Hệ thống hóa bài tập phần Hóa lý phục vụ bồi dưỡng học sinh giỏi ở trường trung học phổ thông

Bài tập Hóa lý đóng vai trò quan trọng trong việc dạy và học hóa lý nói riêng và Hóa học nói chung. Muốn hiểu được cơ sở lý thuyết hóa học không thể không tinh thông việc giải các bài tập Hóa lý. Mặt khác, kiến thức giữa các phần, các chương cũng có mối liên hệ mật thiết với nhau. Chính vì vậy mà số lượng bài tập về bộ môn Hóa lý rất đa dạng và phong phú. Bên cạnh đó, các bài tập này còn nằm ở nhiều tài liệu, ở nhiều dạng khác nhau, chưa được phân loại rõ ràng. Vì vậy với mục đích giúp cho giáo viên cũng như học sinh, sinh viên nâng cao khả năng tiếp thu và có được tài liệu với cái nhìn khái quát hơn về bộ môn này, tôi chọn đề tài “Hệ thống hóa bài tập phần Hóa lý phục vụ bồi dưỡng học sinh giỏi ở trường trung học phổ thông”,

Luận văn tốt nghiệp LỜI MỞ ĐẦU Sự hiểu biết cấu trúc, lượng chế phản ứng để lý giải quy luật diễn biến q trình hóa học nhiệm vụ hàng đầu mơn Hóa lý Nói cách khác, nắm kiến thức Hóa lý giúp nhà khoa học hiểu sâu sắc chất q trình hóa học Bài tập Hóa lý đóng vai trị quan trọng việc dạy học hóa lý nói riêng Hóa học nói chung Muốn hiểu sở lý thuyết hóa học khơng thể khơng tinh thơng việc giải tập Hóa lý Mặt khác, kiến thức phần, chương có mối liên hệ mật thiết với Chính mà số lượng tập mơn Hóa lý đa dạng phong phú Bên cạnh đó, tập cịn nằm nhiều tài liệu, nhiều dạng khác nhau, chưa phân loại rõ ràng Vì với mục đích giúp cho giáo viên học sinh, sinh viên nâng cao khả tiếp thu có tài liệu với nhìn khái qt mơn này, tơi chọn đề tài “Hệ thống hóa tập phần Hóa lý phục vụ bồi dưỡng học sinh giỏi trường trung học phổ thông”, với nhiệm vụ sau: - Hệ thống hóa sở lý thuyết mơn Hóa lý - Phân loại dạng tập phần Hóa lý phục vụ bồi dưỡng học sinh giỏi trường trung học phổ thông Mặt khác, cịn nhiều hạn chế trình độ, thời gian nên luận văn tránh khỏi sai sót ngối ý muốn Tơi mong nhận góp ý, bảo thầy bạn đọc để hồn thiện nghiên cứu SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU………………………… ………………………………………….1 MỤC LỤC………………………………………………………………………….2 Phần A: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÓM TẮT…………………………………… Chương I: CẤU TẠO CHẤT………………………………………………….….7 I/ Đại cương hạt nhân nguyên tử……………………………………………7 Các đại lượng liên quan đến hạt nhân lớp vỏ nguyên tử………………….7 Năng lượng hạt nhân…………………………………………………………7 Năng lượng riêng hạt nhân……………………………………………….7 Đồng vị…………………………………………………………………….…7 Sự phóng xạ phản ứng hạt nhân………………………………………… Động học trình phóng xạ……………………………………………… II/ Áp dụng học lượng tử vào cấu tạo nguyên tử………………………… III/ Nguyên tử electron……………………………………………………10 Đối với nguyên tử hyđro (nguyên tử đơn giản nhất), lý thuyết chứng minh………………………………………………………………………………… 10 Với ion giống hyđro……………………………………………………… 10 Hàm sóng Ψ ……………………………………………………………… 11 Orbital nguyên tử (AO)…………………………………………………… 11 Một số dạng AO…………………………………………………………….11 Một số đại lượng học tính theo học lượng tử lý thuyết Bohr – Sommerfeld ghi bảng sau…………………………………………………11 IV/ Nguyên tử nhiều electron…… …………………………………… 12 Cấu hình electron cách biểu diễn nó…………………………………… 12 Phương pháp xác định R(r) theo Slater…………………………………… 13 Chương II: NHIỆT ĐỘNG LỰC HÓA HỌC…………………….……………13 I/ Nguyên lý thứ nhiệt động lực học nhiệt hóa học ………… 13 Ngun lí thứ nhiệt động học…………………………………… 13 Nhiệt hóa học……………………………………………………………… 14 Các trạng thái chuẩn……………………………………………………… 14 Phương pháp xác định hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học………… 14 Sự phụ thuộc hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ Phương trình Kirchhoff… 16 II/ Nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học nhiệt động……… 16 Entropi tính Entropi số trình………………………… 16 Thế nhiệt động G F…………………………………………………… 18 III/ Cân hóa học………………………………………………………….18 Định luật tác dụng khối lượng…………………………………………… 18 Phương trình đẳng nhiệt phản ứng hóa học…………………………….19 Sự chuyển dịch cân hố học Ngun lí Le Chatelier (Lơ Satơliê)… 20 Cân pha……………………………………………………………… 21 IV/ Dung dịch………………………………………………………………… 22 Nồng độ phần trăm khối lượng…………………………………………… 22 Nồng độ mol……………………………………………………………… 22 SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền Luận văn tốt nghiệp Nồng độ đương lượng gam…………………………………………………22 Nồng độ molan…………………………………………………………… 22 Nồng độ phần mol………………………………………………………… 22 Độ tan……………………………………………………………………….22 Áp suất thẩm thấu………………………………………………………… 23 Định luật Raoult I………………………………………………………… 23 Độ tăng điểm sôi dung dịch………………………………………….…23 10 Độ hạ băng điểm dung dịch………………………………………… 23 11 Định luật Raoult II……………………………………………………… 24 12 Độ điện ly………………………………………………………………….24 13 Hằng số điện ly…………………………………………………………….24 14 Hằng số ion hóa axít – bazơ……………………………………… ….24 15 Cách tính pH số dung dịch……………………………………….25 16 Tính chất axít – bazơ dung dịch muối…………………………….25 17 Dung dịch đệm…………………………………………………………….26 18 Tích số tan……………………………………………………………… 26 19 Qui tắc tích số tan………………………………………………………….26 20 Phản ứng trao đổi ion…………………………………………………… 26 Chương III: ĐỘNG HÓA HỌC……………………………………………………… 26 I/ Động học phản ứng đơn giản phức tạp……………………… 26 1.Các khái niệm định nghĩa bản……………………………………… 26 Phản ứng đơn giản chiều……………………………………………….27 Các phương pháp xác định bậc phản ứng………………………………… 29 Phản ứng phức tạp………………………………………………………… 32 II/ Lý thuyết tốc độ phản ứng……………………………………………… 34 Ảnh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng…………………………… 34 Lý thuyết tốc độ phản ứng……………………………………………….