Đang tải... (xem toàn văn)
Ở một nhiệt độ xác định, với một phản ứng xác định thì E = const, nên ta có: số va chạm có hiệu quả so va cham co hieu qua so phan tu hoat hoa =const =const hay tong so va cham chung ton[r]
(1)TRƯỜNG ĐH GTVT KHOA KHCB – BM HOÁ CHƯƠNG TRÌNH HOÁ HỌC ỨNG DỤNG Chương trình: 03 tín Giáo trình: Giáo trình chuẩn: Hoá Học đại cương: Phần II - Đại cương các quy luật các quá trình Hoá học – Mai Đăng Khoa, Đào Quang Liêm, Nguyễn Văn Tam, NXB ĐH GTVT -2008 Tài liệu tham khảo: + Cơ sở lỶ thuyết các quá trình Hoá học: Nguyễn Hạnh - Phần II – NXB GD - 1998 + Hoá học đại cương – tập 1,2,3 - Rier Dider (tiếng Việt) – NXB GD – 1996 + Hoá học đại cương – Vũ Đăng Độ – NXB GD –2000 + Bài tập Hoá đại cương - tập 1,2 - Rier Dider – Vũ Đăng Độ chú giải - NXB GD – 1996 Ẩ (các tài liệu giới thiệu trên lớp khác vv.) Nội dung môn học: Gồm 04 chương: ▼ Chương I: Nhiệt động học: Nghiên cứu các nguyên lỶ, áp dụng các nguyên lỶ, chiều hướng, giới hạn cân hoá học; các yếu tố ảnh hưởng lên cân hoá học ▼ Chương II: Động hoá học: Nghiên cứu vận tốc, các yếu tố ảnh hưởng; chế phản ứng; xúc tác, keo tụ, nhũ tương, nhựa đường ▼ Chương III: Dung dịch: Nghiên cứu các phản ứng dung dịch, các yếu tố ảnh hưởng lên phản ứng, các phương pháp tìm KLPT qua dung dịch điện li ▼ Chương IV: Điện hoá học: Nghiên cứu các phản ứng oxy hoá khử, pin điện, chuyển hoá điện năng, chất điện phân, ăn mòn kim loại, các phương pháp chống ăn mòn kim loạiẨ Đánh giá học phần: GV công bố trên lớp Kiểm tra kết thúc học phần: (đề thi: câu (3đ), câu (3đ), câu (4đ)) Hướng dẫn seminar: Cần ít 60phút chuẩn bị cho 01 tiết học trên giảng đường Liên hệ: BM Hoá P808-A6 trường ĐHGTVT HN – Láng Thượng - Đống Đa – Hà Nội -Bài toán Ôn theo dạng GV đã tóm tắt trên lớp Chương + Dạng áp dụng nhiệt phản ứng và tính toán theo định luật Hess + Dạng G + Dạng tính theo cân Chương + Dạng phương trình động học v = k.CA.CB… + Dạng quan hệ k và t Chương + Dạng các định luật Raun, Van’t Hoff cho dung dịch phân tử và dung dịch điện li + Dạng Nhiệt hoà tan + Dạng pH xuôi và ngược + Dạng tích số tan Chương + Dạng tính điện cực và sức điện động pin + Dạng tính phân cực Eph = Epc + + Dạng điện phân… (2) MỘT SỐ CÂU HỎI VÀ TRẢ LỜI THAM KHẢO Lưu ý * R = 22,4/273 ≃ 0.082 tính theo phương trình trạng thái R= 8,314 Tính theo J * Các phương trình đóng khung * Phân biệt điều kiện thường và điều kiện chuẩn * Ký hiệu K và k * Lưu ý kJ và J Đơn vị * Đơn vị ∆G; ∆H chất và quá trình * Các định luật Hess, Van’t Hoff, Raun, Faraday * Lưu ý các bước làm bài + Viết phương trình phản ứng + Đặt ẩn sử dụng + Viết biểu thức thay số Câu hỏi Phát biểu và viết biểu thức toán học nguyên lý I? Khái niệm nhiệt đẳng tích, nhiệt đẳng áp, thiết lập mối quan hệ chúng? Hàm trạng thái là gì? Viết U = QV là đúng hay sai, sao? ∘ Phát biểu Không thể chế tạo đợc động vĩnh cửu loại I (động không tiêu tốn lợng) ∘ BiÓu thøc to¸n: Tån t¹i mét hµm tr¹ng th¸i U - néi n¨ng Víi mét qu¸ tr×nh v« cïng nhá; biÓu thøc vi ph©n cña nguyªn lý I: dU = A + Q hay dU + PdV = Q + A’ Víi A’ lµ c«ng cã Ých Nh vậy: Biến thiên nội hệ tổng nhiệt và công hệ nhận đợc Q+A= U Nhiệt đẳng tích (QV) là nhiệt hệ nhận vào hay toả quá trình nào đó xảy điều kiện đẳng tích Khi V = const, A'=0: dU = QV hay U = QV (1.7) Nhiệt đẳng áp (QP) là nhiệt hệ nhận vào hay toả quá trình nào đó xảy điều kiện đẳng ¸p Khi P = const, A'=0 ta cã H = Qp Quan hÖ: §èi víi hÖ kÝn: Qp = H = U + PV = Qv + PV §èi víi ph¶n øng ho¸ häc: - Khi các chất tham gia và tạo thành đồng thể, trạng thái rắn, lỏng: V Khi đó: Qp = H = U = Qv - Hệ có chất khí tham gia: Vhệ = Vkhí = nRT/P Khi đó: Qp = Qv + nRT Víi n = tæng sè mol s¶n phÈm khÝ – tæng sè mol chÊt tham gia ë thÓ khÝ = n(sp-khÝ) - n(tg-khÝ) VÝ dô: 2SO3(k) ⇌ O2(k) + 2SO2(k) Ph¶n øng nµy cã n= 2+1-2 = C6H6(h) + 7,5O2(k) = 6CO2(k) + 3H2O(l) Ph¶n øng nµy cã n= 6-7,5-1 = -2,5 Viết U = QV Q không là hàm trạng thái, U là hàm trạng thái viết U = QV đúng trờng hợp V=const, hÖ kh«ng sinh cã Ých Câu hỏi Phát biểu định luật Hess, lấy ví dụ minh hoạ? Phát biểu và chứng minh ba hệ định luật Hess? ∘ Nội dung định luật: Hiệu ứng nhiệt phản ứng hoá học phụ thuộc vào trạng thái đầu các chất tham gia vµ tr¹ng th¸i cuèi cña c¸c chÊt s¶n phÈm, mµ kh«ng phô thuéc vµo c¸c giai ®o¹n trung gian VÝ dô: Tõ C2H2(k) ®iÒu chÕ C2H6(k) cã thÓ theo hai c¸ch kh¸c nhau: C2H C2H2(k) H1 6(k) + 2H2(k) H C2H4(k) + H2 H2(k) Theo định luật Hess: H1 = H2 + H3 ▼ HÖ qu¶ ∘ Néi dung: HiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng nghÞch b»ng trõ hiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng thuËn ∘ Chứng minh: Xét hệ hai trạng thái (I) và (II) qua biến đổi chu trình: Ht Chu tr×nh nµy cho Ht + Hn = II Do đó: Ht = - Hn I Hn (3) VÝ dô: C2H4(k) + H2(k) → C2H6(k) H1 = -136,95 kJ C2H6(k) → C2H4(k) + H2(k) H2 = 136,95 kJ ▼ HÖ qu¶ ∘ Néi dung: HiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng b»ng tæng nhiÖt sinh cña c¸c chÊt s¶n phÈm trõ ®i tæng nhiÖt sinh cña c¸c chÊt ph¶n øng ΔH pu=∑ ΔH sp − ∑ ΔH tg Trong đó: Sinh nhiệt là hiệu ứng nhiệt quá trình hình thành mol chất từ các đơn chất trạng thái bÒn v÷ng ë tr¹ng th¸i chuÈn th× nhiÖt sinh gäi lµ nhiÖt sinh chuÈn kÝ hiÖu: Ho298,s Nhiệt sinh đơn chất không Chỉ chất có nhiều dạng thù hình thì dạng thù hình kém bÒn míi cã nhiÖt sinh ∘ Chøng minh: Qua bµi to¸n: tÝnh hiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng sau AB +CD = AC + BD BiÕt sinh nhiÖt cña c¸c chÊt AB, CD, AC, BD HT aAB + bCD aHs,T(AB ) bHs,T(C D) cAC + dBD cHs,T(A C) dHs,T(B D) A+C + B+D Tõ chu tr×nh ta dÔ dµng nhËn thÊy: HT = aHs(AC) + bHs(BD) - cHs(AB) - dHs(AC) (®pcm) ▼ HÖ qu¶ ∘ Néi dung: HiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng b»ng tæng nhiÖt ch¸y cña c¸c chÊt tham gia ph¶n øng trõ tæng nhiÖt ch¸y cña c¸c chÊt s¶n phÈm Trong đó: Nhiệt cháy là hiệu ứng nhiệt quá trình đốt cháy mol chất oxi phân tử t¹o thµnh c¸c oxit cao nhÊt, bÒn Nh vËy nhiÖt ch¸y cña O2 b»ng kh«ng BiÓu thøc to¸n: H = Hc,tg - Hc,sp ∘ Chứng minh: Dựa trên định luật Hess và hai hệ và định luật XÐt ph¶n øng: 3C2H2(k) → C6H6(l) Dựa trên thiết lập sơ đồ phản ứng sau: 3C2H2(k) + 7,5O2(k) 6CO2(k) + 3H2O(l) Hpu H C6H6(k) + 7,5O2(k) áp dụng định luật Hess ta thấy: Hpu + H ❑c, C H = 3H ❑c, C H Hpu = 3H ❑c, C H - H ❑c, C H Câu hỏi Phát biểu và viết biểu thức toán học nguyên lý II, áp dụng cho hệ cô lập? Từ đó nêu điều kiện xét chiÒu diÔn biÕn vµ giíi h¹n cña qu¸ tr×nh x¶y hÖ c« lËp lµ g×? ∘ Nội dung: Không thể chế tạo đợc động vĩnh cửu loại (động có khả biến đổi toàn nhiệt thµnh c«ng Kenvin Planck) δQ Q dS≥ ΔS ≥ ∘ BiÓu thøc: hay T T DÊu b»ng x¶y qu¸ tr×nh x¶y thuËn nghÞch víi Qtn DÊu > qu¸ tr×nh bÊt thuËn nghÞch víi Qbtn - NÕu dS > 0, hay S > 0: Ph¶n øng tù x¶y - Nếu dS = hay S = 0: Phản ứng đạt trạng thái cân ∘ Với hệ cô lập ta có: Q = hay Q = 0, theo ta đợc: dS0, nh entropi hệ cô lập có thể tăng chø kh«ng gi¶m - Nếu hệ xẩy quá trình bất thuận nghịch (tự diễn biến) nào đó thì dS < 0, hay S < 0, S t¨ng 6 2 2 6 (4) - Nếu hệ diễn các quá trình thuận nghịch (cân bằng) thì dS = 0, S đạt cực đại Nh vậy: entropi là độ đo tính không thuận nghịch quá trình xẩy hệ cô lập, hay nó là tiêu chuẩn để đánh giá chiều diễn biến các quá trình xẩy hệ cô lập Trong hệ cô lập quá trình tự diÔn biÕn theo chiÒu t¨ng entropi Tiêu chuẩn này áp dụng hệ cô lập, với hệ không cô lập (hay phần khác hÖ c« lËp), víi nh÷ng hÖ kh«ng c« lËp c¸c qu¸ tr×nh vÉn cã thÓ tù diÔn theo chiÒu gi¶m entropi Câu hỏi Lập công thức tính S quá trình giãn nở đẳng nhiệt khí lý t ởng? Từ đó cho biết vì hệ cô lập, khÝ lý tëng l¹i tù gi·n në tõ n¬i cã ¸p suÊt cao vÒ n¬i cã ¸p suÊt thÊp? * XÐt n = mol Theo nguyªn lý ta cã: U = Q + A V× T=const ⇒ U = (Vì nội khí lý tởng phụ thuộc vào nhiệt độ) V2 RT dV = RTln ⇒ Q= -A= ∫ PdV = ∫ V V1 V Chia hai vÕ cho T: Q = ΔS=RT ln T V1 V2 P V2 P1 Ta cã: P1V1=RT=P2V2 ⇒ = ΔS == R ln =R ln ⇒ V P2 V1 P2 * NÕu n (mol) V2 P1 ΔS=nR ln =nR ln V1 P2 P1 * Trong hÖ c« lËp: KhÝ gi·n në tõ V1 → V2 , Ta cã: V2 >V1 → P1 >P2 ⇒ ln >0 P2 ⇒ ΔS >0 ⇒ Ph¶n øng tù x¶y hÖ c« lËp VËy hÖ c« lËp khÝ lý tëng tù gi·n në tõ n¬i cã ¸p suÊt cao sang n¬i cã ¸p suÊt thÊp C©u hái ý nghÜa hµm G? §iÒu kiÖn c©n b»ng, tù diÔn biÕn cña qu¸ tr×nh? ∘ ý nghĩa vật lý đẳng áp G - Trong các quá trình thuận nghịch đẳng áp, đẳng nhiệt ta có: A’ = dG hay A’ = G = H - TS Nh các quá trình đẳng áp đẳng nhiệt thuận nghịch, biến thiên hàm G công hữu ích (cực đại) cña qu¸ tr×nh Khi hệ hấp thụ lợng nhiệt H quá trình đẳng áp đẳng nhiệt thì phần (G) là có thể chuyển tự thành công, còn phần còn lại (TS) dùng làm thay đổi độ hỗn loạn hệ (entropi) Chính vì thÕ mµ G cßn gäi lµ n¨ng lîng tù Gibbshay entanpi tù ∘ §iÒu kiÖn c©n b»ng, tù diÔn biÕn cña qu¸ tr×nh? - Trong trờng hợp hệ không sinh công có ích (A’ = 0), điều kiện đẳng áp (P = const) đẳng nhiệt (T = const): + dG = øng víi c¸c qu¸ tr×nh thuËn nghÞch (c©n b»ng) + dG < øng víi c¸c qu¸ tr×nh bÊt thuËn nghÞch (tù diÔn biÕn) §©y chÝnh lµ ®iÒu kiÖn c©n b»ng vµ tù diÔn biÕn tæng qu¸t cña mét qu¸ tr×nh ®iÒu kiÖn P, T kh«ng đổi Trong thực tế đa phần các phản ứng hoá học diễn điều kiện đẳng áp đẳng nhiệt, nên các điều kiÖn nµy cã ý nghÜa rÊt quan träng