34.57627 0.006798 0.028922 35.6 0.004803 0.02809 Trang [HỌC HIÊN: NGUYỄN TRNG QN] CH27 LL&PP Bộ mơn Hố Học Từ bảng ta có đồ thị biểu diễn phương trình hấp phụ Pb (II) loại vật liệu Bentonit sau: Từ phương trình y = 0.5527x + 0.0253 ta có: 1/amax = 0,0253 ⇒ amax = 39,5257 (mg/g) b Ta có: gam vật liệu hấp phụ 39,5257 mg Pb Vậy, 2kg = 2000g vật liệu hấp phụ : 79051,4mg Pb ⇒ Thể tích nước xử lý tối đa là: 79051,4 : 0,5 = 158102,8 lít = 158,1028 m3 Câu Nghiên cứu hấp phụ metylen blue loại than hoạt tính, người ta thu số liệu bảng sau: C (mg/L) 0,009 0,016 0,046 0,083 a(mg/g) 1.31 2.01 3,57 4,98 Trong đó, C nồng độ lúc cân bằng, a dung lượng hấp phụ Hãy xác định dung lượng hấp phụ cực đại, số hấp phụ KL Trả lời Do hấp phụ tuân theo đẳng nhiệt Langmuir nên phương trình sử dụng a = amax Với a dung lượng hấp phụ amax dung lượng hấp phụ cực đại Lấy nghịch đảo vế phương trình ta phương trình: amax + 1 amax K C = Đặt 1/a = Y 1/C = X Ta phương trình Y = a.X + b Ta có bảng xử lý số liệu sau: C(mg/l) 0.009 0.016 0.046 0.083 Trường Đại Học Vinh a(mg/g) 1.31 2.01 3.57 4.98 x = 1/c 111.1111 62.5 21.73913 12.04819 y= 1/a 0.763359 0.497512 0.280112 0.200803 Trang [HỌC HIÊN: NGUYỄN TRNG QUÂN] CH27 LL&PP Bộ mơn Hố Học Từ bảng ta có đồ thị biểu diễn phương trình hấp phụ metylen blue loại than hoạt tính sau: Từ phương trình y = 0.0056x + 0.1463, ta có: 1/amax = 0,1463 ⇒ amax = 6,8353 1/(amax.K) = 0,0056 ⇒ K = 26,125 Câu Nghiên cứu hấp phụ phenol loại than sọ dừa, người ta tiến hành cách cân lượng than cho vào bình tam giác chứa 50 ml phenol với nồng độ khác nhau, ổn nhiệt lắc Sau 24h, xác định lại nồng độ cân phenol Toàn số liệu tổng hợp bảng số liệu sau đây: Nồng độ đầu phenol Nồng độ cân Khối lượng than sử dụng (mg/L) phenol (mg/L) (g) 51 17 0.305 73 25 0.31 103 38 0.302 148 56 0.3 Xác định dung lượng hấp phụ cực đại than sọ dừa phenol Trả lời Do hấp phụ tuân theo đẳng nhiệt Langmuir nên phương trình sử dụng a = amax Với a dung lượng hấp phụ amax dung lượng hấp phụ cực đại Lấy nghịch đảo vế phương trình ta phương trình: amax + 1 amax K C = Đặt 1/a = Y 1/C = X Ta phương trình Y = a.X + b Ta có bảng xử lý số liệu sau: TT Co (trước hấp phụ) (mg/l) C (lúc cân bằng) m (Lượng than) a = (C0C)xV/m X = 1/C Y = 1/a (mg/l) g mg/g l/mg g/mg 51 17 0.305 5.57377 Trường Đại Học Vinh 0.05882 0.179412 Trang [HỌC HIÊN: NGUYỄN TRNG QN] CH27 LL&PP Bộ mơn Hố Học 73 25 0.31 7.741935 103 38 0.302 10.76159 148 56 0.3 15.33333 0.04 0.129167 0.02631 0.092923 0.01785 0.065217 Từ bảng ta có đồ thị biểu diễn phương trình hấp phụ phenol loại than sọ dừa sau: Từ phương