Hess 1802 – 1850 tìm ra lần đầu tiên, có nội dung như sau : “ Trong trường hợp áp suất không đổi hoặc thể tích không đổi, hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học chỉ phụ thuộc vào dạng và tr[r]
(1)NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC Nhiệt số quá trình quan trọng : 1/ Nhiệt tạo thành các chất : H(tt) (hay sinh nhiệt), H(sn) Nhiệt tạo thành hợp chất hóa học là hiệu ứng nhiệt phản ứng tạo thành mol chất đó từ đơn chất trạng thái chuẩn Trạng thái chuẩn chất là trạng thái bền chất đó áp suất atm và 25 0C (hay 298,15K) TD : phản ứng : N2 + 3H2 2NH3 H = - 92,22 KJ Nhiệt tạo thành NH3 = ΔH pu = − 92 ,22 = - 46,11 KJ/mol C(r) + O2(k) CO2(k) H = - 393 KJ/mol Nhiệt tạo thành CO2 = H(pư) = - 393 KJ/mol * Nhiệt tạo thành các đơn chất điều kiện chuẩn qui ước Khi phản ứng xảy mà tất các chất (đơn chất và hợp chất tạo thành) điều kiện chuẩn thì ta có nhiệt tạo thành chuẩn Ký hiệu ΔΗ0tt 2/ Nhiệt phân hủy : Nhiệt phân hủy hợp chất là hiệu ứng nhiệt phản ứng phân hủy mol chất đó tạo thành các đơn chất ΔΗ0298 = + 285,84 KJ TD : H2O(l) H2(k) + ½ O2(k) Nhiệt phân hủy H2O đkc = + 285,84 KJ/mol Định luật Lavoisier – Laplace : “Nhiệt tạo thành và nhiệt phân hủy hợp chất trị số ngược dấu” 3/ Nhiệt đốt cháy (hay thiêu nhiệt) H(tn) , H(đc) Nhiệt đốt cháy chất là nhiệt tỏa đốt cháy hoàn toàn mol chất oxi TD : C(graphit) + O2(k) CO2(k) H = - 393 KJ/mol Nhiệt đốt cháy C = - 393 KJ/mol 2C2H5OH + 3O2 4CO2(k) + 6H2O(k) H = - 2736 KJ Nhiệt đốt cháy C2H5OH = ΔH pu = − 2736 = - 1368 KJ/mol * Nhiệt đốt cháy O2, H2O không 4/ Nhiệt phân li (nhiệt nguyên tử hóa) : Nhiệt phân li chất là lượng cần thiết để phân hủy mol phân tử chất đó (ở thể khí) thành các nguyên tử thể khí TD : H2(k) 2H(k) H = 104,2 kcal/mol O2(k) 2O(k) H = 117 kcal/mol CH4(k) C(k) + 4H(k) H = 398 kcal/mol 5/ Năng lượng liên kết hóa học : Năng lượng liên kết hóa học là lượng cần thiết để phá vỡ liên kết đó tạo thành các nguyên tử thể khí Xác định nhiệt các phản ứng hóa học : Định luật Hess Đây là định luật nhiệt hóa học viện sĩ Nga H.I Hess (1802 – 1850) tìm lần đầu tiên, có nội dung sau : “ Trong trường hợp áp suất không đổi thể tích không đổi, hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học phụ thuộc vào dạng và trạng thái các chất đầu và các sản phẩm cuối, không phụ thuộc vào cách tiến hành phản ứng” Có thể minh họa ý nghĩa định luật Hess thí dụ sau : Việc oxi hóa than oxi tạo thành khí CO2 có thể tiến hành theo cách : Cách : đốt cháy trực tiếp than thành CO2 Pt : C(graphit) + O2(k) CO2(k) H (hiệu ứng nhiệt phản ứng) Cách : tiến hành qua giai đoạn : C(graphit) + ½ O2(k) CO(k) H1 (2) CO(k) + ½ O2(k) CO2(k) H2 Có thể biểu diển hai cách tiến hành trên sơ đồ sau : C(graphit) CO2(k) + O2 CO(k) H1 H2 Nếu các quá trình trên thỏa mãn điều kiện : Nhiệt độ và áp suất ban đầu nhiệt độ và áp suất cuối ta có : H = H1 + H2 Vài hệ định luật Hess : 1/ Hệ : Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng nhiệt tạo thành các sản phẩm trừ tổng nhiệt tạo thành các tác chất (có kể các hệ số hợp thức phương trình phản ứng) 0298 tt0 ( sp) tt (tg ) TD : Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng : ΔΗ298 = ? CaCO3(r) CaO(r) + CO2(k) Biết ΔΗ0tt - 1206,9 - 635,6 - 393,5 (KJ) Giải : Ta có : ΔΗ0298 = (- 635,6) + (- 393,5) – (-1206,9) = + 177,8 KJ 2/ Hệ : Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng nhiệt đốt cháy các tác chất trừ tổng nhiệt đốt cháy các sản phẩm (có kể các hệ số hợp thức phương trình phản ứng) 0298 0dc (tg ) dc ( sp ) TD : Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng : ΔΗ298 = ? CH3COOH(l) + C2H5OH(l) CH3COOC2H5(l) + H2O(l) Biết H(đc)0 - 871,69 - 1366,91 - 2284,05 Giải : Hiệu ứng nhiệt phản ứng : ⇒ ΔΗ0298 =∑ ΔΗ 0dc ( tc) − ∑ ΔΗ 0tt (sf ) ΔΗ0298 = (-871,69) + (-1366,91) – (-2284,05) = 45,45 KJ 3/ Hệ : Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng lượng liên kết có các chất tham gia (tác chất) trừ tổng lượng liên kết có các chất sản phẩm 0298 Elk0 (tg ) lk E ( sp ) TD : Xác định lượng trung bình các liên kết O – H phân tử nước, biết lượng liên kết H – H và O = O tương ứng 435,9 KJ và 498,7 KJ, đốt cháy đẳng áp mol H2 tỏa 483,68 KJ Giải : Pt : 2H2(k) + O2(k) 2H2O(k) H = - 483,68 KJ Dựa vào hệ thứ định luật Hess ta có : 0298 Elk0 (tg ) ⇒ ΔΗ H O lk E = + 927,09 KJ ( sp ) ⇒ ⇒ - 483,68 = 2(435,9) + (498,7) - ΔΗ H O ΔΗ0lk (O – H) = + 927 , 09 = + 463,545 KJ (do phân tử H2O có lk O-H) 4/ Chu trình nhiệt hóa học hay chu trình Born – Haber (Booc – Habe) Một phương pháp ứng dụng định luật Hess thường dùng để tính hiệu ứng nhiệt các quá trình (năng lượng mạng tinh thể, nhiệt hidrat hóa, nhiệt hóa …) là lập chu trình nhiệt hóa học đó quá trình mà chúng ta quan tâm là giai đoạn chu trình, (3) đó tất nhiên phải biết hiệu ứng nhiệt các giai đọan khác chu trình Sau đây là vài thí dụ : TD : Tính lượng mạng lưới tinh thể NaCl Năng lượng mạng lưới tinh thể NaCl là hiệu ứng lượng quá trình : Na+ + Cl- NaCl (tt) ENaCl Trong đó đã biết hiệu ứng nhiệt các quá trình sau : - Nhiệt thăng hoa Na : Hth Na = 25,9 kcal/mol - Nhiệt phân ly Cl2 thành nguyên tử : DCl2 = 57,2 kcal/mol - Năng lượng ion hóa Na : INa = 117,8 kcal/mol - Ái lực electron Clo : ACl = - 88,0 kcal/ngtg - Nhiệt tạo thành muối NaCl tinh thể (từ các đơn chất) : H(tt) NaCl = 98,2 kcal/mol Từ đó theo định luật Hess ta có thể tính lượng mạng lưới NaCl : ENaCl = H(tt NaCl) – (Htn Na + ½ DCl2 + INa + ACl) Thay các giá trị vào ta : ENaCl = - 182,5 kcal/mol Tính lượng liên kết trung bình CH và CC từ các 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 và 1atm Bài giải: Ta xếp các phương trình (kèm theo ký hiệu nhiệt) cho các chất vế triệt tiêu bớt để còn 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 các phương trình này ta CH4 C(r) + 4H 4H ❑C0 − H = H1 - H2 - H3 + H4 + 2H5 = - 801,5 + 483 + 393,4 + 715 + 2(431,5) = 1652,7 