kh¶o s¸t c¸c ph¶n øng ho¸ häc, ®©y còng chÝnh lµ ý nghÜa quan trọng đẳng áp đẳng nhiệt hoá học1 C©u hái Nªu nguyªn t¾c tÝnh G cña ph¶n øng ho¸ häc? T¹i nhiÖt kh«ng thÓ chuyÓn hoµn toµn thµnh c«ng? *TÝnh Δ G VÝ dô cã ph¶n øng: aA + bB = eE + dD Δ GT,pu = Δ HT - T Δ ST,pu ∘ C¸ch 1: Trong đó ΔH T =eΔH s ( E)+ dΔH s ( D) −aΔH s ( A) −bΔH s (B) ST,pu = eSE + dSD - aSA - bSB ∘ C¸ch 2: Δ GT,pu = Hay ∑ ΔGΔG E)+ dΔG (D)−aΔG s ,T ( A)− bΔG s ,T (B) T , puT=eΔG s ,T (ΔG , s (sp)− ∑ T , s (tg) s ,T Trong đó Gs,T : đẳng áp tạo thành chất nhiệt độ T, áp suất P là biến thiên đẳng áp quá trình hình thành 1mol chất đó từ các đơn chất bền điều kiện T, P không đổi * NhiÖt kh«ng thÓ chuyÓn hoµn toµn thµnh c«ng v×: A* = Δ G = H - TS hay H = G + TS Khi hệ hấp thụ lợng nhiệt H quá trình đẳng áp đẳng nhiệt thì phần (G) là có thể chuyển tự thành công có ích A*; còn phần còn lại (TS) dùng làm thay đổi độ hỗn loạn hệ Câu hỏi Trình bày phụ thuộc đẳng áp G vào áp suất (5) Từ dG = VdP – SdT, điều kiện đẳng nhiệt, T = const, ta có: P2 ∫ VdP dG = VdP G(P2) = G(P1) + P1 * Với chất lỏng, chất rắn, khoảng áp suất không quá lớn ta coi V không thay đổi ta thay đổi áp suất: G(P2) = G(P1) + V(P2 – P1), áp suất không quá lớn V(P2 – P1) << G(P) G(P1) G(P1), hay khoảng áp suất không quá lớn đẳng áp chất lỏng, rắn không phô thuéc vµo ¸p suÊt * Víi 1mol khÝ lý tëng P Δ G = RT ln Ta cã G(P2)= G( P1)+RTln hay P2 P1 Chọn trạng thái là trạng thái chuẩn chất khí: PP11= Po = 1atm, đặt G(P1) = Go (gọi là đẳng áp chuÈn) G = Go + RTlnP P1 P2 ¿ P + Víi n mol: G T ¿ = G T ¿ + nRT ln hay P ¿ ❑¿ ❑¿ P2 NÕu P1 = P0 = atm , =P ⇒ GT = G0T + nRT ln P P1 C©u hái a) Tr×nh bµy kh¸i niÖm vÒ h»ng sè c©n b»ng theo ¸p suÊt riªng phÇn Kp cña b) ThiÕt lËp biÓu thøc quan hÖ gi÷a Kp, Kc, K N * a) Kh¸i niÖm vÒ Kp Cã ph¶n øng gi÷a c¸c khÝ lý tëng sau (T, P = const) aA + bB ⇌ eE + dD P eE P dD Từ phơng trình đẳng nhiệt Van’t Hoff: GT = ΔGT0 + RTln PaA P bB ( Khi phản ứng đạt cân bằng: G=0 GoT = - RT ln ( e d PE PD ) ) = const đặt: KP = ( e d PE PD ) P aA PbB CB PaA P bB CB * Khái niệm: Khi hệ trạng thái cân bằng, nhiệt độ xác định thì tỷ số tích áp suất riêng phần c¸c chÊt s¶n phÈm víi tÝch ¸p suÊt riªng phÇn cña c¸c chÊt tham gia lµ mét h»ng sè, gäi lµ h»ng sè c©n b»ng theo ¸p suÊt (Kp) Mçi sè h¹ng cã sè mò b»ng hÖ sè t¬ng øng ph¬ng tr×nh ph¶n øng b) ThiÕt lËp quan hÖ gi÷a Kp, Kc, KN + Hằng số cân theo nồng độ mol/l: Kc e d e d PE PD Δn C E C D Thay : Pi = Ci.RT vµo KP = đợc: K = đó: n = (e+d) - (a+b) ( RT ) P PaA P bB CB CaA CbB CB ( ) ( Khi T = const, KP = const ( CeE C dD ) ) = const = KC C aA C bB CB - KC đợc gọi là số cân theo nồng độ mol/l: Kp = Kc (RT) ❑Δn + Hằng số cân theo nồng độ phần mol: KN ni Ta cã: Pi = P =Ni.P với P là áp suất chung toàn hệ, thay vào (Kp) ta đợc: ∑ ni KP = PeE P dD N eE N dD [ ] [ ] [ ] a A P P b B CB Khi T =const, Kp= const: = e E a A a A N N N N N N b B CB d D b B CB P(e+d − a −b )= N eE N dD [ ] a A N N b B CB = const = KN Do vËy: P Δn Kp = KN.Pn Câu hỏi Thiết lập phơng trình đẳng áp Van'tHoff? Vận dụng để xét ảnh hởng nhiệt độ đến cân cña ph¶n øng sau ë tr¹ng th¸i chuÈn: CO(k) + H2O(h) ⇌ CO2(k) + H2(h) cã Ho < *Thiết lập: Viết phản ứng: (các chất là các khí) aA + bB ⇌ eE + dD: (6) ΔGo =− R ln K P T Ta cã:Go = - RT ln Kp Lấy đạo hàm hai vế theo T P = const ta đợc: Theo ph¬ng tr×nh Gibbs - Helmholtz: ΔG o T ∂T [ ] [ ( )] ∂ ∂ ΔG T ∂T ( ) =− R P [ ∂ ( ln K P ) ∂T ] P o ΔH o =− T P ∂ ( ln K P ) ΔH o = ∂T P RT Phơng trình trên là phơng trình đẳng áp VanHốp * ảnh hởng nhiệt độ đến cân hoá học + NÕu : Ho>0 (ph¶n øng thu nhiÖt) ∂ ( ln K P ) >0 KP đồng biến theo T ∂T P - Khi T t¨ng KP t¨ng c©n b»ng dÞch chuyÓn theo chiÒu thuËn theo (chiÒu thu nhiÖt), lµm cho nhiệt độ hệ giảm - Khi T gi¶m : ngîc l¹i + NÕu: Ho<0 (ph¶n øng to¶ nhiÖt) ∂ ( ln K P ) <0 KP nghÞch biÕn theo T ∂T P - Khi T t¨ng KP gi¶m c©n b»ng dÞch chuyÓn sang tr¸i theo chiÒu cña ph¶n øng thu nhiÖt lµm cho nhiệt độ hệ giảm - Khi T gi¶m: ngîc l¹i ∂ ( ln K P ) + NÕu : Ho = = Nhiệt độ không ảnh hởng đến chuyển dịch cân ∂T P VËn dông CO(k) + H2O ⇌ CO2(k) + H2(h) Ta cã ΔH pu < ph¶n øng to¶ nhiÖt [ Từ đó ta đợc: ( ] ) ( ) ( ) ∂ ( ln K P ) <0 KP nghÞch biÕn theo T ∂T P - Khi T t¨ng KP gi¶m c©n b»ng dÞch chuyÓn vÒ phÝa t¹o CO vµ H2O theo chiÒu cña ph¶n øng thu nhiệt làm cho nhiệt độ hệ giảm - Khi T gi¶m c©n b»ng dÞch chuyÓn vÒ phÝa t¹o CO vµ H2 theo chiÒu cña ph¶n øng thu nhiÖt lµm cho nhiệt độ hệ tăng Câu hỏi Thiết lập phơng trình biểu thị ảnh hởng áp suất đến cân hoá học Cã ph¶n øng gi÷a c¸c khÝ lý tëng sau (T, P = const) aA + bB ⇌ eE + dD Cã quan hÖ gi÷a c¸c h»ng sè: Kp = KN.Pn víi Δn = e +d - a- b K N =K P P Δn ⇒ ln K N =ln K P − Δn ln P Lấy đạo hàm theo P T=const hai vế ta đợc: ∂ ln K N ∂ ln K P Δn = − ∂P T ∂P T P ∂ ln K P V× KP kh«ng phô thuéc vµo ¸p suÊt =0 ∂P T ∂ ln K N Δn =− ∂P T P + NÕu n < (sè mol khÝ s¶n phÈm nhá h¬n sè mol khÝ chÊt ph¶n øng) ∂ ln K N >0 KN đồng biến theo P ∂P T ( ) ( ( ( ) ) ) ( ) ( ) (7) - Khi P t¨ng th× KN t¨ng, c©n b»ng chuyÓn dÞch theo chiÒu thuËn (chiÒu lµm gi¶m sè mol khÝ) lµm cho ¸p suÊt cña hÖ gi¶m - Khi P gi¶m : ngîc l¹i + NÕu n > (sè mol khÝ s¶n phÈm lín h¬n sè mol khÝ chÊt ph¶n øng) ∂ ln K N <0 KN nghÞch biÕn theo P ∂P T - Khi P t¨ng th× KN gi¶m, c©n b»ng chuyÓn dÞch sang tr¸i theo chiÒu cã sè mol khÝ nhá h¬n lµm ¸p suÊt cña hÖ gi¶m - Khi P gi¶m: ngîc l¹i ∂ ln K N + NÕu n = =0 KN = const ∂P T Vậy áp suất không ảnh hởng đến cdcb C©u hái ThÕ nµo lµ sù chuyÓn dÞch c©n b»ng? Ph¸t biÓu nguyªn lý vÒ sù chuyÓn dÞch c©n b»ng Le Chatelier + Sự chuyển hệ từ trạng thái cân này sang trạng thái cân khác thay đổi các yếu tố nh ( C, P, T) gäi lµ sù chuyÓn dÞch c©n b»ng + Ph¸t biÓu nguyªn lý vÒ sù chuyÓn dÞch c©n b»ng Le Chatelier: Một hệ trạng thái cân ta thay đổi các yếu tố nh (T, P, C) thì cân chuyển dịch theo chiều chống lại với thay đổi đó C©u hái Thế nào là bậc phản ứng, phân tử số các giai đoạn bản? Khi nào phân tử số trùng với bậc phản ứng? b Nªu ý nghÜa cña h»ng sè k? c Hãy viết phương trình động học và cho biết bậc các phản ứng sau: 2ICl + H2 → 2HCl + I2 có bậc theo ICl và bậc theo H2 2NO + Br2 → 2NOBr có bậc theo NO và bậc theo Br2 a Bậc phản ứng là tổng số mũ nồng độ các chất có biểu thức định luật tác dụng khối lượng Gulberg-Waage Ví dụ: có phản ứng sau xảy môi trường đồng thể nhiệt độ không đổi: aA + bB = sản phẩm có phương trình định luật tác dụng khối lượng để tính vận tốc tức thời phản ứng là: vt = k.CArCBs Trong đó (r + s) = bậc phản ứng r là bậc phản ứng riêng chất A và s là bậc phản ứng riêng chất B với CA, CB là nồng độ chất A và chất B thời điểm t k: là số vận tốc phản ứng Phân tử số là số phân tử tương tác đồng thời với giai đoạn để dẫn đến phản ứng Phản ứng có thể xảy theo nhiều giai đoạn, giai đoạn nào chậm định vận tốc phản ứng, giai đoạn đó gọi là giai đoạn Phân tử số trùng với bậc phản ứng phản ứng chính là giai đoạn b) Ý nghĩa số vận tốc k: Hằng số k (còn gọi là vận tốc riêng phản ứng) là tính chất đặc trưng phản ứng vì nó không phụ thuộc vào nồng độ, đó giá trị k có thể cho phép so sánh tốc độ các phản ứng khác (khi thực cùng điều kiện nhiệt độ và môi trường phản ứng) hay so sánh vận tốc cùng phản ứng thực các nhiệt độ khác c phản ứng: 2ICl + H2 → 2HCl + I2 ; có bậc theo ICl và bậc theo H2 phương trình động học phản ứng là: dCH dC v =− ICl =− =k C 2ICl C 1H ; ⇒ bậc phản ứng = + = dt dt phản ứng: 2NO + Br2 → 2NOBr ; có bậc theo NO và bậc theo Br2 phương trình động học phản ứng là: dCBr dC v =− NO =− =k C 2NO C 1Br ; ⇒ bậc phản ứng = + = dt dt b) Ý nghĩa số vận tốc k: Hằng số k (còn gọi là vận tốc riêng phản ứng) là tính chất đặc trưng phản ứng vì nó không phụ thuộc vào nồng độ, đó giá trị k có thể cho phép so sánh tốc độ các phản ứng khác (khi thực cùng điều kiện nhiệt độ và môi trường phản ứng) hay so sánh vận tốc cùng phản ứng thực các nhiệt độ khác ( ) ( ) 2 2 (8) C©u hái Nồng độ ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng nào? Giải thích? Khi nồng độ các chất tham gia phản ứng tăng lên, vận tốc phản ứng tăng, phản ứng xảy nhanh Giải thích: Có thể giải thích sau: * Theo định luật tác dụng khối lượng: với phản ứng sau xảy môi trường đồng thể nhiệt độ không đổi: aA + bB = sản phẩm vận tốc phản ứng: vt = k.CArCBs Ta thấy: nồng độ chất A và chất B thời điểm t là C A, CB càng lớn thì vận tốc phản ứng thời điểm t là vt càng lớn, phản ứng xảy càng nhanh * Theo thuyết va chạm phân tử: Để phản ứng xảy thì phân tử các chất phải va chạm với nhau, không phải va chạm dẫn đến phản ứng mà có số ít và chạm dẫn đến phản ứng Những va chạm này gọi là va chạm có hiệu Các phân tử gây nên va chạm có hiệu gọi là các phần tử hoạt hóa Những phần tử hoạt hoá là phân tử có động lớn lượng “ngưỡng” E Năng lượng này gọi là lượng hoạt hoá, nó phụ thuộc vào chất các chất tham gia phản ứng và vào nhiệt độ Ở nhiệt độ xác định, với phản ứng xác định thì E = const, nên ta có: số va chạm có hiệu so va cham co hieu qua so phan tu hoat hoa =const =const hay tong so va cham chung tong so phan tu vận tốc phản ứng hóa học tỷ lệ với số va chạm có hiệu (hay số phần tử hoạt hoá) mà số va chạm có hiệu (hay số phần tử hoạt hoá) lại tỷ lệ với số va