….35 III/ Phản ứng quang hóa phản ứng dây chuyền………………………… 37 Phản ứng quang hóa……………………………………………………… 37 Phản ứng dây chuyền…………………………………………….…………38 IV Xúc tác………………………………………………………………… …38 Chương 4: ĐIỆN HÓA HỌC……………………………………………… ….40 I/ Phản ứng oxi hóa khử…………………………………………………….…40 Khái niệm………………………………………………………………… 40 Cân phản ứng oxi hóa khử…………………………………………….40 II/ Dung dịch điện phân……………………………………………….…….…41 Cân dung dịch điện phân……………………………………… 41 Độ dẫn điện dung dịch điện phân………………………………………43 Số tải……………………………………………………………………… 44 III/ Nguyên tố Ganvani…………………………………………………… ….45 Nhiệt động học nguyên tố Ganvani…………………………………… 45 Một số ứng dụng đo sức điện động nguyên tố Ganvani…… ….47 IV/ Điện phân thế…………………………………………………… 48 PHẦN B: BÀI TẬP 49 Chương I: CẤU TẠO CHẤT ……………… …………………… ………… 49 I/ Bài tập hạt nhân nguyên tử 49 SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền Luận văn tốt nghiệp Bài tập có lời giải…………………………………………… ……………49 a Bài tập đồng vị………………………………………………… … 49 b Bài tập phản ứng hạt nhân………………………………………… 50 c Bài tập lượng liên kết hạt nhân lượng phản ứng hạt nhân………………………………………………………………………………… 52 d Bài tập chu kì bán hủy xác định tuổi cổ vật………… ………….54 Bài tập tự giải…………………………………… ……………………… 57 II/ Bài tập số hạt proton, nơtron, electron cấu hình electron ……….61 Bài tập có lời giải………………………………………………………… 61 Bài tập tự giải……………………………………………………………….65 III/ Bài tập áp dụng học lượng tử vào cấu tạo nguyên tử…………… …68 Bài tập có lời giải………………………………………………… ………68 a Bài tập số lượng tử………………………………………… …….68 b Bài tập quang phổ nguyên tử, lượng electron số chắn Slater………………………………… …………………………………………… 71 Bài tập tự giải……………………………………………………………….77 Chương II: NHIỆT ĐỘNG LỰC HÓA HỌC….… …………………… … 80 I/ Nguyên lý thứ nhiệt động lực học nhiệt hóa học………….….80 Bài tập công, nhiệt, nội năng…………………… ……………….…… 80 a Bài tập có lời giải…………………………………………… ……… 80 b Bài tập tương tự khơng có lời giải…………………………………… 82 Bài tập định luật Hess hệ quả……………………………………… 82 a Bài tập có lời giải……………………………………… …………… 82 b Bài tập tương tự khơng có lời giải………………………………………88 Dựa vào lượng liên kết……………………………………… …… 89 a Bài tập có lời giải………………………………………… ………… 89 b Bài tập tương tự lời giải…………………………………… 91 Sự phụ thuộc hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ Phương trình Kirchhoff… 92 a Bài tập có lời giải……………………… …………………………… 92 b Bài tập tương tự khơng có lời giải………………………………… 97 II/ Ngun lý thứ hai nhiệt động lực học…………………………… 97 Tính biến thiên entropi ∆ S……………… ……………………………… 97 a Bài tập có lời giải………………………… ………………………… 97 b Bài tập tự giải…………………………………………… ………… 100 Tính nhiệt động ∆ G……………………………………… ………….102 a Bài tập có lời giải…………………………………………… ……….102 b Bài tập tự giải………………………………………………… …… 104 Dạng tổng hợp………………………………………………… ……… 106 III/ Cân hóa học…………………………………………… …………114 Bài tập xác định số cân bằng……………………………………… 114 Bài tập chuyển dịch cân bằng……………………………………… … 120 Bài tập quan hệ Kcb với đại lượng nhiệt động khác .122 Bài tập phụ thuộc KCB theo nhiệt độ…………………………… ……….125 Các dạng tập khác 128 IV/ Dung dịch………………………… ……………… ………………… 131 SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền Luận văn tốt nghiệp Nồng độ phần trăm khối lượng……………………………… ………….131 Nồng độ mol…………………………………… ……………………… 131 Nồng độ molan……………………………………………… ………… 131 Phân số mol…………………………………………………… ……… 132 Nồng độ đương lượng gam……………………………………………… 132 Pha trộn dung dịch……………………………………………… ………132 Độ tan…………………………………………………… ………………133 Áp suất thẩm thấu………………………………………………… …….133 Áp suất bão hòa dung dịch……………………………………… 133 10 Nhiệt độ sôi dung dịch…………………………………… ……… 134 11 Nhiệt độ đông đặc dung dịch…………………………………… ….134 12 Chất điện ly…………………………………………… ……………… 135 13 Độ điện ly số điện ly…………………………………… …… 135 14 Dung dịch chất điện ly mạnh………………………………………… 136 15 Lý thuyết proton axít bazơ………………………… …………… 136 16 Tích số ion nước……………………………………………… … 136 17 Độ mạnh cặp axít – bazơ liên hợp…………………………………… 137 18 Độ mạnh axít bazơ………………………………… ………… 137 19 Phản ứng trung hòa……………………………………… …………… 137 20 Tính chất axít – bazơ…………………………………………………… 137 21 Hỗn hợp đệm…………………………………………………………… 138 22 Chất điện ly tan…………………………………………… …………139 23 Tích số tan……………………………………………… …………… 139 24 Phản ứng trao đổi ion dung dịch………………………………… 140 Chương III: ĐỘNG HÓA HỌC …………… …………………………… 140 I/ Xác định số k, bậc phản ứng chu kì bán hủy, lượng hoạt hóa .140 Bài tập có lời giải……………………………………………… ……… 140 Bài tập tương tự khơng có lời giải……………………………………… 143 II/ Xác định % chất bị phân hủy 148 Bài tập có lời giải………………………………………………… …… 148 Bài tập tương tự khơng có lời giải………………………………… ……148 III/ Chứng minh phản ứng diễn theo bậc dựa vào t, C hay t, p xác định k…………………………………… ……………………………………… 149 Bài tập có lời giải………………………….