kJ/mol và 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 và 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 trên CH3CH2OH có liên kết C C ; liên kết C H ; liên kết C O và liên kết O H Năng lượng cần thiết phá vỡ các liên kết này = (83) + (995) + (84) + (111) = 773 Kcal/mol CH3 O CH3 có liên kết C H và liên kết C O Năng lượng tỏa hình thành các liên kết này = (99 6) + (84 2) = 762 Kcal/mol Vậy phản ứng trên là thu nhiệt, H = 773 762 = 11 Kcal/mol H mang dấu + chứng tỏ độ bền liên kết CH3CH2OH > CH3OCH3 Trong công nghệ hoá dầu , các ankan loại hiđro để chuyển thành hiđrocacbon không no có nhiều ứng dụng Hãy tính nhiệt phản ứng sau: C4H10 C4H6 + H2 ; Ho1 (1) o CH4 C6H6 + H2 ; H (2) Biết lượng liên kết , E theo kJ.mol-1 , các liên kết sau : (4) Liên kết H-H C-H C-C C=C -1 E , theo kJ.mol 435,9 416,3 409,1 587,3 ( Với các liên kết C-H , C-C , các trị số trên là trung bình các hợp chất hiđrocacbon khác ) 2) Tính nhiệt phản ứng : * Tìm hệ số cho các chất C4H10 C4H6 + H2 ; Ho1 (1) hay H3C - CH2- CH2-CH3 CH2=CH-CH=CH2 + 2H2 CH4 m n o * Từ H phản ứng = i Ei - j Ej i=1 j=1 C6H6 + H2 ; Ho2 (2) Trong đó Ei , Ej là lượng liên kết vế đầu và cuối (tham gia , tạo thành) phản ứng i , j số liên kết thứ i , thứ j Do đó 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 ) 0 ĐS: H = + 437,0 kJ/mol và H = + 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 là H 298 quá trình: C (k) + 4H (k) CH4(k) CH4 Theo giả thiết: C (r) + 2H2 (k) H h.t = 74,8 kJ/mol C (k) C (r) H t h = 716,7 kJ/mol 2H (k) H2 (k) 0 H p.l = 436 kJ/mol Tổ hợp quá trình này cho: H 298 = 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 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 các quá trình kèm theo các ký hiệu lượng: NaF Na+ + F Ei + Na + e Na - INa F- e F - EF Tổ hợp quá trình này ta được: NaF Na + F ENaF = Ei - INa - EF = = 6,686 - 5,139 + 3,447 = 4,994 eV 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 ❑1 + I2 = 1745 kJ/mol - Năng lượng liên kết (Elk) ClCl Cl2 = 243 kJ/mol - ái lực electron (E) Cl(k) = -364 kJ/mol Có thể thiết lập chu trình Born-Haber để tính toán theo định luật Hess: Ca(r) + Cl2 (k) CaCl2(r) (5) H ❑0298, 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 Ca2+(k) + 2e Ca(k) -(I ❑1 + I2) 2 Cl-1(k) e Cl (k) -2E Cộng các phương trình ta Ca2+(k) + 2Cl-(k) CaCl2(r) Năng lượng quá trình này là lượng mạng lưới ion CaCl2 và = H ❑0298, s H ❑0a Elk (I ❑1 + I2) 2E = (-795) 192 243 1745 2(-364) = -2247 kJ/mol 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 là nhiệt quá trình Al + 1,5 Cl2 AlCl3 Để có quá trình này ta xếp các 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 và CO2 3C + O2 3(-H5 ) Sau tổ hợp có kết là: 2Al + Cl2 2AlCl3 Hx và 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 Tính nhiệt phản ứng 250C phản ứng sau: CO(NH2)2(r) + H2O(l) CO2(k) + 2NH3(k) Biết cùng điều kiện có các 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 