chạm chung (hay tổng số phân tử) nghĩa là tỷ lệ với nồng độ chất Như vậy, nồng độ chất tham gia phản ứng tăng thì vận tốc phản ứng tăng và ngược lại C©u hái a Phát biểu định nghĩa chất xúc tác ? Thế nào là phản ứng xúc tác đồng thể? Hãy trình bày tóm tắt chế phản ứng xúc tác đồng thể? b Có phản ứng sau xảy dung dịch: S2O82- + 2I- ⇒ 2SO42- + I2 Nếu tăng nồng độ S2O82- (hoặc I-) lên lần thì vận tốc ban đầu phản ứng tăng lên lần Hãy cho biết bậc phản ứng? a Chất xúc tác là chất làm biến đổi vận tốc phản ứng hóa học (kích thích kìm hãm phản ứng) sau phản ứng nó không bị biến đổi chất và lượng ⃗ Ví dụ: 2SO2 + O2 V O5 ,t o 2SO3 (V2O5 là chất xúc tác) Phản ứng xúc tác đồng thể là phản ứng đó chất xúc tác và chất tham gia phản ứng cùng pha (khí lỏng) Ví dụ: phản ứng 2SO2(K) + O2(K) ⃗ NO(K ) ,t o 2SO3 là phản ứng xúc tác đồng thể vì: SO2, O2 và NO cùng pha khí Tóm tắt chế phản ứng xúc tác đồng thể: Dựa trên sở thuyết hợp chất trung gian Định nghĩa hợp chất trung gian (…………… ?) Cho ví dụ: giả sử phản ứng: A + B = AB (xảy chậm) ta cho thêm chất xúc tác K: A + B ⃗ K AB (xảy nhanh hơn) vì A + K = AK (xảy nhanh) sau đó AK + B = AB + K (xảy nhanh) AK: là hợp chất trung gian b phản ứng sau xảy dung dịch: S2O82- + 2I- ⇒ 2SO42- + I2 phương trình định luật tác dụng khối lượng để tính vận tốc tức thời phản ứng là: v =k C rS O C sI đó: C S O v à C I là nồng độ S2O82- và Ir là bậc phản ứng riêng S2O82-; s là bậc phản ứng riêng I2 2− − 2− − (9) (r + s) = bậc phản ứng Khi nồng độ S2O82- và I- là nồng độ a và b (mol/lít) thì v1 = k.arbs 2Khi nồng độ S2O8 và I là nồng độ 2a và b (mol/lít) thì v2 = k.(2a)rbs Khi nồng độ S2O82- và I- là nồng độ a và 2b (mol/lít) thì v2’ = k.ar(2b)s Theo đề bài vì v2 = 2v1 và v2 = 2v1, nên ta có hệ phương trình sau: k.(2a)rbs = k.arbs ⇔ r = và k.ar(2b)s = k.arbs ⇔ s = Vậy phản ứng có bậc = r + s = 1+ = C©u hái Cho phản ứng 2A + B sản phẩm Phản ứng đơn giản a Vận tốc phản ứng thay đổi nào cùng tăng nồng độ A và B lên lần b Vận tốc phản ứng thay đổi nào thể tích hệ giảm lần Đáp số: a tăng 27 lần b tăng lần C©u hái Hyđroxit magie có tích số hòa tan T và độ tan là S nước, hãy thiết lập mối quan hệ T và S Cân hòa tan Mg(OH)2: Gọi S là độ tan Mg(OH)2 nước nguyên chất, ta có: Cân hòa tan Mg(OH)2: Mg(OH)2(r) ⇌ Mg2+(dd) + 2OH-(dd) (1) So 2So + và H2O ⇌ H + OH(2) Vậy: S.(2S + COH-(2))2 = TMg(OH)2 vì nước phân ly yếu, giả sử COH-(2) << 2S S.(2S)2 = TMg(OH)2 4S3 = TMg(OH)2 C©u hái Khái niệm dung dịch bão hòa và độ tan Trình bày ảnh hưởng các yếu tố đến độ tan chất Một số chất có thể trộn lẫn vào thu đợc pha đồng nhất, thờng quy ớc chất chiếm lợng tơng đối lớn là dung môi Đa số các chất tan lợng giới hạn vào dung môi xác định Khái niệm: là dung dịch chứa lợng cực đại chất tan nhiệt độ (đôi áp suất) xác định nào đó Nồng độ dung dịch bão hoà là đại lợng đặc trng cho khả hoà tan chất tan vào dung môi xác định, gọi là độ tan Độ tan (S): là nồng độ chất tan dung dịch bão hoà §¬n vÞ: mol/l; gam/lit …hoÆc tÝnh b»ng sè gam chÊt tan cã 100g dung m«i Dựa vào độ tan các các chất khác dung môi xác định để đánh giá khả tan cña c¸c chÊt dung m«i: ë 20oC: S>10, chÊt dÔ tan; S<1, chÊt khã tan; S<0,01: chÊt kh«ng tan Chú ý: S chất với dung môi nhiệt độ xác định Đối với hai chất trộn lẫn, chất chiếm khối lợng lớn đóng vai trò dung môi Các yếu tố ảnh hởng đến độ tan a B¶n chÊt cña dung m«i vµ chÊt tan Thùc nghiÖm cho thÊy, c¸c chÊt dÔ tan vµo c¸c dung m«i mµ lùc t¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö dung m«i víi gÇn víi t¬ng t¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö dung m«i víi chÊt tan vµ gi÷a c¸c ph©n tö chÊt tan víi - C¸c chÊt ph©n cùc, ion dÔ hoµ tan c¸c dung m«i ph©n cùc - C¸c chÊt kh«ng ph©n cùc dÔ hoµ tan c¸c dung m«i kh«ng ph©n cùc Ch¼ng h¹n: NaCl dÒ tan níc nhng dÇu gi¸n th× khã h¬n nhiÒu; hoÆc xèp, bät tan x¨ng nhng hÇu nh kh«ng tan níc b ảnh hởng nhiệt độ đến độ tan (trong dung môi lỏng) Tuỳ thuộc vào nhiệt hoà tan mà nhiệt độ ảnh hởng đến độ tan theo các chiều hớng khác - Khi Hht>0, độ hoà tan tăng nhiệt độ tăng và ngợc lại - Khi Hht<0, độ hoà tan giảm nhiệt độ tăng và ngợc lại Chất tan là các chất rắn: thờng có Hht>0, nên nhiệt độ tăng độ hoà tan các chất rắn tăng và ngîc l¹i Chất lỏng, đa số độ tan tăng nhiệt độ tăng, nhiều trờng hợp tan vô hạn (gần nh không có quá trình phá vỡ cấu trúc, độ hỗn loạn hệ tăng thể tích toàn hệ tăng lên) VÝ dô: Glyxerin vµ níc (10) Chất tan là các chất khí: thờng có Hht<0, nhiệt độ tăng độ hoà tan các chất khí giảm và ngợc lại Khi tan vµo níc: ∆S < GÇn nh kh«ng cã qu¸ tr×nh ph¸ vì cÊu