……………… …………….149 Bài tập tương tự khơng có lời giải………………………………… ……150 IV/ Thời gian để chất A biến đổi thành chất B…………………………… 152 Bài tập có lời giải………………………………………… …………… 152 Bài tập tương tự khơng có lời giải…………………………………… …155 Chương IV: ĐIỆN HÓA HỌC…………… ………… ………………….156 I/ Phản ứng oxi hóa khử 156 II/ Dung dịch điện phân………………………………………… ………….157 Cân dung dịch điện phân……………………………… ……157 a Sự điện li……………………………………… …………………… 157 a1) Bài tập có lời giải………………………………………… …… 157 a2) Bài tập tự giải………………………………………… ………… 158 SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền Luận văn tốt nghiệp b Hoạt độ hệ số hoạt độ chất điện phân……………… ……… 158 b1) Bài tập có lời giải………………… …………………………… 158 b2) Bài tập tự giải…………………………… …………………….….159 Độ dẫn điện dung dịch điện phân số tải……………………… ….160 a Bài tập có lời giải………………………………………………………160 b Bài tập tự giải……………………………………………… ……… 163 III/ Nguyên tố Ganvani.…………………………………… …………….…166 Bài tập có lời giải…………………………………………… ………… 166 Bài tập tự giải…………………………………………… ………………172 IV/ Điện phân thế……………………………………… ………… 174 Bài tập có lời giải…………………………………… ………………… 174 Bài tập tự giải………………………………… …………………………176 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………….…… …………… 179 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………….…………………………… 180 SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền Luận văn tốt nghiệp CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÓM TẮT Phần A: Chương I: CẤU TẠO CHẤT I/ Đại cương hạt nhân nguyên tử: Các đại lượng liên quan đến hạt nhân lớp vỏ nguyên tử: –Hạt nhân cấu tạo proton p nơtron n –Sự chuyển hóa qua lại proton nơtron: 1 p€ n + +0 e + v n€ 1 p + −0 e + v 1 v : antinơtrino, v : nơtrino Hạt Ký Khối lượng hiệu Kg Electron e 9,109.10-31 Proton p 1,672.10-27 Nơtron n,N 1,675.10-27 Năng lượng hạt nhân: U 5,5.10-4 1,0072 1,0086 Điện tích C – 1,602.10-19 1,602.10-19 ues CGS 4,8.10-10 4,8.10-10 ∆E = ∆m.c2 đây: ∆m - hụt khối lượng tính theo biểu thức: ∆m =  Zm p + ( A − Z )mn  − mhat nhân   C - tốc độ ánh sáng chân không Hệ thức tương đối Einstein: mv = mo 1− v2 c2 đó: mv - khối lượng hạt chuyển động (khối lượng động); mo - khối lượng hạt đứng yên (khối lượng nghỉ); v - tốc độ chuyển động hạt Năng lượng riêng hạt nhân: Er = E A đó: E - lượng hạt nhân; A - số nucleon (số khối) Đồng vị: Đồng vị chất có chung số Z, khác số A, N khác Nguyên tử khối trung bình hỗn hợp đồng vị xác định theo hệ thức: M= x1M1 + x M + x1m1 + x m + = x1 + x + 100 đó: x1, x2 % số nguyên tử đồng vị 1, 2, ; SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền Luận văn tốt nghiệp M1, M2 nguyên tử khối đồng vị 1, 2, Sự phóng xạ phản ứng hạt nhân: a Các kiểu phóng xạ: a.1) Phóng xạ kiểu α : q trình phóng xạ xảy hạt nhân nguyên tử phóng hạt nhân nguyên tử Heli He2+ Khi phần cịn lại có số khối giảm đơn vị số hiệu nguyên tử giảm đơn vị → 86 Ví dụ: 226 Ra  222 Ra + He 88 a.2) Phóng xạ kiểu β : q trình phóng xạ xảy hạt nhân nguyên tử phóng hạt electron Khi số khối hạt nhân khơng đổi số hiệu nguyên tử tăng đơn vị Thực chất kiểu phóng xạ nơtron chuyển thành proton electron, sau hạt nhân phóng electron → 63 Ví dụ: 63 Ni  29 Cu + −0 e 28 a.3) Phóng xạ kiểu γ : trình phát lượng điện từ (tương tự lượng ánh sáng) từ hạt nhân ngun tử Khơng có hạt phát q trình phóng xạ kiểu γ, phóng xạ kiểu γ khơng gây thay đổi nguyên tử b Định luật chuyển dịch phóng xạ Fajans – Soddy: A Z X → He + A −4 Z −2 A Z X → −1 A Z X → A Z Y e− + A Z +1 Y X + γ c Các loại phản ứng hạt nhân nhân tạo: c.1) Phản ứng đơn giản: Ví dụ 1: phản ứng Rutherford phát p He + 14 N  17 O + p → 1 Ví dụ 2: phản ứng Chadwick phát n He + Be  12 C + n → c.2) Phản ứng phân hạch: Ví dụ: ngun tắc hoạt động lị phản ứng hạt nhân, bom nguyên tử n + 235 U  X + Y + 3n → 92 c.3) Phản ứng nhiệt hạch: →2 Ví dụ: H + H  He Động học q trình phóng xạ: –Tốc độ phân hủy (hay phân rã) phóng xạ số nguyên tử bị phân hủy đơn vị thời gian –Chu kì bán hủy hạt nhân phóng xạ thời gian để phân hủy số nguyên tử ban đầu (hay lượng ban đầu) t1/2 = –v = ln 0,693 = k k dm dN = km hay − v = = kN (k số phóng xạ) dt dt SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền Luận văn tốt nghiệp ⇒ ln( mt N ) = − kt ⇒ m t = m × e − kt ; ln( t ) = − kt ⇒ N t = N × e − kt m0 N0 –Cường độ phóng xạ : I = − dN = kN dt N số nguyên tử mẫu II/ Áp dụng học lượng tử vào cấu tạo nguyên tử: - Thuyết lượng tử Planck: E = hv mv2 - Hiệu ứng quang điện: T = = h(v − vo ) h - Hệ thức de Broglie: λ = mc - Tính sóng - hạt hệ vi mơ: Sóng (giao thoa, nhiễu xạ) λ Ánh sáng Hệ thức Hạt (hiệu ứng quang điện) m De Broglie - Hệ thức bất định Heisenberg: ∆x.