trình y = 2.7568x + 0.0181 ta có: 1/amax = 0,0181 ⇒ amax = 55,2486 mg/g Câu Khi nghiên cứu hấp phụ axit benzoic benzen 25 oC than hoạt tính, người ta thu số liệu sau: C (mmol/ml) 0,006 0,025 0,053 0,118 a(mmol/g) 0,44 0,78 1,04 1,44 Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich xác định giá trị số phương trình Trả lời Ta có phương trình kinh nghiệm đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich: x = K C n m Với x lượng chất bị hấp phụ m khối lượng chất hấp phụ Lấy logarit vế phương trình, ta phương trình: ln x = ln K + ln C m n Đặt X = lnC, Y = ln Ta phương trình đường thẳng: Y = a.X + b Ta có: a= V (C0 − C ) m m= ⇒ x = V.(C0 – C).122 ⇒ V (C0 − C ) a x = 122a m Trường Đại Học Vinh Trang [HỌC HIÊN: NGUYỄN TRNG QN] CH27 LL&PP Bộ mơn Hố Học Ta có bảng xử lý số liệu sau: C(mmol/ml) a(mmol/g) 0.006 0.44 0.025 0.78 0.053 1.04 0.118 1.44 x/m=122a 53.680 95.160 126.880 175.680 X = lnC Y=ln(x/m) -5.116 3.98304 -3.68888 4.55556 -2.93746 4.843242 -2.13707 5.168664 Từ bảng ta có đồ thị biểu diễn phương trình hấp phụ axit benzoic benzen 25 oC than hoạt tính sau: Từ phương trình y = 0,397x + 6,0153 ta có: lnK = 6,0153 ⇒ K = e6,0153 = 409,6487 = 0,397 n ⇒ n = 2,52 Câu Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng? Sự ảnh hưởng định lượng phương trình, biểu thức nào? Cho ví dụ Trả lời * Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng: - Nồng độ chất phản ứng: Cho PTHH: aA + bB → cC + dD C Aa CBb Tốc độ phản ứng v = k Trong đó: k số tốc độ phản ứng CA, CB nồng độ chất A, B ‡ˆ ˆ† ˆˆ VD: cho phản ứng N2 + 3H2 2NH3 Khi nồng độ H2 tăng lên lần tốc độ phản ứng thuận tăng lên lần - Nhiệt độ: Phương trình Van – Hoff: T2 −T1 KT = γ 10 KT Trong đó: γ hệ số nhiệt Van – Hoff Trường Đại Học Vinh Trang [HỌC HIÊN: NGUYỄN TRNG QN] CH27 LL&PP Bộ mơn Hố Học Phương trình Arrhenius: K = A.e − Ea RT Trong đó: K số tốc độ A số ( bị ảnh hưởng nhiệt độ) Ea lượng hoạt hóa R = 8,314 J/mol R = 1,987 cal/kmol - Chất xúc tác: Chất xúc tác làm giảm lượng hoạt hóa ⇒ số tốc độ K tăng ⇒ tốc độ phản ứng tăng Câu 8.Hai phản ứng bậc thừa số Arrhenius Năng lượng hoạt hoá phản ứng thứ lớn lượng hoạt hoá phản ứng thứ hai 10,46 kJ.mol -1 1000C phản ứng thứ tiến hành 30% 60 phút với nồng độ đầu chất 0,1 mol.l -1 Nếu nhiệt độ trên, để phản ứng thứ hai tiến hành 70% cần thời gian bao nhiêu? biết nồng độ đầu chất phản ứng 0,05 mol.l -1 Giải: Áp dụng công thức sau: ln K.t = a a−x K = A.e ⇒ A.e − Ea RT − Ea RT ln t = a a−x Phản ứng thứ nhất: A.e − Ea RT ln a a−x t1 = ⇒ - Phản ứng thứ hai: A.e − Ea RT ln a a−x A.e A.e ln − Ea RT t = − Ea RT a = ln a − 0,3a 0, ln a a−x t2 = ⇒ t2 = = Chia vế (2)/(1) ta phương trình sau: Trường Đại Học Vinh ln (1) a = ln a − 0, 7a 0,3 (2) Trang [HỌC HIÊN: NGUYỄN TRNG QUÂN] 0,3 ln 0, CH27 LL&PP Bộ mơn Hố Học ln e Ea1 − Ea RT t2 t1 = e 10460 8,314.