tróc, nhiÖt cña qu¸ tr×nh solvat ho¸ (Hs<0) kh«ng lín c ảnh hởng áp suất, định luật Henry Tån t¹i c©n b»ng: khÝ hoµ tan ⇌ khÝ trªn bÒ mÆt Lợng khí hoà tan phụ thuộc vào chất chất khí và dung môi hoà tan và tuân theo định luật Henry: Nội dung định luật Henry: nhiệt độ không đổi khối lợng chất khí hoà tan thể tích dung môi xác định tỷ lệ thuận với áp suất nó trên bề mặt chất lỏng BiÓu thøc to¸n: m=k.P (3-9) k: số tỷ lệ phụ thuộc vào chất chất tan và dung môi, nhiệt độ P: ¸p suÊt chÊt hoµ tan trªn bÒ mÆt dung dÞch, nÕu cã nhiÒu khÝ th× P lµ ¸p suÊt riªng phÇn cña khÝ hoµ tan C©u hái Thiết lập biểu thức và phát biểu định luật Raoult độ giảm áp suất tương đối dung dịch loãng chứa chất tan không bay Nêu ứng dụng định luật này Thiết lập biểu thức quan hệ số điện ly (K) và độ điện ly (α) chất điện ly yếu Phát biểu định luật pha loãng Ostwald Xét dung dịch loãng chứa chất tan không bay hơi: ta có: P = Ndm.Po đó: Po là áp suất dung môi nguyên chất (áp suất bão hòa dung môi trên bề mặt dung môi nguyên chất) P là áp suất dung dịch (áp suất bão hòa dung môi trên bề mặt dung dịch) Ndm là nồng độ phần mol dung môi dung dịch (Ndm = - Nct) nct P = (1 - Nct).Po ⇔ P = Po - Nct.Po ⇔ Po - P = Nct.Po ⇔ độ giảm áp suất = ∆P = Po nct +n dm nct ΔP = ⇔ độ giảm áp suất tương đối = Po nct + ndm ΔP nct = vì dung dịch loãng, nct << ndm ⇔ Po ndm Nội dung định luật Raoult I (F Raoult 1830-1901) : Độ giảm áp suất tơng đối dung dịch loóng chứa chất tan khụng bay hơi) so với dung môi nguyên chất nồng độ phần mol dung môi ΔP =N BiÓu thøc to¸n: Po n n m M øng dông: T×m KLPT: Cã N2 ¿ ≈ = (do dung dÞch lo·ng nªn n2<<n1) n1+ n2 n1 M m1 m M P M 2= o m1 ΔP Thiết lập quan hệ K và chất điện ly yếu: Giả sử có chất điện ly yếu là HA, có số điện ly K và độ điện ly dung dịch có nồng độ ban đầu là Co (mol/lít): CH C HA = ¿ ¿ ¿ ¿ CA − có K = HA ⇌ A- + H+ ban đầu Co 0 điện ly Co Co Co cân (Co - Co) Co Co (1) (mol/lít) (mol/lít) (mol/lít) +¿ [ αC o αC o 1− αC o ] ⇔ vì HA là chất điện ly yếu cb K Co Phỏt biểu định luật pha loóng Ostwald: Độ điện li tỉ lệ thuận với bậc hai độ pha loãng << 1, nên ta có thể bỏ qua so với 1, ta có: α = √ (11) Trong đó: Độ pha loãng là: Co C©u hái a) Phát biểu định luật Raoult và viết biểu thức định luật Raoult độ tăng nhiệt độ sôi và độ giảm nhiệt độ đông đặc dung dịch loãng chứa chất tan không bay Nêu ứng dụng định luật này b) Thiết lập mối quan hệ hệ số Vant’ Hoff (i) và độ điện ly (α) a) Phỏt biểu nội dung định luật Raoult II: Độ giảm nhiệt độ đông đặc và độ tăng nhiệt độ sôi dung dịch so với dung môi nguyên chất tỉ lệ với nồng độ mola dung dịch BiÓu thøc to¸n: t®/s= k®/s.Cmola tđ/s: nhiệt độ đông đặc / nhiệt độ sôi dung dịch K®/s: h»ng sè nghiÖm l¹nh / nghiÖm s«i Cmola: nồng độ mola dung dịch H»ng sè nghiÖm s«i vµ h»ng sè nghiÖm l¹nh chØ phô thuéc vµo b¶n chÊt cña dung m«i øng dông t®/s = K®/s m2 1000 M m1 M2=K®/s m 1000 Δt d / s m1 b) Thiết lập quan hệ: Giả sử hòa tan No phân tử chất điện ly, độ điện ly chất điện ly dung dịch là , thì số phân tử chất điện ly bị phân ly là: N=.No (phân tử) số phân tử chất điện ly không bị phân ly là No - No (phân tử) giả sử phân tử chất điện ly phân ly cho q ion ( q ≥ ) No phân tử chất điện ly phân ly cho Noq ion Tổng số phân tử chất điện ly không điện ly và số ion dung dịch là: No - No + Noq N o − αN o+ αN o q i −1 vậy: i = ⇔ α= q −1 No C©u hái Hãy trình bày thí nghiệm tượng thẩm thấu Phát biểu và viết biểu thức định luật Vant’ Hoff áp suất thẩm thấu dung dịch, nêu ứng dụng từ công thức định luật ThÝ nghiÖm (h×nh vÏ) Do nồng độ dung dịch phễu A lớn nên hóa nớc phễu A nhỏ cốc B nớc chuyển từ cốc đựng dung môi qua màng bán thấm vào phễu A, làm mực nớc phễu A dâng lên, áp lực cột nớc phễu A chuyển dung môi từ phễu A cốc đựng dung môi Quá trình diễn đạt đợc cân (tốc độ chuyển dung môi vào và tốc độ dung môi di nhau) ¸p suÊt g©y bëi cét níc lµ ¸p suÊt lµm cho hiÖn tîng thÈm thÊu ngõng l¹i, ¸p suÊt nµy gäi lµ ¸p suÊt thÈm thÊu Kh¸i niÖm: ¸p suÊt thÈm thÊu lµ ¸p suÊt cần tác dụng lên dung dịch để làm ngng hiÖn tîng thÈm thÊu: Phát biểu định luật Van’thoff: ¸p suÊt thÈm thÊu b»ng ¸p suÊt cña chÊt tan nã ë tr¹ng th¸i khÝ vµ chiÕm mét thÓ tích tơng đơng với thể tích dung dịch =C.RT C: nồng độ mol/l R= 0,082 T: K H×nh Thi nghiÖm ¸p suÊt thÈm thÊu mRT mRT ⇒ M= ứng dụng từ công thức định luật: Ptt =C.RT = MV P tt V C©u hái Phát biểu định nghĩa axit-bazơ Bronsted? Axit lµ nh÷ng chÊt cã kh¶ n¨ng nhêng proton (H+) Baz¬ lµ nh÷ng chÊt cã kh¶ n¨ng nh©n proton Phản ứng axit - bazơ là phản ứng hóa học đó có chuyển proton từ chất này sang chất