∆p x ≥ h, công thức trên: h - số Planck; h= h - số Planck rút gọn; 2π v - tần số dao động electron; vo - ngưỡng quang điện; m - khối lượng electron; v - tốc độ chuyển động electron ∆x, ∆p x - độ bất định tọa độ xung lượng theo trục x Do hệ hạt vi mơ có thuộc tính khác hẳn hệ vĩ mơ nên người ta phải dùng hàm sóng Ψ (q,t) để mơ tả trạng thái chuyển động chúng Ψ (q,t) - khơng có ý nghĩa trực tiếp; Ψ (q,t) - biểu thị mật độ xác suất tìm thấy hạt điểm khơng gian; ∫ Ψ(q,t) dV = - điều kiện chuẩn hóa Hệ thống khái niệm học lượng tử khác hẳn với hệ thống khái niệm học cổ điển Cơ học lượng tử cho biết xác suất tìm thấy hạt mà khơng nói quỹ đạo, tọa độ vận tốc thời điểm hay thời điểm khác Phương trình sóng Schrodinger trạng thái dừng (hàm Ψ (q) phụ thuộc vào tọa độ): HΨ (q) = EΨ (q) hay ∇ Ψ + Toán tử Hamilton: 2m (E − U)Ψ = h2 µ = h ∇ + U(r) H 2m SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền Luận văn tốt nghiệp Toán tử Laplace: ∂2 ∂2 ∂2 ∇ = 2+ 2+ ∂x ∂y ∂z Năng lượng hạt (electron) hộp chiều tính theo hệ thức: h2 En = n ; n : 1, 2, 3, 4, 8mL2 L: chiều dài hộp III/ Nguyên tử electron: Đối với nguyên tử hyđro (nguyên tử đơn giản nhất), lý thuyết chứng minh: me4 13,6 En = − 2 k = − , eV 2n h n 2 o nh rn = = 0,53n , A me k % v=  1  = RH  − ÷ λ  nt nc  k = 9.109 Jm c2 R H = 109767,3cm −1 : số Rydberg n t , n c : mức lượng thấp (t), cao (c) tương ứng Với ion giống hyđro: A X(Z−1)+ Z Z2 E n = −136 , eV; h  1 % v=Z2 R H  − ÷ n n ÷  t c  SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền 10 Luận văn tốt nghiệp Bài 5: Dung dịch axit yếu HA 25 0C độ loãng 32 lít có độ dẫn điện đương lượng 9,2 Ω -1.cm2.đlg-1 λ∞ dung dịch 389 Ω -1.cm2.đlg-1 Tính nồng độ ion H+ số phân li axit (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) + Đáp số: C(H ) = 7,4.10-4; Kc = 1,8.10-5 Bài 6: Dung dịch CH3COOH nồng độ 0,05N có χ = 3,24.10-4 Ω -1.cm-1 Dung dịch NaCH3COO nồng độ 0,0001N có χ = 7,75.10-6 Ω -1.cm-1 Linh độ ion H+ Na+ 314,9 43,5 Ω -1.cm2.đlg-1 Xác định số phân li CH3COOH (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) -5 Đáp số: 1,76.10 Bài 7: Hỗn hợp muối nóng chảy KCl + NaCl 800 0C có nồng độ phân số mol NaCl 0,56; có độ dẫn điện riêng 2,862 Ω -1.cm-1 Khối lượng riêng dung dịch muối nóng chảy 8000C 1,484 g/cm3 Xác định độ dẫn điện đương lượng dung dịch (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: 126,5 Ω -1.cm2.đlg-1 Bài 8: Xác định tốc độ tuyệt đối ion MnO4- sau 10 phút ion chuyển dời đoạn 2,5 cm; hiệu đặt vào hai cực cách 16,13 cm có giá trị 120 von (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) -4 Đáp số: 5,6.10 cm2.von-1.giây-1 Bài 9: Xác định tốc độ tuyệt đối ion NH4+ độ dẫn điện riêng χ dung dịch NH4Cl 0,001N 1,29.10-5 Ω -1.cm-1 linh độ ion Cl- 64,9 Ω -1.cm2.đlg-1 (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) -4 Đáp số: 6,6.10 cm2.von-1.giây-1 Bài 10: Một ống hình trụ dài 100 cm, tiết diện ngang cm chứa dung dịch MCl 0,1M (chất điện phân mạnh) Đặt vào hai đầu ống hiệu cho dịng điện qua dung dịch có cường độ 0,01A Nếu λ ion M+ 60 Ω -1.cm2.đlg-1, tính tốc độ ion M+ (ra cm.giây-1) biết λ MCl 136 (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) -4 Đáp số: 2,29.10 cm.giây-1 Bài 11: Bình đo độ dẫn điện có điện trở 468 Ω bình chứa dung dịch HCl 0,001M; 1580 Ω chứa dung dịch NaCl 0,001M 1650 Ω chứa dung dịch NaNO3 121 Bỏ qua thay đổi λ theo nồng độ, tính: a Độ dẫn điện riêng NaNO3 0,001M b Hằng số bình c Điện trở bình đo bình chứa HNO3 0,001M d λ HNO3 (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: a 1,21.10-4 Ω -1.cm-1 ; b 0,2 cm-1; c 474 Ω ; d 422 Ω -1.cm2.đlg-1 Bài 12: Độ dẫn điện riêng dung dịch NaOH 0,1M 0,0221 Ω -1.cm-1 Khi thêm dung dịch HCl 0,1M với thể tích tương đương vào dung dịch độ dẫn điện riêng giảm tới 0,0056 Ω -1.cm-1 Sau thêm tiếp thể tích tương đương HCl χ đạt tới trị số 0,0170 Ω -1.cm-1 Tính độ dẫn điện đương lượng NaOH, NaCl, HCl H2O (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền 164 Luận văn tốt nghiệp Đáp số: 221; 112; 403 512 Bài 13: Khi điện phân dung dịch CuCl2 0,01N với điện cực graphit có 0,3175 g Cu bám vào catot Độ giảm CuCl2 khu catot tính theo Cu 0,1905g Tính t+ t- (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: 0,4 0,6 Bài 14: Tốc độ tuyệt đối ion Ca2+ NO3- cường độ điện trường von/cm 0,00062 cm2.von-1.giây-1 0,00071 cm2.von-1.giây-1 Xác định số tải ion Ca2+ NO3- dung dịch Ca(NO3)2 (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: 0,456; 0,514 Bài 15: Người ta điện phân dung dịch CdCl với điện cực platin giờ, cường độ dòng 0,2 A Biết số tải ion Cd 2+ 0,414; tính độ giảm CdCl2 (ra gam) khu catot anot (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: 0,2831; 0,4008 Bài 16: Người ta điện phân dung dịch HCl 0,1 M với điện cực Pt Sau điện phân có 34,2 mg Cu bám vào catot culong kế đồng mắc nối tiếp với bình điện phân Sự phân tích 50 cm dung dịch HCl khu anot sau điện phân cho thấy nồng độ dung dịch 0,0821 M a Xác định t(H+) t(Cl-) b Nếu đem phân tích 50 cm3 dung dịch catot nồng độ dung dịch bao nhiêu? (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: 0,83; 0,17 0,0963M Bài 17: Dung dịch ZnCl2 0,15m điện phân với anot Zn Sau điện phân khu anot thấy có 0,8907 g ZnCl 38,6 g nước; cịn khu catot có 0,6560 g ZnCl 37 g nước Trên catot culong kế bạc có 0,2728 g Ag bám vào Xác định t + t- (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: 