các quá trình đã cho kèm theo các đại lượng nhiệt tương ứng tiến hành cộng các 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 (6) 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 và nhiệt tạo thành Propen? Có thể thiết lập chu trình Born-Haber để tính toán đây dùng phương pháp tổ hợp cân nói trên thì dễ hiểu hơn: a/ Ta có: Phương trình cần tính là CH2=CH-CH3 + 4,5O2 → 3CO2 + 3H2O H5 = ? phương trình này tổ hợp từ các quá trình sau: CH2=CH-CH3 C3H6 xiclo (-H1) C3H6 xiclo + 4,5O2 3CO2 + 3H2O H4 Cộng phương trình này 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 10 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 vì phản ứng (2) cần có xúc tác Cho lượng liên kết của: NH3 O2 N2 H2O NO kJ/mol 1161 493 942 919 627 Tính hiệu ứng nhiệt: E1 = (2ENH + 3/2EO ) – (EN + EH O) = 1161 + 3/2 493 – 942 – 919 = - 637,5 kJ E2 = 2ENH + 5/2EO – 2ENO – 3EH O = 1161 + 5/2 493 – 627 – 919 = - 456,5 kJ - Phản ứng (1) có H âm nên pư (1) dễ xảy - Nếu có xúc tác thì lượng hoạt hoá giảm và tốc độ phản ứng tăng, đó để thực phản ứng (2) cần có xúc tác 10 Nitrosyl clorua là chất độc, đun nóng phân huỷ thành nitơ monoxit và clo a) Hãy viết phương trình cho phản ứng này b) Tính Kp phản ứng 298K(theo atm và theo Pa) Cho: 3 o H 298 (kJ/mol) S0298 (J/K.mol) 2 2 Nitrosyl clorua 51,71 264 Nitơ monoxit 90,25 211 Cl2 ? 223 c) Tính gần đúng Kp phản ứng 475K a) 2NOCl ⇌ 2NO + Cl2 b) Hằng số cân nhiệt động lực học tính theo phương trình G = RTlnK Trong đó G = H T S H = [(2 90,25 103) + (2 51,71 103 ) = 77080 J/mol S = [(2 211) + 233 (2 264) = 117 J/mol G = 77080 298 117 = 42214 J/mol 42214 Kp = 3,98 108 atm và Kp = 4,04 103 Pa và ln K = 8,314 298 = 17 (7) c) Tính gần đúng: Kp(T2 ) H 1 77080 1 R T1 T2 lnKp(475K) = 8,314 298 475 + lnKp(298) ln Kp (T1 ) = Kp = 4,32 10 3 atm hay Kp = 437Pa ln Kp (475) = 5,545 11 Cho thêm lượng dư axit clohiđric loãng vào dung dịch loãng chứa 0,00210 mol KOH Trong phản ứng xảy có lượng nhiệt 117,3 J giải phóng a) Hãy tính nhiệt phản ứng quá trình tự phân ly nước b) Thí nghiệm lặp lại với dung dịch amoniăc Người ta cho lượng dư axit clohidric loãng vào 200 ml dung dịch amoniac 0,0100 mol/L phản ứng giải phóng 83,4 J Hãy tính nhiệt phản ứng quá trình NH3(nước) + H2O(nước) NH (nước) + OH (nước) đó giả thiết thí nghiệm này toàn mẫu thử amoniac tồn dạng NH3 c) Hãy tính nhiệt phản ứng quá trình: NH3(nước) + H2O(nước) NH (nước) + OH (nước) đó lưu ý thí nghiệm trên phần amoniac đã tự phân ly Kb = 1,77 105 mol/L 117,3.10 a) Đối với phản ứng OH + H3O+ ⇌ 2H2O có H = 0, 00210 = 55,9 kJ/mol Vậy Nhiệt phản ứng quá trình tự phân ly H2O = 55,9 kJ/mol b) Ta có NH3 + H2O NH + OH OH + H3O+ ⇌ 2H2O H = x (1) H = 55,9 kJ/mol (2) 83, 4.10 H = 0, 0, 01 = 41,7 kJ/mol NH + H2O Tổ hợp được: NH3 + H3O+ H = x = 14,2 kJ/mol Vậy : x + ( 55,9) = 41,7 c ( NH 4 ) c(NH ) = 4,12 104 mol/L c) Theo (1): Kb = 0, 01 c ( NH ) = 1,77 105 4,12.10 Vậy phần tự phân