khác (12) H + axit1 + baz¬ baz¬ + axit Axit1/baz¬1; axit2/baz¬2 lµ c¸c cÆp axit baz¬ liªn hîp Bazơ liên hợp axit HA là phần cò lại proton đợc lấy khỏi HA (A), axit liên hợp bazơ A lµ kÕt qu¶ cña sù g¾n mét proton vµo A(HA) HA vµ A gäi lµ cÆp axit baz¬ liªn hîp VËy thùc chÊt cña ph¶n øng axit baz¬ lµ ph¶n øng gi÷a hai cÆp axit baz¬ liªn hîp - axit m¹nh t¸c dông víi baz¬ m¹nh t¹o axit yÕu h¬n vµ baz¬ yÕu h¬n C©u hái Thiết lập công thức tính: a) Tích số ion nước b) pH dung dịch axit mạnh đơn bậc nước TÝch sè ion cña níc Lµ mét dung m«i lìng tÝnh, tån t¹i c©n b»ng: H2O + H2O ⇌ H3O+ + OH+¿ H O¿ [OH −] ¿ Ta cã h»ng sè c©n b»ng: níc lµ chÊt ®iÖn li yÕu, coi [H2O] lµ h»ng sè: H O ¿2 ¿ ¿ K =¿ +¿ H O¿ [OH − ]=K H O const = H O ¿2=¿ K ¿ K H O là tích số ion nớc, K H O phụ thuộc nhiệt độ, 25oC: K H O =10-14 Trong níc nguyªn chÊt ë 25oC [H3O+]=[OH-] = √ K H O =10-7mol/l - Dung dịch có môi trờng trung tính là dung dịch đó có [H3O+]=[OH-] = 10-7 - Dung dịch có môi trờng axit là dung dịch đó [H3O+] > 10-7 - Dung dịch có môi trờng bazơ là dung dịch đó: [H3O+] < 10-7 Dung dịch axit mạnh đơn bậc HX nồng độ C Trong dung dÞch cã c¸c qu¸ tr×nh sau: HX + H2O = H3O+ + XH2O + H2O ⇌ H3O+ + OH+ V× H3O HX ph©n li lµ chñ yÕu, Kw nhá, C>>10-7 qua sù ph©n li cña níc: [H3O+] [X-] = C pH = -lg[H3O+] = - lgC 2 2 Thế nào là tích số hòa tan chất điện ly ít tan Thiết lập công thức tính tích số hòa tan A nBm Hyđroxit magie có tích số hòa tan T và độ tan là S nước, hãy thiết lập mối quan hệ T và S C©u hái Trong dung dÞch b·o hßa chÊt ®iÖn li Ýt AnBm tan tån t¹i c©n b»ng sau: AnBm ⇌ nAm+ + mBnBn − ¿ m n H»ng sè c©n b»ng cña qu¸ tr×nh nµy gäi lµ tÝch sè tan, kÝ hiÖu lµ T: m+ ¿ ¿¿ ¿ A T A B =¿ b) - Cân hòa tan Mg(OH)2: Gọi S là độ tan Mg(OH)2 nước nguyên chất, ta có: Cân hòa tan Mg(OH)2: Mg(OH)2(r) ⇌ Mg2+(dd) + 2OH-(dd) (1) So 2So và H2O ⇌ H+ + OH(2) Vậy: S.(2S + COH (2)) = TMg(OH)2 vì nước phân ly yếu, giả sử COH-(2) << 2S ⇒ S.(2S)2 = TMg(OH)2 ⇒ 4S3 = TMg(OH)2 C©u hái Tr×nh bµy kh¸i niÖm vÒ c¸c lo¹i ®iÖn cùc: §iÖn cùc kim lo¹i (Ia), ®iÖn cùc khÝ (Ib) vµ ®iÖn cùc oxi hãa khö: n m (13) 1) §iÖn cùc kim lo¹i (cßn gäi lµ ®iÖn cùc lo¹i Ia): Lµ mét hÖ ®iÖn hãa t¹o thµnh nhóng kim lo¹i (M) vào nớc dung dịch muối chứa ion kim loại đó (Mn+) Ví dụ: Điện cực đồng: CuCu2+ 2) §iÖn cùc khÝ (Ib): Lµ mét hÖ ®iÖn hãa gåm mét b¶n kim lo¹i hoÆc phi kim tr¬ hÊp phô b·o hßa khÝ H (hay O2; hay Cl2) nhúng vào dung dịch chứa ion H+ (hay OH-; hay Cl-) đó tồn cân bằng: H+ + 1e ⇌ 1/2 H2; 1/2 O2 + 2e + H2O ⇌ 2OH-; hay Cl- - 1e ⇌ 1/2 Cl2 3) §iÖn cùc oxi hãa - khö: Lµ mét hÖ ®iÖn hãa t¹o thµnh nhóng mét kim lo¹i tr¬ (vÒ mÆt hãa học) vào dung dịch chứa đồng thời dạng oxi hóa và khử cặp oxi hóa khử liên hợp đó tồn cân b»ng: aOx + ne ⇌ bRed C©u hái ViÕt ký hiÖu ®iÖn cùc, ph¶n øng ®iÖn cùc vµ ph¬ng tr×nh tÝnh thÕ ®iÖn cùc cña c¸c ®iÖn cùc sau ë 250C: 1) §iÖn cùc khÝ Hidro + KÝ hiÖu: (Pt) H2H+ + Ph¶n øng ®iÖn cùc: 2H+ + 2e ⇌ H2 + §iÖn cùc hidro tiªu chuÈn lµ ®iÖn cùc: (Pt)H2(P=1atm)H+(C=1M) o =0 + Qui íc: ❑ ¿ ϕ + ¿¿ H ¿ +¿ H¿ ¿ [¿ ¿¿ P H ) ¿ ¿ + Ph¬ng tr×nh tÝnh thÕ: ln ¿ [ ¿ ¿ ¿ P H )= RT 2F ¿ ¿ RT o❑ + ln ¿ 2F ❑2 H / H =ϕ ¿ ϕ¿ P ë 25 C thay T=298K, =1atm, R = 8,314; F = 96500 chuyÓn tõ ln sang lg ta cã: H + ¿¿ H ¿ +¿ H¿ o❑ + , 059 lg¿ ❑2 H / H =ϕ ¿ ϕ¿ 2) §iÖn cùc khÝ Cl2 + Ký hiÖu: (Pt) Cl2Cl+ Ph¶n øng ®iÖn cùc: Cl2 + 2e ⇌ 2Clo PCl RT + ln + Ph¬ng tr×nh tÝnh thÕ: ϕ❑ =ϕ 2F [ Cl −] +¿ H /H 2 2 H +¿ /H +¿ 2 +¿ H /H +¿ ( ) ❑❑ − Cl /2Cl 2 − Cl2 /2 Cl Khi T=298K, PCl =1atm; R = 8,314; F = 96500 chuyÓn tõ ln sang lg ta cã: ϕ❑ 3) §iÖn cùc khÝ O2: + Ký hiÖu (Pt) O2OH- o❑ − Cl2 /2 Cl =ϕ ❑ Cl /2Cl− − , 059 lg [ Cl− ] + Ph¶n øng ®iÖn cùc: O2 + 2H2O + 4e ⇌ 4OH- (14) PO RT ln 4F [ OH− ] =1atm; R = 8,314; F = 96500 chuyÓn tõ ln sang lg ta cã: o❑ + Ph¬ng tr×nh tÝnh thÕ: ϕ❑ − O /4 OH Khi T=298K, PO =ϕ ❑ − O /4OH ( + o❑ ) ϕ❑ =ϕ − , 059 lg [ OH− ] 4) §iÖn cùc lo¹i III (®iÖn cùc oxi ho¸ khö): (Cã thÓ lÊy vÝ dô ®iÖn cùc: Pt | Fe3+, Fe2+) + Ký hiÖu ®iÖn cùc: Pt | Ox, Red + Ph¶n øng ®iÖn cùc: aOx + ne ⇌ bRed Ca o RT + Ph¬ng tr×nh tÝnh thÕ: ϕ❑ =ϕ + ln bOx nF C Red Khi T=298K; R = 8,314; F = 96500 chuyÓn tõ ln sang lg ta cã: a C Ox o , 059 ϕ❑ =ϕ + lg b n C Re d C©u hái Nªu ®iÒu kiÖn xÐt chiÒu cña ph¶n øng oxi hãa khö ta trén hai cÆp oxi hãa khö l¹i víi nhau? Khi nào thì phản ứng oxi hóa khử đạt trạng thái cân bằng? Hãy thiết lập biểu thức tính h»ng sè c©n b»ng cña ph¶n øng oxi hãa khö ë 250C? 1) §iÒu kiÖn xÐt chiÒu ph¶n øng oxi hãa khö trén lÉn hai cÆp oxi hãa khö víi nhau: Khi trén hai cÆp oxi hãa khö víi nhau, t¬ng øng cã ®iÖn cùc t¹o