0,417; 0,583 Bài 18: Điện phân dung dịch AgNO chứa 14,055 g AgNO3 1000 g nước với cực Ag Trong trình điện phân có 0,1020 g Ag bám vào catot Sự phân tích khu anot cho thấy có 0,4109g Ag 40 g nước Xác định t(Ag+) t(NO3-) (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: 0,4725; 0,5275 Bài 19: Điện phân dung dịch HCl 0,01M với cực Pt Khu catot chứa 100g dung dịch; số tải ion Cl- dung dịch HCl 0,18 Hỏi phải điện phân (tính giây) với cường độ dòng 0,1 A để nồng độ dung dịch khu catot giảm 1% (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: 53,6 giây Bài 20: Số tải ion Na+ dung dịch NaCl 0,02M xác định phương pháp ranh giới di động Dung dịch đặt ống hình trụ tiết diện ngang 0,1115 cm2; cường độ dòng điện qua 1,6.10 -3 A Sau 45 phút 57 giây, ranh giới di chuyển đoạn cm Hãy tìm t(Na+) (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: 0,39 SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền 165 Luận văn tốt nghiệp Bài 21: Để xác định số tải ion K+ người ta sử dụng phương pháp ranh giới di động dung dịch KCl 0,1 M LiCl 0,065 M dung dịch LiCl dùng làm chất thị Cho biết cường độ dòng 5,893 mA; tiết diện ngang ống đo 11,42 mm2, tốc độ di động ranh giới 0,0263 mm/giây Hãy xác định số tải tốc độ tuyệt đối ion K+ (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: t+ = 0,492; U+ = 6,58.10-4 cm2.von-1.giây-1 Bài 22: Trong phương pháp ranh giới di động, để xác định số tải người ta sử dụng ống hình trụ đường kính 1,5 cm đặt vào dung dịch tiếp xúc nhau; dung dịch NiSO4 0,02 N dung dịch K2SO4 Cho dòng điện cường độ 0,002 A qua ống Hỏi ranh giới tiếp xúc dung dịch di chuyển đoạn biết t(Ni2+) = 0,404 (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: 2,56 cm III/ Nguyên tố Ganvani: Bài tập có lời giải: Bài 1: Ở 298K, sức điện động pin: Zn ZnCl2 (0, 05 M ) AgCl , Ag 1,015 V Hệ số nhiệt độ sức điện động -0,000492 V.K -1 Viết phản ứng điện hóa tính đại lượng ∆ G, ∆ H ∆ S phản ứng xảy pin 298K (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Giải: Phản ứng anot: Zn – 2e  Zn2+ Phản ứng catot: 2AgCl + 2e  2Ag + 2ClTổng quát: Zn + 2AgCl  2Ag + Zn2+ + 2Cl∆ G = -n.F.E = -2.96500.1,015 = -195,895 kJ/mol ∆ H = -n.F.E + n.F.T.( ∂ E/ ∂ T)p = -195,895 – 2.96500.298.0,000492.10-3 = -224,192 kJ/mol ∆ S = n.F.( ∂ E/ ∂ T)p = 2.96500.(-0,000492) = -94,956 J.K-1.mol-1 Bài 2: Brom lỏng tác dụng với H3PO3 theo phản ứng: H3PO3 + Br2 + H2O → H3PO4 + 2H+ + 2Br1 Tính số cân phản ứng 298K Tính điện cực chuẩn Eo(H3PO4/H3PO3) biết Eo(Br2/2Br-) = 1,087V Tính điện cực chuẩn Eo(H3PO3/H3PO2) biết Eo(H3PO4/H3PO2) = 1,087V Cho biết số liệu sau 298K: H+(dd) H3PO4(dd) Br-(dd) H3PO3(dd) Br2(l) H2O(l) o ∆H tt(kJ/mol) -1308 -141 -965 -286 o ∆S (J/mol.K) -108 83 167 152 70 (Trích đề thi Olympic hóa học sinh viên toàn quốc 2003 – Bảng A) Giải: ∆Hopư = -339 kJ ∆Sopư = -331 JK-1 ∆Gopư = -240,362 kJ => lgK 42,125 ⇒ K = 1,33.1042 ∆Gopư = -nFEopư ⇒ Eopư = 1,245 V Eo(Br2/2Br-) - Eo(H3PO4/H3PO3) = Eopư = 1,245 V SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền 166 Luận văn tốt nghiệp => Eo(H3PO4/H3PO3) = -0,158 V ≈ - 0,16 V H3PO4 + 4H+ + 4e → H3PO2 + 2H2O Eo1 = - 0,39 V (1) H3PO4 + 2H+ + 2e → H3PO3 + H2O Eo2 = - 0,16 V (2) Lấy phương trình (1) – (2) ta được: H3PO2 + 2H+ + 2e → H3PO2 + H2O Eo3 = ? ∆Go3 = ∆Go1 - ∆Go2 ⇒ -2FEo3 = -4FEo1 – (-2FEo2) => Eo3 = -0,62 V Bài 3: Sức điện động mạch gồm điện cực calomen bão hòa điện cực hidro nhúng vào dung dịch nghiên cứu 25 0C có giá trị 0,562 V Biết điện cực calomen bão hòa nhiệt độ 0,242 V Xác định pH dung dịch nghiên cứu (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Giải: Sơ đồ mạch dùng để đo pH biểu thị sau: ( Pt ) H dd đo pH calomen sức điện động bằng: E = ϕ (cal) + ϕ (2H+/H2) = ϕ (cal) – (0,059.lg aH )/2 = ϕ (cal) – 0,059.lg a(H+) = ϕ (cal) + 0,059.pH => pH = [E - ϕ (cal)]/0,059 = (0,562 – 0,242)/0,059 = 5,42 Bài 4: Sức điện động pin: ( Pt ) H (1atm) HCl (0, 01m) AgCl , Ag 0,4645 V 250C Thế chuẩn điện cực bạc – bạc clorua 0,2225 V Tính pH dung dịch HCl 0,01m So sánh kết tìm với giá trị pH tính tốn theo định luật giới hạn Đơbai – Hucken (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Giải: Biểu thức sức điện động pin cho viết sau: E = ϕ (Cl-/AgCl,Ag) – 0,059.lg a(H+) = ϕ ( Cl-/AgCl,Ag) – 0,059.lg a(Cl-) + 0,059.pH Nếu bỏ qua hệ số hoạt độ dung dịch HCl 0,01m thì: pH = [E - ϕ + 0,059.lg m(Cl-)]/0,059 = [0,4645 – 0,2225 + 0,059.lg (0,01)]/0,059 = 2,102 Tính γ ± (HCl) theo Đơbai – Hucken: lg γ ± = -0,509 m Chấp nhận γ + = γ − HCl 0,01m; biểu thức pH có dạng: pH = [E - ϕ + 0,059.lg m γ ± ]/0,059 = [E - ϕ + 0,059.lg m + 0,059.lg γ ± ]/0,059 = [0,4645 – 0,2225 + 0,059.lg (0,01) – 0,059.0,509 0, 01 ]/0,059 = 2,051 Bài 5: Ở 298K sức điện động pin điện: Cd - Hg CdCl2 (0, 01m) AgCl, Ag 0,7585 V Sức điện động chuẩn E = 0,5732 V Tính γ ± (CdCl2) dung dịch CdCl2 0,01m So sánh kết thu với giá trị tính tốn lí thuyết Đơbai – Hucken (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Giải: Sức điện động pin cho biểu thị phương trình: + SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền 167 Luận văn tốt nghiệp E = E0 – 0,059.lg a(Cd2+)/2 – 0,059.lg a(Cl-) = E0 – 0,059.lg [m(Cd2+) γ (Cd2+)]/2 – 0,059.lg [m(Cl-) γ (Cl-)] = E0 – 0,059.lg {m(Cd2+).