(100+ 273) ⇒ t2 60 =3,3755 ⇒ t2 = 6,94435 phút Câu Năng lượng hoạt hoá phản ứng phân huỷ H 2O2 có ion I - làm xúc tác 56,5 kJ.mol -1 Phản ứng xẩy khơng có xúc tác có lượng hoạt hố 75,4 kJ.mol -1 Hỏi 350K tốc độ phản ứng có xúc tác lớn khơng có xúc tác lần? Giải: Áp dụng phương trình Arrhenius: − Ea K = A.e RT - Khi có xúc tác ion IK1 = A.e − Ea RT - Khi xúc tác K = A.e − Ea RT Ta có : K1 =e K2 Ea − Ea R T K1 =e K2 75400 − 56500 8,314.35 ⇒ = 64,95 ≈ 65 lần ⇒ 35 K tốc độ phản ứng có xúc tác lớn khơng có xúc tác 65 lần Trường Đại Học Vinh Trang BÀI TẬP SỐ - Câu Sự khác học cổ điển học lượng tử Trả lời: - Cơ học cổ điển Cơ học ngành khoa học nghiên cứu chuyển động vật chất không gian tương tác chúng Thơng thường nói đến học người ta hiểu ngầm học cổ điển, dựa sở định luật Newton Cơ học cổ điển nghiên cứu chuyển động vật vĩ mơ có vận tốc nhỏ nhiều so với vận tốc ánh sáng, xây dựng nhà vật lý Galileo Galilei, Isaac Newton nhà toán học sau William Rowan Hamilton, Joseph Louis Lagrange Chuyển động vật thể (các hạt) có vận tốc gần vận tốc ánh sáng nghiên cứu học tương đối, chuyển động vi hạt nghiên cứu học lượng tử Cơ học cổ điển sở cho phát triển ngành khoa học kỹ thuật công nghệ - Cơ học lượng tử Cơ học lượng tử lý thuyết vật lý học Cơ học lượng tử phần mở rộng bổ sung học Newton (còn gọi học cổ điển), sở nhiều chuyên ngành vật lý hóa học vật lý chất rắn, hóa lượng tử, vật lý hạt Khái niệm lượng tử dùng để số đại lượng vật lý lượng không liên tục mà rời rạc Cơ học lượng tử lý thuyết học, nghiên cứu chuyển động đại lượng vật lý liên quan đến chuyển động lượng xung lượng, vật thể nhỏ bé, lưỡng tính sóng-hạt thể rõ Lưỡng tính sóng hạt giả định tính chất vật chất, học lượng tử coi học Newton cho phép mơ tả xác đắn nhiều tượng vật lý mà học Newton khơng thể giải thích Các tượng bao gồm tượng quy mô nguyên tử hay nhỏ (hạ nguyên tử) Cơ học Newton lý giải nguyên tử lại bền vững đến thế, khơng thể giải thích số tượng vĩ mô siêu dẫn, siêu chảy Các tiên đoán học lượng tử chưa bị thực nghiệm chứng minh sai sau kỷ Cơ học lượng tử kết hợp chặt chẽ bốn loại tượng mà học cổ điển khơng tính đến, là: Việc lượng tử hóa (rời rạc hóa) số đại lượng vật lý Lưỡng tính sóng hạt Vướng lượng tử Nguyên lý bất định Trong trường hợp định, định luật học lượng tử định luật học cổ điển mức độ xác cao Việc học lượng tử rút học cổ điển biết với tên nguyên lý tương ứng Câu Electron pi chuyển động theo mạch phân tử hữu liên buta – 1,3 – dien (CH 2=CHCH+CH2) xem vi hạt chuyển động giếng với độ dài L = 5,22 Å Tính mức lương E1 E2 bước sóng ánh sáng phát e chuyển từ mức n = n = Giải E= Áp dụng công thức: Tại mức n = 1: h n 8mL2 E1 = h2 (6, 63.10−34 ) = = 2, 2137.10 −19 ( J ) 8mL2 8.9,109.10−31.