thµnh pin, ph¶n øng t¹o dßng x¶y pin còng lµ ph¶n øng hãa häc vµ ∆G < th× ph¶n øng tù x¶y ra; Mµ ph¶n øng x¶y pin sinh c«ng ®iÖn lµ c«ng h÷u Ých A* = - nFE = ∆G < nÕu E > VËy ph¶n øng oxi hãa khö sÏ x¶y theo chiÒu: D¹ng oxi hãa cña cÆp cã thÕ khö lín sÏ oxi hãa d¹ng khö cña cÆp cã thÓ khö bÐ h¬n t¹o thµnh d¹ng oxi hãa vµ khö t¬ng øng yÕu h¬n 2) Phản ứng oxi hóa khử đạt trạng thái cân ∆G = nghĩa là E = (thế điện cực tạo bëi cÆp oxi hãa vµ khö x¶y pin ph¶i b»ng nhau) 3) ThiÕt lËp biÓu thøc: Khi phản ứng oxi hóa khử đạt trạng thái cân thì: ∆G0 = - nFE0 Mặt khác từ phơng trình đẳng nhiệt Van’t hoff (khi phản ứng đạt trạng thái cân ta có: nFE ∆G0 = - RT ln K Từ đó ta có: ln K= RT nE0 Khi T=298K; R = 8,314; F = 96500 chuyÓn tõ ln sang lg ta cã: lg K= , 059 Câu hỏi Vẽ sơ đồ cấu tạo, ký hiệu và viết phơng trình phản ứng tạo dòng pin Daniel - Jacobi Trình bày khái niệm pin nồng độ, cho ví dụ và thiết lập biểu thức tính suất điện động pin nồng độ 1) VÏ (nh bµi gi¶ng) 2) Sơ đồ cấu tạo pin Daniel - Jacobi: (-) ZnZn2+ (1M) ∥Cu2+(1M)Cu (+) 3) Khái niệm pin nồng độ: Là pin có cấu tạo điện cực có cùng chất nh ng khác nồng độ dung dịch mà điện cực đó nhúng vào +) Ví dụ: Xét pin nồng độ tạo điện cực đồng: (-) CuCu2+( C1) ∥Cu2+( C2)Cu (+) ( C1 < C2) +) Thiết lập biểu thức tính suất điện động pin nồng độ: Gi¶ sö C2 > C1 nªn gäi thÕ cña ®iÖn cùc d¬ng lµ ϕ vµ gäi thÕ cña ®iÖn cùc ©m lµ ϕ th×: E = ϕ ϕ1 2+¿ ¿ Cu ¿ RT 0Cu + ln C2 Mµ: nF ¿ RT 0Cu + ln C ¿ nF ϕ 2=ϕ ¿ ❑ O /4OH− − O /4 OH ❑Ox/Re d Ox /Red ❑❑ Ox /Red Ox /Red 2+ ¿Cu 2+ ¿Cu (15) 2+¿ Cu¿ ¿ RT 0Cu + ln C1 t¬ng tù nF ¿ RT 0Cu + ln C ¿ nF ϕ 1=ϕ ¿ C thay vµo ta cã: E= RT ln nF C1 2+ ¿Cu 2+ ¿Cu Khi T=298K; R = 8,314; F = 96500 chuyÓn tõ ln sang lg ta cã: , 059 C lg n C1 Câu hỏi Điện phân là gì? Cho ví dụ minh họa Hãy trình bày nội dung và viết biểu thức các định luËt Faraday vÒ ®iÖn ph©n 1) §iÖn ph©n lµ qu¸ tr×nh thùc hiÖn ph¶n øng oxi hãa khö trªn bÒ mÆt c¸c ®iÖn cùc díi t¸c dông cña dßng ®iÖn mét chiÒu cho dßng ®iÖn chiÒu ®i qua dung dÞch chÊt ®iÖn ly hoÆc chÊt ®iÖn ly nãng ch¶y 2) VÝ dô: 3) §Þnh luËt Faraday I Lợng chất đợc biến đổi trên điện cực tỷ lệ với điện lợng qua bình điện phân thời gian điện phân m = k.Q = k.I.t Với: m: lợng chất biến đổi điện phân Q: điện lợng qua bình điện phân K: h»ng sè tØ lÖ I: cờng độ dòng điện (A) t: thêi gian ®iÖn ph©n 4) §Þnh luËt Faraday II: Với cùng điện lợng qua bình điện phân thì lợng các chất khác đợc biến đổi các điện cực tỉ lệ với đơng lợng hoá học chúng A Bằng thực nghiệm ta xác định đợc: m= I t F n m: lîng chÊt tho¸t trªn ®iÖn cùc A: khèi lîng mol cña kim lo¹i I: cờng độ dòng điện t: thêi gian ®iÖn ph©n n: ho¸ trÞ cña ion kim lo¹i F=96500: h»ng sè Faraday C©u hái Tr×nh bµy thø tù khö ë catod vµ thø tù oxi hãa ë anod ®iÖn ph©n dung dÞch (cã dung m«i lµ níc) 1) Thø tù khö ë catod: NÕu cïng mét lóc cã nhiÒu cation ®i vÒ catod th× cation cña cÆp oxi hãa khö nµo cã thÕ khö lín h¬n sÏ nhËn electron tríc §a d·y thÕ khö tiªu chuÈn cña kim lo¹i NhÊn m¹nh mÊy ý: - Thứ tự nhận e tăng dần theo chiều từ trái sang phải đúng nồng độ các ion kim loại dung dÞch b»ng vµ b»ng 1M; - Khi điện phân dung dịch với dung môi là nớc nồng độ ion H + hay H3O+ nớc phân ly quá nhá 10-7M nªn tÝnh l¹i thÕ dùa vµo ph¬ng tr×nh Nerst th× vÞ trÝ cña cÆp oxi hãa khö nµy (H +/H2) bị đẩy lùi lại đến đứng sau Al Nh cation kim loại nào đứng sau Al bị khử điện phân nớc nghĩa là: muốn đ/c các kim loại đứng trớc Al kể Al dãy điện hóa phải ®iÖn ph©n nãng ch¶y hîp chÊt t¬ng øng cña chóng 2) Thø tù oxi hãa ë anod: a) Víi anod tr¬: NÕu cïng mét lóc cã nhiÒu anion ®i vÒ anod th× anion cña cÆp oxi hãa khö nµo cã thÕ khö nhá sÏ nhêng e tríc VD thø tù: S2- > I-, Br-, Cl- > OH- > c¸c anion gèc axit cã chøa oxi b) Nếu anod đợc làm các kim loại không trơ nh: Ni, Cu các cặp oxi hóa khử tạo các kim lo¹i nµy qu¸ nhá (nhá h¬n nhiÒu so víi thÕ cña c¸c cÆp oxi hãa khö ®i vÒ anod) nªn cïng víi sù nhËn e ë catod ë anod c¸c nguyªn tö kim lo¹i lµm anod tham gia vµo qu¸ tr×nh nhêng e Sau mét thêi gian ®iÖn phân, điện cực làm anod mòn dần, tợng này đợc gọi là tợng dơng cực tan 3) VÝ dô minh häa: §iÖn ph©n dung dÞch hçn hîp gåm CuCl2, KCl VÝ dô 1: §iÖn ph©n dung dÞch CuCl2, KCl Trong dung dÞch: CuCl2 = Cu2++2Cl- ; KCl = K+ + Cl- ; H2O ⇌ H+ + OHKhi cã dßng ®iÖn: Catod (-) Anod (+) Cu2+, H+, K+ Cl-, OH2+ Cu +2e = Cu 2Cl- - 2e = Cl2 Ph¶n øng: ®p/dd CuCl2 Cu + Cl2 E= (16) NÕu tiÕp tôc x¶y sau hÕt Cu2+ th× tiÕp tôc ®iÖn ph©n dung dÞch KCl: Catod (-) Anod (+) 2H+ +2x1e = H2 2Cl- - 2e = Cl2 Ph¶n øng: ®pddmnx KCl+H2O KOH + 1/2Cl2+1/2H2 (17)