[m(Cl-)]2 γ ± }/2 0,7585 = 0,5732 – 0,059.lg [0,01.(2.0,01)2 γ ± ]/2 => γ ± (CdCl2) = 0,514 Theo Đơbai – Hucken: lg γ ± = -0,509.Z+.Z- I đó: Z+_= Z- = 1 ∑ mi Zi2 = 1/2 [0,01.22 + 2.0,01.12] = 0,03 lg γ ± = -0,509.2.1 0, 03 => γ ± = 0,666 Ở giá trị γ ± CdCl2 tính tốn lí thuyết lại lớn giá trị thực nghiệm, I= dung dịch 0,01m CdCl2 xảy liên hợp ion Bài 6: Dung dịch A gồm AgNO3 0,050 M Pb(NO3)2 0,100 M Tính pH dung dịch A Thêm 10,00 ml KI 0,250 M HNO3 0,200 M vào 10,00 ml dung dịch A Sau phản ứng người ta nhúng điện cực Ag vào dung dịch B vừa thu ghép thành pin (có cầu muối tiếp xúc hai dung dịch) với điện cực có Ag nhúng vào dung dịch X gồm AgNO3 0,010 M KSCN 0,040 M a Viết sơ đồ pin b Tính sức điện động Epin 250C c Viết phương trình phản ứng xảy pin hoạt động d Tính số cân phản ứng Cho biết : Ag+ + H2O AgOH + H+ (1) ; K1 = 10–11,70 Pb2+ + H2O PbOH+ + H+ (2) ; K2 = 10–7,80 Chỉ số tích số tan pKs: AgI 16,0; PbI2 7,86; AgSCN 12,0 EAg+ ; = ,799 V /Ag RT ln = 0,0592 lg F Epin thay đỏi nếu: a thêm lượng nhỏ NaOH vào dung dịch B b thêm lượng nhỏ Fe(NO3)3 vào dung dịch X? (Trích Kì thi chọn học sinh giỏi quốc gia Việt Nam 2004 – Bảng A) Giải: Ag+ + H2O ⇌ AgOH + H+ ; K1 = 10-11,7 (1) Pb2+ + H2O ⇌ PbOH+ + H+ ; K2 = 10-7,8 (2) Do K2 >> K1 nên cân (2) định pH dung dịch Pb2+ + H2O ⇌ PbOH + H+ ; K2 = 10-7,8 (2) C 0,10 [] 0,10 − x x x x2 = 10 −7 ,8  x = 10-4,4 = [H+] 0,1 − x ; pH = 4,40 a Dung dịch B: Thêm KI : C(Ag+) = 0,025 M; C(Pb2+) = 0,050 M SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền 168 Luận văn tốt nghiệp C(I-) = 0,125 M ; C(H+) = 0,10 M Ag+ + I−  AgI ↓ 0,025 0,125 0,10 2+ Pb + I−  PbI2 ↓ 0,05 0,10 Trong dung dịch có đồng thời hai kết tủa AgI ↓ PbI2 ↓ AgI ↓ ⇌ Ag+ + I− ; Ks1 = 1.10-16 (3) PbI2 ↓ ⇌ Pb2+ + I− ; Ks2 = 1.10-7,86 (4) Ks1 K = 5,5.10 52; nghĩa cân phản ứng pin dịch chuyển hẳn bên phải, nên thực tế không ion Ag+ dung dịch Lượng Ag+ electron vận chuyển: SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền 171 Luận văn tốt nghiệp n(Ag+) = [Ag+].V = 0,100mol n(e-) = n(Ag+) = 0,100mol Hằng số Faraday F số điện lượng ứng với mol electron Q = n(e-).F = 9648,5 C d Gọi x nồng độ Ag+ cuối ([Ag+]) Điện cực bên trái không đổi, nghĩa nồng độ [Zn2+] trì 0,200 M 1,04 = 1,56 − [ ] 0,05916 0,200 lg ⇒ x = Ag + = 7,3.10 −10 M 2 e [Cl-] = nồng độ thêm - nồng độ giảm AgCl kết tủa = 0,300 – (0,100 - 7,3.10-10) = 0,200 M Ks(AgCl) = 7,3.10-10.0,200 = 1,5.10-10 M2 Bài tập tự giải: Bài 1: Ở 250C sức điện động pin xảy phản ứng: Cd + PbCl2  CdCl2 + Pb 0,1880 V ( ∂ E/ ∂ T)p = -4,8.10-4 V.K-1 Xác định ∆ H ∆ S (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: -63,89 kJ; -92,64 J/K Bài 2: Sức điện động nguyên tố tiến hành phản ứng: Ag + 1/2 Hg2Cl2  AgCl + Hg 250C 0,0455 V 0,0421 V 200C Xác định ∆ G, ∆ H ∆ S 250C (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: -4390,75 J; 15164,01 J; 65,62 J/K Bài 3: Ở 250C sức điện động chuẩn E0 nguyên tố Ganvani: Pb, PbCl2 KCl AgCl, Ag Pb, PbI2 KI AgI, Ag 0,4902 V 0,2111 V Hệ số nhiệt độ sức điện động tương ứng -0,000186 -0,000127 V/K Tính ∆ G0 ∆ H0 298K phản ứng: PbI2 + 2AgCl  PbCl2 + 2AgI (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: 53,87.10 J; 50,48.103 J Bài 4: Ở 250C sức điện động chuẩn E0 pin: (Pt) H2(1atm) H SO4 (m) Ag2SO4, Ag 0,627 V a Viết phản ứng điện cực phản ứng tổng quát b Tính sức điện động pin m = 0,1 (bỏ qua hệ số hoạt độ) c Tính sức điện động biết H2SO4 0,1m γ ± = 0,70 (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: b 0,698 V; c 0,711 V Bài 5: Ở 250C sức điện động mạch: (Pt) H2(1atm) H SO4 (m) Hg2SO4, Hg 0,7540 V m = 0,05 0,6959 V m = 0,5 Hệ số hoạt độ trung bình H2SO4 m = 0,05 0,340 Xác định γ ± H2SO4 m = 0,5 (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: 0,1543 Bài 6: Ở 250C sức điện động mạch: Pb, PbSO4 CuSO4 (m = 0, 02) Cu SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền 172 Luận văn tốt nghiệp 0,5594 V Xác định γ ± CuSO4, biết rằng: ϕ 0(Cu2+/Cu) = 0,340 V; ϕ 0(SO42-/PbSO4, Pb) = -0,35 V (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: 0,31 Bài 7: Ở 250C sức điện động chuẩn E0 pin: (Pt) H2(1atm) H SO4 (m) Ag2SO4, Ag 0,627 V a Viết phản ứng điện cực phản ứng tổng quát b Tính sức điện động pin m = 0,1 (bỏ qua hệ số hoạt độ) c Tính sức điện động biết H2SO4 0,1m γ ± = 0,70 d Tính tích tan Ag2SO4 (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: b 0,698 V; c 0,711 V; d 1,37.10-6 Bài 8: Đối với nguyên tố Ganvani: Cu Cu (CH 3COO) 0,1m AgCH3COO, Ag người ta cho kiện sau: E298K = 0,372 V; E308K = 0,374 V; ϕ 0(Ag+/Ag) = 0,800 V; ϕ 0(Cu2+/Cu) = 0,340 V a Viết phản ứng điện cực phản ứng tổng quát xảy pin b Tính ∆ G, ∆ H ∆ S phản ứng pin c Tính tích tan AgCH3COO (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: b -71796 J; -60293,2 J; 38,6 J/K c 2.10-3 IV/ Điện phân thế: Bài tập có lời giải: Bài 1: Người ta điện phân dung dịch CuCl với cường độ 3A Xác định lượng chất thoát điện cực (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Giải: Lượng Cu thoát catot là: m(Cu)= ∋ (Cu)/26,8.I.t = (63,54/2)/26,8.3.6 = 21,338 g Lượng clo thoát anot là: m(Cl2)= ∋ (Cl2)/26,8.I.t = 35,457/26,8.3.6 = 23,81 g Bài 2: Cho dòng điện 0,5 A qua dung dịch muối axit hữu Kết sau trình điện phân catot tạo 3,865 g kim loại anot có khí etan khí cacbonic thoát Cho biết muối kim loại bị điện phân? Biết 5,18 g kim loại đẩy 1,59 g Cu từ dung dịch CuSO4 Cho biết muối axit hữu bị điện phân? Viết phương trình phản ứng xảy điện cực (Trích Kì thi chọn học sinh giỏi quốc gia Việt Nam 2002 – Bảng A) Giải: Điện lượng Q = It = 0,5.2.3600 = 3600 coulomb dùng để tạo 3,865 g kim loại Từ định luật Faraday, đương lượng: A 3.865.9650 =∋= = 103, n 3600 SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền 173 Luận văn tốt nghiệp Khối lượng mol kim loại: A = n.∋ Vì kim loại đẩy đồng khỏi dung dịch nên đương lượng Cu: ∋Cu = A/2 = 63,6/2 = 31,8 từ phản ứng: ∋ + Cu2+ = Cu + ∋+ ta có: ∋/31,8 = 5,18/1,59, suy ∋ = 103,6 Trong phản ứng đẩy Cu, kim loại có mức oxi hố từ đến 3, chọn khối lượng mol nguyên tử từ khả sau: A1 = 103,6.1 = 103,6 A2 = 103,6.2 = 207,2 A3 = 103,6.3 = 310,8 Vì khơng có nguyên tử với A > 240 104 có tính kim loại có mức oxi hố +1 Do kim loại phải tìm Pb (A = 207,6) Tại anot điện phân có C2H6 CO2 sản phẩm oxi hố anion hữu cơ, muối có cơng thức Pb(RCOO)2 Sự tạo etan (CH3 - CH3) CO2 từ nhóm COO- chứng tỏ muối điện phân Pb(CH3COO)2 R R Các phản ứng xảy điện cực: Tại catot: Pb2+ + e = Pb Tại anot: CH3COO- - e = CH3COO• CH3COO• = CH3• + CO2 CH3• = C2H6 Tổng quát: CH3COO − 2e = C2H6 + CO2 Bài 3: Cần phải điện phân dung dịch NiSO với cường độ dòng 2A để thu hoàn toàn Ni catot biết hiệu suất dịng 90%, thể tích dung dịch NiSO4 0,5 l nồng độ dung dịch 0,1N (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Giải: Thời gian điện phân bằng: m '.96500 100% ∋ I η đây: m’ = ∋ V.N t= với: V thể tích dung dịch (0,5 l) N độ chuẩn dung dịch ∋ đương lượng hóa học Thay vào phương trình t, ta được: t= ∋ V N 96500 0,5.0,1.96500 = = 2680,56 giây ∋ I η 2.0,90 Bài 4: Xác định sức điện động phân cực điện phân dung dịch CuSO 250C Tìm oxi điện cực Pt nhẵn phân hủy CuSO 1,35 V ϕ oxi 1,23 V (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Giải: Các q trình điện cực điện phân: Ở catot: Cu2+ + 2e  Cu Ở anot: 2H2O – 4e  O2 + 4H+ SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền 174 Luận văn tốt nghiệp Pin điện hình thành điện phân có sơ đồ: (Pt)O2 H SO4 + CuSO4 Cu Ep = 1,23 – 0,34 = 0,89 V η (O2) = 1,35 – 0,89 = 0,46 V Bài 5: Để mạ đồng lên vật liệu người ta hay dùng dung dịch chứa H 2SO4 CuSO4 Liệu đồng có hồn tồn catot mà khơng có khí hidro không Biết oxi Pt 0,46V cịn q hidro Cu 0,23V (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Giải: Trong trường hợp có Cu hình thành pin điện sau: Cu CuSO4 + H 2SO4 O2(Pt) với sức điện động phân cực Ep bằng: Ep = 1,23 – 0,34 = 0,89 V Vì kim loại Cu catot không đáng kể nên phân hủy CuSO bằng: Eph = 0,89 + 0,46 = 1,35 V Trong trường hợp có khử ion H+ hình thành ngun tố điện hóa phân cực sau: (Pt)H2 H 2SO4 O2(Pt) với sức điện động phân cực Ep’ bằng: Ep’ = 1,23 – = 1,23 V Quá xuất trường hợp này, bằng: η = 0,23 + 0,46 = 0,69 V Thế phân hủy H2SO4 bằng: Eph = 1,23 + 0,69 = 1,92 V So sánh giá trị phân hủy CuSO4 H2SO4 ta đến kết luận điện phân hiệu không vượt qua 1,6 V giải phóng hồn tồn Cu mà khơng có khí hidro Bài 6: Hãy tính điện âm bé cần phải đặt vào điện cực Hg (catot) để khí hidro 250C áp suất 1atm biết dung dịch điện phân HCl 0,1m; mật độ dòng 10-2 A/cm2; γ ± HCl nồng độ 0,796; q hidro tn theo phương trình Talen có dạng: η = 1,410 + 0,116.lgi (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Giải: Theo điều kiện đầu bài, catot hệ điện hóa điện cực Hg nhúng HCl 0,1m Để cho hidro Hg phải đặt hiệu điện âm điện cân lên điện cực Hg; nhiên tốc độ phản ứng catot đáng kể điện đặt vào catot phải đủ âm để thắng hiệu ứng phân cực Thế cân hidro xác định theo phương trình Nernst: Ec = R.T/F.ln a(H+) 250C, Ec = 0,059.lg (0,1.0,796) = -0,065 V Quá hidro catot bằng: η = 1,410 + 0,116.lgi = 1,410 + 0,116.lg 10-2 = 1,178 V Vậy điện nhỏ phải đặt vào Hg để hidro bắt đầu thoát là: Ec’ = Ec -η c = -0,065 - 1,178 = -1,243 V Bài 7: Người ta điện phân dung dịch CuSO4 10-4 M có dư chất với mật độ dịng giới hạn 9,65 µ A/cm2 Hệ số khuêch tán CuSO4 dung dịch 0,6.10-5 cm2/giây Hãy tính bề dày lớp khuêch tán (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Giải: SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền 175 Luận văn tốt nghiệp Trong trình điện phân xuất xuất phân cực nồng độ gây gradien nồng độ gần điện cực Với điều kiện có dư chất nền, số tải ion Cu 2+ dịng điện chuyển gần khơng Vì ion Cu 2+ ion qua lớp khuêch tán nên dịng quan sát dịng khch tán ion Cu 2+ Tại dòng giới hạn, nồng độ ion Cu2+ sát bề mặt catot khơng, tốc độ khch tán ion Cu 2+ catot tính theo định luật Fick I dạng: v = D.A.C/ δ Bề dày lớp khuêch tán bằng: δ = D.A.C/v Vì v = (id.A)/(n.F) nên thay vào phương trình δ ta được: δ = (D.A.C.n.F)/(id.A) = (0,6.10-5.10-4.10-3.2.96500)/(9,65.10-6) = 0,012 cm Bài