(5, 22.10−10 ) E2 = h2 = E1 = 8,8549.10 −19 ( J ) 2mL2 Tại mức n = 2: Bước sóng ánh sáng phát e chuyển từ mức n = n = 1: λ= h.c h.c = = 3.10−7 VE E2 − E1 m Câu Dao động phân tử HI, nguyên tử I có khối lượng lớn nên xem đứng yên Giả sử H dao động có k = 317 N/m Xác định tần số dao động vo Biết mH = 1,67.10-27 Giải Áp dụng công thức: ν= ν= ⇒ k 2π m 317 = 6,934.1013 −27 2π 1, 67.10 (hz) Câu Tính lượng Eo dao động tử điều hịa vủa vi hạt có m = 2,33 10 -26 kg số lực k = 155 N/m Giải E0 = h k 6, 63.10−34 155 = 2π m 2.3,14 2,33.10 −26 =8,6.10-21 (J) Câu Tính bước sóng photon phát e chuyển từ mức lượng có n = n = Be3+ Giải Ta có: E=− h.c = E3 − E2 λ 13, n2 Tại n = E3 = − 13, 13, =− = −1,511eV = −2, 42.10 −9 ( J ) n Tại n = E2 = − 13, 13, =− = −3, 4eV = −5, 4468.10 −9 ( J ) n hc = 3, 0268.10−9 λ ⇒ ⇒ λ = 6,57.10-17 (m) Câu Một e chuyển động giếng có chiều dài L = 0,1 nm Tính lượng E1, E2, E3, E4 e E= Áp dụng cơng thức: Ta có: h n 8mL2 E1 = h2 (6, 63.10 −34 ) = = 6, 032.10 −18 ( J ) 8mL2 8.9,109.10−31.(0,1.10−9 ) E2 = h 22 = E1 8mL2 h 32 E3 = = E1 8mL2 E4 = = 2,4128.10-17 (J) = 5,2487.10-17(J) h 42 = 16 E1 8mL2 = 9,6513.10-17(J) Câu a Trình bày quy tắc Hund xác định số hạng b Xác định số hạng Fe, Fe2+, Fe3+ Trả lời; a Trình bày quy tắc Hund xác định số hạng - Đối với cấu hình electron cho trước, số hạng lượng thấp có giá trị S lớn - Đối với giá trị S cho trước, số hạng lượng thấp có giá trị L lớn - Nếu lớp vỏ nguyên tử lấp đầy nửa hơn, lượng thấp ứng với giá trị nhỏ J (L + S), cịn lấp đầy nửa lượng thấp ứng với giá trị lớn J b Xác định số hạng Fe, Fe2+, Fe3+ Fe: 1s22s22p63s23p63d64s2 ⇒ số hạng bản: n = 4, l = 0, ml = 0, ms = - ½ Fe2+: 1s22s22p63s23p63d6 ⇒ số hạng bản: n = 3, l = 2, ml = 2, ms = - ½ Fe3+: 1s22s22p63s23p63d5 ⇒ số hạng bản: n = 3, l = 2, ml = -2, ms = + ½ ... đó: γ hệ số nhiệt Van – Hoff Trường Đại Học Vinh Trang [HỌC HIÊN: NGUYỄN TRNG QUÂN] CH27 LL&PP Bộ môn Hố Học Phương trình Arrhenius: K = A.e − Ea RT Trong đó: K số tốc độ A số ( bị ảnh hưởng nhiệt... Nguyên lý bất định Trong trường hợp định, định luật học lượng tử định luật học cổ điển mức độ xác cao Việc học lượng tử rút học cổ điển biết với tên nguyên lý tương ứng Câu Electron pi chuyển động