ly = 0, 01 = 0,0412 mol tồn dạng NH và còn 0,9588 mol tồn dạng NH3 Tương tự phần (b) tính 0,9588y + ( 55,9) = 41,7 y = 14,8 kJ/mol 12 Hằng số cân (Kc ) phản ứng kết hợp A (k) + B (k) ⇌ AB (k) 250C là 1,8 103 L/mol và 400C là 3,45.103 L/mol a) Giả sử Ho không phụ thuộc nhiệt độ, hãy tính Ho và So b) Hãy tính các số cân Kp và Kx 298,15 K; áp suất toàn phần là atm Kp (T2 ) H 1 H 1 3, 45.103 R T1 T2 ln 1,8.10 = 8,314 298,15 313,15 a) Với ln Kp (T1 ) = Tính H = 33,67 kJ/mol (33,67 103 ) T2 S = 8,314 T2 ln 3,45 103 Với G = H T S = RTlnK (33,67.103 ) 8,314 313,15 ln 3, 45.103 313,15 S = = 175,25 J/K.mol 1,8.10 8,314 298,15 n 1 b) Vì Kp = Kc.(RT) với n = nên Kp = = 0,726 atm n Kp = Kx (P) với n = nên Kx = 0,726 = 0,726 13 Mặc dù iod không dễ tan nước nguyên chất, nó có thể hoà tan nước có chứa ion I (dd): I2 (dd) + I (dd) ⇌ I (dd) (8) Hằng số cân phản ứng này đo là hàm nhiệt độ với các kết sau: Nhiệt độ (0C ) Hằng số cân 15,2 840 25,0 690 34,9 530 Hãy ước lượng Ho phản ứng này Kp (T2 ) H R Với ln Kp (T1 ) = 1 1 T1 T2 ; chọn giá trị K nhiệt độ khác Ví dụ: 15,20C (288,4 K) và 34,90C (308,1 K) H 1 530 H = 1,72 104 J = 17,2 kJ Với ln 840 = 8,314 288, 308,1 Li2 4, 73.10 8 Li Kc = = (2, 01.10 ) = 1,156 107 14 Cho các số liệu sau: G 298,s C2H5OH (h) 168,6 (kJ/mol) C2H4 (k) 68,12 282,0 219,45 S (J/mol K) Với phản ứng : C2H4 (k) + H2O (h) ⇌ C2H5OH (h) a) Hỏi điều kiện chuẩn và 250C phản ứng xảy theo chiều nào? b) Phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt? 298 H2O (h) 228,59 188,72 a) G 298 = 168,6 [68,2 + ( 228,9)] = 8,13 kJ < nên phản ứng theo chiều thuận 0 b) H 298 = G 298 + T S 298 S 298 = 282,0 (188,72 + 219,45) = 126,17 J/ K phản ứng tỏa nhiệt H 298 = 8,13 103 + (126,17 298) = 45728,66 J < Câu 15: Trong bình kín dung tích không đổi 0,42 lít chứa mêtan và nước Nung nóng bình sau thời gian để điều chế hỗn hợp H2, CO Sau đó làm lạnh bình tới 25oC, thấy áp suất bình là 776,7mmHg Biết thể tích chất lỏng không đáng kể, áp suất nước 250C là 23,7 mmHg Lấy tất khí bình đem đốt cháy thấy tỏa 1,138Kcal nhiệt Biết nhiệt đốt cháy CO, H2, CH4 tương ứng là ΔH = 24,4 ; - 63,8 ; - 212,8 Kcal/mol Tính % CH4 bị chuyển hóa? CH4 + H2O CO + 3H2 x x 3x gọi x là số mol CH4 tham gia phản ứng P tổng CO, H2, CH4 = 776,7 – 23,7 = 753 mmHg 753 , 42 PV 760 n= = = 0,017 mol RT 22 , (25+ 273) 273 Số mol CH4 còn lại : 0,017 – (x + 3x) = 0,017 – 4x Số mol CH4 ban đầu : x + 0.017 – 4x= 0,017 – 3x ⃗ Δ H1 = - 24,4Kcal/mol CO + O2 t CO2 ⃗ Δ H2 = - 63,9 Kcal/mol H2 + O2 H2O t0 ⃗ Δ H3 = - 212,8Kcal/mol CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O t0 Nhiệt tỏa là 1,138 Kcal/mol x 24,4 + 3x 63,8 + (0,017 – 4x) 212,8 = 1,138 => x = 0,004 %CH4 đã chuyển hóa là: (9) %CH4 = x 100 = ,017 − x , 004 100 = 80% ,017 − , 004 3As2O5(r ) 16 Cho: 3As2O3(r) + 3O2(k) ∆H1 = - 812,11(kJ) 3As2O5(r ) 3As2O3(r) + 2O3(k) ∆H2 = - 1095,79 (kJ) Biết: lượng phân li oxi là 493,71kJ/mol, lượng liên