tập tự giải: Bài 1: Tính lượng Cu giải phóng catot cho dòng điện cường độ 1,5A qua dung dịch CuSO4 12 phút (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: 0,3556 g Bài 2: Tìm đương lượng điện hóa Ni biết điện phân dung dịch NiSO dịng điện cường độ 0,5A sau 48 phút ta thu 0,4380 g Ni (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) -4 Đáp số: 3,042.10 g.A-1.s-1 Bài 3: Xác định hiệu suất dòng điện cho 25 ampe qua dung dịch ZnSO4 thu 22,5 g Zn catot (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: 73,46% Bài 4: Một chi tiết kĩ thuật phủ Ni mạ điện Bề dày lớp phủ 0,3 mm Diện tích chi tiết 100cm2 Tính thời gian mạ cường độ dịng 3A Nếu hiệu suất dịng q trình mạ kền 90% thời gian mạ bao nhiêu? Cho biết tỉ trọng Ni g/cm3 (Trích sách Bài tập hóa lí sơ Lâm Ngọc Thiềm) Đáp số: 8h13ph; 9h08ph Bài 5: Cho dòng điện qua dung dịch KI Khi chuẩn độ lượng I thoát ra, cần 20ml dung dịch Na2S2O3 0,05M Xác định cường độ dịng (Trích sách Bài tập hóa lí sơ Lâm Ngọc Thiềm) Đáp số: 0,0268 A Bài 6: Xác định sức điện động phân cực điện phân dung dịch CuCl 1M 250C biết chuẩn đồng clo 0,34 V 1,36 V (Trích sách Bài tập hóa lí sơ Lâm Ngọc Thiềm) Đáp số: 1,02 V Bài 7: Tính phân hủy CdSO4 oxi anot 0,4 V; bỏ qua thoát Cd Cho biết chuẩn Cd oxi -0,403 1,23 V (Trích sách Bài tập hóa lí sơ Lâm Ngọc Thiềm) Đáp số: 2,03 V Bài 8: Người ta điện phân dung dịch H2SO4 với anot Pt Thế phân hủy H2SO4 2,69 V Quá oxi Pt 0,46 V Hãy tính q hidro catot chì (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền 176 Luận văn tốt nghiệp Đáp số: V Bài 9: Điện phân dung dịch CuSO4 1m 250C với mật độ dòng 31,6 A/m Hãy tính xem phải đặt vào catot Cu điện âm bé để Cu thoát catot Chấp nhận phân cực nồng độ không đáng kể; ϕ 0(Cu2+/Cu) = 0,34 V; γ ± CuSO4 1m 0,043 Mật độ dòng trao đổi i = 0,2 A/m2 hệ số chuyển α = 0,5 Chú ý: sử dụng phương trình catot: ηc = 2,303.R.T 2,303.R.T lg i0 − lg i α n.F α n.F (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: 0,17 V Bài 10: Cho kiện: Hằng số Talen a[mV] b[mV] (i tính A/cm2) Zn Pt Pb 278 59 H2 giải phóng Pt 73 28 H2 giải phóng Pb 1536 119 ϕ 0(Zn2+/Zn) = -0,76 V γ ± ZnSO4 0,1m 0,15 Dựa vào kiện cho cho biết Zn từ dung dịch ZnSO 0,1m 250C với mật độ dòng i = 100 A/m hay khơng có khoảng catot bao nhiêu: a catot Pt b catot Pb (Chú ý: tính điện catot ϕ c cần cho giải phóng Zn, H2 điện cực Pt, Pb i = 100 A/m2 từ đến kết luận làm cho Zn catot mà đồng thời khơng có hidro) (Trích sách Bài tập hóa lí Trần Hiệp Hải) Đáp số: a Khơng; b Có (-0,97 V  -1,71 V) SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền 177 Luận văn tốt nghiệp KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I/ Kết luận: Như qua nội dung đề tài nghiên cứu này, phần tổng hợp phân loại hệ thống dạng tập khác mơn Hóa lý, giúp người đọc có nhìn tổng qt tập mơn Hóa lý từ dạng đơn giản đến phức tạp Cũng qua đề tài thấy mơn Hóa lý mảng kiến thức quan trọng bậc phổ thông đại học, làm tảng cho mơn hóa học chun ngành khác vơ cơ, hữu cơ, phân tích… Bên cạnh đó, sở lý thuyết hóa lý khó, trừu tượng, tập khó tiếp thu Vì vậy, chúng tơi mong tài liệu góp phần cung cấp thêm nguồn tập phong phú dạng hệ thống tương đối hoàn chỉnh giúp cho giáo viên bồi dưỡng em học sinh, sinh viên kiến thức mơn Hóa lý làm tảng vững để em tiếp thu kiến thức hóa học khác cách dễ dàng Bài tập mơn Hóa lý phân thành dạng sau: - Bài tập hạt nhân nguyên tử - Bài tập số hạt proton, nơtron, electron cấu hình electron - Bài tập áp dụng học lượng tử vào cấu tạo nguyên tử - Bài tập công, nhiệt, nội - Bài tập định luật Hess hệ - Sự phụ thuộc hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ Phương trình Kirchhoff - Tính biến thiên entropi ∆ S - Tính nhiệt động ∆ G - Bài tập xác định số cân - Bài tập chuyển dịch cân - Bài tập quan hệ Kcb với đại lượng nhiệt động khác - Bài tập phụ thuộc KCB theo nhiệt độ - Bài tập dung dịch - Xác định số k, bậc phản ứng chu kì bán hủy, lượng hoạt hóa - Xác định % chất bị phân hủy - Chứng minh phản ứng diễn theo bậc dựa vào t, C hay t, p xác định k - Thời gian để chất A biến đổi thành chất B - Bài tập phản ứng oxi hóa khử - Bài tập dung dịch điện phân - Bài tập nguyên tố Ganvani - Bài tập điện phân II/ Kiến nghị: Cần tăng cường tập Hóa lý (cả số lượng tính phức tạp) chương trình hóa học phổ thơng Nếu có điều kiện, đề tài mở rộng theo hướng tiến hành thực nghiệm sư phạm để điều chỉnh nội dung kiến thức cho phù hợp với đối tượng học sinh giỏi trung học phổ thông SVTH: Phạm Thị Thanh Truyền 178 ... LỰC HÓA HỌC….… …………………… … 80 I/ Nguyên lý thứ nhiệt động lực học nhiệt hóa học? ??……….….80 Bài tập công, nhiệt, nội năng…………………… ……………….…… 80 a Bài tập có lời giải…………………………………………… ……… 80 b Bài tập. .. Cân hóa học? ??………………………………………… …………114 Bài tập xác định số cân bằng……………………………………… 114 Bài tập chuyển dịch cân bằng……………………………………… … 120 Bài tập quan hệ Kcb với đại lượng nhiệt động khác .122 Bài. .. …68 Bài tập có lời giải………………………………………………… ………68 a Bài tập số lượng tử………………………………………… …….68 b Bài tập quang phổ nguyên tử, lượng electron số chắn Slater………………………………… …………………………………………… 71 Bài tập