kết O−O là 138,07 kJ/mol Chứng minh phân tử ozon không thể có cấu tạo vòng mà phải có cấu tạo hình chữ V TH1: Nếu ozon có cấu tạo vòng thì nguyên tử hóa phân tử O phải phá vỡ liên kết đơn, lượng nhiệt cần tiêu thụ là: ∆H3 = 3.138,07 = 414,21 kJ/mol (1) TH2: Nếu ozon có cấu tạo hình chữ V thì nguyên tử hóa phân tử O phải phá vỡ liên kết đơn O−O và liên kết đôi O=O lượng nhiệt cần tiêu thụ là: ∆H = 493,71 + 138,07 = 631,78 kJ/mol 2O3 Trong đó: 3O2 ∆H ∆H = ∆H1 - ∆H2 = -812,11 – (-1095,79) = 283,68 (kJ/mol) Ta xây dựng theo sơ đồ sau: 3O 3ΔH ΔH pl(O2) 6O 2ΔH 2O pl(O3) Theo sơ đồ trên, ta tính được: -ΔH+3.ΔH pl(O2 ) -283,68+3.493,71 ΔH = = = 598,725(kJ/mol) pl(O3 ) 2 (3) Từ kết (1), (2) và (3) rõ ràng ozon có cấu tạo hình chữ V phù hợp lượng so với cấu tạo vòng 17 Cho phản ứng: CO2 (dd) + H2O (l) H+ (dd) + HCO3- (dd) Biết các thông số nhiệt động các chất 298K là CO2 (dd) H2O (l) HCO3- (dd) H+(dd) ∆G0s (kJ/mol): -386,2 -237,2 -587,1 0,00 ∆H0s (kJ/mol): -412,9 -285,8 -691,2 0,00 a Tính số cân K phản ứng trên 298K b Khi phản ứng trên đạt đến trạng thái cân bằng, nhiệt độ hệ tăng lên nồng độ CO2 không đổi thì pH dung dịch tăng hay giảm? Tại sao? 2.(1,0 điểm) a CO2 (dd) + H2O (l) H+ (dd) + HCO3- (dd) (1) 0 + 0 ∆G pứ = ∆G s (H ) + ∆G s (HCO3 ) ∆G s (CO2) ∆G s (H2O) = 0,0 + (-587,1) + 386,2 + 237,2 = 36,3 kJ ∆G pứ = RTlnK → lnK = ∆G0pứ/RT = (36,3.103) : (8,314.298) = 14,65 → k = 10-6,36 b ∆H0pư = ∆H0s (H+) + ∆H0s (HCO3-) ∆H0s (CO2) ∆H0s (H2O) = 0,0 691,2 + 412,9 + 285,8 = 7,5 kJ (thu nhiệt) Do ∆H0pư > nên nhiệt độ tăng, cân chuyển dịch theo chiều thuận, pH giảm Câu 18 Một phản ứng quan trọng tạo nên “mù” gây ô nhiễm môi trường là: (10) O3 (k) + NO (k) O2 (k) + NO2 (k) Kc = 6.1034 CO3 10 M, C NO 10 M, C NO2 2,5.10 M, CO2 8, 2.10 M a) Nếu nồng độ ban đầu là: phản ứng diễn theo chiều nào? b) Trong ngày nóng nực, nhiệt độ tăng thì nồng độ các sản phẩm thay đổi nào? Cho biết: 0 Hs,O 142,7 kJ / mol; H s,NO(k ) 90, 25 kJ / mol; H s,NO (k ) (k ) 33,18 kJ / mol CO2 C NO2 8, 2.10 3.2,5.10 Q 2,05.105 6 5 CO3 C NO 10 10 a) Q = 2,05.105 < Kc = 6.1034 Phản ứng diễn theo chiều thuận b) 0 H p0 H S,NO (k) H S,O3 (k) H S,NO(k) 33,18 142,7 90,25 199,77 kJ Phản ứng thuận là phản ứng tỏa nhiệt Khi nhiệt độ tăng, cân chuyển dịch theo chiều nghịch nồng độ các sản phẩm giảm 2CO2 (k) + 3H2O (l) Bài 19 Cho phản ứng: C2H6 (k) + 3,5O2 (k) Dựa vào bảng số liệu sau: Chất C2H6 (k) O2 (k) CO2 (k) - 84,7 - 394 ΔH s (kJ.mol-1) Liên kết Elk (kJ.mol-1) C-H C-C O=O C=O 413,82 326,04 493,24 702,24 -1 Nhiệt hóa nước là 44 kJ.mol hãy tính hiệu ứng nhiệt phản ứng (1) theo cách ΔH 0p ΔH 0p =2 ΔH s(CO ,k) +3 ΔHs(H 2O,l) – ΔHs(C 2H ,k) – 3,5 (1) H2O (l) - 285,8 H-O 459,80 ΔH s(O ,k) = 2(–394) + 3(–285,8) – (–84,7) – 3,5.0 = –1560,7 (kJ) ΔH 0p Mặt khác: = 6EC-H + EC-C + 3,5EO=O – 4EC=O – EO-H – ΔH hh ΔH 0p = 6(413,82) + 326,04 + 3,5(493,24) – 4(702,24) – 6(459,8) – 3(44) = –1164,46 (kJ) thì (11)